新課標下培養化學證據推理與模型認知素養的研究

陶良玉

【摘要】在新課標背景下，核心素養的培養、滲透受到廣泛的重視。在高中化學教育中滲透證據推理與模型認知素養、發展學生的證據意識對于學生綜合素養的提升有著重要的意義。從學生的心理特點出發，結合實際教學案例，分析高中化學教育中培養學生證據推理與模型認知素養的教學策略和途徑，以供參考。

【關鍵詞】高中化學；證據推理與模型認知；核心素養

證據推理與模型認知素養是化學學科核心素養的一個維度。證據推理與模型認知素養的培養應注重學生的主體地位，從情境出發，引領學生經歷“假設—探究—驗證”這一完整的學習過程，助力學生掌握科學的知識學習方法，培養學生的化學思維方式，提升學生的理解能力和創新創造能力。

一、基于心理特點，秉持證據推理與模型認知素養培養的原則

證據推理與模型認知素養的滲透過程具有較強的邏輯性和抽象性，這容易導致有的學生遇到一些困難。針對這一問題，教師應結合學生的心理認知特點，遵循證據推理與模型認知素養培養的趣味性、漸進性和應用性原則，從而降低和減輕學生的理解難度和學習壓力，讓學生通過由淺入深的學習過程實現證據推理與模型認知素養的提升。

（一）遵循趣味性原則，調動內驅力

學科學習的過程有時是枯燥無味的，但是教師在發展學生思維能力的同時又要保證學生思維的活躍性。這就要求教師在進行課程設計時應遵循趣味性原則，為學生的課堂學習過程增添活力，從而有效地調動學生的內驅力以及課堂氣氛，助力學生在精神高度集中的條件下體驗知識形成的過程。

化學實驗現象是營造趣味學習環境的基礎素材，展示化學實驗現象可以有效地調動學生的積極性。比如，在教學“金屬鈉和水的反應”的相關內容時，教師可以利用多媒體設備播放關于鈉與水反應的視頻，引導學生對視頻中呈現的現象進行總結，并用“浮熔游響紅”進行趣味性的描述。之后，教師可以引導學生結合已有的化學基礎知識，對現象產生的原理進行推理分析。其中：“浮”表示鈉漂浮在水面上（因為鈉的密度小于水）；“游”表示反應過程中生成的氣體使鈉在水面上游動；“紅”表示生成物中包含堿性元素，使酚酞溶液變紅。學生通過對上述現象的總結，可以推理出化學方程式為2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，通過觀看實驗視頻，可以對實驗中的化學反應形成清晰直觀的認知，從而促進自身內驅力的調動，在積極主動的學習中經歷化學推理過程。

（二）遵循漸進性原則，建構邏輯體系

學生證據推理與模型認知素養的發展離不開學生邏輯思維能力和認知能力的發展。因此，教師在課堂教學中應注重漸進性原則，基于化學知識的內在邏輯體系和學生認知發展的過程，設計具有梯度性和漸進性的教學內容，助力學生建構化學邏輯體系。

在總結復習課程中基于漸進性原則，引導學生逐步運用在不同階段所學的化學知識，可以實現完善的化學思想模型的建構。比如，在教學“化學平衡狀態”這一部分時，教師可以講解可逆反應的特性，再引導學生聯系已學的有關化學反應速率的知識，分析在可逆反應中各種物質的化學反應速率的關系，然后引入化學平衡狀態的概念，讓學生分析氮氣和氫氣合成氨的反應處于初始狀態、平衡狀態時各物質化學反應速率之間的關系，進而得出結論：當反應處于平衡狀態時，正逆反應速率相等。可見，隨著學生的認知發展，教師逐步提出相關概念，幫助學生從化學反應速率的變化過程這一角度建立化學平衡狀態認知模型，有利于促進證據推理與模型認知素養的落實［1］。

（三）遵循應用性原則，解決實際問題

應用性原則需要教師培養學生理論聯系實際的能力，讓學生在掌握化學知識的同時了解化學知識在實際生活中的應用場景，并且通過實際問題的解決進一步深化對于化學知識的理解，在應用的過程中強化證據推理和模型認知能力。

