教学案例：基于证据推理素养的初中化学实验探究教学实践研究-以探究铁生锈条件为例

教学案例：基于证据推理素养的初中化学实验探究教学实践研究--以探究铁生锈条件为例《探究铁制品生锈的条件》是新课标主题2《物质性质与应用》的内容。本案例充分发挥化学学科实验的教学功能及价值，学生通过实验探究，初步运用控制变量的思想和对比实验的方法设计实验方案、评价实验方案的合理性，形成敢于评价他人的观点，养成敢于质疑的意识，初步形成一定的批判性思维。学生通过独立实验进行验证猜想，通过实验观察、获取证据，基于证据进行对比、分析推理，获得结论的能力，并与他人交流和评价探究过程及结果，发展学生“科学探究、证据推理”“科学态度”等学科素养。一、课标分析1.内容要求以铁生锈为例，了解防止金属腐蚀的常用方法；了解废弃金属对环境的影响及金属回收再利用的价值。2.学业要求从辩证的角度，初步分析和评价物质的实际应用，对金属材料使用与金属资源的开发展开讨论，积极参与相关的综合实践活动；能独立或与他人合作开展化学实验，收集证据；能基于事实，分析证据与假设的关系，形成结论；并与他人交流和评价探究过程及结果。3.学业质量标准能对观察、记录的实验现象和数据进行分析、处理，对实验数据进行分析和推理，得出合理的结论，能用规范的语言呈现探究结果，并与他人交流。通过以上课标可知，本案例旨在帮助学生形成一定的证据推理能力、能够辩证看待铁生锈的问题，初步形成辩证唯物主义、形成严谨求实、形成敢于评价、质疑的科学态度。二、教材分析《探究铁生锈条件》是属于新课标中《物质的性质与应用》主题2的内容。在第六单元探究二氧化碳是否与水反应、在第七单元探究燃烧的条件等探究实验之后，学生已初步运用控制变量思想和对比实验方法进行设计多个因素对实验结果的影响的实验方案，初步形成运用控制变量思想和对比实验方法设计实验方案的能力，为本节课探究铁生锈条件奠定了良好的基础。探究铁制品生锈条件是学生运用控制变量思想设计实验方案和运用对比实验方法的逐步完善，为后面探究酸碱盐化学性质的实验奠定了良好的基础，本节课在教材中起到呈上启下的作用。三、学情分析学生在第六单元探究二氧化碳是否与水反应、在第七单元探究燃烧的条件等探究实验中，已初步运用控制变量思想和对比实验方法进行设计多个因素对实验结果的影响的实验方案，初步形成运用控制变量思想和对比实验方法设计实验方案的能力。但缺乏主动运用控制变量的意识，也存在找不到控制变量，设计实验方案不完善。初步养成收集证据意识还不够，基于收集的证据进行分析推理获得结论的能力还不足，初步形成一定的证据推理意识不强。四、知识功能设计方案：运用控制变量思想和对比实验方法进行设计实验方案，初步能设计实验方案；收集证据：实验过程中善于记录实验现象及处理实验现象；证据推理：基于收集证据进行分析推理获得结论；研究方法：控制变量思想和对比实验方法；素养要求：初步形成一定的证据推理能力、初步形成一定的科学探究能力。五、教学目标1.通过实验探究活动，认识铁制品生锈的条件，初步形成一定的探究能力；2.能运用控制变量思想和对比实验方法进行设计探究铁制品生锈条件的实验方案，初步形成设计简单实验方案的能力；3.能基于收集的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；4.通过讨论铁制品生锈的利与弊，能正确、辩证地看待铁制品生锈，初步形成辩证看待问题的能力。六、评价目标1.通过实验探究活动，认识铁制品生锈的条件，诊断学生初步形成一定的探究能力水平；2.能运用控制变量思想和对比实验方法进行设计探究铁制品生锈条件的实验方案，诊断学生初步形成设计简单实验方案的水平；3.能基于收集的证据进行分析推理获得结论，诊断学生初步形成一定的证据推理能力水平；4.通过讨论铁制品生锈的利与弊，诊断学生能否正确、辩证地看待铁制品生锈的水平。七、教学过程环节一：诊断病情教师：我现在浑身起色斑，甚至身上有些地方出现了小孔，我这是怎么了？