對“證據推理”化學學科核心素養的認識

王麗娟

摘?要：“證據推理”是指從不同性質的數據源中提取證據，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。在高中化學教學中，教師應以化學史、理論知識、實驗事實為證據，培養和提升學生的歸納推理、演繹推理、類比推理能力。

關鍵詞：基于證據;證據推理;推理能力

中圖分類號：G633.8文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2020）05-021-2

證據往往指事實依據，在化學學科中，證據的來源比較廣泛，可以來自化學史、化學學科的最新前沿報道，或者實時的事件。另外，化學這門自然科學是以實驗為基礎的，所以大量的事實證據可以從對探究實驗、演示實驗、必做實驗的觀察中獲得。推理往往指由一個或幾個已知的判斷來推出新判斷或者得到新結論的過程，可分為歸納推理、演繹推理和類比推理。“證據推理”這一化學學科核心素養就表現為以有關實驗現象為事實依據或以相關材料為理論依據，提出新的假設或得到新的結論，來解決問題或學習新的知識。

化學學科核心素養是在學生日常的化學學習過程及活動中養成的，又在具體活動中表現。因此，在教學中，教師應以課堂教學為載體，以實驗現象或化學史等為依托，創設問題情境，注重學生核心素養的教學活動設計，在問題的解決中，多角度培養學生的證據推理素養。

一、以化學史實為證據，提升學生歸納推理能力

化學家傅鷹說“化學教育給學生以知識，化學史教育給學生以智慧”。化學史教學的價值不僅在于讓學生感受真實歷史事件，經歷化學發展進程，更是希望能夠通過對特定歷史事件的表達再現，展示化學家收集證據，基于證據進行歸納推理而獲得突破的過程，讓學生體會收集證據的方法，如何從眾多干擾中收集有效證據，如何基于有效證據進行分析、綜合、推理，得出結論。

我們來看一下甲烷分子結構研究的化學史。1776年，伏打和道爾頓分別在淤泥中收集到甲烷。1790年，奧斯汀（英國）確定甲烷的組成，但對甲烷分子空間結構的確定卻一直沒有進展，科學家基于凱庫勒提出的碳四價的概念，推測甲烷為平面四邊形，但無法解釋CH2Cl2只有一種結構。1874年，范霍夫提出了甲烷分子為正四面體結構，正四面體結構提出的理論依據是能量最低原理。范霍夫認為在微觀結構中，當原子之間均勻分布并相互之間盡可能遠離時，體系最穩定，而在自然界中微粒或物質都盡可能趨向于最小能量的穩定狀態。X射線和電子衍射實驗等更是從微觀層面測得碳氫鍵之間的夾角都是109.5°，甲烷的正四面體結構也被進一步證實了。

關注化學史，可以讓學生感受“證據推理”的論證過程，經歷證實和證偽，從而讓學生沿著科學家的足跡，感受重大發現歷程，提升找尋證據、應用證據、解釋證據的能力。

二、以理論知識為證據，培養學生演繹推理能力

理論證據是指以概念原理性知識為證據，從理論層面預測反應是否合理或者物質是否具備某種性質。

以元素周期表的學習為例，教師可以讓學生從微觀層面以及定性分析角度收集有關證據，進一步通過分析推出合理的結論。元素周期表是我們預測物質性質的理論依據，在教學中，我們往往會利用“位—構—性”的依據，根據元素在周期表中的位置，預測同主族或同周期其他元素原子結構特征和某些性質。《必修課程》主題3“物質結構基礎與化學反應規律”中，學生必做實驗，以鈉、鎂、鋁三種典型金屬為例，通過實驗比較金屬單質與酸反應的劇烈程度的現象推測置換出氫氣的難易程度以及氫氧化物堿性的強弱，以實驗事實為依據，從宏觀上比較元素原子失電子或得電子能力，預測按照原子序數遞增的順序如何變化，并結合微觀原子結構特點進一步推理論證;接著讓學生通過閱讀第三周期典型非金屬元素硅、磷、硫、氯的最高價氧化物、該氧化物對應水化物的酸的性質、元素與氫氣化合所得氫化物的穩定性等事實性證據，預測這四種非金屬元素原子得電子能力的相對強弱，從原子結構這一微觀層面給出推理論證，最后設計相關實驗證實預測的準確性。通過這一內容的教學，提升了學生利用微觀原子結構解釋元素的遞變規律的能力，以及結合相關理論證據，分析、類比和預測典型元素的單質及其化合物的化學性質的能力，并力求能基于預測，進一步設計實驗，來證實或證偽。

