基于證據(jù)推理與模型認知視角的教學(xué)實踐
——以“電解池的工作原理及應(yīng)用”為例

林淑秧

（福建省莆田哲理中學(xué)，福建莆田 351100）

引 言

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》指出，高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、實驗探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任共五項素養(yǎng)[1]。其中，證據(jù)推理與模型認知是化學(xué)學(xué)科理性思維特征的一種表現(xiàn)形式，從思維層面反映了化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思想和方法。本文以“電解池的工作原理及應(yīng)用”為例，主要探討在證據(jù)推理與模型認知引領(lǐng)下的教學(xué)實踐策略。

一、證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)的教學(xué)目標指向

教學(xué)目標指向是指培養(yǎng)學(xué)生五個方面的能力：（1）具備提出假設(shè)的能力，學(xué)生能夠根據(jù)已經(jīng)掌握的知識進行類比，對產(chǎn)生的問題進行合理猜測和預(yù)測；（2）具備收集證據(jù)的能力，并根據(jù)所提出的假設(shè)進行相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，為后續(xù)驗證假設(shè)和解決問題奠定基礎(chǔ)；（3）具備證實結(jié)論的能力，運用學(xué)科知識進行推理，找出問題的本質(zhì)原因，再關(guān)聯(lián)相關(guān)知識，對前面的假設(shè)進行推理驗證；（4）具備建立模型的能力，通過“提出假設(shè)—搜集證據(jù)—驗證結(jié)論”，建立相關(guān)解題模型，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；（5）具備解決問題的能力，運用前面建立的相關(guān)模型解決化學(xué)問題，以及解釋生活中或者實驗室中的一些現(xiàn)象，然后揭示事物的現(xiàn)象和本質(zhì)。

二、基于證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)視角下的教學(xué)實踐

在證據(jù)推理與模型認知的基礎(chǔ)下，教師應(yīng)結(jié)合該素養(yǎng)的教學(xué)目標，尋找具有一定指導(dǎo)性或者實用性的教學(xué)實踐。具體流程如下。

環(huán)節(jié)一，導(dǎo)入。

演示化學(xué)小實驗（見圖1）：用鉛筆芯寫出紅色的字，然后提出問題：“為什么用鉛筆芯能寫出紅色的字呢？”并引導(dǎo)學(xué)生分析除了藥品以外，應(yīng)該還與哪些條件有關(guān)。接著讓學(xué)生回顧已學(xué)的電解知識。

設(shè)計意圖：一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面從該問題出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生提出假設(shè)的能力，并從學(xué)生已具備的知識出發(fā)，給學(xué)生收集證據(jù)提供依據(jù)。整個過程邏輯性強，一氣呵成。

圖1

環(huán)節(jié)二，回顧學(xué)過的電解水、電解熔融的氯化鈉知識。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生運用類比的思維收集證據(jù)的能力，讓學(xué)生能從物質(zhì)及其變化的事實中取證。這些都是高中化學(xué)核心素養(yǎng)的組成部分。

環(huán)節(jié)三，利用所學(xué)的知識，來分析電解熔融氯化鈉的過程。

從鈉和氯氣反應(yīng)2Na+Cl2=2NaCl 出發(fā)，鈉原子“愿意”失去一個電子給氯原子，而對于2NaCl=2Na+Cl2↑氯離子不愿意給出電子，所以要讓該反應(yīng)發(fā)生，必須外界“施壓”給其通電。然后通過電解熔融氯化鈉裝置設(shè)置問題串，如圖2所示。

設(shè)計意圖：通過問題串的形式將關(guān)鍵知識“電解”“電解池的定義、條件及工作原理”表征出來，同時通過問題串培養(yǎng)學(xué)生從研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系出發(fā)，建立認知模型，儲備推理的知識。

圖2

環(huán)節(jié)四，離子放電順序的判斷。

（1）問題深入：電解水產(chǎn)生氫氣和氯氣，電解熔融氯化鈉產(chǎn)生鈉和氯氣，那電解飽和食鹽水的產(chǎn)物又是什么呢？教師引導(dǎo)學(xué)生分析電解質(zhì)溶液中，除了電解質(zhì)自身電離出的離子外，還有其他離子嗎？當(dāng)電極周圍存在多種離子時，是一起反應(yīng)，還是只有一種離子反應(yīng)？如果只有一種離子反應(yīng)，哪種先反應(yīng)？有沒有規(guī)律可循？教師通過設(shè)置相關(guān)問題，讓學(xué)生找到學(xué)科知識解釋證據(jù)與結(jié)論的關(guān)系，并尋找證據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系。

