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摘要：基于理论分析、猜想假设、实验验证等方式，探究真实情境下Fe与Fe3O4在情况;在此基础上，引导学生演练有关探究Fe与Fe3O4存在的中考真题。这系列探究活动，发展了学生的理性思维，增强了学生的建模水平，提高了学生学以致用的能力，着力培育了学生“证据推理与模型认知”的核心素养。
关键词：核心素养，证据推理与模型认知，实验探究，Fe与Fe3O4的存在
文章编号：1008-0546（2020）05-0091-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.024
有关文献和教学实践证明，基于化学实验的探究活动是发展学生“证据推理与模型认知”素养的最佳载体。
教学中，我们围绕Fe与Fe3O4的存在情况开展系列探究活动，培养学生依托证据进行推理的意识，提高学生的科学探究欲望与解决实际问题的能力，提升学生基于化学视角认识客观事物的水平，构建实验探究认知模型，并不断发展学生的“证据推理与模型认知”素养。
一、教学基本思路
这是一节综合性的复习课，主要教学意图是促进学生掌握检验Fe与Fe3O4存在的常用方法，构建解决此类问题的形式模型;通过系列探究活动，增强学生的证据意识、推理意识和建模意识，提高学生的猜想与预测、论证与分析、建模与解题等水平，发展學生“证据推理与模型认知”的核心素养。
本节课由4个探究活动串联而成，依次是：正立在桌子上的一瓶气体是什么气体——此活动旨在启迪学生的证据推理意识;铁丝绒在氧气中燃烧溅落下来的黑色固体是什么物质——此活动旨在培养学生证据推理能力，初步建构实验探究认知模型;CO还原Fe2O3得到的黑色固体是什么物质——此活动旨在强化学生证据推理意识、提升证据推理能力，建构实验探究认知模型;演练本地的中考实验探究题——此活动旨在利用建构的模型解决简单的实际问题，巩固证据推理能力。
上述每个活动既保持独立，又首尾呼应，且不断推进。整节课，教师将学科知识与解题方法、操作技能与实验方法、学科观念与科学素养等，巧妙融合于科学探究中、转化于思维空间内、变换于中考真题里，进而将学生引入核心素养的孕育之中。
二、教学主要过程
1.探究活动I：正立在桌子上的一瓶气体是什么气体
[问题情境]这瓶刚收集的正立在桌子上的气体（见图1），是我们学习过的哪种常见气体呢？
[分析推理]学生通过看气体颜色及放置方式，闻气体气味等物理手段，对气体成分进行初步判断，并在此基础上对气体成分作出猜想。
[提出猜想]这瓶气体可能是氧气，也可能是二氧化碳气体。
[设计实验]如果猜想是氧气，可以依据氧气能支持燃烧的特性设计实验;如果猜想是二氧化碳气体，可以依据二氧化碳能使石灰水变浑浊的特征反应设计实验。
[证据推理1]各小组利用提供的试剂（澄清石灰水）进行实验，发现石灰水没有变浑浊，说明这瓶气体不是二氧化碳气体。
[证据推理2]选用铁丝绒进行实验，其操作过程（见图2）。将点燃后的超细铁丝绒缓慢伸入集气瓶内，立即观察到铁丝绒燃烧异常剧烈，浓密的火星四处飞溅，放出大量的热。
[形成结论]集气瓶内的气体是氧气。
（活动意图及教学分析：该活动引导学生认识猜想、证据和结论之间的关系。观察气体颜色和气体放置方式，是获取气体性质的重要途径;由于是瓶口向上放置的常见无色气体，因而初步推知是氧气或二氧化碳。再利用石灰水、易燃物，不难验证集气瓶内盛放的是氧气）
2.探究活动Ⅱ：铁丝绒在氧气中燃烧溅落下来的黑色固体是什么物质
[问题情境]刚才的集气瓶内，残留的黑色固体是什么物质呢？
[分析推理]铁在氧气中燃烧的产物是Fe3O4，因此残留的黑色固体中一定含有Fe3O4。另外，如果氧气有限，一部分来不及燃烧的熔融铁会伴随着燃烧产物而溅落下来，所以黑色固体中还可能含有Fe。
