多維度收集證據(jù)，建構(gòu)與發(fā)展認(rèn)知模型

廖旭

摘??要：“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，也是化學(xué)教學(xué)的重心。在復(fù)習(xí)課中，從不同維度尋找解決問題的證據(jù)，進(jìn)而建構(gòu)認(rèn)知模型并不斷完善認(rèn)知模型，有利于知識體系結(jié)構(gòu)化。在以“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)為基本線索的教學(xué)過程中，其他化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)也得以發(fā)展。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;建構(gòu);復(fù)習(xí)課

發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，在新課程教育教學(xué)改革中占據(jù)重要的地位。將證據(jù)推理和模型認(rèn)知融入到化學(xué)課堂教學(xué)活動中，進(jìn)而內(nèi)化為一種學(xué)習(xí)方式，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑，也是化學(xué)教學(xué)的重心。為此，以“真假白銀”為主題的《金屬的性質(zhì)及其應(yīng)用》專題復(fù)習(xí)課為例，談?wù)勗诔踔谢瘜W(xué)課堂教學(xué)中發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的實(shí)踐與探索。

一、從物質(zhì)及其變化的事實(shí)中提取證據(jù)，建構(gòu)宏觀認(rèn)知模型

引導(dǎo)學(xué)生在更寬廣的學(xué)科背景下認(rèn)識物質(zhì)及其變化的規(guī)律，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。在教學(xué)實(shí)踐中引導(dǎo)學(xué)生收集相關(guān)的信息，從信息中提取關(guān)聯(lián)證據(jù)從而解決問題。不僅可以提高學(xué)生信息收集與處理能力，也使學(xué)生充分認(rèn)識化學(xué)科學(xué)的價值。

如：在上“真假白銀”為主題的專題復(fù)習(xí)課的課前，引導(dǎo)學(xué)生收集純銀及白銅的相關(guān)信息并在課堂上加以分享。學(xué)生收集到如下重要信息：純銀和白銅的組成;純銀與白銅在色澤上的差異性及其原因;白銅的分類及其各自的性質(zhì)差異以及工業(yè)上對應(yīng)的重要用途。基于以上信息經(jīng)過邏輯推理討論和關(guān)聯(lián)思考，從物理性質(zhì)視角和化學(xué)性質(zhì)視角總結(jié)出了金屬的共性及差異性，并對鎳的性質(zhì)提出猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最后得出結(jié)論：鎳是位于氫前面的金屬。并基于此性質(zhì)設(shè)計(jì)出鑒別純銀和普通白銅的方法。

學(xué)生通過收集及處理信息、實(shí)驗(yàn)探究和解決問題的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，逐漸建構(gòu)起宏觀認(rèn)識金屬的認(rèn)知模型，如下：

金屬四個維度：用途、表征、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，其中性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。物理性質(zhì)維度包括：金屬光澤、熔點(diǎn)、硬度、密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等。化學(xué)性質(zhì)維度包括：與氧氣反應(yīng)生成金屬氧化物;與酸反應(yīng)生成鹽和氫氣;與鹽反應(yīng)生成新金屬單質(zhì)和新鹽。

建構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)模型重新認(rèn)識金屬鎳以及其它常見金屬，進(jìn)而歸納復(fù)習(xí)有關(guān)金屬的性質(zhì)及應(yīng)用。

二、從宏觀和微觀結(jié)合上收集證據(jù)，建構(gòu)微觀認(rèn)知模型

“宏觀辨識與微觀探析”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生從元素和原子、分子水平認(rèn)識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。在此基礎(chǔ)上，建構(gòu)起微觀認(rèn)知模型。

如：鎳與鹽酸反應(yīng)，溶液顏色由無色變?yōu)榫G色。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析反應(yīng)前后溶液中存在的離子種類的變化，從而得出鎳與酸反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)是鎳原子變?yōu)殒囯x子，同時氫離子變?yōu)闅浞肿印Ｔ谶@個過程中，鎳原子失去電子，氫離子得到電子。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生自主分析鎳與鹽溶液的反應(yīng)，評價學(xué)生微觀認(rèn)識化學(xué)變化的認(rèn)知水平。最后建構(gòu)起金屬在化學(xué)變化過程中的一般微觀認(rèn)知模型。