同学诊断病情：自行车生锈环节二：查找病因教师追问：自行车为什么会生锈？你能帮它查找原因吗？同学查找病因：自行车长期放置在潮湿的空气中，铁自行车事用铁制品制成的，铁制品与空气中氧气和水发生反应。教师：今天这节课我们一起来探究铁制品生锈的条件。环节三：探究铁生锈的条件提出问题：铁制品生锈的条件是什么？猜想假设：①氧气；②水；③氧气和水共同作用；设计方案：同学们设计方案分享方案：同学运用控制变量思想和对比实验方法设计方案并分享实验方案评价方案：同学们评价方案如下同学认为在第一个实验中要放入干燥剂，吸收空气中的水蒸气。同学认为第三个实验不用塞子盖住，因为第三个实验是铁钉同时与氧气和水发生反应，用塞子塞住了，氧气的含量不够，导致实验现象不够明显。评价实验方案中的第二个实验，认为将水换成蒸馏水。同学对姚泓灿评价实验方案的观点进行解释和补充，非常好。实验验证：合作实验同学对比实验①铁钉不生锈和③铁钉生锈，可得铁生锈条件之一是水；对比实验②铁钉不生锈和③铁钉生锈，可得铁生锈的条件之一是氧气，基于实验①②③的证据和对比实验进行分析推理获得铁生锈需要与氧气和水共同作用的结论。环节四：防护铁制品原理和措施教师：我们通过实验已经验证铁生锈的条件，请根据铁生锈的条件调节化学反应破坏铁生锈条件，防止铁制品生锈的原理。同学：隔绝氧气或隔绝水教师：根据防止铁制品生锈的原理，你有什么方法防止自行车生锈的方法？同学：将自行车的链条涂油同学：保持自行车保持干燥同学：在自行车车架表面刷漆同学：在自行车表面镀铬，防止锈蚀，增强硬度教师：请你辩证谈谈铁制品生锈对人类生活生产的作用。同学：铁制品生锈，浪费金属资源，我们要合理利用和保护铁制品同学：我们可以利用铁制品生锈的原理，铁粉食品脱氧剂，充分利用铁制品生锈的原理为我们生活服务。同学：我们可以利用铁粉测定空气中氧气的含量同学：人类可以利用铁制品生锈的原理制成暖宫贴。教师：铁制品生锈暨有利的一面，也有不利的一面，我们要辩证地看待铁制品生锈的原理，充分利用铁制品生锈的原理为我们人类生产生活服务，真正发挥铁制品生锈原理的价值。教师：金属资源是不可再生资源，我们应如何保护金属资源？学生回答：寻找金属资源的替代品、回收再利用金属资源…环节五：课堂小结八、案例分析1.强化证据推理，发展科学思维《课标2022》提出：初步学会运用观察、实验等手段获取证据，能初步运用比较、分析、归纳等方法认识铁以及铁发生变化，初步形成一定的证据推理能力。本案例注重培养学生的证据推理的科学思维。如：同学完成实验后，同学对比实验①铁钉不生锈和③铁钉生锈，可得铁生锈条件之一是水；对比实验②铁钉不生锈和③铁钉生锈，可得铁生锈的条件之一是氧气；基于实验①②③的证据和对比实验进行分析推理获得铁生锈需要与氧气和水共同作用的结论。由此可见，学生基本形成一定的对比实验方法的能力，能基于证据进行分析推理获得结论的能力。学生根据实验探究得出铁生锈的条件，破坏铁生锈条件进行防护铁制品生锈的方法，初步体会调控化学反应的重要性。学生从两个角度地认识铁生锈的原理在生活生产中的作用，逐步学会从辩证角度看待铁生锈，感受到铁生锈对人类生活的重要作用，初步形成一定的辩证看待问题的能力，发展学生辩证看待事物的思维。2.运用控制变量，发展科学探究《课标2022》提出：“学习控制变量和对比实验的实验设计方法。”掌握控制变量和对比实验方法是学生核心素养发展的重要基础。控制变量思想和对比实验方法是科学学科共有的思路与方法。本案例重视发展学生控制变量和对比实验方法的价值。本节探究课，探究多个因素对铁制品生锈的影响，学生能够先控制一个因变量对实验结果的影响，控制其他的变量都相同，明确调节和控制变量的种类，逐一控制变量对实验结果的影响。如：同学先探究水对铁制品生锈的影响，因变量是水，只有水这个因变量不同，其他的变量都必须控制相同，如：铁钉大小相同，与空气的氧气接触相同；探究氧气对铁制品生锈的影响，氧气是因变量，氧气不同，其他