證據推理與模型認知融入化學教學的實踐研究

袁禮軍

自核心素養提出以來，受到廣泛關注，在實際教學過程中具有很強的指導意義，其中證據推理與模型認知作為維度之一，對學生學科思維培養具有重要意義。從近幾年高考命題特點來看，題目新穎，以重大科技成就、社會熱點、時政熱點、環境保護等為素材，與考試內容有機結合突出“高起點”，考查基本理論、基礎知識，突出“低落點”，但從學生反饋的得分效果并不理想，尤其是化工流程題、探究性實驗題、開放性試題，學生經常出現不知道怎么回答或者答題方向不明確。筆者分析認為，這與教育教學中對學生思維的培養不足，不能將理論知識運用到實際生活中，缺乏對新素材的分析整合能力，歸根結底是部分學生缺乏證據推理的能力，沒有形成模型分析的認知。

一、證據推理與模型認知的關系

（一）什么是“證據推理”

證據推理是基于一定的證據、理論事實、實踐的理論分析，本質上仍屬于猜想假設，但又不同于猜想，有一定事實基礎、理論依據的，是接近于真相的若干種情況，通過實驗探究論證能夠研究出事物的本質規律。

（二）什么是“模型認知”

“模型”認知方法是人類探索認識新事物極其規律的重要方法。“模型”可以使具體的事物，也可以是思維模型等，兩者之間不一定有直接聯系，但可以幫助相互理解。因此，在現在的化學教學中應用廣泛。如范德華力可以利用萬有引力模型分析，其影響因素相對分子質量、微粒間距離的關系類似于萬有引力；原子軌道可以利用地球衛星軌道模型分析，電子排布的分層排布、能量高低、運動狀態都能夠類比分析。

（三）內在聯系

證據推理與模型認知是化學學科素養中相互聯系的思維方法，化學學習中的“證據推理”可以看作是按照“基于證據的推理”認知模型進行的認知過程。“證據推理從屬于“模型認知”，“模型認知”包含了“證據推理”。一定的理論事實成為認識新事物、新規律的證據，即新的理論事實或模型。這些新的理論模型又將作為新的證據，推動科學向前發展。

二、證據推理與模型認知融入教學的必要性及方法

（一）證據推理與模型認知融入教學的必要性

說明：調查選項（非常符合、符合、不確定、不符合）；調查結果為“符合”及以上百分比。

（二）證據推理與模型認知融入教學的方法

1.以學生為主體，將課堂變教為學

課堂教學的最終目的是以學生學為目的，學生才是教學的主體，教師應該把課堂交給學生，從教變成引導，讓學生從聽變成學，主動獲取知識。

2.以問題啟發為主，發揮能動作用

部分學生有被動接受知識的習慣，缺乏自主學習意識和規劃學習的能力，需要教師加強引導。因此，教師要思考探索問題式教學，掌握設問技巧，啟發學生去思考問題，解決問題，最終形成發現問題、解決問題的能力。

3.理論聯系實際，學以致用

興趣是學習知識、學好知識的第一導師，任何一門學科，培養學習興趣至關重要，我們要讓學生了解學習知識有什么用，以結果促進學習。由于化學是建立在實驗基礎上的自然學科，與生產、生活息息相關，教師可通過實例引導學生學習化學，加深對化學知識的理解。

三、證據推理與模型認知融入化學教學實踐案例

（一）證據推理實踐案例：Fe2+、Fe3+的檢驗和轉化教學片段

Fe2+、Fe3+的性質在高中化學元素及其化合物中具有非常重要的地位，重點分析Fe2+ 的還原性，Fe3+的氧化性及相互轉化，加深對氧化還原反應的規律的理解。本案例旨在通過設計實驗探究課，探究Fe2+、Fe3+的檢驗方法，觀察現象變化，探究現象變化原因，過渡到分析Fe2+、Fe3+的轉化。進一步達到用真實實驗現象這一證據推理另一現象變化的原因，建立學生的證據推理意識，從而建立空氣中O2在物質變化過程中可能會起到的氧化作用，加深對物質發生變化的模型認知。讓學生明白實際生產工藝和現實生活中物質放在空氣中易變質或被氧化，實際生活中要注意防護。具體流程如下。

1.小組實驗：NaOH 溶液、KSCN 溶液分別與FeCl3溶液、FeCl2溶液反應

2.實驗現象

3.證據推理融入結論分析過程

FeCl3溶液中滴加NaOH溶液、KSCN溶液，可以迅速觀察到紅褐色沉淀、血紅色溶液，現象明顯，學生很容易得出FeCl3溶液的檢驗方法。在FeCl2溶液中滴加NaOH溶液后，先看到有白色沉淀，迅速變灰綠色變紅褐色沉淀。在FeCl2溶液中滴加KSCN溶液后，無明顯現象，約6分鐘后，溶液表面有紅色出現。

在常規教學中，教師會直接告訴學生原因：Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+，這樣只告訴了學生結論，沒有讓學生主動參與思考，淡化了證據推理中，學生自主尋找證據達到下一步推理的意識，導致學生只是記住了結論，沒有發揮到該探究實驗的本質作用，實驗不只是驗證現有結論，而是要通過實驗發現問題解決問題。對比本案例的處理方式。

【提問】紅褐色沉淀是Fe（OH）3，本實驗觀察到從白色沉淀Fe（OH）2過渡到紅褐色沉淀Fe（OH）3，整個過程中沒有加入其他試劑，請同學們從化合價的角度分析原因。

【學生】鐵元素化合價升高，被氧化，可能是被空氣中O2氧化。

【追問】O2可以氧化Fe2+，那為什么FeCl2溶液中加入KSCN溶液后卻無明顯現象呢？

【學生】（1）沒有發生反應；（2）反應比較慢；（3）Fe2+發生反應生成了其他物質。

歸納總結Fe2+、Fe3+的檢驗方法后，再觀察試管，發現滴加KSCN溶液到FeCl2溶液的試管中，約6分鐘后溶液表面有紅色出現。

【提問】有紅色出現，說明O2可以氧化Fe2+同樣適用于本組實驗，那為什么更慢呢？

原因：Fe2+與SCN-發生了反應，導致離子濃度很小，反應慢。

結論：可以使用氧化性更強的氧化劑如Cl2等能更快出現變紅的現象。

（二）模型認知實踐案例：原電池原理教學片段

【問題探究】如圖所示，是我們在必修教材中學習的銅鋅原電池，Zn作為負極，表面不會有紅色出現。但在分組實驗發現：Zn電極表面出現了紅色的Cu，且電流減弱迅速。這是什么原因呢？

【問題釋疑】由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，Cu2+在鋅片表面直接還原為Cu附著在鋅片表面，也構成了原電池，加速銅在負極鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱。

綜上所述，證據推理與模型認知對培養學生思維習慣，推進“雙主雙優”教學模式，培養學生核心素養具有重要意義。