[提出猜想]由上述分析，学生不难提出如下两个猜想：
①黑色固体全部是Fe3O4;
②黑色固体是Fe与Fe3O4的混合物。
[分析推理]要证明上述猜想，可以根据Fe、Fe3O4的物理特性或特征反应进行实验。由于Fe和Fe3O4都是黑色固体、都能被磁铁吸引，因此检验两者的存在通常依据它们各自的特征反应来选择试剂。
[过渡]下面给同学们提供三种试剂（稀盐酸、稀硫酸、CuSO4溶液），请你们通过实验确定，这三种试剂是否可以用来探究F。与Fe3O4的存在。
[分组实验]共有6个小实验，每组选择1个进行。实验结束后，完成实验报告，并分析实验现象、形成实验结论。
[证据推理]在仅含有Fe、仅含有Fe3O4、既含有Fe又含有Fe3O4的试管里，分别加入稀盐酸或稀硫酸或CuSO4溶液时，实验现象各不相同。因此，检验Fe和Fe3O4的存在可以使用足量的稀盐酸、稀硫酸或CuSO4溶液。 [证据收集]学生取少许铁丝绒燃烧溅落下来的黑色固体，研碎并装入试管，滴加足量的CuSO4溶液（或稀硫酸或稀盐酸），发现黑色固体部分变为红色固体，溶液逐渐变为浅绿色。
[形成结论]铁丝绒燃烧溅落下来的黑色固体中，既含有Fe也含有Fe3O4。
（活动意图及教学分析：该活动引导学生对证据进行分析和推理，确立结论和证据之间的逻辑关系，初步建立实验探究的认知模型，从而培养学生推理和分析的能力。根据铁和氧气反应的产物以及反应物的量，对黑色固体的成分提出两种猜想;根据Fe和Fe3O4的性质和特征反应，设计不同的探究方案;根据黑色固体与酸溶液或硫酸铜溶液反应的现象，推知黑色固体中含有Fe和Fe3O4）
3.探究活动Ⅲ：CO还原Fe3O3得到的黑色固体是什么物质
[观看微课]CO还原Fe2O3实验。
该微课的主要内容是：①再现该实验的主要操作、实验现象;②介绍CO与Fe2O3反应的机理，即Fe2O3中的氧元素是逐步失去的（Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe）;③介绍铁的氧化物的一些特征，即只有Fe2O3是红棕色，其余皆是黑色;只有FeO不稳定（在空气中很快被氧化为红棕色的Fe2O3），只有Fe3O4有磁性。
[证据收集]取少许CO还原Fe2O3实验所得黑色粉末，倒在白纸上，发现黑色粉末没变色。用磁铁靠近黑色粉末，发现能被全部吸引。据此，学生猜想黑色粉末的组成。
[提出猜想]
①黑色粉末中仅含有Fe;
②黑色粉末中仅含有Fe3O4;
③黑色粉末中含有Fe和Fe3O4。
[证据推理]取样，滴加足量的稀盐酸或CuSO4溶液;根据实验现象，即可判断Fe与Fe3O4的存在情况。
[形成结论]CO还原Fe2O3实验得到的黑色粉末中，既含有Fe也含有Fe3O4。
（活動意图及教学分析：通过对CO还原Fe2O3得到的黑色固体探究，提升学生寻找证据的能力;引导学生根据实验事实收集相关证据，对实验现象进行分析和推理，做出有理有据的解释并得到合理的结论，构建实验探究的认知模型。）
4.探究活动Ⅳ：演练中考真题（中考实验探究题）
[过渡]探究Fe与Fe3O4的存在情况是中考实验命题的热点，适当融合问题情境、猜想假设、实验验证、得出结论、拓展延伸等环节，就是一道实验探究试题。着重考查学生运用掌握的方法和建构的模型，解决新问题的能力。
[投影题目]徐州市中考实验探究题（此处题目省略）。
[试题分析]此题以“铁与水蒸气反应”的实验为背景，通过纸笔测试考查同学们的实验探究能力和科学素养。虽然本题涉及高中化学实验，但探究的主线仍然是“检验Fe和Fe3O4的存在。因此，解决有关问题的思路与前面的探究实验非常类似。学生在白板或练习本上，先独立解答试题，再展示交流。通过纸笔练习，巩固有关的知识与技能，提升学生素养。教师巡视、指导、释疑。
