證據(jù)推理與模型認(rèn)知在中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用.docx

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證據(jù)推理與模型認(rèn)知在中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用【摘?要】在中學(xué)階段的化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，不管是日常教學(xué)還是中高考習(xí)題，化學(xué)概念無(wú)處不在?；瘜W(xué)概念作為貫穿初中、高中化學(xué)教學(xué)全過(guò)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(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程中，大部分學(xué)生在化學(xué)概念學(xué)習(xí)方面都存在方法不正確、學(xué)習(xí)效率低等問(wèn)題。因此，本文基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知的教學(xué)方式，通過(guò)實(shí)際的案例設(shè)計(jì)和解析，幫助學(xué)生解決中學(xué)階段化學(xué)概念學(xué)習(xí)困難的問(wèn)題，同時(shí)也為類(lèi)似教學(xué)設(shè)計(jì)提供一些相關(guān)經(jīng)驗(yàn)?！娟P(guān)鍵詞】證據(jù)推理;模型認(rèn)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(diǎn)，學(xué)習(xí)化學(xué)概念一直是中學(xué)教育的一個(gè)難點(diǎn)。化學(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(xí)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(dāng)下化學(xué)教育工作者迫切需要解決的問(wèn)題。從化學(xué)概念的出現(xiàn)和考查情況來(lái)看，在解決相關(guān)化學(xué)概念問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生要積極尋找證據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理。因此，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)強(qiáng)化證據(jù)推理和認(rèn)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(jì)化學(xué)概念具有抽象性、具體性和定義性等多種特點(diǎn)，對(duì)證據(jù)推理和模型認(rèn)知在其中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，必定存在一定的共性。本文以證據(jù)推理和模型認(rèn)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(rèn)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(shí)學(xué)習(xí)，能夠?yàn)榛瘜W(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(cè)思維與建?！钡母拍钅Ｐ拖嘟Y(jié)合能有效地促進(jìn)學(xué)生發(fā)展摩爾氣體體積的概念模型。（2）形勢(shì)分析。氣體摩爾體積屬于化學(xué)概念中的定義范疇，但同時(shí)它也具有顯著的抽象性特點(diǎn)，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?yàn)闅怏w作為化學(xué)研究學(xué)習(xí)中的常見(jiàn)概念，經(jīng)常會(huì)參與各類(lèi)化學(xué)反應(yīng)，并對(duì)其產(chǎn)生不可忽視的重要影響。盡管學(xué)生在進(jìn)入高中之前，已經(jīng)掌握了大部分化學(xué)概念，并對(duì)微觀世界有了一定認(rèn)識(shí)，但整體上來(lái)說(shuō)，對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解仍然不夠深入。（3）教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)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(duì)，確定物質(zhì)體積的主要決定因素，通過(guò)類(lèi)比和歸納推理，加深學(xué)生對(duì)這些因素的理解;通過(guò)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(píng)價(jià)目的。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(rèn)識(shí)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(rèn)知技能建模能力。通過(guò)推理進(jìn)行類(lèi)比和概括，對(duì)決定物質(zhì)體積的主要因素進(jìn)行推理，促進(jìn)學(xué)生對(duì)影響物質(zhì)體積的主要因素進(jìn)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(guò)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(shí)。（5）教學(xué)難度。重點(diǎn)：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(diǎn)：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(shí)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(gè)學(xué)習(xí)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(guò)類(lèi)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(dòng)態(tài)模型、。以下是實(shí)訓(xùn)的具體階段：（1）相同條件下的固、氣、液體積。顯示：20℃下1mol固體和液體，1.01×106Pa，如表1所示。教師問(wèn)：“請(qǐng)先從研究各種物質(zhì)的大小開(kāi)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(jì)算結(jié)果分別獲得7.1、10.0、18.0、53.5mL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：1mol不同氣體物質(zhì)在0℃，1.01×106Pa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(duì)以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的探討進(jìn)行總結(jié)并建立模型?？偨Y(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(jì)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(jìn)行演繹。（2）用類(lèi)比法記錄物質(zhì)體積的主導(dǎo)因素。教師問(wèn)：一個(gè)雞蛋有多大？一個(gè)大西瓜有多大？十個(gè)同樣大小的蛋和一個(gè)大西瓜哪邊占有的體積大？同樣的兩組雞蛋，每組10個(gè)，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(diǎn)，詢問(wèn)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(gè)分散的雞蛋，其中顆粒的數(shù)量、大小和重量的測(cè)定起著重要作用，包括微粒間的距離。本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖主要為，除了這種類(lèi)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(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。3個(gè)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(gè)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(dòng)畫(huà)展現(xiàn)。針對(duì)這些介紹，教師提出了以下問(wèn)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(shí)模型和動(dòng)畫(huà)分析確定測(cè)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(shù)立一個(gè)示范模型。教師問(wèn)：在同樣的溫度和壓力下，對(duì)于同樣物質(zhì)的體積，同學(xué)們還能說(shuō)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(chēng)為阿伏加德羅定律，公式為pV=nRT。教師提問(wèn)：請(qǐng)同學(xué)們用阿伏伽德羅定律公式，對(duì)練習(xí)題目當(dāng)中的關(guān)系進(jìn)行推理。學(xué)生練習(xí)并解釋?zhuān)涸谙嗤臏囟群蛪毫ο?，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(duì)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(duì)定律的深層含義進(jìn)行理解，并促進(jìn)學(xué)生更好地理解摩爾定律。（4）設(shè)計(jì)并應(yīng)用氣體摩爾質(zhì)量壓縮模型。概念：?jiǎn)挝毁|(zhì)量氣體體積，稱(chēng)為摩爾氣體。其符號(hào)為Vm，單位為L(zhǎng)/mol，公式為Vm=V/Vn。需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)模式下的22.4mol氣體，每單位mol等于1L。問(wèn)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(guò)建立氣體摩爾體積的概念模型，并結(jié)合習(xí)題的練習(xí)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(guò)程中的指示和平行結(jié)合起來(lái)，從而產(chǎn)生指示和平行的組合。在教學(xué)過(guò)程中，它們促進(jìn)學(xué)生理解“已定義”概念的含義和來(lái)源，目的是讓學(xué)生理解和實(shí)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(guò)程中，通過(guò)對(duì)不同形態(tài)物質(zhì)之間進(jìn)行觀察和比較，梳理總結(jié)出部分觀點(diǎn)理論，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)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(rèn)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(shí)，還在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中加大科學(xué)思維的運(yùn)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(rèn)知應(yīng)用在化學(xué)概念的學(xué)習(xí)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(dāng)下中學(xué)生普遍存在的化學(xué)概念學(xué)習(xí)問(wèn)題，教師應(yīng)當(dāng)對(duì)證據(jù)推理和模型認(rèn)知的教學(xué)方式予以重視，為了保證教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)在備課環(huán)節(jié)尤為仔細(xì)，從而保證后續(xù)教學(xué)工作對(duì)學(xué)生發(fā)揮作用，提高理論能力，并通過(guò)指導(dǎo)和支持來(lái)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(shí)應(yīng)用于化學(xué)學(xué)習(xí)，以促進(jìn)核心意識(shí)素養(yǎng)和化學(xué)概念之間的融合理解。