基于證據推理與模型認知的高中化學概念教學實踐

陸啟坤

“證據推理與模型認知”是化學學科核心素養的重要組成部分。探究學習的深入開展、發揮證據推理的統攝作用、以模型認知搭建宏微聯系等是培育該核心素養的前提條件。而化學概念作為化學知識的重要內容，運用證據推理與模型認知來對學生教授化學概念，可以幫助學生更好地掌握化學基礎知識，為后續化學課程的學習，以及學生未來從事化學研究和開發工作奠定基礎。因此，教師在日常教學中，應在“證據推理”的基礎上，搭建“模型認知”的教學結構，以引導學生通過理論推理的方式，積極主動去探究知識并建立模型，培養化學思維，有效地促進核心素養的發展。

一、基本概念和理論

（一）證據的含義

證據是能夠證明某事物真假性的有關事實或材料。化學家可以通過觀察或實驗得到證據，從而對事物的真假性做出判斷。化學的許多理論，包括質量守恒定律、化學平衡常數、平衡移動原理等，都是在大量的事實證據中發現的。

證據又可以分為直接結論和間接結論。直接結論就是可以直接證明，不需要進行推理就能得到證據。如在觀察氧化銅和銅的顏色時，可以直接看到氧化銅是黑色，而銅的顏色是紅色，不需要用其他的試驗證明就可以得到的結論。而間接結論就是需要通過化學實驗、生活實踐等方式進行推理才能得到的證據。例如，在研究氧化鈉與鹽酸溶液的反應方程式時，可以根據氧化鈉與水反應的化學方程式進行推理，得到氧化鈉與鹽酸溶液的反應方程式的結論。

證據因是否能從肉眼看到而分為宏觀證明和微觀證明。在化學教學過程中，化學實驗現象為宏觀證明，在產生化學反應的過程中，分子、原子、離子中的變化則為微觀證明。

（二）推理的含義

推理實際上就是人的思維推進的過程，推理的準確性關乎結論是否正確，它的含義是根據一個或者多個已經掌握的知識進行演算推理出全新的結論，從人的思維角度來說，也可以認為是根據現有的規律進行推理，根據現在掌握的內容進行判斷得出新的結論，達到論證的目的。根據已有的內容進行推進運算判斷出新的結論，就是推理的過程。

（三）模型認知的含義

模型可以分為理論模型和實物模型，實物模型是現實中可以看到或者通過觀察能夠發現的模型，比如化學中分子結構的模型。理論模型則是一種思維方式，根據研究一種或者多種理論知識推理從而得到變量質量的關系。在化學教學中，又可以將模型分為概念模型、物理模型以及數學模型。化學概念模型就是通過化學的現象和事實進行歸納整理，建立化學概念模型；物理模型就是把同樣的事物按照一定的比例放大或者縮小制造模型，如原子結構可以制造物理模型；數字模型就是化學中根據數學公式繪制圖像，方便掌握化學理論知識。

（四）化學概念的分類

“概念”就是人們在了解事物時，將感受到的相同事物的特點進行概括，是自我認識的一種概述并成了思維概念。在化學教學過程中，“概念”分為具體概念和定義概念。定義概念的內容就是了解化學事物中的方法，它表達的內容就是將化學中的問題和事物進行解決而變成一種概念。具體概念則是在化學抽象概念的基礎上，通過分析和把握化學對象的內部矛盾，把特殊和普遍統一起來而形成的。反應對象的具體統一性和具體普遍性的概念，是化學內部聯系和轉化的一種概念。

二、證據推理與模型認知的高中化學概念教學研究的意義

通過化學實驗探究活動培養學生收集信息、整理信息、分析信息的能力是“證據推理與模型認知”的目標。其在引導學生基于證據的推理、判斷和探究建構模型，對提高學生的科學探究能力具有重要作用。

由于化學概念知識過于抽象，而且涉及的內容相對比較復雜，學生在實際學習知識的過程中，無法真正理解化學概念，而通過證據推理與模型認知，可以引導學生更全面地掌握重點知識，通過全面探究與推理利用模型的構建，使得知識更加清晰，促使學生充分了解重點。作為培養學生綜合能力的組成部分，教師可以通過證據推理與模型認知了解當前學生的學習狀況，以便“對癥下藥”，改進教學。新課程改革，對高中化學概念教學提出了較多要求，教師在實踐教學中，必須要加強認識，確保可以通過合理引導，加深學生對概念的理解，并通過證據推理，引導學生積極主動參與探究，構建符合學生學習的理論模型，促進學生綜合能力的提升。

