基于證據推理與模型認知的高中化學教學實踐

邱燕珠 王朝暉 張賢金

摘要：以“元素周期律的運用”教學為例，探索在高中化學教學中如何通過有效設計課堂教學活動并讓學生親身體驗證據推理的過程，從而幫助學生建立起相應的認知模型并指導學生學會應用模型解決實際問題，以達成“證據推理與模型認知”核心素養的落實與養成。

關鍵詞：證據推理;模型認知;元素周期律

文章編號：1008-0546（2020）01-0079-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.022

隨著“深化高中課程改革，落實學科核心素養”的全面啟動，為了深化課程改革的方向，各個學科都提出了關于本學科的學科核心素養。化學學科核心素養是指在學生通過化學學科的學習，逐步形成與化學學科相關的適應未來個人發展和社會發展需要的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，而化學學科核心素養的落地關鍵要依托于真實的化學課堂教學活動和學生的親身體驗。“證據推理與模型認知”是教育部《普通高中化學課程標準（2017版）》規定的化學學科核心素養五個方面之一，是化學學科核心素養的思維核心，體現了化學學科的理科思維特征。筆者結合具體的課堂教學案例，探討如何通過有效設計課堂教學活動并引領學生親自體驗，以達到“證據推理與模型認知”這一化學學科核心素養的真正落實。

一、關于“證據推理與模型認知”核心素養

作為化學學科核心素養的思維核心，“證據推理與模型認知”是學生獲得科學知識的重要方法，是學生在化學學習活動和解決化學實際問題中表現出來的關鍵素養。科學的發展過程，實質上就是不斷構建科學的模型以及應用新的合理的模型代替不合理的模型的過程。而在構建模型和完善模型的過程中，證據推理實質上就是對信息加工的一種思維方式。

“證據推理與模型認知”主要指：能從物質和化學變化等過程中獲取證據并據此證明或證偽;能根據證據從不同角度進行合理分析，得出相應結論并進行邏輯解釋;能提取復雜化學事實及相關問題情境中的關鍵要素，加以分析，建立相應認知模型，并能合理選擇相應模型來綜合解釋化學現象或解決實際化學問題。

二、基于“證據推理與模型認知”核心素養的課堂教學設計

在日常的教學探究中，我們應從“證據推理”出發，構建“模型認知”的教學結構，探索實踐多種教學方式及教學策略，再對實踐進行反思，從而全面理解推理和模型，獲得運用推理和模型的一般步驟，將其更好地運用到課堂教學中。進而引導學生親自體驗整個過程，培養學生運用正確的推理思維對問題進行分析，建構出合理的認知模型，幫助學生更好地領悟化學學科特質的思維方法，有效地促進學生核心素養的發展。下面筆者以“元素周期律的運用”教學為例，探討在化學課堂教學中如何引領學生經歷和體驗“證據推理與模型認知”。

1.教學背景分析

（1）教學指導思想分析：元素周期表和周期律是中學生學習化學，尤其是學習元素化合物知識的重要工具。本節對元素周期表和周期律的應用也是從位置、結構、元素性質幾個角度對陌生元素進行系統梳理及分析，同時體現元素周期表中元素性質相似性、遞變性的具體運用。此外，本節課在研究陌生物質化學性質的思路方法上，在原有的物質類別和氧化還原兩個認識維度的基礎上，增加一個元素周期表的角度，完善學生對于物質化學性質的認識維度。通過本節的教學，旨在培養學生應對未知元素如何運用周期表及周期律來指導學習。

（2）學生學情分析：本節課的設計是在學生學習了元素周期表和周期律之后的應用問題，學生對元素周期表及周期律已有了一定的了解，但認識角度較為單一，不清楚位置、結構、性質三者之間的推理關聯，也沒能形成基于“位置一結構一性質”關系的一套思維系統、推理系統和能力，只是機械地根據背誦的元素周期律知識來進行解題。因此，本節課主要是對前期所學元素周期律內容的歸納、總結和運用，幫助學生建立起一個基于周期表和周期律來認識陌生元素的認知模型。

2.教學目標

（1）理解元素“位置一結構一性質”三者間的關系，并且能從這三者的視角來認識陌生元素，建立“位置一結構一性質”的元素認知模型;

