證據鏈：開啟化學探究的“科學”之門

苗艷秋

摘要：素養為本的化學課堂更為關注科學探究。將“證據鏈”融入化學教學中，基于證據鏈設計問題導思，可以讓科學探究的關鍵——啟疑、猜想、驗證、推理都有理有據，在真實而復雜的問題情境中促進知識“生根、發芽、開花、結果”，從而實現知識的自然生長，提升學生的化學核心素養。

關鍵詞：證據鏈;化學教學;科學探究

文章編號：1008-0546（2019）01-0025-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.007

一、問題的提出

科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動 [1]。化學，作為一門基礎科學，知識的習得依賴于科學探究。然而當前化學課堂中“證據缺位”現象普遍，導致探究“徒有其表、有形無神”。如何讓化學探究更科學？筆者認為，將證據鏈融入科學探究中，將證據、問題、知識進行科學圓融，讓推理和探究均有理有據，可以促進知識自然生長，提升化學素養。

二、基于證據鏈的高中化學教學模式建構

根據科學探究過程中的核心要素，即“提出問題和假設、設計方案、實施實驗、獲取證據、分析解釋或建構模型、形成結論及交流評價” [2]，筆者認為，基于證據鏈的化學教學在對某一個知識點的教學過程中遵循如下模式：

1.證據1：問題的孵化器

問題是思維驅動的催化劑，也是保證學生深層次參與的核心。課堂教學中，教師要提供證據，創設真實的問題情境，引發學生的認知沖突。源于生活的證據最直接，情理之中的生活常識卻有意料之外的科學道理，這樣的頭腦風暴最能激發學生的探究欲望。

2.證據2：猜想的助產士

科學的猜想是獲取科學知識必不可少的一步，學生猜想不是教師誘導和課前預習的產物，更不是憑空瞎猜、主觀臆想，而是要有確鑿的證據輔助。只有合理的猜想和假設才能讓探究有科學意義。

3.證據3：探究的培養皿

獲取證據，驗證猜想，這是一個證實或證偽的過程，也是科學探究最為重要的一步，是學生不斷觸及知識本真的過程。化學學習中獲取證據的最好方法是實驗探究，通過實驗方案的設計與優化、實驗現象的觀察與記錄來獲取直接證據，這是最有說服力的。

4.證據4：新知的建構梯

擺在眼前的事實證據，在經過科學地分析、嚴謹地推理之后，才能找到新舊知識的“銜接點”，新知識的建構才能順理成章，水到渠成。這樣獲得的知識是思維碰撞孕育的產物，會根植入認知深處，不會輕易遺忘。

三、證據鏈在化學科學探究中的應用——以“氧化鋁為兩性氧化物”為例

1.啟疑，讓知識生根

（1）啟在認知起點

新課程改革倡導“以學生為主體”，意味著課堂教學并非始于教師的備課，而應該從教師了解學生知道什么出發，讓學生處于“課中央”。科學知識并非橫空出現，學生的已有知識和日常生活經驗早就埋下了“種子”，只要提供合適的土壤，這粒種子就會有發芽的欲望。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的啟疑過程中，教師首先提出這樣的問題：如果將鋁片放入硫酸銅溶液中，會出現什么現象？學生早就知道鋁的活潑性比銅強，潛意識認為該問題非常簡單，接著教師演示實驗，并未出現預期的“有紅色的銅析出”的現象，頭腦中新知識的種子要萌動了。

（2）疑在思維痛點

孔子說過：“疑是思之始，學之端。”啟疑的目的是引發認知沖突，刺激學生內在的學習動機，激發學生探究的欲望和熱情。化學課堂中的每一個實驗于學生而言都是新奇的，未知的。用實驗的“神秘”引發頭腦風暴，讓思維“痛”一下，可以促進積極思維活動的產生。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的啟疑環節，教師用坩堝鉗夾住一小塊鋁箔，在酒精燈上加熱至熔化，輕輕晃動，觀察到鋁熔化但并不滴落，好像有一層膜兜著。據此提出問題：是什么物質兜住了熔化的鋁？提供實驗事實作為證據，讓學生充分認識氧化鋁的存在，那么氧化鋁具有什么性質？對鋁制品的使用造成什么影響？這樣的問題自然冒出來，種子要生根了。

2.猜想，讓知識發芽

（1）猜測要有理有據

著名科學家牛頓有句名言：“沒有大膽的猜想，便不可能有偉大的發現和發明。”在科學發展的道路上，猜想和假說是通向真理的橋梁。折射到教學中，提出假設也是科學探究中至關重要的一步。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的猜想環節，教師提供證據：①使用鋁制高壓鍋后，應將食物及時取出，每次使用后應及時清洗擦干，以免殘留的食物尤其是酸堿性物質腐蝕鍋體。②清洗壓力鍋宜用熱清水或熱清水加清潔劑，不要用鋼絲球等摩損性大的東西擦洗。 ③日常生活中，鋁制品不宜長時間盛放咸菜等腌制食品。據此提出問題：你猜測氧化鋁有什么性質？基于證據分析之后的猜想是深思熟慮的產物，是科學而理性的，也唯有這樣的猜想是有科學意義的。

