基于化學學科理解培養學生的證據推理素養

楊素紅 李保民

摘要：教師在基于化學學科理解開展教學時，教師化環節是一個復雜而能動的過程。結合金屬的化學性質的教學，闡述了化學學科理解和證據推理的內涵，并帶領學生體驗收集證據、篩選證據、分析推理、得出結論等科學探究的過程，繼而說明教師化過程是構建素養為本的課堂的關鍵要素，真實化情景的創設有助于培養學生的證據推理能力。

關鍵詞：化學學科理解;金屬的化學性質;證據推理

文章編號：1008-0546（2020）11-0053-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.014

一、化學學科理解的內涵

化學學科理解是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識。從概念可以看出，化學學科理解的內容包括化學學科知識及其思維方式，化學學科的理解方式有本原性和結構化兩種。教師只有增進對化學學科的理解，才能更好地通過化學學科開展育人活動。

化學科學經驗傳遞理論認為，化學教育過程實際上是將人類獲得的化學科學經驗傳遞給學生，并在學生頭腦中形成化學科學經驗結構的過程。把人類的化學科學經驗作為起點，學生化學科學經驗結構則是終點，中間過程需要經過課程化、教材化、教師化、學生化四個階段。教師化是建立在教師對化學學科理解基礎之上的，其結果是形成化學教學內容，教師化過程是包含內化、轉化和外化三個環節的復雜、能動的過程，如圖1所示。

二、“金屬的化學性質”教材分析

在“金屬的化學性質”（人教版2012）課題中，教科書呈現的編排順序是三個板塊：一是金屬與氧氣的反應，并解釋一些特殊的生活現象;二是金屬與鹽酸、稀硫酸的反應，并學習置換反應;三是金屬活動性順序，并學習金屬與金屬化合物溶液的反應。

從化學學科知識結構方面分析：教材編寫的三個板塊不具有并列性;因為課題是金屬的化學性質，板塊一是金屬與氧氣的反應，板塊二是金屬與鹽酸、稀硫酸的反應，板塊三應該是金屬與金屬的化合物溶液的反應，這三者之間才是并列關系，隸屬于金屬的化學性質;而金屬的活動性順序在金屬的化學性質的三個方面都有反映和體現。

從學生的認知和思維方面分析：教材內容導致學生的認知順序混雜、思維在不同層面來回跳躍;學習金屬與氧氣的反應，解釋一些生活現象，學生還可以順勢而為，學習金屬與酸溶液的反應時穿插置換反應，阻斷了學生對金屬化學性質的完整的認識，不利于學生結構化知識的形成和化學學科核心素養的培養。

綜上所述，我將該課題的內容進行了調整，運用證據推理的方式開展教學活動。

三、證據推理的內涵

“證據推理”指從問題情境及已有知識經驗中識別、轉換形成觀點，并多方收集證據、利用證據進行推理，從而獲得結論，解決問題。推理是思維過程，證據是前提條件，證據推理不僅是證實的過程，也可能是證偽的過程。化學學習中的證據推理，包括具有證據意識，能基于證據對物質的組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽;建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系。

化學是自然科學的一個重要的組成部分，化學學習的過程中伴隨著科學探究的過程，不管是學生的學習和科學家的研究，其活動都是從某一情境中發現問題，然后根據原始資料或數據對問題形成假設，通過觀察和實驗獲得新的數據（證據），基于證據進行推理，對假設進行修正，最終形成正確的結論。其過程如圖2所示。