同樣，對于元素化合物性質、變化及其應用的學習，要求學生能基于物質價類二維元素觀的理論依據，從宏觀性質和微觀結構上收集證據，并能根據理論證據從物質類別和化合價兩個角度分析問題，獲得合理的推理。物質類別和元素價態是我們分析元素化合物性質的兩個視角，以氮元素為例，元素價類二維觀為理論依據，設計氮及其化合物的轉化，在教學過程中，教師可以根據學生設計的不同路徑，進行分析、類比，進而評價、總結和概括非金屬及其化合物轉化的一般性規律，最終優選出最佳轉化過程。進一步思考，還可以為合理解決酸雨問題提供依據，如何將有毒有害的物質轉化為無污染物，結合工業實際，推理得出理論方案，以實際問題為情境素材，在具體問題的解決過程中提升學生的化學核心素養能力，進一步發展學生證據推理素養。

三、以實驗事實為證據，培養學生類比推理能力

化學是一門以實驗為基礎的科學，“化學是實驗的科學，只有實驗才是最高法庭”。

教師可以以課堂實驗事實為證據，對物質的性質來加以論證。如金屬鈉與水的實驗中，觀察鈉保存在煤油中，取出一小塊鈉，用小刀切下一小粒，加到滴有酚酞的水中，觀察現象，借助實驗現象為證據來推理，學生就不難理解鈉的硬度、密度和熔點等物理性質，依據元素守恒以及溶液變紅這一現象，推知有NaOH這一堿性物質生成，依據氧化還原反應中化合價升降規律，反應過程中鈉失去電子生成氫氧化鈉，鈉元素的化合價升高，同時，H2O中必然會有元素的化合價會降低，從而推知有氫氣的生成，正是因為氣體的產生，就可以進一步理解鈉在水面游動這樣的實驗事實。如果進一步結合選擇性必修課程模塊3《有機化學基礎》中鈉與乙醇的反應，根據觀察到的鈉沉在乙醇下面，反應緩和，反應過程中，鈉塊上下浮動但沒有熔成小球這樣的實驗事實為證據，我們可以類比鈉、水、乙醇的密度，同時通過反應速率的區別以及產生能量的差異性，來推理同樣存在—OH基團，但由于物質分子基團之間存在著相互之間的影響，導致化學性質的差異。再來綜合性的分析這兩個實驗的事實證據，鈉保存在煤油中，而煤油的主要成分是碳原子數為11—17的烴類混合物，主要成分是飽和烴類，也就是存在碳碳單鍵和碳氫鍵，鈉的穩定保存，推測鈉不能使碳碳單鍵、碳氫鍵發生斷裂而反應，進一步推測作為分子式是C2H6O的乙醇，在其分子結構中存在著除此之外的相對活潑的氫氧鍵，從而可以確定乙醇的分子結構，進一步以宏觀微觀相結合來培養學生的證據推理素養。

中學化學學科證據推理的核心素養是以觀察和實驗等為方法，來獲取物質及其變化的客觀事實，并進行分析推理、概括、總結以揭示化學變化及其變化規律的過程。化學學科核心素養的培養是一個需要不斷持續的過程，教師應在課堂上以學科知識為載體，創設富有價值的真實問題情境。只有抓住“證據推理”這一核心素養，才能在教學中發展學生的化學學科核心素養。

（作者單位：張家港市沙洲中學，江蘇 張家港215600）