對培養學生“證據推理與模型認知”的認識和思考

羅小虎，柏任流，向 毅

(1 黔南民族師范學院化學化工學院，貴州 都勻 558000；2 黔南民族師范學院附屬中學，貴州 都勻 558000)

“證據推理與模型認知”是化學對物質及其變化的認識方式，是基于觀察和實驗等方法獲取的物質及其變化的事實并進行分析推理、抽象概括、建構模型以揭示化學變化及其規律的過程，是運用證據推理和模型化思想解決相關化學問題的能力和品質[1]。“證據推理與模型認知”屬于化學核心素養五個維度之一，是化學核心素養的思維核心[2]，對提高課堂教學效果具有重要意義。開展有效課堂教學離不開教師的正確引導，如何在“證據推理與模型認知”理論體系下，有意識地訓練學生化學思維方法？本文將根據《義務教育化學課程標準(2017年版)》，把培養學生“證據推理與模型認知”劃分為三個水平：水平一是物質及變化，水平二是宏觀和微觀，水平三是定性與定量[3]。在常規教學中如何具體表現了，下面以《義務教育教科書·化學》中的學習內容為例，談談培養初中學生“證據推理與模型認知”的幾點認識和思考。

1 基于知識由來的情境素材，在物質及變化中培養學生“證據推理與模型認知”

“對于學生的經驗來說，教學之初不僅引起學生的興趣產生關注，還要喚起學生的聯想，要使過去的經驗結構與新知的結構產生關聯[4]。”這種關聯，是將新知源頭作為教學起點，通過“結構型初始問題”，達到激發學生學習新知興趣的目的。學生對新知有興趣，教師才能有效的引導學生抽象化學知識、演繹化學知識和解決實際問題，在物質及變化層次中培養學生“證據推理與模型認知”。

例如，人教版九年級《化學》上冊第二單元課題2“氧氣”，教師可以從學生小學已經知道的氧氣的存在和氧氣能供給呼吸等性質出發，激發學生如何從化學角度研究氧氣性質的學習興趣，為進一步研究氧氣性質作準備。由于本課題主要研究氧氣的化學性質，接下來可以安排幾個不同物質與氧氣反應的實驗，實驗的過程揭示了氧氣知識獲得的學習模式：第一，實驗。帶火星的木條、硫、木炭和鐵絲四種不同物質在氧氣中燃燒。第二，觀察。觀察不同物質在氧氣中燃燒現象。第三，思考。反思這四種不同物質在空氣和氧氣中的現象不同的原因。第四，分析。基于實驗，得出氧氣化學性質。這樣的學習模式，遵循學生認知規律，有助于學生有效的記憶。

物質及變化中培養學生“證據推理與模型認知”過程：第一，分辨幾種典型刺激模式。刺激模式需要教師選擇學生容易接受、具有代表性的經驗或事實。第二，概括出幾種刺激模式的共同屬性。例如，帶火星的木條、硫、木炭和鐵絲與氧氣反應的共同特征之一是：兩種物質發生反應。第三，抽象出概念。本課例中，化合反應的概念：由兩種或兩種以上的物質反應生成一種新物質的反應。

物質及變化通常是在客觀事物基礎上進行的，例如，本課例是基于學生已有知識水平，根據不同物質與氧氣發生反應特征，抽象概括出它們的相同特征，這是直覺表現階段的“證據推理與模型認知”。在教學過程中，教師可以通過合適情境作為引入，符合學生認知特點，能有效激發學生學習新知欲望，對在物質及變化中培養學生“證據推理與模型認知”起到積極促進作用。

2 設置過程性變式引入新知，在宏觀和微觀中培養學生“證據推理與模型認知”

宏觀和微觀的“證據推理與模型認知”是建立在直覺表現(物質及變化)基礎上的進一步發展。此水平的有關屬性已經從物質及變化中“提取”出來，但并沒有完全脫離物質及變化，是部分屬性“脫離”了。由此可見，化學學習過程具有一定層次性。為了保證學生這種層次性學習能有效推進，教師可以在教學有意識地進行過程性變式(主要涉及化學概念)，使學生對概念的理解由具體認知過渡到本質，甚至是更深次的理解。

例如，人教版九年級《化學》上冊第三單元課題2“原子的結構”，主要解決的內容包括兩個方面：第一，原子的構成。第二，原子核外電子排布的初步知識和離子的形成。由于原子遠離學生的生活經驗，具有一定的抽象性，學生不容易理解和接受。如何讓學生從本質上理解原子了，可以通過“過程性變式”，對“原子的結構”學習進行多階段鋪墊，讓學生經歷“先具體再抽象”的認知過程，以達到對其本質性的理解。

鋪墊一：宏觀舉例體會原子的相對“小”與“大”。這一階段，讓學生發揮想象力，體會原子和原子核的相對大小。例如，如果原子是一個體育場，那么原子核就是里面的一只螞蟻。

鋪墊二：采用對比方式完成“表3-1幾種原子的構成”和“表3-2構成原子的粒子的質量”相關內容的閱讀。在鋪墊一基礎上，從微觀角度引導學生發現核外電子的排布和離子的形成。

通過鋪墊一和鋪墊二，學生從宏觀到微觀體會了“原子的構成”和“原子核外電子的排布”這兩個教學內容。“過程性變式”如何具體表現？首先，由宏觀實例，誘發學生的想象力，把“原子”這一抽象對象具體化。其次，基于對“原子的構成”宏觀了解，需要對“原子”微觀方面進行更深了解。在這個教學過程中，由具體到抽象兩個階段鋪墊，促進學生在宏觀和微觀中的“證據推理與模型認知”。

3 遵循已有認知結構，在定性與定量中培養學生“證據推理與模型認知”

定性與定量中的“證據推理與模型認知”，已經摒棄了具體客觀事物，通常由概念、關系等表述已經簡約化了的一類事物。這一階段的“證據推理與模型認知”不再局限于物質及變化、宏觀和微觀，由對事物表面特征和聯系過渡到對事物本質特征與聯系的研究。例如，學習者頭腦中的化學知識本質特征與聯系指的是認知結構。認知過程通常是螺旋上升式的，即學習者原有認知結構影響著現有認知結構的獲得。所以，教師在教學中，要遵循學生已有認知結構，使現有認知結構的獲得積極而有效。

在常規教學中，定性與定量中的“證據推理與模型認知”通常是在對事物已有認知結構下，繼續對這一類事物的本質及聯系進行比較分析，從而實現能夠區分一般與特殊屬性。教師可以幫助學生把相應化學知識“內化”到已有認知結構中去，“內化”過程就是新的化學知識與學生已有知識水平在相互作用中產生積極心理意義的過程。

例如，人教版九年級《化學》下冊第九單元《溶液》，這一單元學習內容，是一些不能由客觀事物直接抽取的，完全理想化的化學對象。教師如何讓學生有效掌握這些比較抽象的化學知識？總的來看，這一單元的課題1是從定性的角度初步認識溶液，課題2是從定量的角度研究物質溶解的限度，課題3則是進一步從定量的角度認識一定量的溶液中究竟含有多少溶質。三個課題是從宏觀和微觀兩個方面展開“溶液”相關內容，新課題學習都是以前一個課題為基礎的，步步深入。

4 結 語

總而言之，采取該方法既符合化學學科的邏輯規律，又符合學生的認知規律，便于學生理解接受。所以，有關定性與定量的教學內容，教師主要從學生原有化學知識為出發點，采用恰當教學方式，培養學生“證據推理與模型認知”。