（活动意图及教学分析：利用构建的实验探究认知模型，解决生产生活中的实际问题，从装置、原理等维度和实验现象分析来巩固认知模型。将学生的思维过程外显，在思维碰撞中培养证据意识，在实验探究中通过现象证明分析推理是正确的）
[课堂结语]教师饱含深情地说道：“同学们，人生就是一场持久的探究，需要我们不断思考、不断计划、不断尝试……只有勤于探索，才有精彩的人生！”
（设计意图及教学分析：教师的结束语注重教书育人，能够将本节课的知识与技能提升和素养培育升华为化学教育的终极目标——立德树人）
三、教学反思
本节复习课，以物质的性质和科学探究活动作为明线，以培养模型建构和证据推理能力作为暗线贯穿于整个学习过程;两条线脉络清晰，同时又相互交织，相互促进，建构起实验探究的认知模型。
整个探究活动，通过思考与交流、讨论与实验、反馈与体验等多元方式强化了学生的证据意识，提升了学生的分析推理能力;在活动过程中加深了学生对实验探究认知模型的理解与应用，更重要的是为学生提供了一种学习化学的方法——模型建构法，利用模型再去解决同类问题，这也符合化学学科核心素养中对证据推理和模型认知的要求，也是学生高阶思维能力培养的有效载体。
实验是化学的根，所以贯穿于本节课的始终;证据意识是探究活动的根，基于证据推理的科学探究才是有价值的探究活动;课堂上抓住关键问题，设计不同活动，活动中寻找证据、促成反思，并逐渐把这种意识内化为学科观念与科学精神。
当然，教学是一门遗憾的艺术。由于初中阶段的知识局限以及学情限制，本节课所选择的问题过多地考虑“学生的最近发展区”，在设计实验等方面，教师点拨的多、学生主动发现的少。
总之，“证据推理与模型认知”素养是科学探究与创新的思维核心。在化学教学中，我们一线教师要植根于课堂，勤于挖掘教学素材;要着眼于学生，精心开发学习资源;要以素养为本，善于设计案例。这样，培养学生的化学核心素养就一定能落到实处，立德树人的根本宗旨就一定能潜移默化地影响学生一生。
关键词：核心素养，证据推理与模型认知，实验探究，Fe与Fe3O4的存在
文章编号：1008-0546（2020）05-0091-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.024
有关文献和教学实践证明，基于化学实验的探究活动是发展学生“证据推理与模型认知”素养的最佳载体。
教学中，我们围绕Fe与Fe3O4的存在情况开展系列探究活动，培养学生依托证据进行推理的意识，提高学生的科学探究欲望与解决实际问题的能力，提升学生基于化学视角认识客观事物的水平，构建实验探究认知模型，并不断发展学生的“证据推理与模型认知”素养。
一、教学基本思路
这是一节综合性的复习课，主要教学意图是促进学生掌握检验Fe与Fe3O4存在的常用方法，构建解决此类问题的形式模型;通过系列探究活动，增强学生的证据意识、推理意识和建模意识，提高学生的猜想与预测、论证与分析、建模与解题等水平，发展學生“证据推理与模型认知”的核心素养。
本节课由4个探究活动串联而成，依次是：正立在桌子上的一瓶气体是什么气体——此活动旨在启迪学生的证据推理意识;铁丝绒在氧气中燃烧溅落下来的黑色固体是什么物质——此活动旨在培养学生证据推理能力，初步建构实验探究认知模型;CO还原Fe2O3得到的黑色固体是什么物质——此活动旨在强化学生证据推理意识、提升证据推理能力，建构实验探究认知模型;演练本地的中考实验探究题——此活动旨在利用建构的模型解决简单的实际问题，巩固证据推理能力。
