基于證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)的教學實踐

劉鳳珠

摘 要：證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)是化學學科核心素養(yǎng)的重心之一。在初中化學核心素養(yǎng)漫長的培養(yǎng)過程中，教師需要在教學過程中耐心教導學生。教師可以通過初中化學實驗室制取氣體的化學實驗，培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，使其通過證據(jù)推理的方法，在實驗中建構(gòu)認知模型，從而培養(yǎng)學生基于證據(jù)推理與模型認知的化學學科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng);初中化學;中學教育

在我國中學課程改革的背景下，各學科的教育模式往創(chuàng)新的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)不能滿足學生的發(fā)展需要。在中學階段，初中化學教師要重點培養(yǎng)學生利用證據(jù)推理建構(gòu)模型的能力。

一、證據(jù)推理與模型認知能力在初中化學教學中的重要作用

證據(jù)推理與模型認知能力在中學課程體系中發(fā)揮著重要的作用。該能力可以有效發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)?；瘜W是初中階段一門重要的課程，課程總體難度較高，構(gòu)建化學反應(yīng)模型可以幫助學生更好地理解化學知識?；瘜W是一門充滿魅力且實用性很強的自然學科，學生在學習化學知識的過程中要充分體會化學的學科魅力，避免出現(xiàn)死記硬背的學習行為。因此，教師在傳授化學知識的過程中，應(yīng)該重視培養(yǎng)學生證據(jù)推理與模型認知的學科素養(yǎng)。在初中化學學習中，物質(zhì)的性質(zhì)是學習的重要內(nèi)容，而初中化學涉及物質(zhì)比較多，包括氧氣、碳及碳的化合物、金屬、酸堿鹽等，如果學生在學習初期，沒有在教師的引導下構(gòu)建學習物質(zhì)性質(zhì)的模型，學生在之后的物質(zhì)性質(zhì)學習中容易感覺吃力，甚至會對學習化學失去興趣。在初中化學學習中，化學實驗也是學習的重要內(nèi)容，實驗是學生獲取化學知識最直接的途徑之一，也是激發(fā)學生學習化學興趣的有效手段[1]。因此，在初期的實驗操作中，教師要引導學生進行規(guī)范的實驗操作，認真觀察實驗現(xiàn)象，并根據(jù)實驗現(xiàn)象獲得證據(jù)，從而推導出正確的結(jié)論，初步構(gòu)建起化學實驗的“操作—現(xiàn)象—結(jié)論”的學習模型。通過實驗，逐步培養(yǎng)學生證據(jù)推理和模型認知的能力，讓學生掌握學習化學的科學方法。

二、培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，建立基本的證據(jù)庫

（一）分析中考試題，培養(yǎng)證據(jù)意識

在近些年的中考試卷中，對于實驗室制取氣體的考查一直是熱點之一，且其難度相對較高，在中考卷中，一般會放在第16題的位置，考查的內(nèi)容主要是實驗室制取氣體的化學方程式、實驗操作及注意事項。但是近幾年的考查方式發(fā)生了變化，突破了原有的命題模式（以裝置圖為載體），選擇條理清晰的實驗報告模式。這樣的考查方式不局限于文字形式的考查，還通過圖形、表格的方式進行考查。試卷采用讓學生自主提煉數(shù)據(jù)的形式出題，讓學生通過對題目中的材料進行分析，找到對解題有重要作用的證據(jù)。學生通過提取證據(jù)可以找到解題的突破口。在對中考題目進行分析的過程中，教師幫助學生分析證據(jù)，可以培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，建立相應(yīng)的證據(jù)庫，并使學生在遇到新的題目的時候，能夠聯(lián)想到腦海中的證據(jù)庫，從而將新的問題轉(zhuǎn)化為之前已經(jīng)能夠解決的問題，其再通過對證據(jù)庫中的信息進行比對，找到解題的思路和方法。培養(yǎng)儲存證據(jù)意識屬于最開始的一步，但是也是最難的一步，學生需要對證據(jù)有深刻的理解，并能在日常的積累過程中總結(jié)。

（二）掌握基礎(chǔ)知識和基本技能，建立基本的證據(jù)庫

所謂證據(jù)庫就是推理過程中需要用到的所有證據(jù)。知識點的關(guān)聯(lián)使證據(jù)之間聯(lián)系密切，學生通過邏輯推理的方法，可以由某一個證據(jù)聯(lián)想到其余的證據(jù)，所有的證據(jù)相互串聯(lián)，于是構(gòu)成證據(jù)庫。例如我們在學習實驗室制取氧氣的過程中，就需要掌握氧氣的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)。氧氣的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)就是組成關(guān)于氧氣的證據(jù)庫中的證據(jù)。再如我們學習了元素周期表后，看到原子序數(shù)為8的元素，就可以推理出此元素為氧元素。考查知識的過程中就是對證據(jù)庫的考查。所以證據(jù)庫的建立是非常必要的，學生通過建立證據(jù)庫可以實現(xiàn)知識點的整合處理，及建構(gòu)推理模型認知。

