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“证据推理与模型认知”引领下的教学实践 ——以“脱氧剂的应用与研究”为例

一、研究背景

人们为了延长食品的保存期限,在食品包装上采用了很多方法,例如真空、充气、防潮(干燥剂)、气调(脱氧剂)等。脱氧剂的研制最初是为了防止变压器等设备的起火和爆炸,日本脱氧剂发展迅速,1943年就成功研制食品用铁系脱氧剂。我国脱氧剂开发、研究和应用起步较晚,但近年来发展迅速,目前研制出无机和有机两大类脱氧剂,其中无机系列包括铁系脱氧剂、亚硫酸盐系脱氧剂等,有机系列包括抗坏血酸类、儿茶酚类、葡萄糖氧化酶和维生素E类等[1]

2.养猪扩群资金投入缺口大,贷款难,利息高。规模化畜牧业的发展依赖于资金与技术的集约投入,养殖户自有积累资金有限,需要向银行贷款。但是生猪养殖业贷款渠道较少,贷款实际操作困难大,门槛高,利率高,直接影响养猪扩大再生产。

铁系脱氧剂是目前使用较为广泛的一类脱氧剂,其主要成分是活性铁粉,去除包装袋内的游离氧和溶解氧效果显著,在标准状况下,1g铁粉理论上可以脱除约1500mL空气中的氧。铁系脱氧剂的辅料有盐、活性炭等,辅料的种类和用量都会影响铁系脱氧剂的脱氧效果,比较适宜的配方是:还原铁粉(1g)、氯化钠(0.5g)、结晶碳酸钠(0.4g)、无水氯化钙(0.1g)、活性炭(0.1g)[2]。铁系脱氧剂脱氧的原理类似铁在潮湿的空气中发生的吸氧腐蚀,使用过的脱氧剂有结块现象,颜色由黑变红。

化学学科历来十分重视实证研究,高中化学课程中所涉及的化学理论和原理,都是建立在对大量实验事实(证据)进行比较分析、归纳概括的基础上的,之后还需要通过抽象和简化的方法建构模型,再现物质及其变化的基本规律[3]。将脱氧剂这类物质应用到高一“氧化还原反应”的教学中,一方面通过创设真实的情境,使学生亲身体会到化学学科知识与生活的密切联系,增强了实验过程的趣味性,从而激发了学生的学习兴趣;另一方面,将食品包装袋内的脱氧剂变废为宝,运用到课堂教学中,有利于培养学生绿色化学的理念。

二、设计思路

表1 高一必修“氧化还原反应”教学的三个层次

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“氧化还原反应”内容教学可安排三课时:第一课时,明确化学反应有不同的分类方法,能够从化合价升降角度判断氧化还原反应,能够从电子得失角度理解氧化还原反应,能够关注化学反应发生的本质原因。第二课时,建立氧化剂与还原剂的概念,了解氧化剂与还原剂有强弱之分,通过实验探究物质的氧化性与还原性[4]。第三课时,通过建构氧化还原反应认知模型,进一步认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化。通过创设情境—提出假设—实验设计—收集证据—论证推理—得出结论的方式,知道通过氧化还原反应可以探索物质性质,实现物质转化,认识物质及其转化在促进社会文明进步,提高人民群众生活质量中的重要价值。

本文以“氧化还原反应”第三课时“脱氧剂的应用与研究”为例,探讨“证据推理与模型认知”引领下的教学实施与评价。

三、教学实施与评价

环节一:教学导入

[情境1]生活中我们经常会购买一些零食,同学们有没有关注过它的生产日期和保质期?为什么要关注?为了防止食品变质,延长保存期限,生产商在食品的包装上想了不少方法,看一看这些食品,采用了哪些方法?请你打开包装,看看里面还有什么?

式中K0是初始的固定资本存量,Kt+1及Kt分别表示第t+1和t期末固定资产的存量,It+1表达第t+1期的新增固定资产投资,其中δt+1 表达第t+1期的固定资产折旧率,如式(11)所示:

[学生活动]积极回答,课堂气氛活跃。

[学生表现]能准确说出真空、充气两种食品包装的方法,但是干燥剂与脱氧剂会混淆。

[设计意图]将生活中熟悉又陌生的“脱氧剂”引入教学,既激发了学生的好奇心,又为氧化还原反应模型的建构奠定了认知基础。

OPC UA的接口主要有两种:一种是自定义接口,即CUSTOM标准接口,是服务商必须提供的,主要用于C++编写的客户程序;而另一种是OLE自动化标准接口,主要用于C#、VB等语言所开发的应用程序。而SINUMERIK 828D数控系统提供了OLE自动化标准接口,同时采用C#在HMI设计中较MFC更具有优势,因此本项目采用了OLE自动化标准接口。

环节二:建构模型

[学生活动]阅读资料卡,了解脱氧剂的种类与应用。

[学生表现]知道氧气是常见的氧化剂,脱氧剂能除去氧气,所以它们是还原剂,具有还原性,在反应中失电子,化合价上升,被氧化,发生氧化反应,得到氧化产物。

[设计意图]通过脱氧剂除去氧气,建构氧化还原反应认知模型:氧化剂+还原剂=氧化产物+还原产物。

[教师活动]在黑板上写下脱氧剂:氢气、铁、硫酸亚铁、亚硫酸钠。

[学生活动]判断脱氧剂工作后的产物(氧化产物)。

[学生表现]能准确说出氢气、硫酸亚铁、亚硫酸钠的产物,铁的氧化产物有氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁三种答案。

[设计意图]形成认知冲突,为后续的证据推理提供素材。

据统计调查显示,总体而言英语专业学生的英文水平、跨文化交际能力和口语表达能力要高于非英语专业学生,从而外语类高校或专业的学生在提供志愿者语言服务方面更具优势。此外,例如此次的中国航海日,其行业特色为航运和海事,必然涉及此专业的志愿者在专业知识内容和专业英语方面了解甚多。因而,活动赛事的主办方或组织方可依据活动主题着重对英语专业和主题领域的高校学生进行招募。

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环节三:证据推理

[情境2]有两袋铁系脱氧剂,一袋由于没有妥善保管,在空气中暴露时间过长,如何将它快速鉴别出来?

