證據推理與模型認知在中學化學概念教學中的應用

彭鳳蘭

【摘 ?要】在中學階段的化學教學過程中，不管是日常教學還是中高考習題，化學概念無處不在?；瘜W概念作為貫穿初中、高中化學教學全過程的內容，其重要性明顯。盡管化學概念如此重要，但在實際的學習過程中，大部分學生在化學概念學習方面都存在方法不正確、學習效率低等問題。因此，本文基于證據推理和模型認知的教學方式，通過實際的案例設計和解析，幫助學生解決中學階段化學概念學習困難的問題，同時也為類似教學設計提供一些相關經驗。

【關鍵詞】證據推理;模型認知;中學化學;概念

教學

一、教學背景

鑒于化學概念的高度概括性和抽象性等一系列特點，學習化學概念一直是中學教育的一個難點?；瘜W的概念、原理是什么意思，其自身存在一定的復雜性，大部分的中學生都存在化學概念學習吃力的情況。因此，中學階段化學概念的教學質量如何有效提升，已經成為當下化學教育工作者迫切需要解決的問題。從化學概念的出現和考查情況來看，在解決相關化學概念問題的過程中，學生要積極尋找證據并對其進行處理。因此，在實踐教學過程中，教師應強化證據推理和認知模式，以便在整體上有效培養和提升學生整體的化學能力和素養。

二、教學設計

化學概念具有抽象性、具體性和定義性等多種特點，對證據推理和模型認知在其中的應用來說，必定存在一定的共性。本文以證據推理和模型認知在定義性概念中的應用為例，以人教版第一章第二節“氣體摩爾體積”的教學為例，研究如何在化學概念中更好地應用證據推理和模型認知。

（1）教材分析。氣體摩爾體積是人教版第一章第二節的內容，氣體摩爾體積內容的扎實學習，能夠為化學氣體的其他有關研究奠定基礎。此外，將物理模型與相關數據和“推測思維與建模”的概念模型相結合能有效地促進學生發展摩爾氣體體積的概念模型。

（2）形勢分析。氣體摩爾體積屬于化學概念中的定義范疇，但同時它也具有顯著的抽象性特點，而這一概念的引入，主要是為了方便后續化學研究的深入，因為氣體作為化學研究學習中的常見概念，經常會參與各類化學反應，并對其產生不可忽視的重要影響。盡管學生在進入高中之前，已經掌握了大部分化學概念，并對微觀世界有了一定認識，但整體上來說，對相關知識的理解仍然不夠深入。

（3）教學目標。通過展示引導學生思考的相關數據，并最終得出在相同溫度和壓力下固體、氣體和液體物質體積的結論，有助于學生更好地理解，相同溫度下固體和液體顆粒的體積以及壓力顆粒的數量，與相同溫度和壓力下氣體的質量相對，確定物質體積的主要決定因素，通過類比和歸納推理，加深學生對這些因素的理解;通過物理模型可以確定固體、氣體和液體體積的主要決定因素有助于捕捉質量摩爾的概念，最終還可以創建氣體形狀、氣態摩爾體積的基本模型。

（4）評價目的。通過對數據進行論證，得出了相同溫度和壓力下固體、氣體和液體的體積決定因素。促使學生認識到在相同的溫度和壓力下固體和液體的數量是相同的，但在相同的溫度和壓力下粒子的數目、氣體的體積是相同的。培養學生的證據論證和認知技能建模能力。通過推理進行類比和概括，對決定物質體積的主要因素進行推理，促進學生對影響物質體積的主要因素進行深刻理解，培養學生宏觀辯證法和微觀分析的基本技能。通過物理模擬以確定固體、氣體和液體物質體積的主要決定因素將有助于捕捉氣體質量的概念，發展充氣的氣態摩爾體積概念，并增加學生的知識。

（5）教學難度。重點：了解和理解摩爾氣體體積的定義，遵循阿伏伽德羅定律，并建立質量模型、莫羅佐夫模型和氣體摩爾體積模型;難點：從氣體摩爾體積概念與阿伏伽德羅定律中提取理論。

三、教學實踐

“氣體摩爾體積”概念在“證據論證與模擬感知”中包括三個學習階段：首先是數據表示，得出結論，固體、氣體和液體物質在相同條件下的體積;然后通過類比總結了決定物質體積的主要因素;最后，結合物理模型，可以在相同條件下在確定的固體、氣體和液體質量上創建動態模型、。以下是實訓的具體階段：

（1）相同條件下的固、氣、液體積。

顯示：20 ℃下1 mol固體和液體，1.01×106 Pa，如表1所示。

教師問：“請先從研究各種物質的大小開始，看看這些數據，你發現了什么？得出了什么結論？”

