“證據(jù)推理”素養(yǎng)培育在化學(xué)教學(xué)中的實踐研究

李小芬

摘要：證據(jù)推理是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要分析方法，是在課堂中逐步形成的必備品格和關(guān)鍵能力。證據(jù)推理主要由證據(jù)的尋求和證明方式兩部分組成。在實際教學(xué)中，可以采用事實和實驗相結(jié)合、宏觀與微觀相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合、證據(jù)與模型相結(jié)合等方法，拓寬證據(jù)推理的角度、延伸證據(jù)推理的廣度、提高證據(jù)推理的深度、加強據(jù)推理的力度，促進學(xué)生建立解決問題的思路，實現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)的落實。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;化學(xué)教學(xué)實踐;化學(xué)核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2020）09-0021-03

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：B

一、“證據(jù)推理”素養(yǎng)的內(nèi)涵

新課程改革注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，“證據(jù)推理”作為化學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)涵之一，是一種高階思維能力。普通高中《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對“證據(jù)推理”解釋為：具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽;建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系;知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及相互關(guān)系。由此可見，證據(jù)推理是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要分析方法，是在課堂學(xué)習(xí)中逐步形成的必備品格和關(guān)鍵能力。要形成“證據(jù)推理”素養(yǎng)，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，更要通過課堂行為讓學(xué)生體驗尋求證據(jù)的過程、鍛煉分析推理的能力、感受證據(jù)推理的成功樂趣。

在化學(xué)教學(xué)中，證據(jù)推理主要分兩面：證據(jù)的尋求和證明的方式。證據(jù)的尋求根據(jù)證據(jù)的來源又可以分為兩個方面：直接證據(jù)和間接證據(jù)。直接證據(jù)如源自自然現(xiàn)象和生活經(jīng)驗的證據(jù)、實驗現(xiàn)象的證據(jù)、數(shù)據(jù)處理的定量證據(jù)等;間接證據(jù)如類比推理證據(jù)、文獻的證據(jù)、教材中的原理和定律等。證據(jù)推理的證明方式分兩種：即證實和證偽。具體的邏輯關(guān)系可用圖1表示：

證據(jù)推理是一個復(fù)雜的過程，需要借助理論思維、邏輯分析等多種能力，不然證據(jù)和結(jié)論之間就不可能建立起聯(lián)系，證據(jù)可能就成了一些孤立的數(shù)據(jù)或事實，沒有證據(jù)，推理也就無從下手。實際教學(xué)中，學(xué)生如果沒有得到很好的引導(dǎo)和訓(xùn)練，將很難自我達成“證據(jù)推理”的素養(yǎng)。

二、“證據(jù)推理”素養(yǎng)的實踐研究

1.事實與實驗相結(jié)合，拓寬證據(jù)推理的角度

在日常的教學(xué)工作中，學(xué)生根據(jù)已有的認(rèn)知，善于尋找事實依據(jù)，來解釋需要解決的問題，往往缺乏科學(xué)性。而實驗作為化學(xué)學(xué)科最顯著的特點，在化學(xué)學(xué)科乃至整個社會的發(fā)展過程中，實驗證據(jù)是最有說服力的。所以，在證據(jù)推理的過程中，事實證據(jù)若有實驗作為基石，可以拓寬學(xué)生尋找證據(jù)的角度。

例如：苯酚的酸性教學(xué)中，如何讓學(xué)生理解苯酚鈉溶液中通入CO2后產(chǎn)物為NaHCO3而不是Na2CO3。

證據(jù)1——事實證據(jù)：蘇教版《有機化學(xué)》第73頁直接有關(guān)于此反應(yīng)的化學(xué)方程式：C6H5ONa+CO2+H2O→C6H5OH+NaHCO3。但是直接呈現(xiàn)方程式，其實并沒有真正解決問題，學(xué)生也沒有理解實質(zhì)，不利于知識的生成。

