培育“證據推理與模型認知”的高中化學教學實踐研究

黃云鵬

摘 要：“證據推理與模型認知”屬于化學核心素養五個維度之一，是化學核心素養的思維核心。能夠幫助學生掌握核心知識、提高核心能力、培養核心態度，使學生形成化學學科的思想和方法。本文以高中化學中“證據推理與模型認知”核心素養的培育為出發點，對高中化學教學案例進行了初步研究。從化學知識結構化、教學過程邏輯化與科學探究層次化三個部分，結合具體教學案例簡述了如何立足課堂和教材，創設具體的教學情境，引導學生證據推理，培育他們“證據推理與模型認知”的核心素養。

關鍵詞：高中化學;證據推理與模型認知;案例分析

引言：在高中化學的教學中，證據推理與模型認知其內涵要求學生具有證據意識，能在學習中根據相關化學概念與化學模型，通過如比較分析、歸納演繹等方式對問題進行求證推理，以獲取新知識。高中化學的教學中，為提高學生的證據推理與模型認知能力，我們可以從以下三個方面開展教學實踐：

一、化學知識結構化

在培育學生證據推理與模型認知素養時，學生常會由于思維受困而出現思考問題過淺等情況{1]。所以，我們可通過知識結構化的方法增強學生證據推理的廣度。

案例：在"鎂的提取及應用"課堂教學中，教師通過精心設計系列問題，形成問題鏈，將"鎂的提取"、"鎂的性質"、"鎂的應用"三部分內容串聯起來，使知識結構化。同時展示如下學習情境：著名化學家戴維在1807年發現了金屬鈉，隨后他又在1808年發現了金屬鎂，當他對鎂這一化學物質進行研究的時候，認為鎂的化學性質和鈉應該有許多相似之處，那么他的猜想究竟正不正確呢？然后讓學生通過自主思考、小組合作、實驗探究等方式根據這一情境問題進行證據推理。在推理過程中，有的小組使用了資料查閱的方式，通過對鎂和鈉的相關化學文獻查閱，這一小組認為鎂和鈉從化學性質上都比較活潑;有的小組選擇了實驗探究的方法，通過鎂、鈉與水、氧氣、二氧化碳等化學物質的反應實驗探究，得出鎂和鈉化學性質具有一定相似性，在化學反應中都具有還原性;有的小組則采用了結構分析的方法，通過對鎂與鈉的原子結構分析研究，該小組認為這兩者都應該屬于活潑金屬單質。

分析：案例中教師采用了任務教學的方法，在學習任務的問題驅動之下，學生需要通過證據尋找、探究的方式對問題進行推理驗證。這種教學模式使知識問題化，能夠激發學生探究意識，學生通過對問題解決建立知識模型，由此形成知識網絡，豐富對該部分知識的認識，拓寬證據推理的廣度。

二、教學過程邏輯化

化學學科在國民經濟發展中扮有重要角色{2]，在高中化學教學中，為培養學生的證據推理與模型認知能力，我們必須讓學生認識到化學學習中的邏輯性，以此培養學生的邏輯思維，提高學生證據推理的準確性。

案例：混有少量氯化鉀的硝酸鉀粉末，參照溶解度曲線（見圖1），設計實驗方案分離提純硝酸鉀。課堂上有學生提出質疑：為什么氯化鉀在溫度降低的過程中不會同時析出？顯然，要消除學生的疑慮，定性講解是不夠的，教學中教師結合了相關物質的一些溶解度數據（見下表），引導學生進行推理，達到良好的教學效果。

學生經過一番計算得出，當溫度降低到一定數值時（假定為10℃），在此溫度下氯化鉀不會析出結晶。通過設定的數據進行推理，證實了將上述濃溶液冷卻到一定溫度時，氯化鉀的溶解度隨溫度變化不大，因而不會析出結晶的事實{3]。

分析：案例中教師采用了邏輯性的教學模式，引導學生通過科學的分析推理加以證實或證偽，讓學生尋找觀點、結論和證據之間的邏輯關系。這種教學模式不僅使學生循序漸進地學習了化學知識，也培養了學生的證據意識和邏輯思維。

三、科學探究層次化

依據實驗目的設計切實可行的實驗方案是科學探究的重要環節。而科學探究層次化要求學生從宏觀的層面對問題進行分析，還要從微觀的角度對問題進行思考;既要學會利用直接證據進行論證，還要學會通過間接分析與推理尋找問題答案。所以，我們要引導學生實驗探究過程中積極尋找合理的證據，進行分析推理、建立模型，并能基于證據對構建模型進行驗證。

案例：乙酸乙酯水解實驗探究，學生在試管中滴入1ml0.1mol/l的NaOH溶液、4滴酚酞溶液、2ml乙酸乙酯溶液后，使用水浴控溫70°的方法對試管加熱2分鐘并振蕩，發現試管中溶液的紅色褪去了。針對這一實驗現象，教師要求學生以小組為單位對紅色褪去的原因進行實驗探究分析。甲小組通過反應原理分析認為紅色褪去的原因是由于實驗中乙酸乙酯水解（CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH）造成的;乙小組則通過實驗的方法發現振蕩之后溶液中還有明顯的油層，通過對油層的實驗探究，該小組認為乙酸乙酯并不能在加熱2分鐘的情況下水解。教師同時為學生提供了酚酞的結構圖，讓丙小組通過對酚酞結構的分析，進行問題思考。最后，引導學生通過綜合分析得出結論：乙酸乙酯在堿性的條件下水解速度慢，溶液的紅色褪去是由于極性酚酞分子被極性乙酸乙酯萃取。

分析：案例中甲小組依據的是教材事實，乙小組依據的是宏觀證據，教師提供的是微觀證據。這種教學方法不僅能夠為學生創造自主學習機會，而且能夠讓學生在宏觀與微觀分析中收獲證據推理的深度，讓學生的證據推理與模型認識能力得到潛移默化的培養。

四、總結

總之，在高中化學的教學中，我們應該根據核心素養培育要求，強化學生的證據意識，結合化學實驗研究找出相關數據之間的關系，建立起化學模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律，使學生掌握化學知識的本質，促進學生化學學科核心素養的培養。

參考文獻

[1]佚名.關于證據推理與模型認知的一些思考[J].教學月刊：中學版（教學參考），2019，823（4）：3-8.

[2]高中化學教學中“證據推理與模型認知”核心素養的培養[D].哈爾濱師范大學，2018.

[3]丁浩，黃金泉.例談基于數據推理的化學教學實踐[J].化學教學，2019，（7）：56-57.

本文系福建省教育科學“十三五”規劃2019年度立項課題“學習進階視角下培育“證據推理與模型認知”的教學實踐研究（課題批準號：FJJKXB19-406）階段性研究成果。