發展學生證據推理能力的活動設計研究

楊 婷

(江蘇省蘇州市太倉市沙溪第一中學 江蘇蘇州 215421)

初中階段的學生已經具備一定的化學知識學習能力，而證據推理作為化學核心素養的重要組成部分，也逐漸受到教師的關注與重視。對于初中化學學習，大多數學生無法運用化學知識分析與解決實際問題，而在初中化學教學中，關于證據推理教學方法的使用也是少之又少，使學生的證據意識也存在不足，進而導致學生在證據收集、信息處理、邏輯表達及推理分析等方面存在短板，為此，初中化學教師一定要加強對證據推理教學方法的運用，轉變學生化學學習方法，促進學生思維水平的提升，且學生證據推理能力的發展在一定程度上還有利于初中化學教學效率的提升。

一、證據推理概述

所謂的證據推理簡稱D-S推理，也被稱之為登姆普斯特·謝弗推理方法，主要圍繞某一假設對其命題不確定性進行多角度描述。證據推理主要由證據基礎、科學推理以及邏輯關系相互構建而成，其理論基礎為皮亞杰的認知發展理論。新課程標準對學生證據推理能力也進一步進行了解釋，即具備證據意識能夠根據證據對化學組織的結構、變化等提出可能出現的假設，并對其進行分析與推理的方式加以證實，進而構建論點與結論之間的邏輯關系，以此對研究對象的本質特征、構成要素等之間的相互關系進行了解與掌握。自2017年化學核心素養的提出，證據推理也再次成為教育界關注的熱點問題，而如何在化學教學中通過開展證據推理活動實現學生證據推理能力的發展也成為現階段初中化學教學需要深入研究的重要課題[1]。

二、發展學生證據推理能力的活動設計

（一）教材分析

“奇妙的二氧化碳”是滬教版九年級化學上冊第二章身邊的化學物質第二小節內容，是初中化學教學中需要學生重點掌握與了解的物質之一。初三階段的學生已經對性質活潑的氧氣有了認識與掌握，為本次基于推理能力的教學活動開展也提供了一定的基礎。

（二）學情分析

在學習“奇妙的二氧化碳”之前，學生已經對“性質活潑的氧”進行了學習，而二氧化碳在學生的日常生活中也是常見的一種物質，如汽水、跳跳糖、植物光合作用等都會涉及關于二氧化碳的內容。所以，教師可以以學生的實際生活為切入點，通過開展證據推理活動教學的方式來培養學生的邏輯推理能力與解決問題能力。初中階段的學生往往希望通過自主學習與探究的方式來獲得某一物質的規律，為此，基于證據推理活動的組織與實施，教師則需要引導學生通過收集證據、分析推理、得出結論等方式，促使學生主動尋找物質發展規律，進而實現學生證據推理能力的發展，提高學生的化學核心素養。

（三）教學目標

1.從不同角度尋找證據對二氧化碳的性質進行判定；

2.對二氧化碳的用途進行了解；

3.將證據推理結論運用于生活。

（四）重點難點

教學重點：從不同角度尋找證據對二氧化碳的性質進行判定。教學難點：二氧化碳與水的反應。

（五）教學活動

1.證據推理1：二氧化碳的食用——跳跳糖

教師以學生日常生活為證據推理教學活動開展的切入點，并以問題的方式引導學生對生活中的二氧化碳進行探究與分析。首先，教師提出問題：為什么跳跳糖會跳？跳跳糖中什么物質在跳？教師提出問題之后，需要引導學生通過對跳跳糖外包裝進行觀察來獲取線索，進而得出：跳跳糖中的配料中含有二氧化碳，隨后教師利用石灰水進行驗證，讓學生對其現象進行觀察與分析。石灰水驗證現象：當跳跳糖處于石灰水中時會冒出小氣泡，并發出噼啪的聲音，而石灰水則依舊是清澈的。學生面對這一現象時往往無法利用所學知識進行解釋，所以，教師可以再次引導學生對跳跳糖的配料進行審查，以獲取新的線索與證據，進而得出：跳跳糖配料中含有檸檬酸、DL-蘋果酸，這兩種物質會與石灰水產生反應，這也是石灰水沒有變渾濁的主要原因。通過跳跳糖初探二氧化碳實驗探究，既可以激發學生的學習熱情，又能讓學生在教師的引導下，通過自主探究的方式進行實驗證據搜集與分析，進而得出推理結論。之后教師再次提出問題：二氧化碳在一般情況下會處于無色、無味的狀態，但是它是如何被發現的呢？進而引出下一個證據推理活動。

