發(fā)展“證據(jù)推理，模型認(rèn)知”素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

黃鳳翔 汲叢家

摘要：本文以“電解池原理”為例，探討落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐，通過兩種證據(jù)、三種推理，從宏觀現(xiàn)象到微觀解釋，構(gòu)建了兩種模型、兩個(gè)小模型，最后歸納推理出電解原理模型。實(shí)踐證明，該案例在平板技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生思維外顯，很好地落實(shí)學(xué)生“證據(jù)推理，模型認(rèn)知”素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;模型認(rèn)知;電解池原理;平板技術(shù)

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2021）09-111

一、研究背景

教育部以教基二（2014）4號(hào)文印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，該《意見》首次提出：“教育部將組織研究提出各學(xué)段學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，明確學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。”[1]以“模型認(rèn)知”為關(guān)鍵詞，在中國知網(wǎng)上查閱到的文獻(xiàn)表明：（1）模型認(rèn)知可以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、提升學(xué)生的高階思維;（2）模型認(rèn)知是一種高效學(xué)習(xí)的思維方法，可以提高課堂效率。查找到的文獻(xiàn)資料中，模型認(rèn)知在高三復(fù)習(xí)的解題應(yīng)用研究中占了比較大的比例，新授課的案例多以“離子反應(yīng)”“電化學(xué)體系”等為素材。技術(shù)支持下的教學(xué)成為趨勢(shì)，是提高學(xué)生素養(yǎng)的有力手段，故本文結(jié)合平板技術(shù)，對(duì)電解池的教學(xué)進(jìn)行研究，力求發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理，模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)。

二、理論依據(jù)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為：知識(shí)是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)起來的，而知識(shí)的意義是學(xué)生對(duì)信息生成的個(gè)人見解，而不是簡單的復(fù)制和印入信息。學(xué)生的主動(dòng)參與是以他們的疑惑+需要為前提的，只有產(chǎn)生了這種需要，學(xué)生才能對(duì)需要解決問題的途徑和方法進(jìn)行主動(dòng)的猜測、推理和遷移，也就是自主地去探究、解釋自己疑惑之處。所以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀也是強(qiáng)調(diào)學(xué)生要有一定的自主探究的能力，這樣才能在知識(shí)建構(gòu)過程中去解決自己的需要[2]。以此為依據(jù)，該教學(xué)實(shí)踐，借助平板技術(shù)，精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)困點(diǎn)（疑惑），實(shí)施過程重視學(xué)生主動(dòng)參與，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，且更能讓學(xué)生思維外顯，提高學(xué)生的參與度，符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀。

三、教學(xué)案例——“電解池原理”的教學(xué)實(shí)踐

（一）教學(xué)思想

課前，首先要了解學(xué)生學(xué)困點(diǎn)，我們學(xué)校由于有技術(shù)支撐——睿易云系統(tǒng)支持下的平板教學(xué)，故課前讓學(xué)生完成4項(xiàng)任務(wù)：第一，回顧原電池原理模型;第二，預(yù)習(xí)電解池原理;第三，觀看實(shí)驗(yàn)視頻;第四，平板推送問卷調(diào)查;在技術(shù)支持下，更便捷地發(fā)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)困點(diǎn)，從而精準(zhǔn)確定教學(xué)目標(biāo)：構(gòu)建電解池模型。課中，根據(jù)確定的教學(xué)目標(biāo)，安排教學(xué)活動(dòng)。課后，根據(jù)課堂反饋，給學(xué)生推送針對(duì)性練習(xí)。

電解池原理教學(xué)中的重點(diǎn)之一就是要學(xué)生能在腦海中構(gòu)建電解池的模型，模型建立后才能更好地促進(jìn)學(xué)生從能量轉(zhuǎn)化、微粒轉(zhuǎn)化及物質(zhì)轉(zhuǎn)化等多個(gè)層面認(rèn)識(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的條件、原理和方法。因此，課上實(shí)施過程通過分析電解水、電解CuCl2溶液，采用證據(jù)推理，從現(xiàn)象到本質(zhì)，從宏觀現(xiàn)象到微觀解釋，探究電解池原理，建立起電解池的理論模型。本節(jié)課的教學(xué)思想圖見下圖。

（二）教學(xué)分析

教材分析：本節(jié)課是人教版選修四第四章第三節(jié)內(nèi)容。電解池與氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)和能量變化等知識(shí)密切相關(guān)。電解借助于電能，使不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)能夠發(fā)生，從而使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，是最強(qiáng)有力的氧化還原手段。它的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如電鍍、電解等。本節(jié)課是學(xué)生學(xué)習(xí)“原電池”知識(shí)后的延伸，它有助于學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)電化學(xué)知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)電化學(xué)應(yīng)用打好理論基礎(chǔ)。

