發展“證據推理，模型認知”素養的教學實踐

黃鳳翔 汲叢家

摘要：本文以“電解池原理”為例，探討落實學生核心素養的教學實踐，通過兩種證據、三種推理，從宏觀現象到微觀解釋，構建了兩種模型、兩個小模型，最后歸納推理出電解原理模型。實踐證明，該案例在平板技術的支持下實現讓學生思維外顯，很好地落實學生“證據推理，模型認知”素養。

關鍵詞：證據推理;模型認知;電解池原理;平板技術

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）09-111

一、研究背景

教育部以教基二（2014）4號文印發《關于全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務的意見》，該《意見》首次提出：“教育部將組織研究提出各學段學生發展核心素養體系，明確學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。”[1]以“模型認知”為關鍵詞，在中國知網上查閱到的文獻表明：（1）模型認知可以培養學生的核心素養、提升學生的高階思維;（2）模型認知是一種高效學習的思維方法，可以提高課堂效率。查找到的文獻資料中，模型認知在高三復習的解題應用研究中占了比較大的比例，新授課的案例多以“離子反應”“電化學體系”等為素材。技術支持下的教學成為趨勢，是提高學生素養的有力手段，故本文結合平板技術，對電解池的教學進行研究，力求發展學生的“證據推理，模型認知”核心素養。

二、理論依據

建構主義學習觀認為：知識是學生主動建構起來的，而知識的意義是學生對信息生成的個人見解，而不是簡單的復制和印入信息。學生的主動參與是以他們的疑惑+需要為前提的，只有產生了這種需要，學生才能對需要解決問題的途徑和方法進行主動的猜測、推理和遷移，也就是自主地去探究、解釋自己疑惑之處。所以建構主義學習觀也是強調學生要有一定的自主探究的能力，這樣才能在知識建構過程中去解決自己的需要[2]。以此為依據，該教學實踐，借助平板技術，精準把握學生的學困點（疑惑），實施過程重視學生主動參與，培養學生自主探究的能力，且更能讓學生思維外顯，提高學生的參與度，符合建構主義學習觀。

三、教學案例——“電解池原理”的教學實踐

（一）教學思想

課前，首先要了解學生學困點，我們學校由于有技術支撐——睿易云系統支持下的平板教學，故課前讓學生完成4項任務：第一，回顧原電池原理模型;第二，預習電解池原理;第三，觀看實驗視頻;第四，平板推送問卷調查;在技術支持下，更便捷地發現了學生學困點，從而精準確定教學目標：構建電解池模型。課中，根據確定的教學目標，安排教學活動。課后，根據課堂反饋，給學生推送針對性練習。

電解池原理教學中的重點之一就是要學生能在腦海中構建電解池的模型，模型建立后才能更好地促進學生從能量轉化、微粒轉化及物質轉化等多個層面認識電能轉化為化學能的條件、原理和方法。因此，課上實施過程通過分析電解水、電解CuCl2溶液，采用證據推理，從現象到本質，從宏觀現象到微觀解釋，探究電解池原理，建立起電解池的理論模型。本節課的教學思想圖見下圖。

（二）教學分析

教材分析：本節課是人教版選修四第四章第三節內容。電解池與氧化還原反應、化學反應中的物質和能量變化等知識密切相關。電解借助于電能，使不能自發進行的氧化還原反應能夠發生，從而使電能轉化為化學能，是最強有力的氧化還原手段。它的應用相當廣泛，如電鍍、電解等。本節課是學生學習“原電池”知識后的延伸，它有助于學生系統學習電化學知識，為后續學習電化學應用打好理論基礎。

學生分析：學習本節課內容之前，學生已經有原電池原理知識，具備了借助氧化還原反應理論、金屬活動順序、物理電學知識判斷電池正、負極，以及設計原電池、書寫原電池電極反應的能力。因此，本節課繼續應用氧化還原理論、物理電學知識拓展和延伸電化學理論。通過統計課前平板推送的問卷調查，結果顯示學生的學困點主要表現為：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，電解池第一課時教學重心是認識電解池原理，建構電解池模型，并與原電池模型進行對比。另外考慮到本節課的概念名稱太多，從關注學生實際獲得角度出發，本節課只落實原理，抽出原理模型，放電順序、電極材料對電極反應的影響等內容放在第二課時。

（三）課堂教學問題解決實施

環節一：引入—視頻激疑

播放視頻：《電解法發現31種元素》

設計意圖：了解戴維發明電解法的化學史，感受科學家不畏艱難、勇于探索的科學精神，并深刻體會到電解的重大作用。視頻抓住學生的興奮點，是促使學生繼續學習的驅動力

環節二：電解水原理——演繹推理

第一步：電解池的物理模型

任務一：根據投影的電解水實驗裝置圖，畫出電解池簡圖（平板拍照提交）

任務二：思考電解池與原電池裝置圖最大的區別在哪里？（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

教師：實時投屏

學生：分享交流，不同組學生補充完善。

設計意圖：構建電解物理模型，以小組為單位的“學習共同體”在自主思考的基礎上交流討論，讓學生的思維顯現出來并實現碰撞。通過小組合作學習的活動培養學生自主學習能力、合作意識、交流和傾聽能力，讓學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）回憶實驗現象，寫出陰陽極的電極反應式。（3）回憶實驗現象，判斷接通電源時，H+、OH-如何運動？為什么？（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

