證據(jù)推理與模型認(rèn)知在電化學(xué)教學(xué)中的體現(xiàn)研究

黃志煌

【摘 要】 有關(guān)高中階段化學(xué)教學(xué)，其中一個(gè)重要的專(zhuān)題內(nèi)容就是“電化學(xué)”，不僅具有較強(qiáng)的理論性而且涉及很多抽象概念，有關(guān)題目不僅靈活而且新鮮，需要學(xué)生能有效聯(lián)立守恒法、氧化還原等彰顯著一定的綜合性。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)存在很多問(wèn)題，由此本文將立足證據(jù)推理和模型認(rèn)知角度，重點(diǎn)分析其在高中電化學(xué)教學(xué)中的體現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 電化學(xué)教學(xué)? 模型認(rèn)知? 證據(jù)推理? 體現(xiàn)分析

引言：

基于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，不斷更新的知識(shí)信息，人們逐漸提高對(duì)“核心素養(yǎng)”的重視。有關(guān)核心素養(yǎng)發(fā)展應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)作為基礎(chǔ)，教育工作者應(yīng)最大限度挖掘化學(xué)核心素養(yǎng)當(dāng)中體現(xiàn)的育人價(jià)值。其中“證據(jù)推理”以及“模型認(rèn)知”是關(guān)鍵的化學(xué)核心素養(yǎng)組成要素，因此在高中化學(xué)教學(xué)中體現(xiàn)并促進(jìn)學(xué)生形成證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力尤為關(guān)鍵。

一、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

首先教師可以?huà)伋鰡?wèn)題：同學(xué)們，試想氯化銅溶液當(dāng)中含有的微粒有哪些？（旨在建立學(xué)生的微粒觀）如果在通電條件下當(dāng)中的離子與電子會(huì)進(jìn)行怎樣運(yùn)動(dòng)？陽(yáng)極與陰極在通電條件下分別會(huì)出現(xiàn)怎樣的電極反應(yīng)？電極方程式應(yīng)該怎樣書(shū)寫(xiě)？在學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納與總結(jié)：連接電源正極的電極被稱(chēng)之為陽(yáng)極，連接電源負(fù)極的電極被稱(chēng)之為陰極。通過(guò)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)觀察，引導(dǎo)其寫(xiě)出電極反應(yīng)式。

為進(jìn)一步加深學(xué)生理解，構(gòu)建相應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＝處熆梢赃M(jìn)行如下提問(wèn)：由什么決定了溶液當(dāng)中離子的放電順序？有關(guān)這部分內(nèi)容屬于氯化銅溶液電解的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢W(xué)生在具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、小組探究討論以及共同總結(jié)的過(guò)程中，有利于學(xué)生親自感受將電能變逐漸變?yōu)榛瘜W(xué)能，而且通過(guò)“合理猜想—嚴(yán)格驗(yàn)證—高度總結(jié)—建立理論”的過(guò)程，循序減低地強(qiáng)化學(xué)生理解其工作原理，了解離子相關(guān)放電順序。而在后續(xù)進(jìn)行的氯化鈉溶液電解實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)進(jìn)行類(lèi)似的兩個(gè)組分不同產(chǎn)物的對(duì)比，明確離子放電順序所體現(xiàn)的規(guī)律。然后在課堂小結(jié)中上升至理論，幫助學(xué)生構(gòu)建電解問(wèn)題分析的一個(gè)宏觀思維程序。激發(fā)學(xué)生深入思考，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)進(jìn)行思考的手段，進(jìn)而使學(xué)生形成針對(duì)知識(shí)的自我認(rèn)識(shí)，形成滿(mǎn)足自身需求的知識(shí)體系。因此，在課堂教學(xué)中學(xué)生會(huì)更主動(dòng)地學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)學(xué)生整個(gè)思維過(guò)程，對(duì)于新知的學(xué)習(xí)也是層層遞進(jìn)水到渠成。

二、類(lèi)比歸納

有關(guān)電解池的課堂教學(xué)過(guò)程中，高中化學(xué)教師可以引入移動(dòng)狀態(tài)下的微觀粒子模型，通過(guò)這樣的方式幫助學(xué)生更直觀地看到在電解池當(dāng)中，微觀粒子所體現(xiàn)的移動(dòng)方向，了解在陽(yáng)極所發(fā)生的是氧化反應(yīng)，而陰極則是還原反應(yīng)。依據(jù)生動(dòng)的微觀模型，學(xué)生更容易構(gòu)建“正（負(fù)）電荷的閉合運(yùn)輸回路”認(rèn)知，所呈現(xiàn)的反饋效果也更理想。在前文的課例中均呈現(xiàn)如何通過(guò)證據(jù)推理以及模型認(rèn)知，這兩個(gè)核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)及其相關(guān)實(shí)施方式。充分運(yùn)用于電化學(xué)當(dāng)中的電解池的素材及實(shí)驗(yàn)和，引導(dǎo)學(xué)生建立電化學(xué)的認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)、符號(hào)以及思維模型，通過(guò)訓(xùn)練證據(jù)推理能力、借助問(wèn)題驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生逐步形成概念從而深入理解電解規(guī)律。與此同時(shí)，教師可以這一過(guò)程中有效指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)。在高中電化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知、證據(jù)推理素養(yǎng)，著眼于電解池裝置模型，引導(dǎo)學(xué)生由操作實(shí)驗(yàn)至現(xiàn)象觀察再至分析推導(dǎo)，親自感受了一個(gè)相對(duì)完整地科學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程。

