高中化學學科核心素養“證據推理與模型認知”的培養

【摘要】2016年9月，教育部發布了《普通高中化學課程標準（征求意見稿）》，明確指出，普通高中化學課程要以培養化學學科素養為主旨，立足于學生適應現代生活和未來發展的需要，充分發揮化學課程的整體育人功能，構建全面發展學生化學學科素養的高中化學課程目標體系。化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探究”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”5個維度。本文就“證據推理與模型認知”作微觀思考，分析探究在高中化學的實際教學中如何更好地落實核心素養的培養，望能起到拋磚引玉之作用。

【關鍵詞】化學學科核心素養 證據推理 模型認知 邏輯推理 模型構建

【中圖分類號】G633.91 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）15-0104-02

“證據推理與模型認知”的內涵包括具有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系；知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型；能運用模型解釋化學現象，解釋現象的本質和規律。

一、證據推理能力的培養

“證據推理”又稱登姆普斯特.謝弗推理法，指對從不同性質的數據源中提取的證據，利用正交求和方法綜合證據，通過證據的積累縮小集合，從而獲得問題的解。

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，其理論體系是科學家對無數事實材料概括的基礎上，進行嚴密的邏輯推理而形成的。在化學學科背景中，“證據推理”對應的學科素養就表現為依據有關事實或材料推出新的判斷或結論，從而實現問題的解決或獲得新的知識。如根據鈉與水反應時“浮、熔、游、響、紅”等實驗現象和已有知識進行有關推理，對鈉的密度、熔點等物理性質，鈉與水反應時的速率、產物以及能量變化形成相應的判斷，獲得鈉的有關知識；根據乙醇的分子式及各原子的成鍵特點進行推理乙醇可能的結構為CH3—CH2—OH或CH3—O—CH3，然后通過乙醇與水反應的實驗對上述推理進行證實或證偽，從而得出乙醇含有羥基的結論。

化學教學活動中的“證據推理”是基于基本理論和化學實踐的推理，具有很高的科學性和趣味性，對于激發學生的學習興趣、拓展學生的思維、提升教學質量都有極大的促進作用。

二、模型認知能力的培養

“模型”包括實物模型和非實物的形式模型兩類，形式模型又包括數學模型、圖像模型和語義模型等。

實物模型主要有比例模型和球棍模型等以實物形態展示的模型；形式模型中的數學模型是用公式或方程等數學語言描述的模型，如平衡常數表達式、化學反應速率方程；圖像模型是用二維或三維坐標系中的數學圖像描述的模型，如反應速率與時間關系的曲線；語義模型是用詞語描述的模型，如教材中的阿伏加德羅定律、元素周期律、蓋斯定律等概念、原理、規律都屬于語義模型。

與“模型認知”相對應的學科素養可以表現為通過觀察分子或晶胞等結構模型直觀形象地認識有關物質的組成和結構，也可以表現為《課程標準》所描述的那樣“運用模型解釋化學現象，解釋現象的本質和規律”，如用電子云的模型理解原子核外電子運動規律或解釋原子之間的成鍵方式，根據有效碰撞與活化分子模型理解影響化學反應速率的因素并能選擇適宜的條件控制化學反應發生的速率。

模型認知能力主要包括“建立模型（建模）”和“運用模型（用模）”兩個方面，建模是用模的前提，用模是建模的目標和歸宿。建模過程要充分尊重學生在學習中的主體地位，教師要鼓勵學生大膽嘗試，勇敢地動口表達、動手操作、動腦思考，鼓勵學生多想、多讀、多議、多講、多練、多聽，讓學生始終處于主動參與、主動探索的積極狀態。如在《原電池》教學中，可讓學生自己做銅鋅原電池實驗，自己比較導線連接前后反應現象的差異，分析現象背后所涉及的反應原理，教師不斷啟發、引導，滲透建模的思想，最終由師生共同探討，建立起原電池的構成模型，為電解池模型的學習奠定基礎。

化學學習始終離不開模型，能否熟練地建立或運用模型直接影響著學習的效率，所以化學教學要引導學生進行模型認知，教師在進行教學時，要為有關的學科方法和思維方法選擇適當的模型，引導學生通過分析、綜合、抽象、概括、比較、判斷、假設、推理等方法從已有模型到建立起新的模型，如在學習同分異構時，可以從碳的原子結構模型入手，學習碳原子的成鍵特點，再讓學生利用實物模型進行拼插和同分異構體的書寫，進而建立起同分異構的相關模型，為進一步學習其他類別的同分異構打下基礎。在此過程中，教師要為建模環節預留充足的時間，同時，考慮到不同個體之間認識水平的可能差異，教師應指導學生用自己的方式進行表達，這樣才能讓學生樂于接受模型，從而增強學生建模和用模的意識與能力。這樣經過一定時間的訓練，學生就能體會到模型在學習活動中的應用價值，從而樹立起模型意識，并將模型認知固化為自己學習的一種重要方式。

下面以《鹵代烴》的教學為例，闡述在實際教學活動中，如何指導學生運用證據推理和模型認知的方法學習。

1.收集證據，對物質的性質及其變化提出假設。比較乙烷和溴乙烷在結構上的相同點和不同點，猜想兩者在化學性質上的異同。類比烷烴的取代反應，推測斷裂C-H鍵，根據兩者的不同之處，大膽假設C-Br鍵也可能斷裂。

2.基于證據進行分析推理。教師向學生展示C-H鍵和C-Br鍵的鍵能數據，基于學生的已有認知，共價鍵鍵能越大，該共價鍵越穩定，從而推出溴乙烷發生取代反應時斷裂的是C-Br鍵，溴原子被取代。根據元素周期律的相關規律，由于溴元素的非金屬性比碳強，故C-Br鍵中的共用電子對更偏向于溴原子，從而使溴原子顯電負性，同時提供碳和溴的電負性數據，得出取代溴原子的原子或原子團也應該顯電負性的結論。

3.通過演示溴乙烷與強堿水溶液在加熱條件下的反應，檢驗水解反應后產生的溴離子，探究反應機理，對以上推理進行證實。

4.學生進行總結回顧，進一步理解溴乙烷的水解過程和反應機理，初步建立起鹵代烴的水解反應及鹵代烴中鹵素原子檢驗的模型，再通過典型例題進一步完善模型，從而達到最終能熟練運用模型的目的。

以上教學環節中，理論證據和數據證據有機結合，運用了分析法、類比法，驗證法等教學方法，以幫助學生學會科學的學習方法和思維方法，建立并學會運用鹵代烴的相關模型。

證據推理與模型認知是相輔相成、不可分割的關系，兩者是學生在化學認知活動中發展起來并在解決與化學相關問題中表現出來的關鍵素養，作為一線教師，我們要不斷地學習，用智慧從“證據推理”出發，構建“模型認知”的教學結構，立足教材，有針對性地設計探究活動，盡可能帶領學生進入實驗室親自動手進行實驗，訓練學生用正確的思維、規范的語言進行表達，幫助學生更好的領悟化學學科的魅力所在。

參考文獻：

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作者簡介：王兆允（1982-），女，漢族，河北辛集人，河北師范大學化學系畢業，本科，河北省第二中學教師，研究方向：化學教育。