在使用證據(jù)庫之前，學生需要先建立起完整的知識證據(jù)庫，而完整的知識數(shù)據(jù)庫的建立，需要教師長期有意識地引導學生掌握扎實的化學基礎(chǔ)知識和基本技能等。筆者以教學氧氣的相關(guān)內(nèi)容為例，探究如何在學習過程中建立完整的證據(jù)庫。教師在教學過程中，應(yīng)該有意識地培養(yǎng)學生不斷將所學過的有關(guān)氧氣的零散知識有機地串聯(lián)起來，組成氧氣的知識網(wǎng)絡(luò)，再不斷完善有關(guān)氧氣的證據(jù)庫。如在第三章的章節(jié)學習中，學生初步學習了氧氣的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)、氧氣的用途以及氧氣的實驗室制法和工業(yè)制法。此時，教師可以引導學生結(jié)合第二章中涉及的氧氣在空氣中的體積含量及元素概念初步建立有關(guān)氧氣的證據(jù)庫：氧氣在空氣中的體積分數(shù)為21%、氧氣的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)、氧氣的用途、氧氣的制法、組成氧氣的氧元素的核電荷數(shù)為8以及氧元素在地殼中的含量分布為第一位。在第五章的章節(jié)學習中，學生掌握氫氣、碳、一氧化碳以及甲烷等有機物的化學性質(zhì)之后，又在第六章學習了金屬的化學性質(zhì)，基于此，教師可以引導學生在氧氣的證據(jù)庫中完善有關(guān)氧氣的化學性質(zhì)：氧氣會和金屬單質(zhì)、非金屬單質(zhì)、化合物燃料反應(yīng)。因此，在學完第六章后，教師就可以引導學生構(gòu)建較為完善的有關(guān)氧氣的證據(jù)庫，并且在此基礎(chǔ)上，逐步培養(yǎng)學生的模型認知能力，使其能夠獨立建構(gòu)物質(zhì)的相關(guān)證據(jù)庫。

中考試卷中的第16題不僅考查實驗室制取氣體的相關(guān)知識，還考查實驗的基本操作和注意事項。因此，學生還需要建立有關(guān)實驗儀器的證據(jù)庫。所以，教師在教學中，也要引導學生在學習中逐步完善有關(guān)儀器的證據(jù)庫，對使用到的儀器的功能有明確的認識，熟練掌握實驗儀器的使用方法，掌握儀器連接、加熱、氣密性檢查等基本操作。這些構(gòu)成有關(guān)儀器使用、實驗操作的證據(jù)庫，它也是需要學生在學習化學過程中不斷累積和完善的[2]。

學生在日常的學習過程中積累化學基本知識，建立基本的證據(jù)庫，可以使這些知識內(nèi)容以證據(jù)的形式儲存在學生的腦海中，學生可以隨用隨取。學生在學習中建立證據(jù)庫是一個長久的過程。證據(jù)庫包含儀器設(shè)備知識、化學基本知識、實驗操作技能這三個方面，學生在初中化學學習的過程中必須要全部掌握。如有部分的知識學生沒有掌握，不能夠建立完整的證據(jù)庫，后續(xù)的實驗開展就無從談起。

三、訓練學生的推理方法，構(gòu)建模型認知

當學生掌握足夠的化學基本知識，在腦海中形成證據(jù)庫后，就可以通過推理的方法構(gòu)建模型認知。筆者通過初中化學制取氧氣的實驗，探究如何訓練學生的推理能力和構(gòu)建模型認知的能力[3]。邏輯推理過程如下：當我們在制取氧氣的時候，就要思考氧元素從哪里得到。根據(jù)化學反應(yīng)前后元素守恒定律，我們從含有氧元素的物質(zhì)中提取出氧元素，從而形成氧氣。這還要在理論上具有可行性，含有氧元素的物質(zhì)是非常多的，我們要選擇經(jīng)濟成本低的物質(zhì)。很明顯我們可以聯(lián)想到以下幾種物質(zhì)，分別是高錳酸鉀、氯酸鉀和過氧化氫溶液。我們需要結(jié)合它們的化學性質(zhì)及反應(yīng)的條件選擇實驗裝置。高錳酸鉀是固體，并且需要在加熱的條件下才能制取到氧氣，所以我們會選擇固固加熱型裝置。氯酸鉀也是固體，反應(yīng)條件是需要二氧化錳作為催化劑，并且在加熱條件下氯酸鉀才會較快分解出氧氣，所以氯酸鉀制氧氣的發(fā)生裝置也是選擇固固加熱型實驗裝置。過氧化氫溶液是屬于液體，它在化學反應(yīng)中不需要加熱，但是需要催化劑，所以我們選擇固液不加熱型的裝置。當我們完成制取氧氣之后，我們會面臨一個問題，如何將所有產(chǎn)生的氧氣單獨收集起來。這時候就要聯(lián)想到氧氣的性質(zhì)。氧氣屬于氣體，不易溶于水，并且它的密度是大于空氣的，所以我們可以采用排水法或者向上排空氣法收集氧氣。收集到氧氣之后，我們需要驗證實驗有沒有成功，就需要對收集到的氧氣進行檢驗，觀察是否真的收集到氧氣。這個時候就需要用到氧氣助燃的性質(zhì)，檢驗生成的氧氣碰到帶火星的小木條是否會發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，從而判斷產(chǎn)生的氧氣的濃度[4]。