教師：實時投屏，給出相關規定：陰極特征——電子流進，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→判斷微粒移動方向→電極方程式。

設計意圖：采用證據推理（實驗現象及兩大原理：氧化還原原理和物理原理），從宏觀現象到微觀解析，學生體驗到層層遞進的邏輯推理過程，順著邏輯關系步步推演，逐步揭開電解原理。通過查閱學生平板提交的答案，教師迅速掌握答題情況，立即找出學生思維障礙，并對癥下藥，實施精準教學。

環節三：CuCl2電解原理——類比推理并實驗證實

類比推理：（1）分析CuCl2溶液中存在的離子（2）判斷接通電源時，離子的移動方向（3）預測產物，設計檢驗產物的方案（小組討論完成，小組組長平板拍照提交）

學生個人類比電解水分析思路：分析存在微粒→判斷電極→判斷微粒移動方向→電極方程式，進行交流分享。

設計意圖：學生類比電解水原理模型分析、預測，強化學生認識電解池工作時微粒的移動和變化過程，進而認識電解池的功能。

實驗證實

匯報交流：（1）觀察到的實驗現象 （2）陰、陽極反應與總反應 （3）過程中的能量轉化

設計意圖：培養學生的實驗動手能力、觀察能力及環保意識。學生用平板將實驗過程錄制下來，留下實驗證據，體驗成功的喜悅。通過實驗，學生運用證據推理，從宏觀實驗現象到微觀解析，得出合理的結論。

環節四：電解原理模型——歸納推理

任務一：根據觀察上面兩個電解池模型，思考電解池如何形成閉合回路

任務二：合作學習，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）

根據電解水及電解CuCl2溶液兩個模型，學生思考、小組討論，小組間補充，完善電解池模型。

設計意圖：培養學生從具體事實中得出抽象規律的科學研究方法。課堂組織的形式上培養了學生與人合作的團隊意識。

環節五：鞏固電解原理模型——平板推送鞏固練習

平板推送鞏固練習題（個人完成，小平板拍照提交）

學生個人完成，代表分享思路，組員完善答案。

設計意圖：平板推送鞏固練習，可以實時通過平板獲得數據的統計和分析，以便于課下再利用平板錄制微課通過在線答疑推送發給學生，讓數據為教學服務，精準突破學生知識弱點。

四、教學反思

（一）層層遞進的推理分析，實現深度學習，發展核心素養

本節課兩條主線：情境線，課前是電解法在元素發現史上的重要作用，課中，電解法制Na，課的結束，電解在未來家居生活中的應用，緩解能源緊張。電解實現了物質轉化的同時也實現了能量的轉化。知識線，由電解水到電解氯化銅溶液，學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的例子來運用模型。

另外，本節課還存在探究電解原理的明線和培養學科觀念的暗線，這樣的設計達成了學習目標。總的框架：通過兩種證據（實驗證據，理論證據）、三種推理（演繹推理→類比推理→歸納推理）構建出兩種模型（物理模型、理論模型）、兩個小模型（電解水模型、電解氯化銅模型），最后歸納推理出一個大模型（電解模型）。教學過程中，實驗現象的分析無不體現化學學科的實證觀念、證據意識，通過個體事例：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，學生體驗到層層遞進的邏輯推理過程，逐步揭開電解原理。整個過程由單一體系到混合體系，從宏觀到微觀，從現象到本質，學生學習層次由淺入深，最終達到深度學習的目的。

（二）平板支撐，助力教學

平板支持下的教學，線上線下結合。課前發實驗視頻讓學生熟悉實驗操作，讓學生課上實驗更順利進行。課上通過發起做題，給學生發送有探討價值、有深度的學習問題，學生平板提交，課上可以呈現所有提交的做題情況，這樣可以讓學生把有價值東西更好地展示出來、討論起來能產生思維碰撞，從而達到思維深化的目的，讓學生的內隱的思維外顯，教師對典型問題進行精準引導;課上通過采取組內互評、組內討論，每個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價的形式，這種操作形式可以讓學生借助其他人的智慧，更加深刻全面的認識問題，在對比學習中發現自己的問題，并提高學習的內驅力。總之，在平板技術的幫助下，教師更方便快捷的發現學生的最近發展區，進行因材施教;教師實時地采集學生在學習活動中的常見錯誤，進行針對性教學。

參考文獻：

[1]焦建利.趕個時髦，說說“精準教學”[J].中國信息技術教育，2018（09）：23.

[2]郝亞杰.建構主義學習理論在中學化學新課程教學中的實踐研究[D].內蒙古師范大學，2013.

（作者單位：廣州中學，廣東 廣州516000）