基于“科學探究”培養“證據推理”化學學科核心素養

謝天華 黃子超

摘要：證據推理是解釋證據與結論之間的關系，確定科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑。根據“提出問題一猜想假設一設計實驗一論證實驗一收集證據一論證推理一形成結論”的思路進行探究實驗教學，通過分組實驗探究加強對證據的關注和推理，培養學生“證據推理”化學學科核心素養。

關鍵詞：高中化學;科學探究;證據推理;核心素養

文章編號：1008-0546（2019）02-0085-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

證據推理是解釋證據與結論之間的關系，確定科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑。科學探究證據意識就是讓學生在科學探究過程中有目的地關注證據的探查活動和體驗行為，探究的載體是教師在教學過程中精心設計具有學生可觀察、可收集、可論證、可推理、可形成結論的論證性實驗，從而使學生達成“證據支持主張”的心理認同。科學探究的本質就是倡導“以事實為依據，對發現的問題進行解釋”。問題解決中的探究論證就是尋找“證據”進行邏輯推理的過程。目前化學探究實驗教學雖然改變了傳統的講桌做實驗，學生看實驗，課堂上雖然有做實驗的、有觀察的、有記錄的，表面看轟轟烈烈，一片繁忙景象，在這一過程中學生也確實“動手”了，但學生在“動手”過程中是不需做任何思考，只根據老師設計方案有條不紊進行的，學生只關注“探”而沒有重視“究”，教師卻忽視證據推理化學學科核心素養的培養。如何在課堂教學中堅定地運用并發揮化學學科的特點和功能，將證據推理化學學科核心素養的培養落實在課堂教學中，筆者認為教師要以課堂為陣地，以問題為載體，通過有效的化學學科核心素養教學活動，轉變教學理念，真正實現以學生為中心，改變學生學習方式，從而達到利于培養學生證據推理化學學科核心素養的目的。本文以魯科版高中化學必修1第1章《認識化學科學》第2節“研究物質性質的方法和程序”“活動·探究”欄目中的“實驗2”：“將金屬鈉放在石棉網上加熱”為例，旨在培養學生證據推理的化學學科核心素養。

一、創設情境，提出問題和假設

問題是思維的起點，是證據推理培養的階梯和載體。學生只有在一定的情境中才能提出邏輯性強的問題和假設，這是構成證據推理的第一環節。

教學片斷1：將金屬鈉放在石棉網上加熱。

[教師]同學們，金屬鈉的燃燒的實驗是研究金屬鈉化學性質的重點實驗，通過教材的閱讀，你預設將金屬鈉放在石棉網上加熱會看到什么現象？

[學生]在嶄新的白色石棉網上能觀察到淡黃色的過氧化鈉固體。

[教師]演示實驗：（1）用鑷子夾取一塊金屬鈉，用濾紙吸去表面煤油，在玻璃片上用小刀輕輕地切一小塊金屬鈉。（2）將金屬鈉放在石棉網上加熱，使其與氧氣反應。上述實驗經過多次重復。

[學生]觀察實驗現象都是：金屬鈉先熔化后燃燒，產生黃色火焰，生成淡黃色固體;同時發現有黑色固體生成。

[教師]提出問題：金屬鈉在空氣中燃燒是什么原因在產物中會有黑色物質？黑色物質是什么呢？下面同學們就要針對產生黑色物質的原因進行交流研討。

[學生]各學習小組經交流研討、整理，對產生黑色固體物質的形成提出四種假設，如表1所示：

[教師]提示：（1）請同學上網查詢“金屬鈉試劑瓶的標簽”和“石棉網的成分”等信息;（2）設計實驗時要論證上述四種假設。

二、交流研討，形成論證實驗方案

學生以合作學習小組為單位進行交流研討，根據表1假設各個學習小組自行設計一個論證實驗方案，并將本小組設計的論證實驗方案在班級交流討論，然后全班同學再針對四種假設進行逐一研討論證實驗方案可行性，最后優選出最佳論證實驗方案如表2所示：

