培育“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的教學實踐
——以初中化學實驗室制取氣體教學為例

福建省龍巖市新羅區(qū)教師進修學校 賴海燕

隨著素質教育的不斷發(fā)展，各學科對學生核心素養(yǎng)培育的重視程度日益提升。社會生活離不開化學，化學核心素養(yǎng)是未來發(fā)展不可缺少的因素。“證據(jù)推理與模型認知”是化學學科核心素養(yǎng)的基本內(nèi)容之一，是化學學科核心素養(yǎng)的思維核心。化學作為初中階段一門重要的課程，對于學生核心素養(yǎng)的培育有至關重要的作用。化學是在分子、原子的水平上研究物質的組成、結構、性質、變化及其應用的一門基礎自然科學。證據(jù)推理和模型認知是化學學習和研究的根本方法，有利于學生更好地理解和掌握物質的組成、結構、性質、變化及其應用等知識；反之，這些知識的掌握又為證據(jù)推理能力和模型認知能力的提升奠定了基礎。證據(jù)推理和模型認知作為一種思維方式，需要漫長的培育過程，需要教師在教學中長期滲透。化學是一門以實驗為基礎的科學，以實驗為載體是化學教學最基本的特征，化學實驗教學中應融入證據(jù)推理和模型認知。本文立足于初中化學實驗室制取氣體的教學，談談學生證據(jù)意識的培養(yǎng)、推理方法的訓練、認知模型的建構，培育學生的“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)。

一、培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，建立基本的“證據(jù)庫”

（一）分析中考試題，培養(yǎng)證據(jù)意識

經(jīng)過研究近三年的福建省中考試題可知，實驗室制取氣體的考查設置在第15 題或第16 題，下面為具體的知識分布情況。

年份、題型 題號 考查內(nèi)容 分值2018 年填空題 15用過氧化氫制取氧氣的化學方程式、發(fā)生裝置和收集裝置的選擇、裝置氣密性的檢查、鐵絲在氧氣中燃燒的實驗現(xiàn)象和化學方程式10 2019 年填空題 16用過氧化氫制取氧氣的化學方程式、識別儀器、選擇制取氧氣發(fā)生裝置的儀器、用多功能瓶干燥氧氣、氫氣的驗純、燃燒的影響因素10 2020 年填空題 16藥品的取用、排水法收集氧氣的操作、用高錳酸鉀制取氧氣的化學方程式6

試題呈現(xiàn)方式主要是文字、圖形、表格等。如何精準地從題目中識別、提取證據(jù)？需要加強教學針對性，培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，建立基本的“證據(jù)庫”，才能使學生在遇到新情境和新信息時，與“證據(jù)庫”中已有的證據(jù)進行比對，獲得有用的解題證據(jù)。

（二）掌握基礎知識和基本技能，建立基本的“證據(jù)庫”

證據(jù)是人們從未知達到已知的認識過程中用來推定未知事項的既知材料。化學實驗具有極強的邏輯性和推理性，是培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的有效教學內(nèi)容，在初中化學實驗室制取氣體的教學中融入“證據(jù)推理與模型認知”這一理念，可指導教學有步驟、有條理地進行。對于初中化學實驗室制取氣體，依據(jù)《義務教育化學課程標準（2011 年版）》和教材，學生應具備的基礎知識和基本技能有：常用儀器的主要用途和使用方法、根據(jù)實驗需要選擇藥品和儀器、藥品的取用、簡單儀器的使用和連接、加熱、裝置氣密性的檢查、氣體的收集等實驗基本操作，應用簡單的裝置和方法制取某些氣體，實驗室制取氣體的化學反應原理，氣體的物理性質和化學性質，化學方程式的書寫，氣體的檢驗和驗滿，氣體的凈化，多功能瓶的使用等。掌握這些基礎知識和基本技能是建立基本的“證據(jù)庫”的關鍵，當探討實驗室制取氣體的有關內(nèi)容時，就可從“證據(jù)庫”中提取需要的證據(jù)進行分析推理。