三、基于證據推理與模型認知的高中化學概念教學策略

化學基本概念是化學的基礎，也是教學的重要內容。想要使學生充分理解化學概念，最佳的方式就是做化學實驗，這樣可以讓學生在實驗過程中通過對物質變化現象的分析、比較等形成概念，并將宏觀現象與微觀現象相聯系，突出概念的本質特征，厘清易混淆概念的異同之處，使學生能夠靈活運用基本概念。

（一）合理創設教學情境，運用直觀教學讓學生形成概念

化學是研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的科學。化學理論體系的形成是經過科學家反復實驗和對大量資料進行嚴密的邏輯推理而來的。化學概念用語簡明扼要，具有高度概括性，概念中的每一個字都有其內涵，有些甚至非常抽象，學生理解起來比較困難，繼而會感到枯燥無味，對其喪失興趣。所以，在教授化學概念時，教師要遵循學生的認識規律，尤其要重視概念的導入方式，要盡量利用直觀的手段，通過觀察、感受、分析、抽象概括而引出概念，或者引導學生聯系生活經驗，利用教具、模型、掛圖、錄像等直觀教學去認識化學概念。

化學和生活息息相關，在生活中有很多化學素材，這些素材都能夠運用到化學教學中去，教師應根據概念的內容、難度以及學生情況，合理創設情境，使概念理解由枯燥變活潑，由僵化教條的講述概念變為生動有趣的生活實驗，這樣，學生才會更加積極地學習，課堂教學的效率才可能真正得以提高。

如講授“化學反應原理”中的“化學平衡移動時”，通過實驗探究溫度、濃度和壓強變化對化學平衡的影響是學生獲得相關知識的必要手段。現實生活中有很多現象與化學平衡密切相關，教師可以聯系生活實際，并以多媒體的形式為學生展示實驗，這樣可以讓學生更清楚地看到實驗中的化學反應現象。學生了解相關知識后，教師可以引導學生用黑枸杞進行探究實驗。

在實驗中，顏色多變的黑枸杞水能激發學生的探究興趣，自然而然地將化學平衡移動的概念、影響因素等化學知識串聯在一起。這樣的實驗既有助于理解和掌握化學概念，還可以有效激發學生的學習熱情。

（二）注重問題的驅動

在高中化學概念教學的過程中，教師不僅需要加強對教學方法運用的重視，同時還應該通過合理的增設問題，引導學生積極參與探究。教師需要提出有價值的問題并給予學生思考與交流的時間，避免學生因無法理解概念而導致思維能力無法得到提高。教師在為學生進行概念引導時，還應該連續性地設計問題，這樣可以引發學生思考。在實驗教學時還應該加強對新舊知識聯系的重視，通過問題驅動的方法使學生在學習新知識的過程中，復習舊知識，以便真正幫助學生理解化學概念。

（三）通過類比推理明確概念

學生在學習新概念前，通過認知結構的遷移與轉型了解全新理論知識，所以通過證據推理可以更好地將新概念與原型聯系，以便學生更加順利地掌握概念。所以，為了更好地啟發學生，教師在實驗教學的過程中，可以通過類比推理的方式對學生進行啟發，使學生不僅能夠運用已知知識去理解新概念，還能提升學生預測事物的能力，從而實現更好的教學。如教授電離平衡概念，電離平衡的特征可概括為5個字：逆、等、動、定、變。“逆”即可逆反應；“等”即正逆反應速率相等；“動”即動態平衡；“定”即平衡混合物中百分含量一定；“變”：改變平衡條件，建立新平衡。

學生之前已經對化學平衡知識有了一定的了解。電離平衡與化學平衡一樣，都可以運用勒夏特列原理解釋平衡移動的方向。在教學過程中，教師可以讓學生將電離平衡與化學平衡概念連接，進行類比推理，深層次地認識兩者異同，并建立模型，從而能運用模型解釋其中蘊含的化學現象，總結其規律，實現新舊知識的相互關聯，形成良好的概念學習系統。