三、論證假設，觀察現象

基于以上4種假設和論證方案，將學生分成4個實驗小組分別設計其中1個探究實驗加以論證，然后分享各個實驗小組觀察到論證實驗產生的現象。

四、論證分析.得出論證結論

論證實驗1：通過實驗觀察到的實驗現象，就可以說明煤油是金屬鈉熔化時生成黑色固體物質的原因之一，因為煤油不完全燃燒能生成細小的炭黑顆粒。但煤油不是生成黑色固體物質的唯一影響因素。

論證實驗2：經上網查尋，石棉屬于硅酸鹽類，化學成分為Mg₆[Si₄O₁₀][OH]₈，含有氧化鎂、鋁、鉀、鐵、硅等成分。金屬鈉在燃燒的過程中會產生高溫，石棉的成分受高溫會生成氧化亞鐵和四氧化三鐵黑色固體物質，使鈉燃燒后產物中有黑色固體物質;也可能是酒精不完全燃燒生成炭黑顆粒，從而說明石棉網不是生成黑色固體物質的唯一影響因素。

論證實驗3：由實驗產生的現象可知，與二氧化碳有關，但空氣中的二氧化碳不是生成黑色固體物質的唯一影響因素。

論證實驗4：從金屬鈉的試劑瓶的標簽閱讀可知金屬鈉中含有少量的鐵元素，金屬鈉在燃燒的過程中會產生高溫，鐵元素受熱會生成細小鐵的氧化物顆粒，從而說明與鈉中含有鐵元素有關。但鈉中含有鐵元素不是生成黑色固體物質的唯一影響因素。

結論：以上四個論證實驗證明了學生猜想的成立;黑色固體物質含有炭黑顆粒和鐵的氧化物黑色顆粒。

五、教學反思

1.創境質疑，培養學生“證據推理”化學學科核心素養

科學探究是學習化學的“根”，證據推理是問題研究的“魂”。本課教學設計的亮點是精心設計探究實驗和學生交流活動，通過提出問題一作出假設一設計實驗一進行實驗一觀察現象一收集證據一得出結論等論證研究思路，凸顯了化學研究中實驗手段的重要作用，更好地幫助學生對科學本質的理解，促進了學生化學基本觀念的建構和心智的轉變，培養學生的問題意識，激發了科學思維，提升了學生的創新能力，成就了證據推理化學學科核心素養的培養。讓學生充分展開對問題的交流討論，從多方面對問題展開論證，搜集證據，讓“尋找證據并解讀證據”成為一種學習習慣，形成學科能力，從而達到培養學生證據推理化學學科核心素養的目的。

2.問題猜想，培養學生“證據推理”化學學科核心素養

在本節課的教學中通過問題質疑，驅動學生主動猜想;論證假設，激發學生尋找證據;動手實驗，主動合作探究;收集證據和得出結論事實，培養學生獲取、整合信息等能力，用四個論證實驗得出：金屬鈉在空氣中燃燒產物中會有黑色固體物質的原因有諸多方面，得出黑色固體物質含有炭黑顆粒和鐵的氧化物黑色顆粒重要證據。此過程中學生經歷了基于“證據推理”深入探究學習，這種探究是一種有“根”與“源”的探究。此“根”與“源”可以讓學生在探究活動中生長出各種學習能力和方法，“論證假設，證據推理”不僅僅是指學生對證據的尊重，還包括尋找證據的能力和解釋證據的能力的提升，讓問題與證據成為化學課堂思考問題的激發點，學生發展的生長點，學生的各種能力才能在彎道超躍。只有這樣才能有利于培養學生化學學科證據推理核心素養，有利于培養學生具備終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力。

參考文獻

[1]張世成.基于證據意識培養的學與教的設計——“以物質的密度”教學為例[J].教學月刊·中學版（教學參考），2013（7）：41

[2]楊硯寧.基于推理的科學探究：實驗、評價及反思——以“鐵釘銹蝕實驗”為例[J].北學教與學，2017（2）：13

[3]邵永平.基于證據意識的初中化學教學探索[J].中學化學教學參考，2016（10）：4-6

[4]吳俊明.關于核心素養及化學學科核心素養的思考與疑問[J].化學教學，2016（11）：3-8，23