2.證據推理2：二氧化碳的發現——燃燒

利用多媒體為學生出示閱讀材料：十七世紀初，比利時化學家海爾蒙特發現，木炭燃燒完之后不僅會有灰燼的堆積，還會伴有氣體，對該氣體證實之后得出，此種氣體不能燃燒，可以讓蠟燭熄滅，后被證實為二氧化碳。根據此材料便可以推理出二氧化碳的性質表現為不能燃燒、不能助燃、密度大于空氣。之后教師提出問題：蠟燭燃燒可以產生二氧化碳，但是如何證明蠟燭燃燒之后有二氧化碳生成？

實驗驗證：將學生劃分為若干個小組，引導學生利用干而冷的燒杯罩到火焰上方，停留片刻之后迅速將其翻轉，并將石灰水倒入燒杯，晃一晃之后發現燒杯中的石灰水并沒有變渾濁。由此便可以推理出蠟燭燃燒之后會生成二氧化碳，而生成的二氧化碳由于受到熱膨脹影響，其密度要小于周邊的空氣，為此會在燒杯中上浮而逸出。之后教師讓學生將燒杯更換為集氣瓶，并用玻璃片封住瓶口，之后發現石灰水變渾濁，進而得出在一般情況下，二氧化碳的密度大于空氣的結論。盡管海爾蒙特發現并證實了二氧化碳的存在，但并沒有純凈的二氧化碳，科學家是如何對二氧化碳進行制取的呢？進而引出下一證據推理活動。

3.證據推理3：巖石中的二氧化碳——制取

教師提出證據：1755年，英格蘭化學家布萊克在煅燒白堊之后發現其質量減少，經檢驗得出逸出的氣體便是二氧化碳，這也是首次制取二氧化碳。由此得出，煅燒白堊便可以實現對二氧化碳的制取，而在實驗室中如何對二氧化碳進行制取？之后教師引導學生通過簡單的實驗對二氧化碳進行檢驗，并組織學生向石灰水中吹氣并觀察石灰水的變化，由渾濁變為澄清，進而得出，反應物相同，反應物的量不同，其產物也可能不同。通過以上驗證推理得出：二氧化碳可以與石灰水產生反應，但是卻無法判斷二氧化碳的水溶性以及能否與水產生反應[2]。

4.證據推理4：飲料中的二氧化碳——水溶

理論：氣體的溶解與溫度、壓強有著密切的關聯；其證據為：在1766年，英國化學家卡文迪許經過實驗得出，在一定溫度下，1體積的水能夠溶解1體積的二氧化碳，并伴隨壓強的增加，溶解的也會更多。進而得出：二氧化碳能夠與水相溶，但依舊無法確定二氧化碳是否可以與水產生反應。提供證據：1774年，瑞典化學家貝格曼發現，將紫色石蕊放入具有二氧化碳的水中，紫色變為紅色，由此得出結論：二氧化碳能夠與水發生反應，進而產生一種酸性物質，而這種酸便可以將紫色變為紅色。

三、結束語

總而言之，在初中化學教學中開展證據推理教學活動，能使學生立足于事實論證，并在教師的引導下對實驗進行觀察、分析、推理，可培養學生的邏輯推理能力，提高學生的認知，進而實現學生證據推理能力的進一步發展，促進學生化學核心素養的提升。