四、“金屬的化學性質”教學設計思路

金屬的化學性質與學生的生活關系密切，并且學生擁有豐富的有關金屬知識的儲備，例如在學習氧氣時，認識到鐵、鎂等金屬能與氧氣反應，在學習氫氣的制備時了解到金屬鋅能與稀硫酸發生反應，如何在這些知識上生長出新的知識，如何用大量的事實證據促進新的知識的生長，我發現運用化學核心素養中的“證據推理”展開教學，是符合學生的認知規律并有利于形成結構化知識的。具體的教學設計思路是：從區分真黃金和假黃金的情境提出問題，根據所學知識作出假設，學生查找證據——檢索已有的知識儲備，提取有關金屬化學性質的具體反應;根據學生提供的知識經驗，經過學生歸納總結，得出金屬的化學性質，再應用到生活中和學習中分析具體的問題;最后在金屬的化學性質基礎之上，結合生活證據和實驗證據，應用分析、判斷、實驗等多種方式探究金屬活動性順序。教學活動框架如圖3所示。

五、教學過程

1.創設情景，提出問題，形成假設

師：“火樹銀花不夜天”中有金屬帶給我們視覺的盛宴，學習金屬的知識也能給我們一雙識別真假的慧眼。請大家來幫一幫小文：

小文的媽媽外出旅游時，買回來一只金手鐲，看起來金燦燦黃澄澄的，她的朋友認為是假金手鐲，這讓小文的媽媽很苦惱。小文的媽媽想到小文學習了化學，請小文幫助她辨別真假。

生：用牙齒咬，用火燒，用酸浸泡……

2.收集證據，合理推理，驗證假設

師：同學們的方法很多，你們從哪里學來的？有科學依據嗎？我們已經學習了哪些金屬的相關知識？請同學們相互說一說，并把鎂、鋅、鐵三種金屬參加的化學反應用化學方程式書寫出來。

生：在學案上書寫化學方程式，兩位同學在黑板E書寫。

師：請同學們睜大眼睛看一看，兩位同學書寫得完整嗎？有錯誤嗎？有遺漏嗎？

生：甲同學書寫完全正確，乙同學將鎂的化學式寫錯了，漏了鐵和硫酸銅溶液的反應。

師：請仔細分析這些化學反應，能否找出金屬參加化學反應的一些規律，根據學案上的提示進行討論。

生：討論……1分鐘后有學生起立表述：我們組發現，鎂和鐵都能與氧氣反應，鎂和鋅都能與酸反應，鐵和硫酸銅溶液能反應。

師：我們就以鎂、鋅、鐵為代表，總結一下金屬的化學性質：（1）金屬和氧氣能反應;（2）金屬和鹽酸、稀硫酸能反應;（3）金屬和金屬化合物溶液能反應。

3.進一步尋找證據，證實證偽，獲得結論

（1）金屬與氧氣的反應探究

師：是不是所有的金屬都能與氧氣反應呢？請同學們結合生活經驗和化學學習經驗尋找證據。

生：銅和氧氣能反應，我在物理課上學過的。

生：“真金不怕火煉”說明黃金在高溫下不和氧氣發生反應。

師：兩位同學使用了物理學習經驗和生活經驗作為證據，證明不是所有的金屬都能和氧氣發生反應，所以嚴格地表述是“有些金屬能和氧氣反應”。

師：化學是以實驗為基礎的自然科學，請同學們拿起實驗盒里長條形的銀白色的鋁片，用砂紙打磨它的一端。

生：打磨后表面變粗糙了。

師：你們把鋁表面的保護膜打磨掉了。請看課本的描述。

生：鋁在空氣中和氧氣反應生成了致密的氧化鋁保護膜，所以鋁的抗腐蝕性很強。

師：很好。同學們再用坩堝鉗夾住紫紅色的銅片在酒精燈的火焰上加熱一下。

生：變黑了。是不是生成了氧化銅？

師：書寫鋁、銅和氧氣反應的化學方程式，注意反應條件。

生：書寫化學方程式。

師：通過上述一系列證據我們發現，在金屬和氧氣反應時表現出的難易程度不同，反映出金屬的活潑性不同，上述金屬的活潑性由強到弱的是：鎂、鋁、鋅、鐵、銅、金。

（2）金屬和鹽酸、稀硫酸的反應探究

師：我們已經知道鋅能與稀硫酸反應，還有哪些金屬能與鹽酸、稀硫酸反應呢？請根據儀器盒里提供的器材和藥品按照課本設計的實驗開展分組實驗，注意操作步驟要正確，觀察現象要細心，記錄實驗要準確。

