基于数字化实验，培养“证据推理与模型认知”学科核心素养,——以探究泡腾片产生ClO2的原理教学片段为例

基于数字化实验，培养“证据推理与模型认知”学科核心素养——以探究泡腾片产生ClO2的原理教学片段为例

作者：刘风梅 王静 刘凤丽 郭永圣 明慧 张慧月

单位：河南师范大学附属中学

邮编：453000

摘要 本课例以项目式教学展开ClO2的产生原理及应用的探究，理论推出泡腾片产生ClO2原理后，借助氯离子传感器检测泡腾片溶于水后溶液中氯离子浓度变化情况，以实验的数据和图像为证据，引导学生推出泡腾片产生ClO2的原理，在教学中渗透“证据推理与模型认知”学科核心素养，增强学生的证据意识，并培养学生依据证据分析变化的本质和规律的能力。

关键词 ClO2的产生原理 氯离子浓度 数字化实验 证据推理和模型认知

1问题的提出

1.1应运而生的数字化实验

《课程标准》指出在实验教学中要充分发挥现代信息技术的作用，积极探索化学实验教学与现代信息技术的充分融合，在教材中引入数字化实验。

在实行新高考后，各地新高考试题以数字化数据和图像呈现实验的试题增多，在实际课堂教学中适当的数字化实验与教学进行融合更有利于提升学生的证据推理和模型认知核心素养。

1.2确定教学主题

消毒品ClO2泡腾片的主要成分为亚氯酸盐和酸，两者反应得到ClO2和氯化物，这和学生学的离子反应、氧化还原反应、氯及其化合物等核心知识密切相关。

将“离子反应、氧化还原反应、氯及其化合物”三个关键词同时输入，未搜索到相关文章，但有以“氯及其化合物”为例的氧化还原反应复习教学实践研究[1]。搜索结果显示，在真实情景下利用概念解决问题的研究比较少，《中国高考评价体系说明》中指出：要引导学生的关注点从“解题”向“解决问题”转变。通过设置真实的问题情境，考查学生运用所学知识分析解决问题的能力，促进学生学习方式的转变。

学生虽经过了2019版新教材人教版必修一的学习，但探究物质性质时很难系统地从多个角度综合研究物质的性质，缺乏陌生情境下从化学视角看待以及解决问题的能力。故笔者参考多个版本教材，以项目式教学，创设真实情境，引导学生对ClO2的产生原理进行探究，帮助学生从宏观与微观、定性与定量的视角认知氧化还原反应，形成从价态角度预测分析物质性质及转化的显性认知思路，进而促进“元素观、微粒观、守恒观”等化学核心观念的建立，在培养证据推理与模型认知等核心素养的同时提升学生陌生情境下解决问题的能力。

2教学流程图

3教学过程

3.1 认识ClO2的物理性质

【教材引入】

学生阅读人教版《必修第一册》第二章第二节《氯及其化合物》第46页第四段文字，认识到新的自来水消毒剂 。

【设计意图】通过教材引入新型自来水消毒剂ClO2激发学生好奇心。

【展示资料卡片】

展示资料卡片，引导学生通过阅读总结ClO2的物理性质，诊断发展学生提取和处理信息的能力。

3.2 基于数字化实验，探究ClO2的产生原理

【演示实验】

演示ClO2泡腾片溶解实验，学生直观感受得出泡腾片溶于水后可以生成ClO2气体，从而过渡到问题：泡腾片是如何产生ClO2的？

【借助文献】

借助文献展示ClO2制剂的反应体系，引导学生找出不同体系中的相同药品都有亚氯酸盐（ClO2-）和酸（H+），从元素化合价角度出发分析问题，思考泡腾片产生ClO2的原理。

图1 ClO2制剂的反应体系[2]

【小组讨论理论分析】

通过小组讨论，学生依据氧化还原反应的特点推测产生ClO2的同时还可能生成Cl-、ClO-、H2、Cl2等产物。此时利用中学阶段所学知识无法排除任何一个产物，老师借助资料《普通化学原理》，将电极电势的概念引出：“根据热力学定义，在标准状况下，可以根据电极电势的大小判断氧化还原反应的方向。氧化剂和还原产物的电极电势高于还原剂和氧化产物的电极电势，即可发生氧化还原反应。”并给出氧化剂和还原产物及还原剂和氧化产物的电极电势，学生通过提取处理信息，推出Cl-最有可能为还原产物的猜想，此为理论分析，那怎么进行实验验证呢？此时数字化实验可对此实验的猜想补充事实性依据。

【实验验证实践求真】

图2泡腾片溶于水后溶液中氯离子浓度变化情况

3.2.1数据分析和处理

随着泡腾片的溶解，氯离子浓度逐渐增加，使产物锁定为Cl-。通过猜想和实验验证培养学生基于有效证据，提出可能假设，并通过分析加以证实的证据推理核心素养。

3.2.2符号表征确定产生原理

【符号表征】

通过数字化实验确定泡腾片产生ClO2的同时也产生Cl-后，让学生写出离子方程式：5ClO2-+4H+ =4ClO2+Cl-+2H2O。

【设计意图】

利用“宏观-微观-符号-曲线”四重表征强化学生的证据意识，提高实验教学的有效性，帮助学生建立系统学习化学的方法，形成更完整的知识体系。

4教学反思

4.1渗透 “证据推理与模型认知”核心素养的课堂设计

本课例以测定溶液中氯离子的浓度变化的数字化实验设计为抓手，培养核心素养，数字化实验得到的结果直观可视，有助于增强学生依据证据分析内在变化的本质和规律的能力；有助于打通宏观、微观两个认识视角，进而从不同维度认识和理解化学变化，促进学生的深度学习。

4.2学生收获显著，实现静态知识素养功能化

学生的学习过程始终围绕“任务驱动、问题引领、合作探究、展示交流”进行，突出问题解决过程，发展学生“理解与辨析、归纳与论证、分析与预测、探究与创新”的学科能力，实现隐性思维显性化，有益于学习认知模型的建构。

参考文献

1. 欧阳志斌.氧化还原反应复习教学实践研究——以“氯及其化合物”为例[J].中小学教学研究， 2021:22(03).

2. 苗佳琳.固态二氧化氯缓释剂的研究进展[J].化学通报，2021:84(11).

本文系河南省基础教育教学研究2022年度立项的重点课题《“双新”背景下的数字化实验与高中化学教学融合的研究》（课题编号JCJYB2207000503）的成果。