基于证据推理素养的初中化学实验探究教学实践研究-以探究金属活动顺序为例

基于证据推理素养的初中化学实验探究教学实践研究--以探究金属活动顺序为例《探究金属活动性》是第八单元课题2金属的化学性质第二课时的内容，属于新课标中主题2《物质的性质与应用》的内容。这个模块的内容旨在帮助学生基于物质类别的视角认识金属的性质，既要学习金属的共性，又认识相同类别的金属也有差异性，形成认识一类物质性质的思路和方法。本节课的内容旨在通过实验探究的方式，认识金属的化学性质，从而认识金属活动性的差异性。学生通过已学的知识进行预测常见金属的活动性，并进行合理的解释，设计实验方案以及评价方案的合理性，通过实验进行验证，强化学生实证的意识和证据的意识，基于证据进行分析推理获得结论，初步形成一定的证据推理能力，发展学生科学思维素养。一、课标分析1.内容要求：通过实验探究等活动认识常见金属活动性顺序，知道可以通过物质类别认识具体物质的性质，了解通过物质的共性和差异性认识一类物质性质的方法；了解观察、实验以及对事实进行归纳概括、分析解释等认识物质性质的基本方法。2.学业要求：能运用研究物质性质的一般思路与方法，从物质类别的视角，依据金属活动性顺序，初步预测常见的金属的主要性质，设计实验方案，分析、解释有关的实验现象，进行证据推理，得出合理的结论。通过新课标中内容要求和学业要求可知，通过实验探究方式认识常见金属的活动性，形成探究金属活动性的一般思路和方法。当学生认识陌生金属的活动性，也会运用同样的方法去探究，发展学生科学探究学科素养。通过学生对常见金属的认识，预测金属的活动性，能设计实验方案，通过实验、观察等科学方法获取证据，基于证据进行分析推理获得结论，初步形成一定的证据推理能力，发展学生证据推理学科素养。二、教材分析《金属的化学性质》是人教版九年级化学下册第八单元的重要课题，本节课重点学习金属化学性质中的活动性顺序。此前，学生已经学习了金属与氧气、稀盐酸、稀硫酸的反应，并对这些反应中金属活泼程度的差异有了一定的认识。因此，本课题在此基础上通过探究金属活动性顺序，进一步引导学生理解不同金属在化学反应中表现出的特性。这一课时通过实验观察和现象分析，帮助学生掌握金属化学性质的共性特点，同时，通过对比实验中金属反应活泼程度的差异，深化对金属活动性顺序的理解。这种教学设计不仅让学生直观地感知金属的化学反应，还通过逻辑推理和归纳总结，使学生能够掌握金属反应的内在规律。教材结构合理地组织了不同金属的实验探究活动，鼓励学生从实际操作中获取知识。通过观察反应能否进行，学生可以体验到科学探究的乐趣，并锻炼他们的观察和分析能力。教材的这种安排有助于提高学生的自主学习能力和解决问题的能力，从而为后续化学知识的学习打下坚实基础。三、学情分析学生已经具备了一定的化学基础知识，尤其是在金属的物理性质及其与氧气、盐酸、稀硫酸反应的学习中，对金属的活泼性有了初步的了解。学生在先前的学习中，已经接触过实验操作，也具备了一定的观察能力和实验安全意识。因此，他们在面对本课时的实验探究活动时，能够较为熟练地进行操作和观察。然而，学生对金属活动性顺序的理解可能还停留在感性认识阶段，尤其是在不同金属反应活泼程度上的比较和归纳能力仍需进一步发展。他们可能会对金属活动性顺序的理论和实质理解不够深入，需要通过具体的实验现象和指导来加深理解。学生在比较和分析不同金属之间反应的实验现象时，可能容易忽视细微的反应差异。总体而言，学生对化学实验的兴趣较高，乐于参与实验探究活动，也具备了一定的实验探究能力，为本课时的探究教学提供了良好的基础。通过教师适当的引导和启发，学生能够设计简单的实验方案，通过实验验证，能运用观察、比较等科学方法，提升分析推理能力和科学思维能力，为后续更复杂的化学知识学习做好准备。