彭鳳蘭

【摘 ?要】在中學(xué)階段的化學(xué)教學(xué)過程中，不管是日常教學(xué)還是中高考習題，化學(xué)概念無處不在?；瘜W(xué)概念作為貫穿初中、高中化學(xué)教學(xué)全過程的內(nèi)容，其重要性明顯。盡管化學(xué)概念如此重要，但在實際的學(xué)習過程中，大部分學(xué)生在化學(xué)概念學(xué)習方面都存在方法不正確、學(xué)習效率低等問題。因此，本文基于證據(jù)推理和模型認知的教學(xué)方式，通過實際的案例設(shè)計和解析，幫助學(xué)生解決中學(xué)階段化學(xué)概念學(xué)習困難的問題，同時也為類似教學(xué)設(shè)計提供一些相關(guān)經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】證據(jù)推理;模型認知;中學(xué)化學(xué);概念

教學(xué)

一、教學(xué)背景

鑒于化學(xué)概念的高度概括性和抽象性等一系列特點，學(xué)習化學(xué)概念一直是中學(xué)教育的一個難點?；瘜W(xué)的概念、原理是什么意思，其自身存在一定的復(fù)雜性，大部分的中學(xué)生都存在化學(xué)概念學(xué)習吃力的情況。因此，中學(xué)階段化學(xué)概念的教學(xué)質(zhì)量如何有效提升，已經(jīng)成為當下化學(xué)教育工作者迫切需要解決的問題。從化學(xué)概念的出現(xiàn)和考查情況來看，在解決相關(guān)化學(xué)概念問題的過程中，學(xué)生要積極尋找證據(jù)并對其進行處理。因此，在實踐教學(xué)過程中，教師應(yīng)強化證據(jù)推理和認知模式，以便在整體上有效培養(yǎng)和提升學(xué)生整體的化學(xué)能力和素養(yǎng)。

二、教學(xué)設(shè)計

化學(xué)概念具有抽象性、具體性和定義性等多種特點，對證據(jù)推理和模型認知在其中的應(yīng)用來說，必定存在一定的共性。本文以證據(jù)推理和模型認知在定義性概念中的應(yīng)用為例，以人教版第一章第二節(jié)“氣體摩爾體積”的教學(xué)為例，研究如何在化學(xué)概念中更好地應(yīng)用證據(jù)推理和模型認知。

（1）教材分析。氣體摩爾體積是人教版第一章第二節(jié)的內(nèi)容，氣體摩爾體積內(nèi)容的扎實學(xué)習，能夠為化學(xué)氣體的其他有關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。此外，將物理模型與相關(guān)數(shù)據(jù)和“推測思維與建模”的概念模型相結(jié)合能有效地促進學(xué)生發(fā)展摩爾氣體體積的概念模型。

（2）形勢分析。氣體摩爾體積屬于化學(xué)概念中的定義范疇，但同時它也具有顯著的抽象性特點，而這一概念的引入，主要是為了方便后續(xù)化學(xué)研究的深入，因為氣體作為化學(xué)研究學(xué)習中的常見概念，經(jīng)常會參與各類化學(xué)反應(yīng)，并對其產(chǎn)生不可忽視的重要影響。盡管學(xué)生在進入高中之前，已經(jīng)掌握了大部分化學(xué)概念，并對微觀世界有了一定認識，但整體上來說，對相關(guān)知識的理解仍然不夠深入。

（3）教學(xué)目標。通過展示引導(dǎo)學(xué)生思考的相關(guān)數(shù)據(jù)，并最終得出在相同溫度和壓力下固體、氣體和液體物質(zhì)體積的結(jié)論，有助于學(xué)生更好地理解，相同溫度下固體和液體顆粒的體積以及壓力顆粒的數(shù)量，與相同溫度和壓力下氣體的質(zhì)量相對，確定物質(zhì)體積的主要決定因素，通過類比和歸納推理，加深學(xué)生對這些因素的理解;通過物理模型可以確定固體、氣體和液體體積的主要決定因素有助于捕捉質(zhì)量摩爾的概念，最終還可以創(chuàng)建氣體形狀、氣態(tài)摩爾體積的基本模型。

