對“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識

王麗娟

摘?要：“證據(jù)推理”是指從不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)源中提取證據(jù)，利用正交求和方法綜合證據(jù)，通過證據(jù)的積累縮小集合，從而獲得問題的解。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)以化學(xué)史、理論知識、實(shí)驗(yàn)事實(shí)為證據(jù)，培養(yǎng)和提升學(xué)生的歸納推理、演繹推理、類比推理能力。

關(guān)鍵詞：基于證據(jù);證據(jù)推理;推理能力

中圖分類號：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2020）05-021-2

證據(jù)往往指事實(shí)依據(jù)，在化學(xué)學(xué)科中，證據(jù)的來源比較廣泛，可以來自化學(xué)史、化學(xué)學(xué)科的最新前沿報(bào)道，或者實(shí)時的事件。另外，化學(xué)這門自然科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的，所以大量的事實(shí)證據(jù)可以從對探究實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、必做實(shí)驗(yàn)的觀察中獲得。推理往往指由一個或幾個已知的判斷來推出新判斷或者得到新結(jié)論的過程，可分為歸納推理、演繹推理和類比推理。“證據(jù)推理”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)就表現(xiàn)為以有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為事實(shí)依據(jù)或以相關(guān)材料為理論依據(jù)，提出新的假設(shè)或得到新的結(jié)論，來解決問題或?qū)W習(xí)新的知識。

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是在學(xué)生日常的化學(xué)學(xué)習(xí)過程及活動中養(yǎng)成的，又在具體活動中表現(xiàn)。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)以課堂教學(xué)為載體，以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或化學(xué)史等為依托，創(chuàng)設(shè)問題情境，注重學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)活動設(shè)計(jì)，在問題的解決中，多角度培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng)。

一、以化學(xué)史實(shí)為證據(jù)，提升學(xué)生歸納推理能力

化學(xué)家傅鷹說“化學(xué)教育給學(xué)生以知識，化學(xué)史教育給學(xué)生以智慧”。化學(xué)史教學(xué)的價值不僅在于讓學(xué)生感受真實(shí)歷史事件，經(jīng)歷化學(xué)發(fā)展進(jìn)程，更是希望能夠通過對特定歷史事件的表達(dá)再現(xiàn)，展示化學(xué)家收集證據(jù)，基于證據(jù)進(jìn)行歸納推理而獲得突破的過程，讓學(xué)生體會收集證據(jù)的方法，如何從眾多干擾中收集有效證據(jù)，如何基于有效證據(jù)進(jìn)行分析、綜合、推理，得出結(jié)論。

我們來看一下甲烷分子結(jié)構(gòu)研究的化學(xué)史。1776年，伏打和道爾頓分別在淤泥中收集到甲烷。1790年，奧斯汀（英國）確定甲烷的組成，但對甲烷分子空間結(jié)構(gòu)的確定卻一直沒有進(jìn)展，科學(xué)家基于凱庫勒提出的碳四價的概念，推測甲烷為平面四邊形，但無法解釋CH2Cl2只有一種結(jié)構(gòu)。1874年，范霍夫提出了甲烷分子為正四面體結(jié)構(gòu)，正四面體結(jié)構(gòu)提出的理論依據(jù)是能量最低原理。范霍夫認(rèn)為在微觀結(jié)構(gòu)中，當(dāng)原子之間均勻分布并相互之間盡可能遠(yuǎn)離時，體系最穩(wěn)定，而在自然界中微粒或物質(zhì)都盡可能趨向于最小能量的穩(wěn)定狀態(tài)。X射線和電子衍射實(shí)驗(yàn)等更是從微觀層面測得碳?xì)滏I之間的夾角都是109.5°，甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)也被進(jìn)一步證實(shí)了。

關(guān)注化學(xué)史，可以讓學(xué)生感受“證據(jù)推理”的論證過程，經(jīng)歷證實(shí)和證偽，從而讓學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡，感受重大發(fā)現(xiàn)歷程，提升找尋證據(jù)、應(yīng)用證據(jù)、解釋證據(jù)的能力。