學生回答：計算結果分別獲得7.1、10.0、18.0、53.5 mL的體積。即使固體和液體質量相同，并且都處于同溫、同壓下，但兩者的體積不一樣。

教師再次展示：1 mol不同氣體物質在0 ℃，1.01×106 Pa下的體積。具體如表2所示。

學生回答：等物質量的氣體在同溫、同壓下所占有的體積相同。

教師針對以上兩個環節的探討進行總結并建立模型。

總結：等固體質量和流體質量通常不同，但如果氣體質量相同，則幾乎相同。

本環節的設計意圖在于，根據數據，將固體物質和液體物質的體積相加，在相同條件下，固體和液體物質的質量通常不同，但氣體幾乎相同。除比較和扣除這些數據之外進行演繹。

（2）用類比法記錄物質體積的主導因素。

教師問：一個雞蛋有多大？一個大西瓜有多大？十個同樣大小的蛋和一個大西瓜哪邊占有的體積大？同樣的兩組雞蛋，每組10個，一組排列緊密，另一組分散擺放，比較兩組之間的體積，哪邊更大？

基于這些觀點，詢問學生：你能想象什么因素是重要的嗎？學生回答：答案是西瓜;10個分散的雞蛋，其中顆粒的數量、大小和重量的測定起著重要作用，包括微粒間的距離。

本環節設計意圖主要為，除了這種類比，還分析了決定材料體積的主要因素，以便為確定氣體、液體和固體尺寸的主要因素的進一步發展奠定基礎。3個物理模型得出的結果是，在相似的條件下，固體、氣體和液體是不同的。

教師的示范：在相同的溫度和壓力下，顆粒數量在固體和液體體積上是相同的;在相同的溫度和壓力下，在兩個可更換的容器中加入具有相同顆粒數的氫和氮分子以及氣體所占體積;氣態粒子受溫度和壓力的影響用Flash動畫展現。

針對這些介紹，教師提出了以下問題：決定固體和液體物質體積的主要因素是什么？氫和氮氧化物的尺寸不同，那么在相同溫度和壓力下決定氣態顆粒體積的主要因素是什么？決定氣態顆粒之間距離的因素有哪些？固體和液體略有不同，但氣體在相同的溫度和壓力下大小相同嗎？

學生回答：固體和液體物質體積的主要決定因素是體液中顆粒的大小;決定氣體顆粒體積的主要因素是顆粒之間的距離;氣體顆粒之間的距離決定了溫度和壓力;壓力越高，顆粒之間的距離越小;溫度越高，顆粒之間的距離越大。模塊的激活主要是為了使用真實模型和動畫分析確定測量氣體顆粒之間距離的固體、氣體和液體的主要決定因素，以及確定氣體顆粒之間距離的影響因素，可以創建模型。

（3）讓我們看看阿伏加德羅定律，為它樹立一個示范模型。

教師問：在同樣的溫度和壓力下，對于同樣物質的體積，同學們還能說些什么呢？

學生回答：在相同的溫度和條件下，相同大小的氣體含有相同數量的粒子。

教師解釋并代入模型：相同尺寸和壓力的氣體含有相同數量的分子，這被稱為阿伏加德羅定律，公式為p V=n RT。

教師提問：請同學們用阿伏伽德羅定律公式，對練習題目當中的關系進行推理。

學生練習并解釋：在相同的溫度和壓力下，任何氣體的體積之比等于它們的物質的量之比;相同的溫度和壓力下任何氣體的密度之比等于相對分子量之比。

本環節利用逆向推理和正向推理相結合的方式，引導學生對定律的深層含義進行理解，并促進學生更好地理解摩爾定律。

（4）設計并應用氣體摩爾質量壓縮模型。

概念：單位質量氣體體積，稱為摩爾氣體。其符號為Vm，單位為L/mol，公式為Vm =V/Vn。

需要注意的是，標準模式下的22.4 mol氣體，每單位mol 等于1 L。

問題：氣體（V）和氣體的質量（n），氣體體積（V）與氣體質量（m）的比值，以及氣體體積（V）與粒子數量（N）的比值。

本環節通過建立氣體摩爾體積的概念模型，并結合習題的練習拓展，氣體摩爾體積與氣體質量、物質質量和氣體顆粒數量之間的關系最終成功地建立了氣體摩爾體積的概念模型，具體模型如下圖所示。

在教學中，人們將索引和直接證據與教學過程中的指示和平行結合起來，從而產生指示和平行的組合。在教學過程中，它們促進學生理解“已定義”概念的含義和來源，目的是讓學生理解和實施“定義”的概念，并為其創建概念模型。

四、教學反思與建議

（1）教學反思。在建立模型的過程中，通過對不同形態物質之間進行觀察和比較，梳理總結出部分觀點理論，并在此基礎上進行分析推導，直至成功理解化學概念。這一系列的操作環節，既能有效加深學生對化學的理解，又能完善他們的邏輯思想。為了證據推理和模型認知的核心素養能夠在氣體摩爾體積的教學中得到有效落實，還在實際的教學過程中加大科學思維的運用范圍和程度，更好地引導學生將證據推理和模型認知應用在化學概念的學習中，從而讓學生的化學學科思維能力在中學化學中螺旋上升，并在最終有效提升化學素養。

（2）教學建議。鑒于當下中學生普遍存在的化學概念學習問題，教師應當對證據推理和模型認知的教學方式予以重視，為了保證教學質量，應當在備課環節尤為仔細，從而保證后續教學工作對學生發揮作用，提高理論能力，并通過指導和支持來引導學生在頭腦中建立化學概念模型，幫助學生理解化學概念。此外，學生將知識應用于化學學習，以促進核心意識素養和化學概念之間的融合理解。

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