三、模型認(rèn)知具體應(yīng)用流程

第一，事實(shí)證據(jù)收集。有關(guān)化學(xué)的學(xué)科核心素養(yǎng)，證據(jù)推理以及模型認(rèn)知處在同等重要的位置，從某種角度來(lái)講，前者屬于后者的重要基礎(chǔ)，通過(guò)針對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)等相關(guān)過(guò)程，對(duì)規(guī)律加以總結(jié)并構(gòu)建模型。因此，事實(shí)證據(jù)的收集應(yīng)是模型認(rèn)知的首個(gè)流程，由此為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。例如針對(duì)原電池復(fù)習(xí)專(zhuān)題，可以收集燃料電池、伏特電池等事實(shí)證據(jù)。

第二，模型要素明確。當(dāng)具備事實(shí)證據(jù)之后，通過(guò)分析與對(duì)比，建立研究對(duì)象的基本核心概念，且相關(guān)概念會(huì)對(duì)模型構(gòu)建提供支撐。例如在進(jìn)行原電池專(zhuān)題復(fù)習(xí)時(shí)，主要核心要素為電極反應(yīng)物、離子導(dǎo)體、電極產(chǎn)物等。

第三，構(gòu)建要素之間的關(guān)聯(lián)。正確關(guān)聯(lián)模型核心要素是能否科學(xué)模型建構(gòu)的大前提。學(xué)生應(yīng)該清楚要素間存在的影響、制約等系列關(guān)聯(lián)，而且要充分思考這種關(guān)聯(lián)存在的本質(zhì)原因有哪些。比如在原電池中，反應(yīng)物（電極）是怎樣到得到生成物？多種電極反應(yīng)物同時(shí)存在的情況，是這樣生成電極產(chǎn)物是的？存在前后順序嗎？而當(dāng)中的內(nèi)在原因則是氧化性、還原性的。

第四，認(rèn)知模型初步建立。核心要素明確且核心要素之間關(guān)聯(lián)建立之后，化學(xué)教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生以相應(yīng)的方式清晰簡(jiǎn)明地展示這些結(jié)論，而這也是建構(gòu)模型的過(guò)程。此過(guò)程應(yīng)外顯化表達(dá)學(xué)生的心理認(rèn)知，可采取多種方式或者形式表達(dá)，然后選出最佳的表達(dá)方式。

第五，模型應(yīng)用強(qiáng)化。學(xué)生在這一環(huán)節(jié)中，需要整合歸納之前所建立的模型，應(yīng)用在其他類(lèi)似問(wèn)題，在解決有關(guān)問(wèn)題中強(qiáng)化與熟悉構(gòu)建的模型。

第六，修模和再次建模。學(xué)生應(yīng)該在使用模型時(shí)，盡可能找出原有模型存在的缺陷與不足，要是其中缺少某一要素或是不能適用于同類(lèi)特殊問(wèn)題等，應(yīng)針對(duì)現(xiàn)有模型加以改進(jìn)或者是依據(jù)自己認(rèn)知思維構(gòu)建一個(gè)新的模型。這樣不僅能有利于學(xué)生處理在電化學(xué)知識(shí)當(dāng)中的“學(xué)困點(diǎn)”，而且還提升學(xué)生認(rèn)知電化學(xué)知識(shí)的水平，更重要的是模型認(rèn)知能力也得到提高。另外，也能啟發(fā)學(xué)生基于模型視角學(xué)習(xí)其他化學(xué)專(zhuān)題，在培養(yǎng)模型思維的同時(shí)，助力學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

結(jié)束語(yǔ)：

高中化學(xué)教師應(yīng)通過(guò)實(shí)際問(wèn)題與知識(shí)的導(dǎo)思、導(dǎo)學(xué)，讓學(xué)生能夠?qū)W會(huì)建構(gòu)模型，通過(guò)針對(duì)性的問(wèn)題促進(jìn)學(xué)生懂得證據(jù)推理的方法。以此助力于歸納能力、分析能力得提高與化學(xué)思維的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 單世乾，倪娟.基于探究實(shí)驗(yàn)建構(gòu)認(rèn)知模型的化學(xué)教學(xué)研究——以“原電池的工作原理”教學(xué)為例[J].化學(xué)教學(xué)，2018（12）：59-64.

[2] 汪愛(ài)華.證據(jù)推理與模型認(rèn)知在電化學(xué)教學(xué)中的體現(xiàn)[J].華夏教師，2019 （04）：20-21.