對(duì)培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的認(rèn)識(shí)和思考

羅小虎，柏任流，向 毅

(1 黔南民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州 都勻 558000；2 黔南民族師范學(xué)院附屬中學(xué)，貴州 都勻 558000)

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)對(duì)物質(zhì)及其變化的認(rèn)識(shí)方式，是基于觀察和實(shí)驗(yàn)等方法獲取的物質(zhì)及其變化的事實(shí)并進(jìn)行分析推理、抽象概括、建構(gòu)模型以揭示化學(xué)變化及其規(guī)律的過(guò)程，是運(yùn)用證據(jù)推理和模型化思想解決相關(guān)化學(xué)問(wèn)題的能力和品質(zhì)[1]?！白C據(jù)推理與模型認(rèn)知”屬于化學(xué)核心素養(yǎng)五個(gè)維度之一，是化學(xué)核心素養(yǎng)的思維核心[2]，對(duì)提高課堂教學(xué)效果具有重要意義。開(kāi)展有效課堂教學(xué)離不開(kāi)教師的正確引導(dǎo)，如何在“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”理論體系下，有意識(shí)地訓(xùn)練學(xué)生化學(xué)思維方法？本文將根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》，把培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”劃分為三個(gè)水平：水平一是物質(zhì)及變化，水平二是宏觀和微觀，水平三是定性與定量[3]。在常規(guī)教學(xué)中如何具體表現(xiàn)了，下面以《義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)》中的學(xué)習(xí)內(nèi)容為例，談?wù)勁囵B(yǎng)初中學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和思考。

1 基于知識(shí)由來(lái)的情境素材，在物質(zhì)及變化中培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”

“對(duì)于學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，教學(xué)之初不僅引起學(xué)生的興趣產(chǎn)生關(guān)注，還要喚起學(xué)生的聯(lián)想，要使過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)與新知的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)[4]?！边@種關(guān)聯(lián)，是將新知源頭作為教學(xué)起點(diǎn)，通過(guò)“結(jié)構(gòu)型初始問(wèn)題”，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知興趣的目的。學(xué)生對(duì)新知有興趣，教師才能有效的引導(dǎo)學(xué)生抽象化學(xué)知識(shí)、演繹化學(xué)知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題，在物質(zhì)及變化層次中培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。

例如，人教版九年級(jí)《化學(xué)》上冊(cè)第二單元課題2“氧氣”，教師可以從學(xué)生小學(xué)已經(jīng)知道的氧氣的存在和氧氣能供給呼吸等性質(zhì)出發(fā)，激發(fā)學(xué)生如何從化學(xué)角度研究氧氣性質(zhì)的學(xué)習(xí)興趣，為進(jìn)一步研究氧氣性質(zhì)作準(zhǔn)備。由于本課題主要研究氧氣的化學(xué)性質(zhì)，接下來(lái)可以安排幾個(gè)不同物質(zhì)與氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程揭示了氧氣知識(shí)獲得的學(xué)習(xí)模式：第一，實(shí)驗(yàn)。帶火星的木條、硫、木炭和鐵絲四種不同物質(zhì)在氧氣中燃燒。第二，觀察。觀察不同物質(zhì)在氧氣中燃燒現(xiàn)象。第三，思考。反思這四種不同物質(zhì)在空氣和氧氣中的現(xiàn)象不同的原因。第四，分析?；趯?shí)驗(yàn)，得出氧氣化學(xué)性質(zhì)。這樣的學(xué)習(xí)模式，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，有助于學(xué)生有效的記憶。

物質(zhì)及變化中培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”過(guò)程：第一，分辨幾種典型刺激模式。刺激模式需要教師選擇學(xué)生容易接受、具有代表性的經(jīng)驗(yàn)或事實(shí)。第二，概括出幾種刺激模式的共同屬性。例如，帶火星的木條、硫、木炭和鐵絲與氧氣反應(yīng)的共同特征之一是：兩種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。第三，抽象出概念。本課例中，化合反應(yīng)的概念：由兩種或兩種以上的物質(zhì)反應(yīng)生成一種新物質(zhì)的反應(yīng)。

物質(zhì)及變化通常是在客觀事物基礎(chǔ)上進(jìn)行的，例如，本課例是基于學(xué)生已有知識(shí)水平，根據(jù)不同物質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)特征，抽象概括出它們的相同特征，這是直覺(jué)表現(xiàn)階段的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)合適情境作為引入，符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知欲望，對(duì)在物質(zhì)及變化中培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”起到積極促進(jìn)作用。

2 設(shè)置過(guò)程性變式引入新知，在宏觀和微觀中培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”

宏觀和微觀的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是建立在直覺(jué)表現(xiàn)(物質(zhì)及變化)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步發(fā)展。此水平的有關(guān)屬性已經(jīng)從物質(zhì)及變化中“提取”出來(lái)，但并沒(méi)有完全脫離物質(zhì)及變化，是部分屬性“脫離”了。由此可見(jiàn)，化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程具有一定層次性。為了保證學(xué)生這種層次性學(xué)習(xí)能有效推進(jìn)，教師可以在教學(xué)有意識(shí)地進(jìn)行過(guò)程性變式(主要涉及化學(xué)概念)，使學(xué)生對(duì)概念的理解由具體認(rèn)知過(guò)渡到本質(zhì)，甚至是更深次的理解。

