归纳与整理教学设计一等奖

指向“证据推理与模型认知”素养的主题式复习教学研究

——以“砷及其化合物”为例

李南方

（安徽省淮南第二中学 安徽淮南 232000）

摘要：在高三复习课中设计“砷及其化合物”的主题式复习，通过围绕陌生元素“砷”及其化合物的主题整合重组内容，精选问题和实验设计活动，在问题解决的过程中落实学生的“证据推理和模型认知”的学科核心素养。

关键词：证据推理;模型认知;主题式复习;砷及其化合物

一、教学背景

证据推理和模型认知是化学独有的认知方式，是化学核心素养的重要构成部分，旨在培养学生证据意识，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，并能够建立认知模型，运用模型解释化学现象，现象的本质和规律，属于高阶思维的范畴。

主题式复习是确定一个复习主题，可以整合多个知识点，具有一定的综合性【1】。通过创设符合主题的情境激发学生的学习兴趣，通过设计系列问题促进学生解决问题，在此过程中引导学生基于化学规律、信息等进行证据推理，建立认知模型及增进对认知模型的理解，培养思维的深度和广度，提升高三化学复习课的有效性。

二、设计理念

高三复习课学生缺乏新知识点的刺激和思维碰撞，在实际复习过程中，学生容易机械背诵结论性和规律性知识，不利于核心素养的培养和构建。本节课选取陌生元素“砷及其化合物”作为复习教学主题，通过创设情境激发学生的兴趣，设计系列问题将元素周期律、物质结构、元素化合物、实验设计、基于情境的陌生方程式书写等相关知识整合到一个主题进行教学，促进学生有效运用“结构-位置-性质”模型及物质性质认识模型【2】，分析、整合已有的信息，根据已有知识对“陌生元素”的某些性质进行推理，实现核心素养的提升，具体如图1所示。

李南方，E-mail:372619100@qq.com

图1 “砷及其化合物”复习主题

三、教学分析

1、学习者分析

本节课设计为一轮复习课，其思维跨度较大，学生进入高三，有一定的逻辑推理能力。在以往的学习中已经建构了核心元素的认知模式，累积了一定的元素化合物知识及科学探究活动经验，有一定的基于元素周期律的证据进行陌生元素性质推理的意识。但学生对核心概念尚未形成系统性认识，对核心概念尚且不能有效运用，在论证过程中证据意识和证据推理能力有待提高。

2、教学目标分析

本节课着重于培养学生“证据推理与模型认知”的科学素养，具体如下：

（1）基于已有证据，结合对核心知识的理解得出能满足问题或假设的合适的结论，体现出因果关系。

（2）面对陌生的问题情境，能基于类别、价态、周期律预测未知物质性质。

（3）能根据“位-构-性”模型分析元素在周期表中的位置、预测元素性质，构建物质性质认识模型。

四、基于证据推理的教学活动实施过程

1.创设情境，引入教学主题

【师】说起砒霜，大家想到什么关联词？

【生】砒霜有剧毒。

【师】砒霜的成份是As2O3。大家眼中的剧毒的砒霜可以作药物。近日香港大学成功研制口服砒霜作为治疗白血病的处方药物。今天我们就来说说砒霜的构成元素之一——砷。

设计意图：引发学生学习动机，引出本节课的主题。

2.回顾“位置-结构-性质”关系

【问题】教师提出一系列关于砷元素位置、结构、性质等相关问题，并要求学生填写任务单。

【任务单】请填写：1、砷元素在周期表的位置＿＿

2、砷原子结构：电子层数＿最外层电子数＿价电子排布式＿

3、预测砷元素的某些性质，如常见化合价，有无一定的金属性等

【学生】积极参与讨论，填写任务单，并预测砷的常见化合价，非金属性弱于磷元素，参照对角线规则预测砷是两性元素等。

设计意图：较之照本宣科式的复习方式，通过“陌生元素”回顾元素周期律知识更能引起学生的兴趣，这一环节设计强化学生的“位置-结构-性质”这一元素周期律的模型认知方式，同时为后续复习内容铺垫。

3.砷的“元素价态-物质类别”二维图

【师】根据砷的周期表位置，大家认为砷有哪些常见化合物？

【学生】砷单质、砷氧化物、砷酸、砷酸盐…

【任务单】填写“元素价态-物质类别”二维图。

【师】请注意砷酸及其盐的写法参照磷酸及其盐。

【学生】经讨论后做出的“元素价态-物质类别”二维图如图2所示。

图2 砷及其化合物的“元素价态-物质类别”二维图

设计意图：学生尽管没有学习过砷的常见化合物，依据已有的周期律知识进行合理推断，体现了证据推理意识。也回顾了元素化合物复习中的“元素价态—物质类别”模型，初步建立陌生元素认识的模型。