證據(jù)2——理論證據(jù)：經(jīng)過思考后，部分同學(xué)分析得出：因為此反應(yīng)為復(fù)分解反應(yīng)，其實質(zhì)為強酸制弱酸。查閱資料，得苯酚的電離常數(shù)Ka=1.0×10^-10，碳酸的電離平衡常數(shù)Kal=4.3×10^-7，Ka2=5.6×10^-11，由此可見，酸性為H2CO3>C6H5OH>HCO^3-，所以產(chǎn)物為NaHCO3。此證據(jù)推理對少部分同學(xué)來說理解上有一定難度。要想進一步突破此難點，我們可以利用證據(jù)2設(shè)計實驗證據(jù)進一步驗證。

證據(jù)3——實驗證據(jù)：利用苯酚和Na2CO3的反應(yīng)制備NaHCO3。為了使實驗現(xiàn)象更明顯，又增加了苯酚溶液中加NaHCO3來作對比實驗，具體如下圖2所示：

此實驗現(xiàn)象明顯，在苯酚中加Na2CO3溶液，苯酚濁液慢慢變澄清透明，在苯酚中加NaHCO3溶液則無明顯現(xiàn)象。經(jīng)過以上三步曲，大部分同學(xué)能理解此反應(yīng)的本質(zhì)，掌握苯酚的弱酸性這一難點。

2.宏觀與微觀相結(jié)合，延伸證據(jù)推理的廣度

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層次認(rèn)識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)?；瘜W(xué)教學(xué)中，“宏觀-微觀-符號”三重表征法是對學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的基本要求。在證據(jù)推理的過程中，學(xué)生通過生活經(jīng)驗、客觀事實或?qū)嶒灛F(xiàn)象，能合理找到宏觀證據(jù)，但若要進行深入證明，則需要微觀的有力證據(jù)。

例如：Al（OH）3的兩性教學(xué)中，如何理解兩性氫氧化物。

證據(jù)1——宏觀證據(jù)：大部分學(xué)生回答：Al（OH）3既能和強酸（如鹽酸）反應(yīng)，又能和強堿（如氫氧化鈉溶液）反應(yīng)，因此為兩性氫氧化物。

但是，考試中，讓學(xué)生書寫氫氧化鋁的堿式電離方程式時，錯誤率極高。究其原因，還是沒有突破兩性氫氧化物的教學(xué)難點。所以，教學(xué)中要尋求其他的證據(jù)，加深學(xué)生的理解。

證據(jù)2——微觀證據(jù)：含氧酸或堿是某元素與H、O元素的化合物，都可以用通式R-O-H標(biāo)識結(jié)構(gòu)，ROH的解離有三種情況：酸式電離、堿式電離和兩性電離。至于采取何種方式，則取決于R-O之間的化學(xué)鍵極性和O-H之間化學(xué)鍵極性的相對大小。氫氧化鋁的結(jié)構(gòu)如下圖3所示：

因為Al-O之間化學(xué)鍵的極性大小和O-H之間化學(xué)鍵的極性大小近似相等，因而氫氧化鋁才有兩種解離方式。

3.定性與定量相結(jié)合，提高證據(jù)推理的深度

根據(jù)學(xué)生的發(fā)展能力，他們更容易發(fā)現(xiàn)定性的證據(jù)，對于數(shù)據(jù)處理的能力比較欠缺。但是化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，在方法的介紹中，有很多關(guān)于定量計算的知識，如平衡常數(shù)的計算，轉(zhuǎn)化率的計算，溶液酸堿性的計算等。同樣，在證據(jù)推理的過程，不僅可以通過定性的證據(jù)進行推理，定量的證據(jù)往往可以彌補定性證據(jù)的不足，使得證據(jù)更全面。所以，定性和定量相結(jié)合，可以提高學(xué)生對證據(jù)推理過程理解的深度。

例如：如何理解溫度對化學(xué)平衡的影響，以工業(yè)合成氨為例：

證據(jù)1——定性依據(jù)：根據(jù)勒夏特列原理：改變影響化學(xué)平衡的一個因素，平衡將向能夠減弱這種改變的方向移動。因此，升高溫度，此反應(yīng)將向吸熱方向（即逆向）移動;降低溫度，平衡將向放熱方向（即正向）移動。此證據(jù)實際上是科學(xué)家經(jīng)過無數(shù)次實驗歸納出的規(guī)律，若能進一步驗證此規(guī)律的可靠性，學(xué)生的興趣會更濃烈。所以可以進一步作如下設(shè)計：