（2）演示電解氯化銅溶液并根據(jù)現(xiàn)象分析其原因。我們知道當(dāng)電極周圍存在多種離子時，只有一種離子反應(yīng)放電，且在該溶液中，根據(jù)實驗現(xiàn)象得出放電順序是：陽極：Cl-＞OH-、陰極：Cu2+＞H+。然后，教師可以讓學(xué)生分析以上數(shù)據(jù)并進一步總結(jié)出陰極、陽極離子放電順序規(guī)律，應(yīng)用模型和類比思維來解決問題。這也是證據(jù)推理中最重要的部分，能有效培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力。

設(shè)計意圖：離子放電順序的判斷作為本節(jié)課的重點及難點，教師可通過引導(dǎo)學(xué)生分析和實驗論證得出結(jié)論，符合學(xué)生的認知水平，能在培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力的同時，提高學(xué)生解決問題的能力。

環(huán)節(jié)五，確定電解反應(yīng)的解題思路，構(gòu)建模型。

模型如下：先明確溶液中存在哪些離子→再分析陰陽兩極附近有哪些離子→根據(jù)陽極氧化、陰極還原及放電順序分析得出產(chǎn)物。

設(shè)計意圖：教師通過建立模型確定解題思路，確定了解題的一般思路，給學(xué)生明確了解題的方向。這也是通過前面的證據(jù)推理，而后建構(gòu)模型，符合學(xué)生的思維認知規(guī)律。

環(huán)節(jié)六，分析電解飽和食鹽水的產(chǎn)物。

在有知識儲備的情況下，解決與目標類似的問題，一步步地朝著目標問題靠近。

設(shè)計意圖：學(xué)以致用，在有知識儲備的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生解決問題，在培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的同時，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)的信心。

環(huán)節(jié)七：分析課前的化學(xué)小實驗的原理。

在上述提出問題—收集證據(jù)—建立模型—解決問題的過程中，學(xué)生對證據(jù)推理的科學(xué)方法與模型認知產(chǎn)生了濃厚的興趣。教師在教學(xué)中要抓住機會，分析課前小實驗的原理，既是對整節(jié)課的總結(jié)，又能通過培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理和模型認知的能力，使其真正具有解決問題的能力。

設(shè)計意圖：前后呼應(yīng)，突出本節(jié)課的主要內(nèi)容。

三、教學(xué)感悟

該節(jié)課作為“證據(jù)推理與模型認知”視角下的教學(xué)案例，有如下幾點感悟。

（1）教師應(yīng)營造探究教學(xué)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生進行化學(xué)學(xué)科的科學(xué)探究。化學(xué)作為一門由實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，由課前小實驗入手，引導(dǎo)學(xué)生對該實驗進行分析探究，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率起著非常重要的作用，同時也給學(xué)生證據(jù)推理與模型認知能力的發(fā)展，提供了一個很好的平臺。

（2）整節(jié)課具有較強的證據(jù)推理邏輯性。在電解池工作原理的教學(xué)片段中，學(xué)生通過分析電解水、電解熔融的氯化鈉得出了電解的一般規(guī)律，再通過這個規(guī)律分析電解氯化鈉溶液的產(chǎn)物。整個過程環(huán)環(huán)相扣，邏輯思維嚴謹，符合學(xué)生的認知規(guī)律和思維過程，充分提升了學(xué)生證據(jù)推理必備的三種能力——提出假設(shè)的能力、搜集證據(jù)的能力和證實結(jié)論的能力。

（3）教師通過建構(gòu)認知模型，讓學(xué)生思維模式系統(tǒng)化，從課前小實驗出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系放電順序的判斷，構(gòu)建了解決電解反應(yīng)的一般模型，從而提高了學(xué)生的建模能力；同時運用電解時解題模型來解決相關(guān)的電化學(xué)問題，進一步提升了學(xué)生解決問題的能力。構(gòu)建該部分知識的“模型認知”，可以說從思維層面上凸顯了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的思想和方法，進一步體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的價值和魅力。

結(jié) 語

綜上所述，基于證據(jù)推理與模型認知的學(xué)科核心素養(yǎng)下的高中化學(xué)教學(xué)，其目的在于通過提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)和提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，而在化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)和提高的過程中，特別是證據(jù)推理與模型認知的培養(yǎng)，需要高中化學(xué)教師不斷提高學(xué)生的化學(xué)實踐能力、應(yīng)用能力和綜合能力，以實現(xiàn)學(xué)生化學(xué)成績的提高。高中化學(xué)教師不僅要注意教學(xué)中的一些問題，還要通過多種渠道來不斷提高學(xué)生的證據(jù)推理與模型認知的能力，從而提高高中化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量及效率。