以生活實際問題作為課堂教學的切入點，可以讓證據推理和模型認知的過程具象化，便于學生理解。比如，在教學“沉淀溶解平衡”時，教師可以提出具體問題：“污水經過一級、二級處理后，還含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金屬離子。對此，可否加入硫酸鈉溶液使其沉淀？”這一問題需要學生充分理解鹽類的水解平衡以及電解質溶液中可能發生的置換反應等，來進行推理。在實際問題的解決過程中，學生需要通過實踐檢驗自己對化學知識、原理的掌握情況，綜合運用不同的化學知識、原理進行推理論證，從而建構化學問題模型，深化認知。

二、聚焦實驗教學，創新證據推理與模型認知素養培養的策略

實驗教學是高中化學教學的組成部分，許多實驗均有利于培養證據推理與模型認知素養。因此，教師應聚焦化學實驗教學環節，轉變傳統的實驗學習方式，在實驗過程中滲透有關猜想、創意設計以及數據分析的內容，促進學生核心素養的提升。

（一）合理猜想，捋順情境線索

猜想是證據推理過程的第一個環節。在化學實驗過程中，教師應根據直觀的實驗現象，讓學生在腦海中形成相應的認知，在此基礎上鼓勵學生對每一種現象出現的本質原因進行猜測，捋順實驗情境線索，進而開展證據推理，實現化學實驗模型的建構。

比如，在教學“氯及其化合物”時，教師通過多媒體設備展示實驗（用水將一根有顏色的布條打濕后裝入密閉容器內，向該容器內通入少量的氯氣）。通過觀察，部分學生發現有色布條顏色逐漸褪去，于是提出猜想：氯氣可以與有色布條發生氧化反應，達到漂白的目的。在此基礎上，教師展示將氯氣通入裝有干燥的有色布條的容器中的實驗（此時布條的顏色不變）。對比上述兩個實驗，這部分學生修正自己的猜想，認為應是氯氣和水反應的生成物與有色布條發生了氧化反應，并在教師的引導下得出氯氣與水反應的化學方程式，其中的生成物HClO具有強氧化性。可見，學生親身經歷合理猜想和科學驗證的過程，對于實驗中的化學證據、推理過程中的邏輯思維可以形成直觀深刻的認識，從而迅速地實現推理模型的建構。

（二）創意設計，發展思維能力

創意設計需要教師在實驗教學中鼓勵學生基于已有的化學認知，通過發散思維來創新實驗方案或者實驗過程，從而凸顯實驗現象和化學變化本質。因此，教師應有意識地引導學生進行創意設計，促進學生模型認知能力的形成［2］。

根據不同化學物質的性質，選用合適的試劑對其進行檢驗，可以有效地凸顯實驗現象，達到實驗改良的目的。比如，傳統的HCl的實驗室制備的實驗中缺乏對生成物性質的檢測裝置。因此，教師在講解這一實驗時可以引導學生對其進行改進，如讓學生根據HCl可能具備的性質，分別利用AgNO3溶液以及紫色石蕊試液進行驗證。當反應的生成物中存在HCl時，HCl會與AgNO3溶液發生反應，即HCl+AgNO3 =

AgCl↓+HNO3，產生白色沉淀，也會使紫色石蕊試液變紅，這證明HCl可以溶于水，HCl溶液呈酸性。實驗的創新設計可以讓學生充分掌握利用已有化學試劑檢測未知化學物質性質的方法，鍛煉學生的化學邏輯思維，對于促進學生證據推理能力以及模型認知能力的提高也有著積極的意義。

（三）分析數據，得出具體結論

數據是證據推理和模型認知中的一個要素，也是邏輯推理最有力的證據。對化學反應過程中的數據進行統計分析，用數學的方法直觀地展現其中的數量關系，可以方便學生得出具體的化學實驗結論。因此，教師應注重學生數據分析能力的培養，提升學生的數據敏感性。

化學反應中的能量變化是學生從能量角度分析化學反應過程的主要內容，數據分析則是分析化學反應過程的基礎。比如，在教學“能量變化”的相關內容時，教師可以通過多媒體設備展示氫氣在氧氣中燃燒的實驗，并在實驗場景中設置溫度感知裝置，讓學生觀察實驗前后測量的溫度變化。通過記錄、分析實驗的溫度變化，學生可以得出“該反應是一個放熱反應”的結論及該反應的熱化學方程式；通過對反應過程的進一步探討，可以歸納出反應的過程是原子的分離和結合過程，其中，原子結合成分子時會釋放能量。可見，掌握化學實驗數據分析方法，用數據感知化學反應過程，有利于深化學生對化學反應本質的理解，培養學生的證據推理與模型認知素養。

