基于培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理素養(yǎng)的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究
——以“金屬的性質(zhì)”教學(xué)為例

于美愛，王福中，張浩，董華澤，王方闊

（1.合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥230601；2.蒙城第一中學(xué)，安徽亳州233500）

化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程，其重要組成部分就是實(shí)驗(yàn)，但在現(xiàn)階段的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)所占比例并不多，探究性實(shí)驗(yàn)更是少之又少。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)既定的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)幾乎是按照教師設(shè)定的模式進(jìn)行，缺乏創(chuàng)新，學(xué)生的探究能力得不到發(fā)展。因此，科學(xué)合理地安排實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生積極探索，在實(shí)驗(yàn)證據(jù)事實(shí)下做出合理的推斷，并分析論證得出結(jié)果，是需要教師用心探索的。

2018年頒布的普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)提出培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，進(jìn)一步要求教師在教學(xué)中注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。證據(jù)推理與模型認(rèn)知作為五大核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系[1]。在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，是現(xiàn)今教師教學(xué)中的重要任務(wù)之一。

1 對證據(jù)推理的理解

1967年，Dempster首次提出證據(jù)推理理論[2]。Shafer于1976年發(fā)表的Dempster-Shafer(D-S理論)標(biāo)志著證據(jù)推理理論的正式誕生[3]。在國內(nèi)，不少學(xué)者對于證據(jù)推理也有自己的一番見解。崔亞男在她的碩士論文中提出，“證據(jù)”是一個(gè)通過查找資料、咨詢老師和實(shí)驗(yàn)來解釋或證明一個(gè)疑難問題的動(dòng)態(tài)過程，一個(gè)化學(xué)史實(shí)、一個(gè)教學(xué)模具，甚至是一個(gè)公式，都可以作為“證據(jù)”[4]。葉思宇在其碩士論文中對“證據(jù)推理”定義為通過資料和數(shù)據(jù)對實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行的拓展[5]。也有學(xué)者通過借鑒外國學(xué)者的知識模型，建構(gòu)出自己的證據(jù)推理概念理解圖，即基于證據(jù)提出假設(shè)，作為假設(shè)空間，而進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)論證則作為實(shí)踐空間，最終得出正確的結(jié)論[6]。

筆者認(rèn)為，“證據(jù)推理”在化學(xué)教學(xué)中，即通過有效的證據(jù)事實(shí)或數(shù)據(jù)資料，對假設(shè)進(jìn)行合理的推理論證，如實(shí)驗(yàn)結(jié)論式證據(jù)、數(shù)字式證據(jù)（Ksp、K、C）等。

2 “證據(jù)推理”在探究性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要

二十一世紀(jì)是科技高速發(fā)展的時(shí)期，在經(jīng)濟(jì)全球化的影響下，教育全球化也勢在必行。隨著電子教學(xué)設(shè)備的不斷引進(jìn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代教學(xué)需求，教師的教學(xué)方式也不僅僅局限于講授，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，讓學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)才是現(xiàn)今教師教學(xué)的主要目的。在化學(xué)教學(xué)中，探究性實(shí)驗(yàn)本身就具有創(chuàng)造性，教師在教學(xué)中如果加以引導(dǎo)，喚起學(xué)生的證據(jù)推理意識，獲取尋找有效證據(jù)的方法，基于證據(jù)對實(shí)驗(yàn)假設(shè)進(jìn)行證實(shí)或證偽，將能有效促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展，形成自主學(xué)習(xí)、終生學(xué)習(xí)的意識[7]。

2.2 符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中，明確指出：進(jìn)一步提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有理想信念和社會(huì)責(zé)任感，具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終生學(xué)習(xí)能力，具有自主發(fā)展能力和溝通合作能力[8]。由新課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的轉(zhuǎn)變，可以看出教育更旨在發(fā)展學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，而在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對學(xué)生證據(jù)推理能力的培養(yǎng)則是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。

2.3 適應(yīng)新的化學(xué)學(xué)科教學(xué)模式

隨著學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，教師教學(xué)方式也發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，課堂上學(xué)生的主體地位越發(fā)明顯，教師的引導(dǎo)方式顯得尤為重要。因此，有效地引導(dǎo)學(xué)生形成證據(jù)推理意識，培養(yǎng)探究性思維，構(gòu)建證據(jù)推理下的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是現(xiàn)今中學(xué)化學(xué)教師教學(xué)的發(fā)展趨勢。

3 教學(xué)案例分析

在“金屬的性質(zhì)”這一章節(jié)中，相關(guān)的知識點(diǎn)比較多，如金屬與非金屬之間的反應(yīng)、金屬與酸和水的反應(yīng)等，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可能并不能理解其本質(zhì)，只能按照老師的講解按部就班地學(xué)習(xí)。對此，筆者以這一章節(jié)的知識點(diǎn)為例，設(shè)計(jì)證據(jù)推理下的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程，讓學(xué)生理解其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

3.1 教學(xué)流程

探究實(shí)驗(yàn)一：首先，教師通過金屬M(fèi)g、Fe、Al在O2中的燃燒實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生初步了解金屬的性質(zhì)，然后提出疑問：Fe能否在空氣中燃燒？激起學(xué)生的探究欲望。有的學(xué)生可能會(huì)根據(jù)課本的知識和老師的講解回答Fe不能在空氣中燃燒，也有的學(xué)生可能會(huì)想到Fe能否在空氣中燃燒，與其和空氣接觸的面積有關(guān)。至此，老師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想，通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論——鐵絲在空氣中不能燃燒，而如果換成鐵粉則燃燒，且火星四射。