反應(yīng)條件：與金屬活潑性相關(guān);宏觀：金屬單質(zhì)與氧氣反應(yīng)生成鹽（金屬氧化物）等;

微觀：金屬原子失去電子生成金屬陽離子。

三、從定性與定量結(jié)合上收集證據(jù)，完善問題解決的認(rèn)知模型

化學(xué)分析法是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一類分析方法，包括定性分析和定量分析。定性分析法就是對研究對象進(jìn)行“質(zhì)”的方面的分析，定量分析法是指為了深入了解物質(zhì)和自然現(xiàn)象的量的特征，揭露各因素之間的數(shù)量關(guān)系。借助定性研究確定所要研究的現(xiàn)象的性質(zhì)，借助定性研究確定現(xiàn)象發(fā)生質(zhì)變的數(shù)量界限和引起質(zhì)變的原因。定性研究與定量研究配合使用，可以解釋若干初中化學(xué)問題，從而完善有關(guān)問題解決的認(rèn)知模型。

例如：學(xué)生利用與酸反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，從定性分析的角度鑒別出銀和普通白銅。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識復(fù)雜白銅的名稱和性質(zhì)與其成分多少的關(guān)聯(lián)性質(zhì)，如：鐵白銅中鐵的加入量不超過2%以防腐蝕開裂，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高，抗腐蝕特別是抗流動海水腐蝕的能力可明顯提高，學(xué)生體會定量分析的重要性。教師設(shè)計(jì)兩個教學(xué)任務(wù)：設(shè)計(jì)測定普通白銅中鎳含量的實(shí)驗(yàn)方案;如何從定量分析的角度鑒別鎳和鐵。最后教師引導(dǎo)學(xué)生一起討論金屬與酸反應(yīng)生成氫氣的定量問題，培養(yǎng)了學(xué)生多角度尋找證據(jù)的意識。

四、從物質(zhì)類別及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù)，反思建構(gòu)模型的局限性

運(yùn)用分類的思想對復(fù)雜的物質(zhì)及其性質(zhì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別及其反應(yīng)的不同特征尋找證據(jù)，能夠幫助學(xué)生更準(zhǔn)確地把握物質(zhì)的內(nèi)涵，提高學(xué)生的科學(xué)素，從而反思建構(gòu)模型的局限性。

分類思想的建構(gòu)與應(yīng)用是一類物質(zhì)復(fù)習(xí)的基本線索。在本專題復(fù)習(xí)時，基于金屬的活潑性將金屬分為兩類：表氫前面的金屬和氫后面的金屬;另基于應(yīng)用維度又將金屬分為純金屬和合金。分類學(xué)習(xí)的中，認(rèn)識到同一類物質(zhì)的共性，同時也認(rèn)識到物質(zhì)的差異性。基于分類思想對金屬的全面認(rèn)識，學(xué)生發(fā)現(xiàn)上述模型有其局限性，如：鉑和金很難與氧氣反應(yīng)生成對應(yīng)的氧化物，難與鹽溶液反應(yīng)生成新鹽;極活潑類金屬鉀、鈉、鈣不能與鹽溶液發(fā)生類似上述模型中的反應(yīng)。從而反思建構(gòu)模型的局限，認(rèn)識到認(rèn)知模型的相對合理性。所以學(xué)習(xí)化學(xué)時既要掌握物質(zhì)變化的一般規(guī)律，同時又不忽視變化規(guī)律中的特殊性，學(xué)會以全面認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度反思建構(gòu)的認(rèn)知模型。

就金屬而言，其相關(guān)知識分散在上、下冊教材中的多個章節(jié)，因此本專題復(fù)習(xí)既要建構(gòu)結(jié)構(gòu)化知識體系，還應(yīng)注重關(guān)鍵性能力的提升，還需要在復(fù)習(xí)課教學(xué)過程中加強(qiáng)學(xué)生化學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。在初中化學(xué)后期專題復(fù)習(xí)的過程中，注重化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，不僅有利于學(xué)科核心知識體系的建構(gòu)，也有利于學(xué)生形成關(guān)鍵性能力。

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