（4）評價目的。通過對數(shù)據(jù)進行論證，得出了相同溫度和壓力下固體、氣體和液體的體積決定因素。促使學(xué)生認識到在相同的溫度和壓力下固體和液體的數(shù)量是相同的，但在相同的溫度和壓力下粒子的數(shù)目、氣體的體積是相同的。培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)論證和認知技能建模能力。通過推理進行類比和概括，對決定物質(zhì)體積的主要因素進行推理，促進學(xué)生對影響物質(zhì)體積的主要因素進行深刻理解，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辯證法和微觀分析的基本技能。通過物理模擬以確定固體、氣體和液體物質(zhì)體積的主要決定因素將有助于捕捉氣體質(zhì)量的概念，發(fā)展充氣的氣態(tài)摩爾體積概念，并增加學(xué)生的知識。

（5）教學(xué)難度。重點：了解和理解摩爾氣體體積的定義，遵循阿伏伽德羅定律，并建立質(zhì)量模型、莫羅佐夫模型和氣體摩爾體積模型;難點：從氣體摩爾體積概念與阿伏伽德羅定律中提取理論。

三、教學(xué)實踐

“氣體摩爾體積”概念在“證據(jù)論證與模擬感知”中包括三個學(xué)習階段：首先是數(shù)據(jù)表示，得出結(jié)論，固體、氣體和液體物質(zhì)在相同條件下的體積;然后通過類比總結(jié)了決定物質(zhì)體積的主要因素;最后，結(jié)合物理模型，可以在相同條件下在確定的固體、氣體和液體質(zhì)量上創(chuàng)建動態(tài)模型、。以下是實訓(xùn)的具體階段：

（1）相同條件下的固、氣、液體積。

顯示：20 ℃下1 mol固體和液體，1.01×106 Pa，如表1所示。

教師問：“請先從研究各種物質(zhì)的大小開始，看看這些數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)了什么？得出了什么結(jié)論？”

學(xué)生回答：計算結(jié)果分別獲得7.1、10.0、18.0、53.5 mL的體積。即使固體和液體質(zhì)量相同，并且都處于同溫、同壓下，但兩者的體積不一樣。

教師再次展示：1 mol不同氣體物質(zhì)在0 ℃，1.01×106 Pa下的體積。具體如表2所示。

學(xué)生回答：等物質(zhì)量的氣體在同溫、同壓下所占有的體積相同。

教師針對以上兩個環(huán)節(jié)的探討進行總結(jié)并建立模型。

總結(jié)：等固體質(zhì)量和流體質(zhì)量通常不同，但如果氣體質(zhì)量相同，則幾乎相同。

本環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖在于，根據(jù)數(shù)據(jù)，將固體物質(zhì)和液體物質(zhì)的體積相加，在相同條件下，固體和液體物質(zhì)的質(zhì)量通常不同，但氣體幾乎相同。除比較和扣除這些數(shù)據(jù)之外進行演繹。

（2）用類比法記錄物質(zhì)體積的主導(dǎo)因素。

教師問：一個雞蛋有多大？一個大西瓜有多大？十個同樣大小的蛋和一個大西瓜哪邊占有的體積大？同樣的兩組雞蛋，每組10個，一組排列緊密，另一組分散擺放，比較兩組之間的體積，哪邊更大？

基于這些觀點，詢問學(xué)生：你能想象什么因素是重要的嗎？學(xué)生回答：答案是西瓜;10個分散的雞蛋，其中顆粒的數(shù)量、大小和重量的測定起著重要作用，包括微粒間的距離。

本環(huán)節(jié)設(shè)計意圖主要為，除了這種類比，還分析了決定材料體積的主要因素，以便為確定氣體、液體和固體尺寸的主要因素的進一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。3個物理模型得出的結(jié)果是，在相似的條件下，固體、氣體和液體是不同的。

教師的示范：在相同的溫度和壓力下，顆粒數(shù)量在固體和液體體積上是相同的;在相同的溫度和壓力下，在兩個可更換的容器中加入具有相同顆粒數(shù)的氫和氮分子以及氣體所占體積;氣態(tài)粒子受溫度和壓力的影響用Flash動畫展現(xiàn)。

針對這些介紹，教師提出了以下問題：決定固體和液體物質(zhì)體積的主要因素是什么？氫和氮氧化物的尺寸不同，那么在相同溫度和壓力下決定氣態(tài)顆粒體積的主要因素是什么？決定氣態(tài)顆粒之間距離的因素有哪些？固體和液體略有不同，但氣體在相同的溫度和壓力下大小相同嗎？