例如，人教版九年級(jí)《化學(xué)》上冊(cè)第三單元課題2“原子的結(jié)構(gòu)”，主要解決的內(nèi)容包括兩個(gè)方面：第一，原子的構(gòu)成。第二，原子核外電子排布的初步知識(shí)和離子的形成。由于原子遠(yuǎn)離學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，具有一定的抽象性，學(xué)生不容易理解和接受。如何讓學(xué)生從本質(zhì)上理解原子了，可以通過(guò)“過(guò)程性變式”，對(duì)“原子的結(jié)構(gòu)”學(xué)習(xí)進(jìn)行多階段鋪墊，讓學(xué)生經(jīng)歷“先具體再抽象”的認(rèn)知過(guò)程，以達(dá)到對(duì)其本質(zhì)性的理解。

鋪墊一：宏觀舉例體會(huì)原子的相對(duì)“小”與“大”。這一階段，讓學(xué)生發(fā)揮想象力，體會(huì)原子和原子核的相對(duì)大小。例如，如果原子是一個(gè)體育場(chǎng)，那么原子核就是里面的一只螞蟻。

鋪墊二：采用對(duì)比方式完成“表3-1幾種原子的構(gòu)成”和“表3-2構(gòu)成原子的粒子的質(zhì)量”相關(guān)內(nèi)容的閱讀。在鋪墊一基礎(chǔ)上，從微觀角度引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)核外電子的排布和離子的形成。

通過(guò)鋪墊一和鋪墊二，學(xué)生從宏觀到微觀體會(huì)了“原子的構(gòu)成”和“原子核外電子的排布”這兩個(gè)教學(xué)內(nèi)容?！斑^(guò)程性變式”如何具體表現(xiàn)？首先，由宏觀實(shí)例，誘發(fā)學(xué)生的想象力，把“原子”這一抽象對(duì)象具體化。其次，基于對(duì)“原子的構(gòu)成”宏觀了解，需要對(duì)“原子”微觀方面進(jìn)行更深了解。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，由具體到抽象兩個(gè)階段鋪墊，促進(jìn)學(xué)生在宏觀和微觀中的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。

3 遵循已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在定性與定量中培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”

定性與定量中的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，已經(jīng)摒棄了具體客觀事物，通常由概念、關(guān)系等表述已經(jīng)簡(jiǎn)約化了的一類(lèi)事物。這一階段的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”不再局限于物質(zhì)及變化、宏觀和微觀，由對(duì)事物表面特征和聯(lián)系過(guò)渡到對(duì)事物本質(zhì)特征與聯(lián)系的研究。例如，學(xué)習(xí)者頭腦中的化學(xué)知識(shí)本質(zhì)特征與聯(lián)系指的是認(rèn)知結(jié)構(gòu)。認(rèn)知過(guò)程通常是螺旋上升式的，即學(xué)習(xí)者原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)影響著現(xiàn)有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的獲得。所以，教師在教學(xué)中，要遵循學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，使現(xiàn)有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的獲得積極而有效。

在常規(guī)教學(xué)中，定性與定量中的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”通常是在對(duì)事物已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)下，繼續(xù)對(duì)這一類(lèi)事物的本質(zhì)及聯(lián)系進(jìn)行比較分析，從而實(shí)現(xiàn)能夠區(qū)分一般與特殊屬性。教師可以幫助學(xué)生把相應(yīng)化學(xué)知識(shí)“內(nèi)化”到已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去，“內(nèi)化”過(guò)程就是新的化學(xué)知識(shí)與學(xué)生已有知識(shí)水平在相互作用中產(chǎn)生積極心理意義的過(guò)程。

例如，人教版九年級(jí)《化學(xué)》下冊(cè)第九單元《溶液》，這一單元學(xué)習(xí)內(nèi)容，是一些不能由客觀事物直接抽取的，完全理想化的化學(xué)對(duì)象。教師如何讓學(xué)生有效掌握這些比較抽象的化學(xué)知識(shí)？總的來(lái)看，這一單元的課題1是從定性的角度初步認(rèn)識(shí)溶液，課題2是從定量的角度研究物質(zhì)溶解的限度，課題3則是進(jìn)一步從定量的角度認(rèn)識(shí)一定量的溶液中究竟含有多少溶質(zhì)。三個(gè)課題是從宏觀和微觀兩個(gè)方面展開(kāi)“溶液”相關(guān)內(nèi)容，新課題學(xué)習(xí)都是以前一個(gè)課題為基礎(chǔ)的，步步深入。

4 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，采取該方法既符合化學(xué)學(xué)科的邏輯規(guī)律，又符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，便于學(xué)生理解接受。所以，有關(guān)定性與定量的教學(xué)內(nèi)容，教師主要從學(xué)生原有化學(xué)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，采用恰當(dāng)教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。