（2）能根據周期表中元素性質的相似性和遞變性推測陌生元素及其化合物的性質，領會證據推理的核心思想;

（3）學會從物質類別、元素化合價、元素周期律三個維度來認識陌生物質，形成陌生物質認知模型;

（4）通過以小組為單位對陌生物質性質進行合作探究學習，培養自主合作的探究學習能力，逐步形成求實嚴謹、敢于探索的科學品質。

3.教學重難點

（1）基于以上分析，本節教學重點為元素“位置一結構一性質”三者的推理關聯及其元素認知模型的建立;

（2）教學難點則為幫助學生建立“物質類別、元素化合價、元素周期律”的陌生物質認知模型以及運用此模型對未知物質性質進行推理預測并進行合理解釋。

4.教學過程設計及解析

教學環節1：創設情境，引導推理（見表1）設計意圖：通過創設“猜元素”這一教學情境，激發學生的學習熱情與探究欲望，在猜元素的過程中讓學生體會推測陌生元素的途徑，可以從該元素在周期表中的位置入手，想要得知位置，則需要知道元素“位一構一性”三者間的關系，形成從性質到位置、結構到位置的認識思路，初步建立元素“位一構一性”的認知模型。同時也讓學生初步體驗“證據推理”的過程以及推理成功所帶來的的喜悅之感，為后續進一步推理、建立模型做好準備。

教學環節2：深入推理，建立模型（見表2）

設計意圖：通過有關As元素信息的填寫及含As物質的推測，進一步讓學生體驗證據推理的過程，形成一定的化學信息推理和論證的能力，同時也進一步建立“位一構一性”的元素認知模型;基于As元素細化元素“位一構一性”認知模型的二級維度，梳理尋找陌生元素代表物的認識角度：元素周期律、物質類別、元素化合價。整合物質認識角度，形成陌生物質認識模型;通過小組合作，推測陌生元素可能形成的典型物質，初步培養合作探究的學習能力，逐步形成求實嚴謹、敢于探索的科學品質。

教學環節3：運用模型，解決問題（見表3）

設計意圖：通過陌生物質性質的預測并解釋（從化合價的角度分析AsH3中As的化合價為一3價，最低價，具有還原性，再根據同族元素性質的遞變性推出AsH3的還原性比PH3強，穩定性比PH3弱;同理可推得H3AsO4的酸性比H3PO4弱，為弱酸，不能拆），讓學生學會運用物質性質認知模型來預測陌生物質的性質并能夠進行合理解釋，進一步落實“證據推理與模型認知”化學核心素養。

三、基于發展“證據推理與模型認知”核心素養進--行課堂教學的反思

1.整體認識“證據推理與模型認知”，不能割裂

“證據推理”與“模型認知”并不是分開的、孤立的，而是相互依存、相輔相成的關系。通過證據推理得出的科學結論是模型認知的前身，模型認知要基于證據推理，證據推理是模型建構的先決條件。因此，在化學教學中，發展“證據推理與模型認知”核心素養，應該注意不要將兩者孤立開來，而是要將兩者視為一個整體，進行全面而整體的認識。

2.問題引導，親身體驗推理探究過程

任何方法的習得都不可能憑空產生，而是需要通過實踐，即親歷與體驗。在課堂教學中，教師應該立足于讓學生“動”起來，讓學生親身體驗“證據收集一模型初步建立一深入推理—模型完善N型運用”這一過程，將模型從構建到完善再到運用，層層遞進，完善學生的認知結構，最終形成學生內化的思路方法，從而發展學生“證據推理與模型認知”的核心素養。

3.依托教學內容，有效設計課堂教學活動

在科學探究的歷史長河中，一個科學模型的建立往往是經歷了漫長的時間，教師如何在有限的課堂教學時間內，引導學生真正體驗“證據推理一模型建立”這一過程呢？這需要教師認真研讀課程標準，設立合理的教學目標，分析學生的學情，對教學進行整體規劃與構思，設置有梯度的教學驅動任務，依托教學內容設計有效的教學情境，在問題情境中引導學生體驗“證據推理一模型建立”的推理學習過程，幫助學生對化學知識形成結構化認識，建立合理的思維認知模型，以便在問題解決中達到落實和發展“證據推理與模型認知”核心素養的目的。