二、訓練學生的推理方法，構建認知模型

初中化學主要涉及氧氣、二氧化碳和氫氣三種氣體的實驗室制取，前后連續(xù)性是比較緊密的，教材的安排首先是介紹氧氣的實驗室制取，教師可引導學生思考以下問題：（1）實驗室制取氧氣的藥品有哪些？選擇藥品時要考慮哪些因素？（2）如何表示實驗室制取氧氣的化學反應原理？（3）如何選擇發(fā)生裝置和收集裝置？依據(jù)是什么？（4）實驗室制取氧氣應如何操作？操作過程中有哪些注意事項？（5）如何檢驗一瓶氣體是氧氣？（6）如何證明已經(jīng)收集滿了一瓶氧氣？通過學習探討學生認識到實驗室制取氣體應知道實驗目的、實驗原理、實驗裝置、實驗操作、氣體的檢驗和驗滿、氣體的凈化等內(nèi)容，實驗裝置包括發(fā)生裝置和收集裝置。選擇實驗室制取氧氣的藥品必須含有氧元素，推理的證據(jù)是化學反應前后元素的種類不變，選擇藥品還要考慮反應條件、反應速率、收集難易、氣體純度、藥品價格和安全環(huán)保等因素。用加熱高錳酸鉀或加熱氯酸鉀與二氧化錳的混合物制取氧氣，因為反應物為固體，反應條件為加熱，所以選擇固固加熱型裝置；用雙氧水和二氧化錳制取氧氣，因為反應物為液體，反應條件不需加熱，所以選擇固液不加熱型裝置。可見選擇氣體的發(fā)生裝置分析推理的證據(jù)是反應物的狀態(tài)和反應條件。因氧氣不易溶于水且不與水反應，可用排水法收集；因氧氣密度比空氣大且不與空氣反應，可用向上排空氣法收集。可見選擇氣體的收集裝置分析推理的證據(jù)是氣體的密度及氣體是否與空氣反應或氣體的溶解性及氣體是否與水反應。因氧氣有助燃性，氧氣的檢驗或驗滿可用帶火星的木條，可見氣體的檢驗或驗滿方法分析推理的證據(jù)是氣體的性質。由于實驗目的不同，氧氣的檢驗或驗滿操作中木條放置的位置不同；為防止裝置漏氣應檢查裝置的氣密性；用加熱高錳酸鉀制取氧氣時，試管口處應放一團棉花，以防止加熱時高錳酸鉀進入導管引起堵塞；排水法收集氣體時，導管口一有氣泡冒出不能立即收集，防止收集的氣體因混有空氣而不純。可見實驗操作分析推理的證據(jù)是實驗目的、實驗安全和氣體純度等。由此訓練學生的推理方法，幫助學生初步建構實驗室制取氣體的認知模型為：實驗目的→實驗原理→實驗裝置（發(fā)生裝置→收集裝置）→實驗操作→氣體的檢驗和驗滿→注意事項。

三、應用學生的認知模型，落實“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的培育

為了學生更好地理解、掌握化學知識，更好地發(fā)揮化學教學的價值，促進學生證據(jù)推理能力和模型認知能力的發(fā)展，在學習實驗室制取二氧化碳時，我們可應用上述認知模型進行探討，根據(jù)上述證據(jù)推理的方法，讓學生明確認知模型中的各項內(nèi)容，并引導學生思考比較實驗室制取二氧化碳與實驗室制取氧氣的相同之處和不同之處。這樣可使學生在初步建構認知模型的基礎上應用認知模型，通過比較學習對認知模型中的各項內(nèi)容有了更深刻的了解。在學習氫氣的實驗室制取時，教師就可以把問題直接拋給學生，讓學生再次利用認知模型解決問題，又可以進一步鞏固所學知識。在后續(xù)學習中當遇到陌生氣體時，由于學生已經(jīng)建立了認知模型，就可從已知信息中獲取證據(jù)進行推理分析，從而提高解決問題的效率，落實模型認知素養(yǎng)的培育。通過日常學習與實踐，隨著學習的深入，證據(jù)庫的內(nèi)容會不斷完善，當學生學習了酸堿鹽的知識后，認識到用稀鹽酸制取的氣體中混有氯化氫和水，為了制取純凈的氣體，需探討如何凈化氣體和選擇除雜裝置，為此可完善修正認知模型為：實驗目的→實驗原理→實驗裝置（發(fā)生裝置→除雜裝置→收集裝置）→實驗操作→氣體的檢驗和驗滿→注意事項。可見，在教學中利用從個別到一般、從一般到個別的思維方法，幫助學生認知前后知識之間的關聯(lián)性，在教學中進行多維度的模型建構，逐漸將知識系統(tǒng)化地傳授給學生，逐步提升學生的證據(jù)推理能力，逐步建構并應用認知模型，真正提升化學教學效率，有效提高化學教學質量，達到逐步提升“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的目的。

眾所周知，教學是一門藝術，也是一門技術，為更好地實現(xiàn)在初中化學教學中培育學生的學科核心素養(yǎng)，在化學教學實踐中要基于課標和教材，做好化學教材分析和學情分析，加強教學的計劃性和針對性，在教師的精心設計和耐心引導下，以學生為主體，關注學生的思維發(fā)展全過程，采取有效教學策略，不斷實踐和創(chuàng)新，讓學生在化學知識的學習中形成特定的思維模式，并運用這種思維方式解決現(xiàn)實生活中的問題，由表及里、由淺入深地逐步培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，訓練學生的推理方法，建構學生的認知模型，培育學生的“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)，體現(xiàn)化學學科的價值，促進學生的全面發(fā)展。