在上面這個實驗中，我們充分利用了邏輯推理的方法。一是從實驗的原理出發(fā)，尋找到相應(yīng)的化學物質(zhì)。二是根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件，設(shè)計反應(yīng)發(fā)生裝置。三是根據(jù)生成的氣體的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，設(shè)計氣體的收集裝置。學生在實驗過程中，想方設(shè)法地解決反應(yīng)中存在的問題，設(shè)計最科學的實驗步驟，最后再檢驗實驗的成果。在整個實驗的過程中，我們利用邏輯推理的方法，構(gòu)建出實驗室制取氣體的實驗模型：藥品選擇—反應(yīng)原理—實驗裝置—實驗問題—實驗步驟—實驗檢驗。

四、落實證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)的培養(yǎng)

在培養(yǎng)學生的模型認知的過程中，教師需要注意循序漸進。在前文制取氧氣的實驗過程中，初中的學生剛剛接觸化學學科，對于化學知識的內(nèi)容還不熟悉，綜合能力比較低。教師需要及時做好引導工作，要注重培養(yǎng)學生模型認知的構(gòu)建能力[5]。對于學習而言最好的方法就是模仿。教師可以通過制取氧氣的實驗，讓學生觀察在這個實驗中教師的實驗設(shè)計思路是怎樣的，然后再引導學生初步構(gòu)建實驗室制氣體的基本思路的模型。在學習實驗室制取二氧化碳時，學生就可以根據(jù)之前構(gòu)建的實驗室制氣體的模型來設(shè)計實驗室制取二氧化碳的實驗。據(jù)此，實驗室制二氧化碳可以按以下思路展開：第一是藥品選擇，根據(jù)反應(yīng)前后元素守恒和實驗室制氣體條件的可行性及成本上的考慮，實驗室制二氧化碳采用的藥品是石灰石（或大理石）和稀鹽酸;第二是反應(yīng)原理，CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑;第三是實驗裝置，因為石灰石（或大理石）是固體，稀鹽酸是液體，反應(yīng)在常溫下就可以進行，所以，實驗室制二氧化碳的發(fā)生裝置就可以采用固液不加熱型，根據(jù)常溫常壓下，二氧化碳的密度大于空氣，且不跟空氣中的成分反應(yīng)，所以收集二氧化碳的裝置選擇了向上排空氣法;第四是實驗問題，如果在發(fā)生裝置中使用長頸漏斗，為了防止生成的二氧化碳從長頸漏斗末端散逸，長頸漏斗末端必需伸入液面以下;第五是實驗步驟，因為實驗室制二氧化碳和實驗室用過氧化氫溶液制氧氣所用的發(fā)生裝置都是固液不加熱型，它們的實驗步驟是一樣的，即檢查裝置的氣密性—裝藥品（先裝固體，再加液體）—收集氣體;第六是檢驗，根據(jù)二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的性質(zhì)，檢驗生成的氣體是否是二氧化碳的操作是往裝有氣體的集氣瓶中倒入適量的澄清石灰水，振蕩，澄清石灰水變渾濁，說明瓶中收集的氣體是二氧化碳。在學習了實驗室制氧氣和二氧化碳之后，學生的證據(jù)推理和模型認知的素養(yǎng)得到進一步的培養(yǎng)，再通過日常的學習與實踐，學習不斷深入，學生腦海中的證據(jù)庫會越來越完善。學生在后續(xù)學習中，還會學習到有關(guān)其他氣體的實驗室制取。學生可以沿用之前建構(gòu)的模型認知：藥品選擇—反應(yīng)原理—實驗裝置—實驗問題—實驗步驟—實驗檢驗。不同的物質(zhì)性質(zhì)雖然不同，但是模型的構(gòu)建是類似的，學生通過模型構(gòu)建出從特殊到一般的方法。從特殊到一般的思維，可以培養(yǎng)學生的抽象能力，將一般的實驗納入更加廣闊模型中，逐步提升學生的證據(jù)推理能力，構(gòu)建應(yīng)用模型認知，使其將零散的化學知識統(tǒng)一歸納起來。

五、總結(jié)

眾所周知，教學是一門藝術(shù)，也是一門技術(shù)。教師的教學過程和學生的學習過程是相互匹配的，教師需要在傳授化學學科知識的過程中，根據(jù)我國的新課程改革的標準，反思教學方法，創(chuàng)新教學模式，改善教學過程中存在的問題，使用證據(jù)推理與模型認知結(jié)合的方法，培養(yǎng)學生強大的推理能力，使學生受益。學生通過模型的構(gòu)建，將零碎的知識點整合起來，形成結(jié)構(gòu)化的認識，提高了自身的化學應(yīng)用能力，能夠?qū)局械闹R靈活運用，促進綜合發(fā)展。

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