生：分組實驗。

師：實驗完畢，請同學們整理好實驗器材和藥品放回儀器盒內。整理實驗現象，記錄在學案上，和同學進行交流。

生：鎂、鋅、鐵都能和鹽酸、稀硫酸反應，反應速率不同，鎂最快、鐵最慢，銅和鹽酸、稀硫酸不反應。

師：根據上述實驗證據，可以推斷金屬活潑性由強到弱的是：鎂、鋅、鐵、銅。和金屬與氧氣反應時得出的結論一致。

（3）金屬和金屬化合物溶液反應探究

師：在質量守恒定律的學習中，我們認識到鐵能和硫酸銅溶液反應，今天我們通過實驗進一步探究金屬和金屬化合物溶液反應的情況。按照教科書提供的探究實驗分組進行，觀察哪些物質能發生反應，哪些物質不能發生反應。

生：分組實驗。

師：實驗結束，整理儀器。分組交流。

生：鋁放入硫酸銅溶液中能反應，銅放人硝酸銀溶液中能反應，銅放入硫酸鋁溶液中不能反應。

師：把實驗1和實驗3對比，能得出什么結論呢？

生：活動性強的金屬能和活動性弱的金屬化合物溶液反應。

師：根據金屬和金屬化合物溶液能否反應也能推斷出金屬活動性順序。經過大量的科學實驗探究，人們進行了認真的去偽存真、由表及里的分析，歸納和總結出了常見金屬在溶液中的活動性順序。

六、結語

1.重視教師化階段，構建素養為本的課堂

教師化過程是教師對化學課程材料進行內化、轉化、外化的復雜而能動的過程。荷蘭學者Vos等人在研究教師使用基于情境的化學課程材料時提出了三個層次：理論層次、描述層次、基礎層次。理論層次指的是教學目標，描述層次指的是教學策略，基礎層次指的是具體的教學活動。在金屬化學性質的教學中，教師確定的教學目標是在學習金屬化學性質的過程中培養學生的化學學科核心素養，運用的教學策略是基于證據進行科學推理，通過分析、歸納、比較、探究來培養學生的高階思維。在這個觀念的指導下，對已有的課程材料進行了改編，對原有的內容進行了一定的調整和修改，形成學習金屬化學性質的新模式，即建立在“證據”基礎上的“推理”——學習金屬化學性質的一般規律和特殊事件，證明了物質的多樣性和特殊性，將金屬化學性質建立在證據之上，開展推理等一系列探究活動。

2.創設真實化情境，培養學生證據推理能力

化學與生活是息息相關的，又是以實驗為基礎的自然科學，所以化學教師要充分運用生活實例和化學實驗創設真實化的教學情境。在金屬化學性質的學習過程中，教師帶領學生尋找生活證據——生活中見到的鋁制品不需要防腐蝕，鐵制品需要刷油漆等多種防腐蝕的措施，銅制品生銹的速度比鐵制品要慢，真金不怕火煉;這些是大自然和人類智慧賦予學生學習的真實的證據;教師還要引導學生設計實驗證據——通過鎂、鋅、鐵、銅與稀鹽酸或稀硫酸接觸來探究金屬與酸的反應情況，通過鋁與硫酸銅溶液接觸、銅與硝酸銀溶液接觸等實驗來探究金屬與金屬化合物溶液的反應情況，從而推理出金屬活動性順序。這些課程材料中都有呈現，關鍵是教師運用的策略。教師的運用策略源于教師對教學目標的設定。教師在金屬化學性質的教學中培養學生的證據推理能力，那么這些課程材料被教師作為證據以真實的情境呈現，來展開后續的教學活動。