4.砷元素相关化合物的学习

【师】预测As2O3和

As2O5的化学性质。

【生】As2O5

有较强氧化性，是酸性氧化物。As2O3有一定氧化性、还原性、是两性氧化物。

【师】已知As2O3是两性氧化物，可否书写出AS2O3与HCl及NaOH反应的化学方程式？

【生】类比Al2O3推理出As2O3与HCl及NaOH反应的方程式。

【师】砒霜的主要成分是As2O3，在检验砒霜的过程中的一个步骤是将试样与锌混合后加入盐酸，若试样中含有砒霜，则有AsH3生成。请写出此反应方程式并标出电子转移。

【生】书写相关方程式。

设计意图:练习陌生情境下氧化还原反应产物的推理，巩固元素化合物及氧化还原相关知识，引出AsH3的学习。

【师】预测AsH3的空间构型、某些物理性质、化学性质，填写任务单。

【生】经讨论后填写的任务单如下：

1、AsH3的空间构型为：三角锥型

2、AsH3的某些物理性质：密度大于空气，可溶解于水及部分有机溶剂

3、AsH3的某些化学性质：可自燃，易分解，较强还原性

设计意图:强化学生的类比推理能力。初步应用陌生元素认识的基本模型。

5.设计方案，能力拓展

【师】含砷化合物如何检验？我们刚才学习了检验砒霜的化学方程式，将As2O3转化为AsH3，但并没有明显现象，又该如何利用AsH3的性质设计后续实验？

【PPT】给出如下资料：

资料1：AsH3用于砷中毒探测

资料2：PH3在800℃时可以分解

资料3：单质砷凝结在玻璃上可形成具有灰黑色金属光泽的“砷镜”

资料4：PH3可以将AgNO3还原为Ag

【小组合作】经讨论、综合，形成两种含砷化合物的检验方案，如表1所示。

表1含砷化合物的检验方式

方法

马氏试砷法

古氏试砷法

操作流程

1、把Zn、盐酸和含砷试样混合，生成的气体

2、通入热玻璃管中

2、通入AgNO3溶液

现象

冷却后，观察有无砷镜产生

观察有无黑色固体产生（银粉）

方程式

【师】在实际应用中，第一种检验砷方式称为“马氏试砷法”，第二种称为“古氏试砷法”。

设计意图:给予学生相应的信息，应用基本反应原理及元素周期律推论，综合分析、演绎推

理，自主探究，设计综合实验，提升学生核心素养及思维品质。

【情境】某冶炼废渣中的砷元素主要以As2S3的形式存在，可用古氏试砷法半定量检测(As10－6g)。取1g废渣样品，粉碎后与锌粉混合，加入H2SO4共热，生成的最低检出限为3.0×的AsH3气体通入AgNO3溶液中，未见银镜生成。

10－5g·kg－1，则该排放的废渣中砷【问题】固体废弃物的排放标准中，砷元素不得高于4.0×元素的含量符合不符合排放标准？

设计意图:考查学生的定量运算。

【教师】按照元素周期律的认识规律，我们预测一下砷的含氧酸的相关性质，并书写相关方程式。

【小组合作】得到的砷的含氧酸的认识如表2所示。

表2 砷的含氧酸的性质

酸

化学式

化学性质

亚砷酸

H3AsO3或As(OH)3

弱酸，具有两性，还原性

砷酸

H3AsO4

弱酸，有一定氧化性。

【问题】能否通过实验证明砷酸与磷酸的酸性相对强弱？

【活动】经分组讨论，小结，总结出以下方法，如表3所示。

表3 实验方案及预期现象

实验方案

测定同浓度的砷酸与磷酸溶液的pH

比较同浓度的砷酸和磷酸与锌粒反应的快慢

比较同浓度的砷酸和磷酸溶液的导电能力

将pH相同的砷酸与磷酸稀释10倍，再测pH

测定相同浓度的砷酸钠与磷酸钠的pH

预期现象

pH(砷酸)>pH(磷酸) 磷酸反应速率更快

砷酸溶液的导电能力弱于磷酸

砷酸的pH改变幅度更小

砷酸钠的pH更大

设计意图:学生参与实验方案的设计与讨论，基于已有的知识为证据，陌生物质性质推理，强化陌生物质认识模型。

6.课堂小结，归纳提升

【活动】在“化合价-物质类别”二维图的基础上画出砷及其化合物的转化关系。

【学生】在二维图的基础上画出的转化关系如图3所示。

图3砷及其化合物转化关系图

设计意图:建立陌生元素的认识模型，即“确定元素位置”-“关联常见物质”-“推理物质性质及转化关系”-“综合应用”，归纳综合，将元素周期律的应用拓展到陌生元素及其物质性质的认识，构建知识网络。

五、启示与反思

1.以“新”带“旧”，整合教学

常见的高三复习，是教师为主导的对某一章节“旧事重提”，而主题式复习模式的应用，对已有知识设计出有新意的“包装”，学生的课堂参与度高。以“砷及其化合物”为主题为中心对知识进行整合，设计逐级递进的综合性的问题和任务，在任务解决的过程中将元素化合物知识、周期律、实验设计、陌生情境下方程式的书写紧密融合，培养学生的高阶思维，提高学生掌握化学核心知识的能力。

2.落实核心素养，促进观念建构

在本节课中，学生面对陌生的砷及其化合物的相关问题，可以基于已有的元素周期律知识、元素化合物知识为证据，依据物质性质及反应特征寻找、收集证据，通过合理的推理，从理论层面解决问题。能应用“位-构-性”模型推理砷元素性质，应用“物质类别-化合价”模型推理砷的化合物性质，最终建立陌生物质认识模型，深化已有的模型认知。运用模型解释和推测物质组成、结构、性质及变化，将“证据推理”和“模型认知”进行有效结合。在任务解决的过程中有效地构建了“变化观”、“元素观”、“分类观”等化学观念，实现了化学观念的建构。

参考文献

【1】王东.“主题式复习”在高三二轮复习教学中的实践与思考[J].中学化学教学参考，

2016(11):33-36

【2】王婉洋，王磊等.元素周期律复习教学中认识模型建构的有效策略[J].化学教育，2018(7):18-25.

作者信息：李南方，安徽省淮南二中。电话15212660674