基于化學核心素養(yǎng)的課堂教學設計策略
——以“證據(jù)推理與模型認知”為例

劉鵬輝

（北京師范大學第二附屬中學，北京 100088）

引 言

“證據(jù)推理與模型認知”是在收集基礎知識證據(jù)的基礎上進行推理分析并建立相關模型，從而達到驗證推理結(jié)論目的的一種方式。同時，“證據(jù)推理與模型認知”也是高中化學核心素養(yǎng)的五個維度之一。而當前學生對化學“證據(jù)推理與模型認知”還存在著諸多誤區(qū)，他們誤認為化學問題只能用一種模型進行解釋，化學模型是真實存在的，僅僅是利用化學知識進行構(gòu)建的，顯然這些問題的存在在一定程度上影響了學生化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的教學步驟

發(fā)展學生的屬性能力和促進學生的主體生存是學習化學的本質(zhì)，高中化學注重一切知識的獲得必須以實驗為依據(jù)，必須在教學中講究真憑實據(jù)，“證據(jù)推理與模型認知”目標是引導學生基于證據(jù)的推理、判斷和探究建構(gòu)模型，從而培養(yǎng)學生收集信息、整理信息以及分析信息的能力。在具體的教學實踐中，教師主要通過以下三個步驟進行。

（一）收集各種實證并作出假設

作為“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)培養(yǎng)最關鍵的部分，收集相關信息的過程看似浪費時間，卻是學生必須掌握的技能。我們只有在相關證據(jù)充分的基礎上才能對相關物質(zhì)性質(zhì)以及其變化規(guī)律作出假設。在具體證據(jù)收集信息時，學生可以通過書籍、查閱文獻等方式，獲得相關學習資料。

（二）作出推理分析并進行驗證

經(jīng)過相關資料的收集，學生已經(jīng)對所研究物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的了解。在此基礎上，教師應按照組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的原則，將學生分為4～5人一組的合作學習小組，選出組長，并進行組內(nèi)分工，教師應確保每名學生都能參與其中。同時，為了有效培養(yǎng)學生不同的學習能力，教師應要求在每一次合作探究活動中學生不能總是進行某一項工作。

（三）建立化學模型并進行研究

化學模型的選擇最為關鍵，教師應立足于教材內(nèi)容，按照“問題—模型—求解”的步驟，從化學課程出發(fā)建立模型，再利用模型解決化學問題。其中，經(jīng)過分析、概括、綜合、應用而建立的模型只是作出了一種假設，此時的模型并不具有真實性，只有經(jīng)過驗證后，其才能作為理論使用。并且，學生應在已建立模型原理的基礎上要建立新的模型[1]。

二、培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的教學重構(gòu) 和超越

（一）以實驗探究為導向構(gòu)建化學模型

實驗教學既能使學生體會科學研究的過程，建立科學思維模型，又符合核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學生個人能力的要求。教師應充分利用化學教材中的化學實驗，講解物質(zhì)所具有的化學性質(zhì)。以“氫氧化鐵膠體的制備實驗”為例，一些學生難以理解沉淀和膠體的區(qū)別，但通過該實驗探究，他們就能理解膠體的特殊形態(tài)，能夠準確說出沉淀和膠體之間的異同。

（二）以便捷為導向建立理想模型

化學模型是以原型為基礎的，但不是所有的模型都與原型具有相似性。以H、C等元素符號為例，該符號僅僅是為了便于記憶而命名的，在現(xiàn)實生活中不能找出該模型的原型。同時，模型只能無限接近于原型，并不能替代原型。以“甲烷分子的球棍模型”為例，C、H分子之間的棍并不是真實存在的，原子之間的棍長并不能代表分子的實際鍵長，并且，球棍模型中各個原子大小也不能代表原子的實際大小。

（三）以選擇為導向建立最佳模型

對于同一問題可以建立多種化學模型，為了更好地增強學生建立模型和使用模型的意識與能力，教師應選擇最佳解題模型。以探究“鋁三角”為例，既可以建立數(shù)學模型，即向氫氧化鈉溶液中加入鋁鹽至生成氫氧化鋁沉淀之前，此時Al3+∶OH-=1∶4，進行一段時間之后，偏鋁酸根與鋁離子反應生成氫氧化鋁，此時AlO2-∶ Al3+=3 ∶ 1，當加入試劑順序調(diào)換之后，在生成氫氧化鋁沉淀之前，此時Al3+∶OH-=1∶3，當再繼續(xù)滴加氫氧化鈉溶液時，氫氧化鋁又與氫氧化鈉反應，此時Al3+∶OH-=1∶4，又可以建立圖像模型，如圖1、圖2所示。但考慮到具體題目時，為了更好地幫助學生理解題意，教師應選擇最佳的模型進行分析。

圖1 向鋁鹽中加入氫氧化鈉溶液至過量的示意圖

圖2 向氫氧化鈉溶液中加入鋁鹽溶液至過量的示意圖

三、培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的教學實踐

（一）史話點題，探究發(fā)現(xiàn)歷程

為了激發(fā)學生探究的興趣，筆者以英文字母為突破口，類比英文字母，化學的語言就是元素符號，要求學生翻閱化學教材最后一頁的元素周期表，思考這張元素周期表是按照什么原理編排的，并在此基礎上講述有關門捷列夫與元素周期表之間的故事，播放相關視頻，探究發(fā)現(xiàn)歷程。

（二）結(jié)構(gòu)猜想、證明推理

以小組為單位，要求每一組任意選取如下探究實驗：一是探究原子序數(shù)與原子半徑之間的關系；二是探究原子序數(shù)與非金屬之間的關系；三是探究原子序數(shù)與最外層電子數(shù)及元素化合價之間的關系；四是探究原子序數(shù)與金屬性之間的關系。然后，猜測出其規(guī)律變化并進行實驗驗證。

以探究“元素的金屬性變化規(guī)律”為例，學生在了解門捷列夫與元素周期表故事的基礎上，作出金屬性變化規(guī)律的猜想，即電子層數(shù)相同的元素，隨著核電荷數(shù)的增加，其金屬性減弱。然后，以第三周期金屬元素Na、Mg、Al元素為例，設計出實驗方案（如表1所示），并進行實踐驗證。

表1

（三）反思總結(jié)、鞏固提升

總結(jié)提升是基于“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)培養(yǎng)不可缺少的階段，教師應組織學生不斷反思。例如，你在該知識探究過程中分擔了哪些具體工作，在具體探究實踐中有哪些疑惑或問題，對于具體問題你是如何解決的，模型是如何建立的，等等。同時，教師可以隨機選取一名學生進行課堂總結(jié)，組內(nèi)其他成員進行完善補充。

結(jié) 語

總之，高中化學視角強調(diào)一切要以實驗為基礎，講究真憑實據(jù)，而“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅引導學生基于證據(jù)的推理、判斷和探究建構(gòu)模型，而且能夠培養(yǎng)學生的自主學習能力，使其樹立獨立分析問題的意識。我們相信，隨著高中化學“證據(jù)推理與模型認知”的不斷深入，學生的化學學科素養(yǎng)一定能得到提高。