學(xué)生回答：固體和液體物質(zhì)體積的主要決定因素是體液中顆粒的大小;決定氣體顆粒體積的主要因素是顆粒之間的距離;氣體顆粒之間的距離決定了溫度和壓力;壓力越高，顆粒之間的距離越小;溫度越高，顆粒之間的距離越大。模塊的激活主要是為了使用真實模型和動畫分析確定測量氣體顆粒之間距離的固體、氣體和液體的主要決定因素，以及確定氣體顆粒之間距離的影響因素，可以創(chuàng)建模型。

（3）讓我們看看阿伏加德羅定律，為它樹立一個示范模型。

教師問：在同樣的溫度和壓力下，對于同樣物質(zhì)的體積，同學(xué)們還能說些什么呢？

學(xué)生回答：在相同的溫度和條件下，相同大小的氣體含有相同數(shù)量的粒子。

教師解釋并代入模型：相同尺寸和壓力的氣體含有相同數(shù)量的分子，這被稱為阿伏加德羅定律，公式為p V=n RT。

教師提問：請同學(xué)們用阿伏伽德羅定律公式，對練習題目當中的關(guān)系進行推理。

學(xué)生練習并解釋：在相同的溫度和壓力下，任何氣體的體積之比等于它們的物質(zhì)的量之比;相同的溫度和壓力下任何氣體的密度之比等于相對分子量之比。

本環(huán)節(jié)利用逆向推理和正向推理相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生對定律的深層含義進行理解，并促進學(xué)生更好地理解摩爾定律。

（4）設(shè)計并應(yīng)用氣體摩爾質(zhì)量壓縮模型。

概念：單位質(zhì)量氣體體積，稱為摩爾氣體。其符號為Vm，單位為L/mol，公式為Vm =V/Vn。

需要注意的是，標準模式下的22.4 mol氣體，每單位mol 等于1 L。

問題：氣體（V）和氣體的質(zhì)量（n），氣體體積（V）與氣體質(zhì)量（m）的比值，以及氣體體積（V）與粒子數(shù)量（N）的比值。

本環(huán)節(jié)通過建立氣體摩爾體積的概念模型，并結(jié)合習題的練習拓展，氣體摩爾體積與氣體質(zhì)量、物質(zhì)質(zhì)量和氣體顆粒數(shù)量之間的關(guān)系最終成功地建立了氣體摩爾體積的概念模型，具體模型如下圖所示。

在教學(xué)中，人們將索引和直接證據(jù)與教學(xué)過程中的指示和平行結(jié)合起來，從而產(chǎn)生指示和平行的組合。在教學(xué)過程中，它們促進學(xué)生理解“已定義”概念的含義和來源，目的是讓學(xué)生理解和實施“定義”的概念，并為其創(chuàng)建概念模型。

四、教學(xué)反思與建議

（1）教學(xué)反思。在建立模型的過程中，通過對不同形態(tài)物質(zhì)之間進行觀察和比較，梳理總結(jié)出部分觀點理論，并在此基礎(chǔ)上進行分析推導(dǎo)，直至成功理解化學(xué)概念。這一系列的操作環(huán)節(jié)，既能有效加深學(xué)生對化學(xué)的理解，又能完善他們的邏輯思想。為了證據(jù)推理和模型認知的核心素養(yǎng)能夠在氣體摩爾體積的教學(xué)中得到有效落實，還在實際的教學(xué)過程中加大科學(xué)思維的運用范圍和程度，更好地引導(dǎo)學(xué)生將證據(jù)推理和模型認知應(yīng)用在化學(xué)概念的學(xué)習中，從而讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維能力在中學(xué)化學(xué)中螺旋上升，并在最終有效提升化學(xué)素養(yǎng)。

（2）教學(xué)建議。鑒于當下中學(xué)生普遍存在的化學(xué)概念學(xué)習問題，教師應(yīng)當對證據(jù)推理和模型認知的教學(xué)方式予以重視，為了保證教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)當在備課環(huán)節(jié)尤為仔細，從而保證后續(xù)教學(xué)工作對學(xué)生發(fā)揮作用，提高理論能力，并通過指導(dǎo)和支持來引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中建立化學(xué)概念模型，幫助學(xué)生理解化學(xué)概念。此外，學(xué)生將知識應(yīng)用于化學(xué)學(xué)習，以促進核心意識素養(yǎng)和化學(xué)概念之間的融合理解。

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