三、借助建構理論，拓展證據推理與模型認知素養培養的途徑

證據推理與模型認知不只是一種化學學科核心素養，也是一種化學認知、思維方式。因此，教師應借助建構理論，拓展證據推理與模型認知素養培養的途徑，助力學生在課堂中實現化學思想體系的建構。

（一）聯系化學史，形成科學態度

在運用證據推理與模型認知這種嚴謹的化學思維方式時，學生需要培養科學的態度，對化學知識進行科學的探究和分析，得到準確的結論。因此，教師應注重對化學史的介紹，促使學生在學習中感受化學知識形成過程的科學性。

比如，在教學“原子結構模型”的相關內容時，教師可以重點介紹化學家對于原子結構模型認知的轉變過程，其中涉及1803年的道爾頓原子模型、1904年的湯姆遜原子模型、1911年的盧瑟福原子模型、1913年的玻爾原子模型以及后來出現的電子云模型。通過對這一部分化學史的了解，學生能夠深刻地感受到化學知識不斷發展的過程，認識到證據推理在這個過程中的重要性，明白任何觀點的提出都需要有充足的證據來支撐。

（二）學科融合，揭示本質規律

高中化學課程中包含學科之間的知識交叉的內容。教師應保持敏銳的洞察力，利用學科之間的關聯，為學生創造學科融合的學習環境，讓學生發現知識點的本質規律，提升學習深度和探究能力。

生物學涉及的諸多生命活動本質上是化學反應的過程。分析生物學與化學學科之間的關聯，對于深化學生對化學本質的理解有著積極的意義。比如，在教學“化學反應速率與化學平衡”時，教師可以引導學生聯想生物學中的酶這一物質，引入生物催化劑與無機催化劑的概念，并介紹兩者的差異與共同點，提升學生思維的深度。又如，對于“生物大分子”中的糖類、蛋白質、核酸的概念，教師可以基于生物學中對這些物質的介紹進行講解，讓學生更快理解其結構、性質等。可見，教師通過學科之間的融合，不僅能提高學生的化學學習效率，而且能幫助學生更全面地認識物質，進一步激發探究知識點本質規律的興趣，復習其他學科的知識點，起到融會貫通的作用［3］。

（三）項目式學習，組織深度探究

項目式學習需要教師在課堂教學中營造項目情境，提供知識框架，讓學生在自主學習中完成知識體系的建構，實現深度探究。在項目式學習模式下，教師應細化教學內容，制訂項目計劃，為學生提供有效的引導。

學生以項目管理者的身份，了解問題的由來、分析問題的本質、進行解決方法的驗證，可以清晰地感知化學知識的建構過程。比如，在教學“金屬的腐蝕與防護”時，教師可以引入關于鋼鐵在潮濕環境下腐蝕的項目，提出項目背景，讓學生了解金屬腐蝕造成的危害，之后對相關的反應過程進行分析，探究其化學本質。學生通過分析可以明白，鋼鐵表面凝結的含有氧氣的水膜與Fe、C形成了原電池，原電池中發生的反應導致鋼鐵腐蝕。然后，學生需要根據化學反應原理，提出對應的防護措施。可見，在項目式學習中，學生是學習的主人翁，可以有效地提升課堂探究的效率，快速實現化學知識體系的建構，從而提升自身的證據推理與模型認知素養。

結語

綜上所述，新課標下證據推理與模型認知素養的培養需要發揮學生在課堂學習中的主體性。因此，教師應充分把握學生的心理特點以及化學學科的特性，通過優化實驗教學、拓展教學途徑的方式，為學生營造化學邏輯思維訓練情境，真正落實證據推理與模型認知素養。

【參考文獻】

［1］蔣桃艷.高中化學證據推理與模型認知的教學分析［J］.數理化學習（教研版），2021（10）：21-22.

［2］閆軍基.證據推理與模型認知，培養化學核心素養［J］.中學課程資源，2021，17（1）：53-54.

［3］李興武.核心素養視域下化學課堂教學觀的重塑［J］.教學與管理，2021（22）：52-55.