證據推理與模型認知在高中化學教學中的應用策略

萬竹青

（淮陰中學教育集團新淮高級中學，江蘇 淮安 223001）

新課改背景下，在高中化學教學中，教師要充分重視對學生化學核心素養的培養。作為其中的素養之一，證據推理與模型認知是十分重要的，其對學生的理性思維的培養有著重要的推動作用。所以，教師要對此給予充分重視，并且在高中化學教學中對其給予科學地應用。

一、證據推理與模型認知在化學教學中的具體內涵

在高中化學教學中想要提升教學質量和教學有效性，最本質的教學方法并不是說教師在教學中完整地對知識加以講解和滲透，而學生只能夠被動聽從教師的講解。教師需要將學生的主觀思維融入化學教學中，才能夠深入影響學生的思維品質，讓學生在學習活動中產生對化學的獨特自我認識，不僅能夠提升化學學習效率，還能夠加深對于知識的學習印象，激活學生的學習興趣。在該教學要求引導下，證據推理與模型認知就成為高中化學教學中的重要方法。

首先，弄清證據推理和模型認知在化學教學中的具體內涵。在證據推理和模型認知教學思維品質下教學活動不能夠以教師為主，而是應當以學生為主，教師為主要引導者，在教學活動中圍繞教學話題教師為學生提供假設，隨后讓學生進行分析推理，并且學會證明，驗證自己的假設，最后再結合自主實驗過程構建具體的實驗模型，最終達到解決問題的目標。這樣的教學設計，學生不再是課程的旁聽者，而是成為課堂教學內容的研究者，這樣能夠促使學生充分融入課堂，對知識產生獨特的理解和認識。

其次，對于學生來說，證據推理與模型認知，在化學教學中可以讓學生培養正確認識。化學作為一門自然學科，任何化學都是在不斷試錯的前提下得出的化學原理。所以學生必須要具備證據意識，能夠通過具體的證據完成對照實驗，對化學案例提出科學的假設，并且學會分析證明假設的真實性，在自主學習過程中建立相關邏輯關系，從而幫助學生生成完整的邏輯思維結構和化學知識鏈條，建立具體的化學模型。最后學生能夠利用模型解釋化學現象，從而揭示現實生活中物質的本質和規律。

最后，化學教學活動中，證據推理是基于基本原理作出的正確推理措施，學生在學習活動中并不只是單純地再次完成知識的驗證，而是帶有趣味性和科學性地進行思維探索。這樣的學習過程，能夠讓學生全程參與激發學生的學習興趣，拓展學生學習思維，對于提高學生的學習質量有著重大的幫扶作用。而模型認知則主要包括物質模型和非實物模型兩種類型。其中實物模型主要是指讓學生可以通過模型的方式，對化學中的相關參數或具體案例加以理解。這樣能夠讓學生以更加直觀具體的方式理解化學知識，降低學生的學習門檻。而非實物模型主要是以多媒體的方式為學生展示化學原理，讓學生能夠將具體的實踐案例轉化為抽象的概念，這有利于培養學生化學知識的總結歸納能力，讓學生對化學知識產生強烈的好奇心。

二、導入話題，提高興趣

在高中化學教學中，雖然學生已經經歷了小學初中學習，擁有一定的自主學習能力和自我控制能力，但是就高中教學經驗來看，大部分學生的自主學習和控制能力仍然有所欠缺，教師的教學內容是否能夠吸引學生的學習興趣，仍然會對學生的學習質量產生重要的影響。因此教師要結合學生的興趣愛好科學地引入話題，使得學生可以進行深入思考，可以對化學知識產生濃厚的學習興趣，更好地融入化學學習中，培養學生的化學核心素養。所以，在對學生的證據推理與模型認知素養進行培養以前，教師要采用故事與實物等手段科學地引導學生，使得學生可以對化學知識產生濃厚的學習興趣，可以建立良好的求知欲，更加認真地學習化學知識。

例如，在學習“乙醇”的相關知識時，教師可以結合新冠肺炎疫情告知學生家里要必須準備酒精，并且利用酒精進行消毒，引導學生認真地觀察并且研究酒精的顏色與狀態，將化學知識與學生的現實生活有機地融合起來，這樣可以更好地激發學生的學習興趣。隨后在學生學習乙醇相關知識的同時，還可以讓學生帶上酒精完成相應的酒精實驗。這樣學生在自主動手學習活動中，將會對酒精相關知識產生更加強烈的印象。再例如，在學習“元素周期表”的相關知識時，由于學生在以往的教學活動中，只能夠單純依靠自主背誦的方式學習加深元素周期表印象。這樣的學習過程枯燥生硬且死板，不利于培養學生學習興趣。為了降低學生的記憶和背誦難度，教師要把這方面的知識和英文的26 個字母展開比較分析，并且引導學生將所學知識與英語單詞表進行對比記憶。學生的記憶活動就會以較常見的英語單詞表作為輔助記憶內容，從而激發學生的學習熱情，使其可以更加認真地學習相關知識。