二、以理論知識為證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生演繹推理能力

理論證據(jù)是指以概念原理性知識為證據(jù)，從理論層面預(yù)測反應(yīng)是否合理或者物質(zhì)是否具備某種性質(zhì)。

以元素周期表的學(xué)習(xí)為例，教師可以讓學(xué)生從微觀層面以及定性分析角度收集有關(guān)證據(jù)，進(jìn)一步通過分析推出合理的結(jié)論。元素周期表是我們預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)的理論依據(jù)，在教學(xué)中，我們往往會利用“位—構(gòu)—性”的依據(jù)，根據(jù)元素在周期表中的位置，預(yù)測同主族或同周期其他元素原子結(jié)構(gòu)特征和某些性質(zhì)。《必修課程》主題3“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”中，學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，以鈉、鎂、鋁三種典型金屬為例，通過實(shí)驗(yàn)比較金屬單質(zhì)與酸反應(yīng)的劇烈程度的現(xiàn)象推測置換出氫氣的難易程度以及氫氧化物堿性的強(qiáng)弱，以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，從宏觀上比較元素原子失電子或得電子能力，預(yù)測按照原子序數(shù)遞增的順序如何變化，并結(jié)合微觀原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)一步推理論證;接著讓學(xué)生通過閱讀第三周期典型非金屬元素硅、磷、硫、氯的最高價氧化物、該氧化物對應(yīng)水化物的酸的性質(zhì)、元素與氫氣化合所得氫化物的穩(wěn)定性等事實(shí)性證據(jù)，預(yù)測這四種非金屬元素原子得電子能力的相對強(qiáng)弱，從原子結(jié)構(gòu)這一微觀層面給出推理論證，最后設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)預(yù)測的準(zhǔn)確性。通過這一內(nèi)容的教學(xué)，提升了學(xué)生利用微觀原子結(jié)構(gòu)解釋元素的遞變規(guī)律的能力，以及結(jié)合相關(guān)理論證據(jù)，分析、類比和預(yù)測典型元素的單質(zhì)及其化合物的化學(xué)性質(zhì)的能力，并力求能基于預(yù)測，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來證實(shí)或證偽。

同樣，對于元素化合物性質(zhì)、變化及其應(yīng)用的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能基于物質(zhì)價類二維元素觀的理論依據(jù)，從宏觀性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)上收集證據(jù)，并能根據(jù)理論證據(jù)從物質(zhì)類別和化合價兩個角度分析問題，獲得合理的推理。物質(zhì)類別和元素價態(tài)是我們分析元素化合物性質(zhì)的兩個視角，以氮元素為例，元素價類二維觀為理論依據(jù)，設(shè)計(jì)氮及其化合物的轉(zhuǎn)化，在教學(xué)過程中，教師可以根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的不同路徑，進(jìn)行分析、類比，進(jìn)而評價、總結(jié)和概括非金屬及其化合物轉(zhuǎn)化的一般性規(guī)律，最終優(yōu)選出最佳轉(zhuǎn)化過程。進(jìn)一步思考，還可以為合理解決酸雨問題提供依據(jù)，如何將有毒有害的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無污染物，結(jié)合工業(yè)實(shí)際，推理得出理論方案，以實(shí)際問題為情境素材，在具體問題的解決過程中提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)能力，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理素養(yǎng)。

三、以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生類比推理能力

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，“化學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，只有實(shí)驗(yàn)才是最高法庭”。

教師可以以課堂實(shí)驗(yàn)事實(shí)為證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)來加以論證。如金屬鈉與水的實(shí)驗(yàn)中，觀察鈉保存在煤油中，取出一小塊鈉，用小刀切下一小粒，加到滴有酚酞的水中，觀察現(xiàn)象，借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為證據(jù)來推理，學(xué)生就不難理解鈉的硬度、密度和熔點(diǎn)等物理性質(zhì)，依據(jù)元素守恒以及溶液變紅這一現(xiàn)象，推知有NaOH這一堿性物質(zhì)生成，依據(jù)氧化還原反應(yīng)中化合價升降規(guī)律，反應(yīng)過程中鈉失去電子生成氫氧化鈉，鈉元素的化合價升高，同時，H2O中必然會有元素的化合價會降低，從而推知有氫氣的生成，正是因?yàn)闅怏w的產(chǎn)生，就可以進(jìn)一步理解鈉在水面游動這樣的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。如果進(jìn)一步結(jié)合選擇性必修課程模塊3《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中鈉與乙醇的反應(yīng)，根據(jù)觀察到的鈉沉在乙醇下面，反應(yīng)緩和，反應(yīng)過程中，鈉塊上下浮動但沒有熔成小球這樣的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為證據(jù)，我們可以類比鈉、水、乙醇的密度，同時通過反應(yīng)速率的區(qū)別以及產(chǎn)生能量的差異性，來推理同樣存在—OH基團(tuán)，但由于物質(zhì)分子基團(tuán)之間存在著相互之間的影響，導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)的差異。再來綜合性的分析這兩個實(shí)驗(yàn)的事實(shí)證據(jù)，鈉保存在煤油中，而煤油的主要成分是碳原子數(shù)為11—17的烴類混合物，主要成分是飽和烴類，也就是存在碳碳單鍵和碳?xì)滏I，鈉的穩(wěn)定保存，推測鈉不能使碳碳單鍵、碳?xì)滏I發(fā)生斷裂而反應(yīng)，進(jìn)一步推測作為分子式是C2H6O的乙醇，在其分子結(jié)構(gòu)中存在著除此之外的相對活潑的氫氧鍵，從而可以確定乙醇的分子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步以宏觀微觀相結(jié)合來培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng)。

中學(xué)化學(xué)學(xué)科證據(jù)推理的核心素養(yǎng)是以觀察和實(shí)驗(yàn)等為方法，來獲取物質(zhì)及其變化的客觀事實(shí)，并進(jìn)行分析推理、概括、總結(jié)以揭示化學(xué)變化及其變化規(guī)律的過程。化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個需要不斷持續(xù)的過程，教師應(yīng)在課堂上以學(xué)科知識為載體，創(chuàng)設(shè)富有價值的真實(shí)問題情境。只有抓住“證據(jù)推理”這一核心素養(yǎng)，才能在教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（作者單位：張家港市沙洲中學(xué)，江蘇 張家港215600）