探究實(shí)驗(yàn)二：基于以上的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，教師進(jìn)一步提問：Al能否在空氣中燃燒？此時(shí)學(xué)生就能輕易得出鋁片不能在空氣中燃燒，而鋁粉能。接著教師又提問：鋁片加熱后熔而不滴，是因?yàn)楸砻嬗醒趸X保護(hù)，如果打磨鋁片后再加熱能否滴落？學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)打磨后的鋁片熔融后仍不滴落，基于此實(shí)驗(yàn)證據(jù)，很快得出鋁的性質(zhì)活潑，易與空氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋁的結(jié)論。這時(shí)，有的學(xué)生可能會(huì)想：鋁片加熱熔融后不滴落，是因?yàn)橛醒趸X保護(hù)，那里面的鋁加熱后是否發(fā)生了反應(yīng)，生成了氧化鋁呢？教師鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手驗(yàn)證猜想，用一根回形針扎破熔融的氧化鋁薄膜，發(fā)現(xiàn)里面的液滴滴落，由此得出結(jié)論——金屬鋁在加熱狀態(tài)下熔融成液態(tài)鋁，而并沒有發(fā)生反應(yīng)生成氧化鋁。

探究實(shí)驗(yàn)三：了解金屬與非金屬反應(yīng)的本質(zhì)后，教師再引導(dǎo)學(xué)生探究金屬與酸和水的反應(yīng)情況，以H+的濃度、化合價(jià)的變化情況為基礎(chǔ)，推測哪些金屬性質(zhì)活潑，能與水中的H+反應(yīng)，哪些金屬只能與酸（含H+較多）反應(yīng)，進(jìn)而得出結(jié)論。

3.2 設(shè)計(jì)意圖

通過探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)流程，讓學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行推測，培養(yǎng)證據(jù)意識。例如鐵粉在空氣中燃燒，以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)打破Fe不能在空氣中燃燒的固有認(rèn)知；鋁片加熱后，熔融狀態(tài)中的鋁是否發(fā)生了反應(yīng)等都能很好地鍛煉學(xué)生的探究思維，開拓視野。

4 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中證據(jù)推理的應(yīng)用策略

新時(shí)期的教師是課堂教學(xué)的引領(lǐng)者，合理的組織與引導(dǎo)是教師教學(xué)的必備功課。教師在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)以新課程標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，制定合理有效的教學(xué)方案，將證據(jù)推理貫穿于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整條線，構(gòu)建基于證據(jù)推理下的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

4.1 以生活中的化學(xué)原型為例

從生活中的化學(xué)原型中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，更有利于引起學(xué)生的共鳴，利用學(xué)過的化學(xué)知識解決生活中的小問題也能使學(xué)生獲得滿足感，增強(qiáng)自信心。例如，講解金屬的相關(guān)性質(zhì)時(shí)，可以提出：鐵鍋為什么易生銹，而鋁鍋卻不易生銹？學(xué)生自然而然就能往Fe、Al的活潑性方面想；也可以通過生活中常見的自熱火鍋包激起學(xué)生的探究欲，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想假設(shè)，并不斷尋找有效可靠的證據(jù)來證實(shí)猜想。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師不斷通過生活中的化學(xué)原型去引導(dǎo)學(xué)生，搭建知識的階梯，讓學(xué)生在熟悉的認(rèn)知環(huán)境中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，證據(jù)意識便會(huì)不斷增強(qiáng)[9]。

4.2 創(chuàng)設(shè)真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)情境

任何問題都是在真實(shí)的情境中發(fā)現(xiàn)的，任何重大發(fā)明成果都來源于實(shí)驗(yàn)事實(shí)，它是思維的起點(diǎn)，是證據(jù)推理意識培養(yǎng)的階梯和載體[10]。著名科學(xué)家舍勒遇到了軟錳礦與濃鹽酸相遇的情景，才有了后面Cl2的發(fā)現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須要讓學(xué)生親身體驗(yàn)，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境中發(fā)現(xiàn)問題，尋找證據(jù)，在獲取實(shí)驗(yàn)證據(jù)的過程中，培養(yǎng)推理能力。

4.3 構(gòu)建核心素養(yǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)框架

證據(jù)推理與模型認(rèn)知作為五大核心素養(yǎng)之一，有著其自身的特點(diǎn)，但與其他素養(yǎng)之間的聯(lián)系也是千絲萬縷，它不僅僅培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，也注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的態(tài)度，化學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度是五大核心素養(yǎng)之間相互聯(lián)系的橋梁。在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以證據(jù)推理為導(dǎo)向，在幫助學(xué)生形成證據(jù)推理意識的同時(shí)，其素養(yǎng)水平也在不斷發(fā)展。

5 結(jié)束語

將證據(jù)推理應(yīng)用于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，是在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中構(gòu)建新的教學(xué)模式，使學(xué)生的素養(yǎng)能力得到發(fā)展，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。對于教師來說，這是一種教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，也是現(xiàn)今教師不斷更新自己教學(xué)方式、理念的過程；對于學(xué)生來說，這是一種新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，更加考驗(yàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，是思維進(jìn)化的一個(gè)過程。但如何將證據(jù)推理有效應(yīng)用于探究性實(shí)驗(yàn)中，需要一個(gè)較長的過渡期，不管是教師還是學(xué)生，都需要慢慢摸索實(shí)踐。