學(xué)生分析：學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)有原電池原理知識(shí)，具備了借助氧化還原反應(yīng)理論、金屬活動(dòng)順序、物理電學(xué)知識(shí)判斷電池正、負(fù)極，以及設(shè)計(jì)原電池、書寫原電池電極反應(yīng)的能力。因此，本節(jié)課繼續(xù)應(yīng)用氧化還原理論、物理電學(xué)知識(shí)拓展和延伸電化學(xué)理論。通過統(tǒng)計(jì)課前平板推送的問卷調(diào)查，結(jié)果顯示學(xué)生的學(xué)困點(diǎn)主要表現(xiàn)為：建立電解池模型;電解池模型與原電池模型混淆。基于以上分析，電解池第一課時(shí)教學(xué)重心是認(rèn)識(shí)電解池原理，建構(gòu)電解池模型，并與原電池模型進(jìn)行對(duì)比。另外考慮到本節(jié)課的概念名稱太多，從關(guān)注學(xué)生實(shí)際獲得角度出發(fā)，本節(jié)課只落實(shí)原理，抽出原理模型，放電順序、電極材料對(duì)電極反應(yīng)的影響等內(nèi)容放在第二課時(shí)。

（三）課堂教學(xué)問題解決實(shí)施

環(huán)節(jié)一：引入—視頻激疑

播放視頻：《電解法發(fā)現(xiàn)31種元素》

設(shè)計(jì)意圖：了解戴維發(fā)明電解法的化學(xué)史，感受科學(xué)家不畏艱難、勇于探索的科學(xué)精神，并深刻體會(huì)到電解的重大作用。視頻抓住學(xué)生的興奮點(diǎn)，是促使學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)力

環(huán)節(jié)二：電解水原理——演繹推理

第一步：電解池的物理模型

任務(wù)一：根據(jù)投影的電解水實(shí)驗(yàn)裝置圖，畫出電解池簡圖（平板拍照提交）

任務(wù)二：思考電解池與原電池裝置圖最大的區(qū)別在哪里？（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

教師：實(shí)時(shí)投屏

學(xué)生：分享交流，不同組學(xué)生補(bǔ)充完善。

設(shè)計(jì)意圖：構(gòu)建電解物理模型，以小組為單位的“學(xué)習(xí)共同體”在自主思考的基礎(chǔ)上交流討論，讓學(xué)生的思維顯現(xiàn)出來并實(shí)現(xiàn)碰撞。通過小組合作學(xué)習(xí)的活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、合作意識(shí)、交流和傾聽能力，讓學(xué)生真正參與到課堂中來。

第二步：演繹推理電解水原理模型

思考：（1）純水中有哪些離子？（2）回憶實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出陰陽極的電極反應(yīng)式。（3）回憶實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，判斷接通電源時(shí)，H+、OH-如何運(yùn)動(dòng)？為什么？（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

教師：實(shí)時(shí)投屏，給出相關(guān)規(guī)定：陰極特征——電子流進(jìn)，富電子體;陽極特征——電子流出，缺電子體。

小組代表分析，形成分析電解池一般思路：分析存在微粒→判斷電極→判斷微粒移動(dòng)方向→電極方程式。

設(shè)計(jì)意圖：采用證據(jù)推理（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及兩大原理：氧化還原原理和物理原理），從宏觀現(xiàn)象到微觀解析，學(xué)生體驗(yàn)到層層遞進(jìn)的邏輯推理過程，順著邏輯關(guān)系步步推演，逐步揭開電解原理。通過查閱學(xué)生平板提交的答案，教師迅速掌握答題情況，立即找出學(xué)生思維障礙，并對(duì)癥下藥，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)。

環(huán)節(jié)三：CuCl2電解原理——類比推理并實(shí)驗(yàn)證實(shí)

類比推理：（1）分析CuCl2溶液中存在的離子（2）判斷接通電源時(shí)，離子的移動(dòng)方向（3）預(yù)測產(chǎn)物，設(shè)計(jì)檢驗(yàn)產(chǎn)物的方案（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

學(xué)生個(gè)人類比電解水分析思路：分析存在微粒→判斷電極→判斷微粒移動(dòng)方向→電極方程式，進(jìn)行交流分享。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生類比電解水原理模型分析、預(yù)測，強(qiáng)化學(xué)生認(rèn)識(shí)電解池工作時(shí)微粒的移動(dòng)和變化過程，進(jìn)而認(rèn)識(shí)電解池的功能。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)

匯報(bào)交流：（1）觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 （2）陰、陽極反應(yīng)與總反應(yīng) （3）過程中的能量轉(zhuǎn)化