四、知识功能设计方案：设计方案探究金属活动性顺序证据推理：基于实验获取的证据进行分析推理获得结论，形成一定的证据推理的能力；科学方法：实验探究、观察、分析推理、概括归纳思路方法：形成探究金属活动性的一般思路和方法五、教学目标1.通过实验探究活动认识常见金属的活动性，初步形成探究金属活动性的一般思路和方法，并初步建构认识金属活动性的一般思路和方法的认知模型；2.通过学习金属的部分性质进行预测金属的活动性，并能设计简单的实验方案进行实验验证，初步形成一定的探究能力；3.通过实验、观察以及对实验事实进行分析推理、归纳概括等科学方法认识金属的化学性质，并能用化学符号进行表征化学反应；六、教学过程环节1：复习巩固，建立新旧知识的联系教师：上节课我们学习了金属的哪些化学性质学生：金属与酸反应生成氢气（置换反应）、金属和氧气反应生成金属氧化物（化合反应）教师：从金属镁、锌、铁和铜，四种金属是否与酸反应，你能获得什么结论？学生：能与酸反应的金属的活动性比不与酸反应的金属活动性强。环节2：探究金属的活动性教师：2000多年前中国古代西汉时期的《淮南万毕术》记载了利用该反应湿法炼铜的方法:曾青得铁则化为铜。即将铁加入硫酸铜溶液中便可得到铜。探究活动1：设计实验方案比较金属Fe和Cu的活动性强弱实验方案1：分别将金属铁和铜放入盛有等体积的稀盐酸中，若铁的试管中产生气泡，而铜的试管没有气泡，则铁的金属活动性比铜强。实验方案2：把铁丝放入盛有硫酸铜溶液的试管中，再把铜丝放入硫酸亚铁溶液的试管中。第一支试管中有红色固体生成，溶液从蓝色变为浅绿色；第二支试管没有产生明显现象，则可证明铁的金属活动性比铜强。学生评价实验方案的合理性：认为根据两个实验产生不同的现象进行对比，可以得出实验结论。梁明基同学：不赞同浩的观点，觉得没有必要进行第2个实验，第一个实验基于产生的现象可证明铁的金属活动性比铜强。同学们设计的实验方案以及评价方案如下：凌渝浩同学通过实验验证自己设计的实验方案，等待一段时间后，观察现象，基于铁丝表面有红色固体生成为证据，说明铁能将硫酸铜溶液中的铜置换出来，获得铁的活动性比铜强的结论。探究活动2：设计实验方案比较金属Cu和Ag的活动性强弱实验方案3:：将铜丝放入盛有硝酸银溶液的试管中，若观察到铜丝表面有银白色固体，溶液有无色变成蓝色，则铜的金属活动性比银强。学生通过实验进行验证，收集证据，基于证据进行分析推理，获得结论。探究活动3：设计实验方案比较金属Al、Cu和Ag的活动性强弱提出问题：金属铝、铜、银的金属活动顺序做出猜想：①Al>Cu>Ag；②Cu>Al>Ag；③Ag>Cu>Al

④Al>Ag>Cu学生做出猜想①Al>Cu>Ag学生做出猜想②Cu>Al>Ag学生做出猜想③Ag>Cu>Al学生做出猜想④Al>Ag>Cu同学评价猜想的合理性并说出依据，认为第一个猜想是合理的，其他的猜想都是不合理的，因为银在自然界中是以单质形式存在，它是最不活泼的，其次，金属铝在常温下能氧气反应，而铜要在加热的条件下进行。所以我认为猜想1正确。设计实验方案：比较金属铝、铜、银的活动性强弱实验方案1：将铝丝放入盛有硫酸铜溶液的试管中，将铜丝放在盛有硝酸银溶液的试管，观察现象。同学补充实验方案1，预测产生的现象，基于现象进行分析推理获得结论。实验方案：首先，两个实验都没有产生现象，说明铝的活动性比铜的强；铝的活动性比银的强，无法证明铜的活动性比银的强。其次，都没有产生现象很难说明结论。实验方案4：铝丝表面有红色固体生成，说明铝的活动性比铜的强；铜丝表面有银白色固体生成，说明铜的活动性比银的强，但无法比较铜和银的金属活动性，所以方案不可行。实验方案5：将铜丝分别放入盛有等体积的硫酸铜溶液和硝酸银溶液的试管中，观察现象。