上述每个活动既保持独立，又首尾呼应，且不断推进。整节课，教师将学科知识与解题方法、操作技能与实验方法、学科观念与科学素养等，巧妙融合于科学探究中、转化于思维空间内、变换于中考真题里，进而将学生引入核心素养的孕育之中。
二、教学主要过程
1.探究活动I：正立在桌子上的一瓶气体是什么气体
[问题情境]这瓶刚收集的正立在桌子上的气体（见图1），是我们学习过的哪种常见气体呢？
[分析推理]学生通过看气体颜色及放置方式，闻气体气味等物理手段，对气体成分进行初步判断，并在此基础上对气体成分作出猜想。
[提出猜想]这瓶气体可能是氧气，也可能是二氧化碳气体。
[设计实验]如果猜想是氧气，可以依据氧气能支持燃烧的特性设计实验;如果猜想是二氧化碳气体，可以依据二氧化碳能使石灰水变浑浊的特征反应设计实验。
[证据推理1]各小组利用提供的试剂（澄清石灰水）进行实验，发现石灰水没有变浑浊，说明这瓶气体不是二氧化碳气体。
[证据推理2]选用铁丝绒进行实验，其操作过程（见图2）。将点燃后的超细铁丝绒缓慢伸入集气瓶内，立即观察到铁丝绒燃烧异常剧烈，浓密的火星四处飞溅，放出大量的热。
[形成结论]集气瓶内的气体是氧气。
（活动意图及教学分析：该活动引导学生认识猜想、证据和结论之间的关系。观察气体颜色和气体放置方式，是获取气体性质的重要途径;由于是瓶口向上放置的常见无色气体，因而初步推知是氧气或二氧化碳。再利用石灰水、易燃物，不难验证集气瓶内盛放的是氧气）
2.探究活动Ⅱ：铁丝绒在氧气中燃烧溅落下来的黑色固体是什么物质
[问题情境]刚才的集气瓶内，残留的黑色固体是什么物质呢？
[分析推理]铁在氧气中燃烧的产物是Fe3O4，因此残留的黑色固体中一定含有Fe3O4。另外，如果氧气有限，一部分来不及燃烧的熔融铁会伴随着燃烧产物而溅落下来，所以黑色固体中还可能含有Fe。
[提出猜想]由上述分析，学生不难提出如下两个猜想：
①黑色固体全部是Fe3O4;
②黑色固体是Fe与Fe3O4的混合物。
[分析推理]要证明上述猜想，可以根据Fe、Fe3O4的物理特性或特征反应进行实验。由于Fe和Fe3O4都是黑色固体、都能被磁铁吸引，因此检验两者的存在通常依据它们各自的特征反应来选择试剂。
[过渡]下面给同学们提供三种试剂（稀盐酸、稀硫酸、CuSO4溶液），请你们通过实验确定，这三种试剂是否可以用来探究F。与Fe3O4的存在。
[分组实验]共有6个小实验，每组选择1个进行。实验结束后，完成实验报告，并分析实验现象、形成实验结论。
[证据推理]在仅含有Fe、仅含有Fe3O4、既含有Fe又含有Fe3O4的试管里，分别加入稀盐酸或稀硫酸或CuSO4溶液时，实验现象各不相同。因此，检验Fe和Fe3O4的存在可以使用足量的稀盐酸、稀硫酸或CuSO4溶液。 [证据收集]学生取少许铁丝绒燃烧溅落下来的黑色固体，研碎并装入试管，滴加足量的CuSO4溶液（或稀硫酸或稀盐酸），发现黑色固体部分变为红色固体，溶液逐渐变为浅绿色。
[形成结论]铁丝绒燃烧溅落下来的黑色固体中，既含有Fe也含有Fe3O4。
（活动意图及教学分析：该活动引导学生对证据进行分析和推理，确立结论和证据之间的逻辑关系，初步建立实验探究的认知模型，从而培养学生推理和分析的能力。根据铁和氧气反应的产物以及反应物的量，对黑色固体的成分提出两种猜想;根据Fe和Fe3O4的性质和特征反应，设计不同的探究方案;根据黑色固体与酸溶液或硫酸铜溶液反应的现象，推知黑色固体中含有Fe和Fe3O4）
3.探究活动Ⅲ：CO还原Fe3O3得到的黑色固体是什么物质
[观看微课]CO还原Fe2O3实验。
该微课的主要内容是：①再现该实验的主要操作、实验现象;②介绍CO与Fe2O3反应的机理，即Fe2O3中的氧元素是逐步失去的（Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe）;③介绍铁的氧化物的一些特征，即只有Fe2O3是红棕色，其余皆是黑色;只有FeO不稳定（在空气中很快被氧化为红棕色的Fe2O3），只有Fe3O4有磁性。