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、觀察能力及環(huán)保意識(shí)。學(xué)生用平板將實(shí)驗(yàn)過程錄制下來，留下實(shí)驗(yàn)證據(jù)，體驗(yàn)成功的喜悅。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生運(yùn)用證據(jù)推理，從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到微觀解析，得出合理的結(jié)論。

環(huán)節(jié)四：電解原理模型——?dú)w納推理

任務(wù)一：根據(jù)觀察上面兩個(gè)電解池模型，思考電解池如何形成閉合回路

任務(wù)二：合作學(xué)習(xí)，參照原電池的模型，畫出電解池模型（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

根據(jù)電解水及電解CuCl2溶液兩個(gè)模型，學(xué)生思考、小組討論，小組間補(bǔ)充，完善電解池模型。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生從具體事實(shí)中得出抽象規(guī)律的科學(xué)研究方法。課堂組織的形式上培養(yǎng)了學(xué)生與人合作的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

環(huán)節(jié)五：鞏固電解原理模型——平板推送鞏固練習(xí)

平板推送鞏固練習(xí)題（個(gè)人完成，小平板拍照提交）

學(xué)生個(gè)人完成，代表分享思路，組員完善答案。

設(shè)計(jì)意圖：平板推送鞏固練習(xí)，可以實(shí)時(shí)通過平板獲得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，以便于課下再利用平板錄制微課通過在線答疑推送發(fā)給學(xué)生，讓數(shù)據(jù)為教學(xué)服務(wù)，精準(zhǔn)突破學(xué)生知識(shí)弱點(diǎn)。

四、教學(xué)反思

（一）層層遞進(jìn)的推理分析，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，發(fā)展核心素養(yǎng)

本節(jié)課兩條主線：情境線，課前是電解法在元素發(fā)現(xiàn)史上的重要作用，課中，電解法制Na，課的結(jié)束，電解在未來家居生活中的應(yīng)用，緩解能源緊張。電解實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)轉(zhuǎn)化的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化。知識(shí)線，由電解水到電解氯化銅溶液，學(xué)生合力歸納推理電解池原理模型，最后通過分析電解熔融NaCl的例子來運(yùn)用模型。

另外，本節(jié)課還存在探究電解原理的明線和培養(yǎng)學(xué)科觀念的暗線，這樣的設(shè)計(jì)達(dá)成了學(xué)習(xí)目標(biāo)。總的框架：通過兩種證據(jù)（實(shí)驗(yàn)證據(jù)，理論證據(jù)）、三種推理（演繹推理→類比推理→歸納推理）構(gòu)建出兩種模型（物理模型、理論模型）、兩個(gè)小模型（電解水模型、電解氯化銅模型），最后歸納推理出一個(gè)大模型（電解模型）。教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析無不體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的實(shí)證觀念、證據(jù)意識(shí)，通過個(gè)體事例：電解水、電解CuCl2的原理分析，概括電解的一般情況，即電解原理，學(xué)生體驗(yàn)到層層遞進(jìn)的邏輯推理過程，逐步揭開電解原理。整個(gè)過程由單一體系到混合體系，從宏觀到微觀，從現(xiàn)象到本質(zhì)，學(xué)生學(xué)習(xí)層次由淺入深，最終達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

（二）平板支撐，助力教學(xué)

平板支持下的教學(xué)，線上線下結(jié)合。課前發(fā)實(shí)驗(yàn)視頻讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生課上實(shí)驗(yàn)更順利進(jìn)行。課上通過發(fā)起做題，給學(xué)生發(fā)送有探討價(jià)值、有深度的學(xué)習(xí)問題，學(xué)生平板提交，課上可以呈現(xiàn)所有提交的做題情況，這樣可以讓學(xué)生把有價(jià)值東西更好地展示出來、討論起來能產(chǎn)生思維碰撞，從而達(dá)到思維深化的目的，讓學(xué)生的內(nèi)隱的思維外顯，教師對(duì)典型問題進(jìn)行精準(zhǔn)引導(dǎo);課上通過采取組內(nèi)互評(píng)、組內(nèi)討論，每個(gè)組的小組長再匯總討論成果并用平板提交，最后利用組間相互評(píng)價(jià)的形式，這種操作形式可以讓學(xué)生借助其他人的智慧，更加深刻全面的認(rèn)識(shí)問題，在對(duì)比學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)自己的問題，并提高學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。總之，在平板技術(shù)的幫助下，教師更方便快捷的發(fā)現(xiàn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，進(jìn)行因材施教;教師實(shí)時(shí)地采集學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的常見錯(cuò)誤，進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：廣州中學(xué)，廣東 廣州516000）