（2）設想要有深度和廣度

如果只有淺層的“猜”而沒有深層次的“想”，猜就失去了意義。心中有了假設之后，該設計什么樣的方案、通過什么樣的方法來驗證是更為重要的事情。在化學教學中，實驗是檢驗真理的最高法庭，設計、討論并優化實驗方案可以避免不科學的操作，讓實驗成為獲取真實可信證據的方法。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的猜想環節，教師在學生給出假設后提出這樣的問題：怎樣設計實驗證明？預測出現什么現象可以證實你的假設？學生分組設計實驗方案，并通過小組之間的交流評價，對方案不斷加以優化，最終制定科學可行的方法。正是在與同伴合作的過程中，學生的盲點得以逐漸明晰，知識的種子得以發芽。

3.驗證，讓知識開花

（1）實驗取證要精細精確

開花，是植物綻放最美姿態的過程，同樣的，實驗驗證在知識建構過程中也有舉足輕重的作用。知識開花需要汲取“營養”，自主獲取的證據就是最肥沃的養分。化學是一門以實驗為基礎的科學，學生自己動手獲取的證據是最客觀的。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的驗證環節，教師提供儀器和所需試劑，讓學生小組合作進行實驗，并觀察記錄實驗現象。教師對實驗操作的規范性進行個別指導，幫助學生完成實驗。通過各個小組代表的展示，讓實驗事實證據逐漸明晰。提出問題：你的猜測正確嗎？實驗取證要“手動、眼動、心動”，才能獲得最科學的證據。此時也要發揮集體的力量，在小組中分工，有“組代表”、“操作員”、“觀察員”、“記錄員”等，確保實驗現象和數據的準確性。

（2）證實證偽皆尊重事實

既然是驗證，實驗結果可能與預測相符，即證實，也有可能與預期不符，即證偽。不管是證實還是證偽，都是在實驗事實的基礎之上的，都是基于證據開出的“花”，不過是形態或顏色不同而已。實驗中遇到異常現象，得到與教材上所述不一致的結論時，也要深度反思原因，不能盲目篡改證據。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的驗證環節，教師讓小組代表匯報實驗結果時，有一個小組也是采取“將未打磨的鋁片放入酸中”的方案，但是卻未觀察到有氣泡產生的現象，這與其他小組不同。師生討論后認為，問題應該出現在酸上，果然該小組看到試劑瓶上注明“濃硫酸”，才恍然大悟。教師當即表揚該小組尊重實驗事實、不盲目照本宣科的精神。

驗證環節，是學生帶著疑問和猜想，逐步見證自己的實驗方案得以實施，期待出現預想中的結果的過程。此時，學生是一個研究者，是追尋前人的腳步，不斷抽絲剝繭、去偽存真，最終讓知識再現的探索家。這不僅是獲取證據，更重要的是體現了化學探究的精神。

4.推理，讓知識結果

（1）凝煉證據，科學推理

通過實驗獲取的證據如果不經歷思維活動加工，只是一盤散沙，基于證據進行深層次的推理才能在科學探究與知識建構之間架起橋梁。推理，是知識的種子經歷萌芽、開花之后結出的果實，是順著知識形成的藤蔓慢慢摸到的“瓜”。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的推理環節，教師讓學生回憶已經學過的酸性氧化物和堿性氧化物的概念，提出問題：氧化鋁具備什么性質，應該歸屬哪一類氧化物？此時的推理建立在多層證據的基礎之上，已經是一個簡單的思維活動，“兩性氧化物”的概念呼之欲出。歷經分析、獲取、推理證據的磨練，知識變得鮮活起來。

（2）研煉異常，敢于質疑

高中化學課程標準強調要培養學生“能尊重事實和證據，破除迷信，反對偽科學;養成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神”[3]。化學實驗不是流水線上的產品，化學反應也有多變性，面對探究過程中的異常現象，不能輕易忽視，教師更不能置之不理，要鼓勵學生敢于質疑，創造條件讓學生能在課后進行更深入的研究。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的推理過程中，有學生提出這樣的問題：將打磨后的鋁片放入硫酸銅溶液中，除了有紅色物質析出，還看到了氣泡，這是為什么呢？學生親自嘗試的實驗出現“意外”的現象，產生了強烈的疑惑感。教師首先肯定了他實驗的客觀性，再教給他查閱文獻資料的方法，最終獲得正確結論。

四、結束語

布魯納曾說：“不經歷真正獲得知識的過程而單純接受知識，不能成為生動的知識。”在課堂教學中，傳遞化學知識固然是化學學科價值的重要體現，但是化學的基本思想、觀念和方法卻必須在獲取知識的過程中才能有深刻的領悟。“核心素養”時代的化學課堂，糅合“證據推理”有助于學生擺脫“紙上得來終覺淺”的困境，在“絕知此事要躬行”的科學探究中體會知識生命的涌動和成長。

參考文獻

[1][2][3]中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：12，12，6