[证据收集]取少许CO还原Fe2O3实验所得黑色粉末，倒在白纸上，发现黑色粉末没变色。用磁铁靠近黑色粉末，发现能被全部吸引。据此，学生猜想黑色粉末的组成。
[提出猜想]
①黑色粉末中仅含有Fe;
②黑色粉末中仅含有Fe3O4;
③黑色粉末中含有Fe和Fe3O4。
[证据推理]取样，滴加足量的稀盐酸或CuSO4溶液;根据实验现象，即可判断Fe与Fe3O4的存在情况。
[形成结论]CO还原Fe2O3实验得到的黑色粉末中，既含有Fe也含有Fe3O4。
（活動意图及教学分析：通过对CO还原Fe2O3得到的黑色固体探究，提升学生寻找证据的能力;引导学生根据实验事实收集相关证据，对实验现象进行分析和推理，做出有理有据的解释并得到合理的结论，构建实验探究的认知模型。）
4.探究活动Ⅳ：演练中考真题（中考实验探究题）
[过渡]探究Fe与Fe3O4的存在情况是中考实验命题的热点，适当融合问题情境、猜想假设、实验验证、得出结论、拓展延伸等环节，就是一道实验探究试题。着重考查学生运用掌握的方法和建构的模型，解决新问题的能力。
[投影题目]徐州市中考实验探究题（此处题目省略）。
[试题分析]此题以“铁与水蒸气反应”的实验为背景，通过纸笔测试考查同学们的实验探究能力和科学素养。虽然本题涉及高中化学实验，但探究的主线仍然是“检验Fe和Fe3O4的存在。因此，解决有关问题的思路与前面的探究实验非常类似。学生在白板或练习本上，先独立解答试题，再展示交流。通过纸笔练习，巩固有关的知识与技能，提升学生素养。教师巡视、指导、释疑。
（活动意图及教学分析：利用构建的实验探究认知模型，解决生产生活中的实际问题，从装置、原理等维度和实验现象分析来巩固认知模型。将学生的思维过程外显，在思维碰撞中培养证据意识，在实验探究中通过现象证明分析推理是正确的）
[课堂结语]教师饱含深情地说道：“同学们，人生就是一场持久的探究，需要我们不断思考、不断计划、不断尝试……只有勤于探索，才有精彩的人生！”
（设计意图及教学分析：教师的结束语注重教书育人，能够将本节课的知识与技能提升和素养培育升华为化学教育的终极目标——立德树人）
三、教学反思
本节复习课，以物质的性质和科学探究活动作为明线，以培养模型建构和证据推理能力作为暗线贯穿于整个学习过程;两条线脉络清晰，同时又相互交织，相互促进，建构起实验探究的认知模型。
整个探究活动，通过思考与交流、讨论与实验、反馈与体验等多元方式强化了学生的证据意识，提升了学生的分析推理能力;在活动过程中加深了学生对实验探究认知模型的理解与应用，更重要的是为学生提供了一种学习化学的方法——模型建构法，利用模型再去解决同类问题，这也符合化学学科核心素养中对证据推理和模型认知的要求，也是学生高阶思维能力培养的有效载体。
实验是化学的根，所以贯穿于本节课的始终;证据意识是探究活动的根，基于证据推理的科学探究才是有价值的探究活动;课堂上抓住关键问题，设计不同活动，活动中寻找证据、促成反思，并逐渐把这种意识内化为学科观念与科学精神。
当然，教学是一门遗憾的艺术。由于初中阶段的知识局限以及学情限制，本节课所选择的问题过多地考虑“学生的最近发展区”，在设计实验等方面，教师点拨的多、学生主动发现的少。
总之，“证据推理与模型认知”素养是科学探究与创新的思维核心。在化学教学中，我们一线教师要植根于课堂，勤于挖掘教学素材;要着眼于学生，精心开发学习资源;要以素养为本，善于设计案例。这样，培养学生的化学核心素养就一定能落到实处，立德树人的根本宗旨就一定能潜移默化地影响学生一生。