證據(jù)2——定量計算：已知N2（g）+3H2（g）=2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如表1所示：

N2和H2以物質(zhì)的量比為1：3在密閉容器中進行反應(yīng)，分別計算出473K和573K下H2的平衡轉(zhuǎn)化率。經(jīng)過計算后，不難得出在473K時H2的平衡轉(zhuǎn)化率更大，也就說明在低溫下有利于此反應(yīng)的正向移動。

4.證據(jù)與模型相結(jié)合，加強證據(jù)推理的力度

眾多的證據(jù)背后往往隱藏著一定的發(fā)展規(guī)律，對這些規(guī)律的認(rèn)知，需要借助想象和概括等抽象手段。這對學(xué)生來說是比較困難的，所以在化學(xué)教學(xué)過程中，構(gòu)建模型是解決這一難題的有效手段。引導(dǎo)學(xué)生證據(jù)與模型相結(jié)合，進行證據(jù)推理，可以更加有效地得出正確結(jié)論。

例如：復(fù)習(xí)課中將二氧化硫氣體通入酸性高錳酸鉀溶液中，紫色褪去，體現(xiàn)二氧化硫的什么化學(xué)性質(zhì)？

證據(jù)1——實驗證據(jù)：1.加熱褪色后的溶液，不能復(fù)原。2.另取少量反應(yīng)后的溶液，加入氯化鋇溶液，檢驗硫酸根離子，出現(xiàn)白色沉淀。證明此反應(yīng)體現(xiàn)二氧化硫的還原性。

證據(jù)2——模型認(rèn)知：可以把二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)用如圖4的模型進行梳理，根據(jù)模型圖，可以清楚辨識二氧化硫與高錳酸鉀反應(yīng)的原理。

三、“證據(jù)推理”素養(yǎng)的實踐反思

1.教師基于證據(jù)推理，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計

德國哲學(xué)家亞斯貝爾思認(rèn)為，師生關(guān)系是樹與樹、云與云、心靈與心靈的關(guān)系，而“教育意味著一棵樹撼動另一棵樹，一朵云推動另一朵云，一顆心靈喚醒另一顆心靈”。將證據(jù)推理寓于平時的教學(xué)過程，教師要善于激發(fā)學(xué)生證據(jù)為本的意識，首先自己要善于從化學(xué)教學(xué)的視角去發(fā)現(xiàn)和采集證據(jù)，建立自己的“證據(jù)百寶箱”。在課堂教學(xué)中，善于設(shè)置真實有效的問題情境，采取始于問題、合理猜想、收集證據(jù)、推理得出結(jié)論的教學(xué)策略。長期的潤物細(xì)無聲，學(xué)生就會萌發(fā)證據(jù)推理的意識，并應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐中。當(dāng)這些知識能夠幫助他們正確認(rèn)識物質(zhì)，指導(dǎo)他們合理利用資源，也就實現(xiàn)了人的可持續(xù)發(fā)展。

2.學(xué)生分享證據(jù)推理，體驗成功樂趣

蘇霍姆林斯基認(rèn)為，在人的心靈中，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者，這種需要至于學(xué)生尤為強烈。學(xué)生具有很強的求知欲，有探索世界的欲望，所以教師要善于搭建積極向上的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生樂于分享證據(jù)推理的過程和成果，獲得成功的體驗，提升證據(jù)推理的動力。

限于學(xué)生的能力，教師應(yīng)該在學(xué)生分享成果時給予及時的幫助和評價，從而讓他們不斷完善成果、樂于展示自我、發(fā)展個性。當(dāng)然，分享的形式可以多樣化，如課堂上現(xiàn)場小組發(fā)言，也可以PPT的形式形成個人報告。通過這樣的過程，學(xué)生可以獲得證據(jù)推理的視野，提升學(xué)科思維方法，引燃學(xué)習(xí)激情，長期堅持，學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)可以得到較快發(fā)展。