（四）通過證據論證概念

化學教學中的“證據推理”是基于基本理論和化學實踐的推理。為了有效引導學生積極主動參與問題的探究，通過證據推理可以讓學生在推理階段有據可依，更好地完成重點知識的解答。而且學生根據自己的經驗或知識，或者通過查閱相關的資料，在頭腦中已經形成了一個解決問題的初步猜測或設想，這就是科學的假設。在體驗探究過程中，這種猜想與假設可以使學生將概念融會貫通，建立自主學習思維模型，更好地培養學生的化學學科核心素養。

（五）以模型構建深化概念

化學概念具有抽象且復雜的特點，而各個概念之間也有著非常密切的聯系。學生一旦無法建立學習模型，則會導致知識混淆，無法準確掌握化學概念知識。所以，教師在實踐教學中，需要通過模型構建引導學生掌握更多專業知識，以便更加有效地解決傳統教育所面臨的問題，從而發揮不可替代的作用及價值。例如，“氧化還原反應”中氧化還原與還原反應的關系，在化學概念學習的過程中，教師必須在概念完善后構建相應的模型，這樣可以更好地歸納重點知識，使學生通過認知模型的建立，更透徹地了解理論知識，而且教師在構建概念圖形與表格等模型的過程中，還應該幫助學生梳理概念，從而使得學生更好地掌握知識。需要注意的是，在探究重點知識的過程中，所包含的內容相對較多，教師還應該呈現符合學生學習的知識體系，以形成層次化的結構。學生只有建立正確的邏輯思維基礎，才能通過模型的構建掌握重點知識。

四、證據推理與模型認知高中化學概念教學實踐

在日常教學中，教師應在“證據推理”的基礎上，搭建“模型認知”的教學結構，以引導學生通過理論推理的方式，積極主動地去探究知識并建立模型，培養學生運用正確的推理思維分析問題，建構出科學合理的認知模型，幫助學生掌握化學學科的思維方式和解決問題的思路和方法，從而最大化地提升教學質量。下面以“氧化還原反應”教學為例，來分析探討基于證據推理與模型認知教學模式的效果，為后續教學優化與改進提供保障。

（一）教材分析

氧化還原反應，學生在初中時已有所涉獵，可以為本節課知識的學習提供鋪墊。而且氧化還原反應在生活中很常見，教師可將實驗探究與實際生活相聯系，對教材內容進行全面科學的分析，以更好地幫助學生掌握重點知識。

（二）學情分析

為了幫助學生更透徹地掌握重點知識，教師必須對學生的學習情況有一定了解，在本節課第一章第一節知識學習的過程中，通過“物質的分類及轉化”學習，讓學生形成初步的分類觀，在第二節課知識學習時主要涉及“離子反應”，可以讓學生更加深入地建立宏觀與微觀模型，并初步了解化學重點知識，以使學生從化合價的角度認識反應。

模型是化學學習的關鍵，能否熟練地建立或運用模型直接影響著學生學習的效率。所以化學教學要引導學生進行模型認知。一堂高效的、滲透核心素養的課應該是這樣的：師為導、生為主，圍繞“提出假設、分析推理、證明或修改假設、模型構建、解決問題”來進行。這樣的課堂，才能讓學生的化學學科素養得到真正的升華！

（三）教學目標

化學概念教學中，主要就是幫助學生從宏觀角度了解氧化還原反應，并通過化學反應生活實例，引導學生充分了解分類知識，在實驗探究階段還應該通過知識拓展讓學生了解氧化還原反應的實踐應用，從而體會其價值。

證據推理與模型認知是相互依存、不可分割的關系，也是學生學習化學學科的關鍵素養。化學教師要不斷地學習提升自己，進行自我修養，從“證據推理”入手，探索實踐各種教學模式，構建“模型認知”的教學結構，以教材為抓手，設計針對性的探究活動，與學生一起動手進行實驗，幫助學生更好地領悟化學學科的魅力所在。

【本文系2021年度宿遷市中小學教學研究微型課題“基于證據推理與模型認知的高中化學概念教學研究”，項目編號：SQWK2021-109】