预测的实验现象是第一支试管没有现象，第二支试管有银白色固体，溶液有无色变为蓝色...........同学们的实验方案板书如下：学生进行实验验证，学生分享的实验结果及得出实验结论如下：同学：将铝丝放入硫酸铜溶液中，有红色固体生成说明铝能够将硫酸铜溶液的铜置换出来，溶液从蓝色变为无色，说明蓝色的硫酸铜已经被铝丝反应完，生成无色的硫酸铝，所以铝的活动性比铜强。将银丝放入硫酸铜溶液中，没有产生现象，说明银丝无法置换出硫酸铜溶液中的铜，所以银的活动性比铜弱。同学：将铜丝分别放入等体积的硫酸铝溶液和硝酸银溶液中，第一支试管没有现象，说明金属铜没有能力置换出硫酸铝溶液中的铝，铜的活动性比铝的弱；第二支试管有银白色的固体生成，说明铜丝能将硝酸银溶液中的银置换出来，说明铜的活动性比银的强，通过这两个实验得出铝的活动性大于铜的，铜的活动性大于银的。教师：请大家根据实验事实写出铝与硫酸铜溶液、铜与硝酸银溶液的反应方程式。学生：书写化学方程式环节3：归纳总结比较三种金属活动性强弱的方法方法一：“两金夹一液”

如：Al、CuSO4溶液、Ag方法二：“两液夹一金”

如：Al2(SO4)3溶液、Cu、AgNO3溶液环节4：形成探究金属活动性的一般思路和方法学生归纳总结探究金属活动性的一般思路和方法，建构探究金属活动性的一般思路和方法的思维模型。七、案例分析1.发挥实验功能，提高探究能力2022年版义务教育课程标准提出：“以实验为基础是化学学科的重要特征之一，化学实验对全面发展学生的核心素养有着极其重要的作用。”由此可见，化学实验是落实学生化学学科素养的重要途径，也是落实核心素养的有效途径。本案例充分发挥实验的功能与价值，采用实验探究的方式建构获取探究金属活动性的一般思路。学生通过实验探究，像科学家一样做出猜想，根据已有的知识进行评价猜想的合理性。学生设计实验方案，设计了5个实验方案,由此可见学生能根据实验目的设计简单的实验方案能力。其他学生评价实验方案的合理性，方案3和陈展华的方案4不合理，无法获得结论，将这两个方案Pass。通过实验进行验证其他三个实验方案，收集证据，基于证据进行分析推理获得结论，并能与同学们分享、善于倾听他人合理的建议，评价、反思改进学习的过程及结果，初步形成自主、探究的能力。2.强化证据推理，提升科学思维2022年版义务教育课程标准提出：“初步学会运用观察、实验等手段获取化学实验事实，能初步运用分析、归纳等方法认识物质及其变化，初步形成一定的证据推理能力。”本案例学生通过实验进行验证实验方案，收集证据，基于证据进行分析推理获得结论。如：探究活动1：探究金属铁和铜的活动性。同学通过实验验证自己设计的实验方案，基于铁丝表面有红色固体生成为证据，说明铁能将硫酸铜溶液中的铜置换出来，获得铁的活动性比铜强的结论。探究活动3：同学将铝丝放入硫酸铜溶液中，有红色固体生成说明铝能够将硫酸铜溶液的铜置换出来，溶液从蓝色变为无色，说明蓝色的硫酸铜已经被铝丝反应完，生成无色的硫酸铝，所以铝的活动性比铜强。将银丝放入硫酸铜溶液中，没有产生现象，说明银丝无法置换出硫酸铜溶液中的铜，所以银的活动性比铜弱。同学将铜丝分别放入等体积的硫酸铝溶液和硝酸银溶液中，第一支试管没有现象，说明金属铜没有能力置换出硫酸铝溶液中的铝，铜的活动性比铝的弱；第二支试管有银白色的固体生成，说明铜丝能将硝酸银溶液中的银置换出来，说明铜的活动性比银的强，通过这两个实验得出铝的活动性大于铜的，铜的活动性大于银的。由此可见，学生能够通过实验获取证据，基于证据进行分析推理获得结论，初步形成一定的证据推理能力。3.建构认知模型，形成思路方法2022年版义务教育新课标中提到基于实验事实进行“建构模型”等，在科学探究模块中也有提到“建构模型”，但是并没有详细、具体的要求。2017年高中化学