[学生活动]提出假设,设计实验方案。

[学生表现]学生已有的认知水平使他们具备了一定的科学探究能力。

总之,关于汇率预期与跨境资金流动的关系研究,国内外学者做出了重要贡献,但目前国内对两者间关系的研究仍显不足。本文基于现有研究成果,在传统供求理论的基础上,构建向量自回归模型,实证分析人民币汇率预期变化与跨境资金流动之间的动态关系。

[学生活动]收集证据,论证推理,得出结论。

现在她又来了。不知哥们儿朝洛蒙用什么办法把她诓骗来的。而且还要在租的房子里长住下去。哥们儿朝洛蒙的心机和口舌如簧的功夫我们是知道的。要不然他也不会从我们“烟箱子”搬出去,在我们这些哥们儿中里脱颖而出,成了经理眼中的红人,谋到销售助理这个职位。

表2 学生提供的四种方案

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表3 学生对这四种方案分别进行论证

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[设计意图]能从物质及其变化的事实中提取证据,对有关化学问题提出假设,能依据证据证明假设。

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[情境3]食品厂生产的一批蛋糕在运输过程中,发生个别包装袋破损漏气的情况,如果袋内脱氧剂失效,则食品极易变质。现工厂紧急召回这批产品,对袋内脱氧剂进行检测,若脱氧剂还有效,则这批产品可回收,否则将销毁。有哪些方法可以鉴别?

[学生活动]提出假设,设计实验方案,收集证据,论证推理,得出结论。

表4 学生提供的三种方案及论证过程

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[学生表现]对脱氧剂变质到哪种程度,学生没有判断经验,所以大多数学生还是采取了上一实验的方法,但部分学生已经能从微观角度进行分析。由于用吸铁石这种物理方法效果不明显,加稀硫酸后由于杂质较多又难以观察现象,学生提出需要过滤后再进一步验证。

(2)取少量(1)中所得溶液于试管中,滴加过量BaCl2溶液,观察到有白色沉淀生成;再取上层清液于试管中,滴加2滴~3滴无色酚酞溶液,观察到溶液变红。

[设计意图]能从宏观和微观结合上收集证据,能依据证据从不同视角分析问题,推出合理真实的结论。

环节四:提升认知

[情境4]某检测员加稀硫酸也没有看到明显的气泡,查阅资料后发现一条信息:在含有Fe3+的溶液中加入1滴硫氰化钾(KSCN)溶液,立即变成血红色,若Fe3+浓度增大,则颜色会变深。

[学生活动]过滤后,取两滴滤液,滴加硫氰化钾溶液,看到血红色。

[学生表现]学生获得新知识后能很快运用,并积极思考如何获得更多的硫酸铁。

[教师活动]引导学生回顾氧化还原反应认知模型:氧化剂+还原剂=氧化产物+还原产物

[学生活动]如果有铁粉,加稀硫酸后就有硫酸亚铁,只要找个氧化剂,就能将硫酸亚铁转化为硫酸铁,颜色就会变深。氧气是常见氧化剂,但是反应慢。

通过对测查结果的统计和分析,我们发现学生对于①号方框和②号方框的解答情况基本一致,所以在下面的水平层次讨论中,我们把两个方框的情况一起进行分析。根据答案是否正确,想法是怎样的,我们把学生的回答分成以下5个水平层次。

[教师活动]PPT展示九年级化学教材关于实验室制取氧气的反应:过氧化氢

水+氧气

[学生活动]滴加1滴双氧水后,溶液颜色明显加深,得出结论,脱氧剂中还有铁粉,所以有效。

[学生表现]学生通过应用氧化还原反应认知模型,进一步认识到氧化剂(过氧化氢)的氧化性比氧化产物(氧气)强,运用氧化还原原理可以实现物质的转化。

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[设计意图]能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据,能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型,并运用模型解决关键问题。

四、实践感悟

“证据推理与模型认知”引领下的教学设计和实践是要培养学生通过真实的探究活动具有证据意识,知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系;通过建立认知模型,并运用模型解释化学现象,揭示现象的本质和规律。

化学日常学习评价应与课堂教与学活动有机融合在一起,本节课通过学生在实验探究、小组讨论、方案设计等活动中的表现,运用提问、点评、小组加分等方式,对学生课堂学习的质量和化学学科核心素养的发展水平给予及时的把握。

参考文献

[1] 林灿煌,张灿河,李微.脱氧包装原理及脱氧剂的研究和发展状况[J].包装与机械,2004(5):115-119

[2] 韩鹏飞,曾凡坤.影响铁系脱氧剂性能的因素和组分设计探讨[J].食品工业,2010(1):65-68

[3] 吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学,2017(5):3-7

[4] 王磊,黄燕宁.单元教学设计的实践与反思——以“氧化还原反应”教学单元为例[J].中学化学教学参考,2009(3):9-11

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