三、猜想結構，證明推理

在高中化學教學中，在學生對化學知識產生濃厚學習興趣的前提下，教師可以指導學生猜想結構，并且證明推理。教師不再對知識進行全面且針對性講解，要求學生進行自主猜想，自主證明推理。這樣學生的學習過程就成為自主探索的過程，學生將會對知識的理解產生更加深刻的印象，并且在自主探索的過程中還能夠增強學生的學習信心，讓學生在不斷地自我猜測和推理過程中掌握科學的化學學習方法，一旦學生掌握了科學的學習方法，將會為學生未來的學習發展奠定良好基礎。

例如，在學習“元素周期表”的相關知識時，教師要引導學生做出以下猜想：“同學們，假如你是門捷列夫，你會選擇采用什么方法排列元素呢？”在教師的引導與啟發下，學生會做出不同的回答，如根據電子層數進行排列、根據發現的時間先后順序進行排列、根據半徑大小進行排列等，通過不同答案也能夠更好地培養學生的科學思維。又如，在學習“乙醇”的相關知識時，假如教師直接為學生展示乙醇的化學結構，無法為學生留下十分深刻的印象。假如教師可以向學生直接展示乙醇的分子式C2H6O，接下來再引導并要求學生能夠結合該元素符號中含有的分子猜想化學結構，可以有效地激發學生的學習熱情，培養學生的邏輯思維。基于學生的猜想，因為各種元素有著不同的排列組合，或許就會產生很多種不同的結構，這也屬于學生證據推理的一個關鍵環節。

教師在引導學生學習鈉的相關性質時可以為學生展示鈉與水的反應過程，讓學生自主總結鈉與水反應出現的特征和現象，讓學生結合所學知識和化學經驗，對鈉元素的性質加以推斷。如鈉元素密度、熔點，學生通過以往的學習經驗，將會很快得出鈉的性質相對活潑，并且對比其他能夠與水發生反應的元素推斷鈉元素密度、熔點和化學相關性質。通過這樣的方式學生在自主操作的過程中就會獲得鈉元素的有關知識。

四、實驗探究，證明推理

在高中化學教學中，為了可以培養學生的核心素養，教師不但要組織學生進行猜想，而且也要基于科學的假設展開推理研究、展開驗證，這樣才可以幫助學生建立良好的化學思維，培養學生的認知水平。所以，在學生完成以上猜想的前提下，教師要指導學生尋找實驗探究的方式與手段。不僅如此，還要展開實驗探究，以此驗證個人的想法，最終證明個人的推理屬于“真命題”或“偽命題”。例如，在實驗證明“元素周期表”時，教師要將學生劃分成若干小組，每個小組完成不同的實驗任務。比如，A 組對原子序數和原子半徑之間的關系進行探索；B 組對原子序數和原子發現的先后順序間具有的關聯進行探索；C 組對原子序數以及原子質量間的關系進行探索。教師要調查學生的猜想，根據猜想的個數決定小組數量。不僅如此，還要引導每個小組能夠通過圖表以及數據完成探究的任務，在此基礎上，對以前猜想的科學性進行證明。又如，在指導學生猜想乙醇的化學結構時，因為學生或許會存在多種不同的猜想，然而最終的答案是唯一的。所以，教師要指導并且組織學生開展探究活動，最終判斷乙醇的化學結構。學生要充分發揮現有的知識，能夠對個人的思維進行發散，并融入證據推理的過程中。把乙醇和鈉作為化學實驗的原料，對乙醇能否被置換出氫氣進行驗證，在此基礎上對兩種結構中原子的斷鍵方式進行判定。因為鈉無法和烴類的物質發生反應，也就是說，鈉無法使得C-H 鍵發生斷裂，但是能夠使得O-H 鍵發生斷裂，通過該種方式進行驗證。

五、基于發展目光，培養核心素養

在高中化學教學中，學生學習的化學知識日益增多，于是也會接觸到更多的模型。為了可以有效地培養學生的證據推理與模型認知素養，教師不但要組織學生學習新模型，也要實現對現有模型的進一步優化和總結，在此基礎上才可以更好地擴充學生所學的知識，更好地提高學生的素養。除此以外，化學模型的內容和形式也是處于持續變化的狀態，所以，教師與學生都要以發展的態度對待化學知識，不斷地學習與探索，實現新舊知識的有機關聯，科學地總結，實現對模型的不斷優化和完善，更好地培養學生的核心素養。例如，在學習“水溶液中離子平衡”的相關知識時，教師先要組織學生復習與鞏固以前所學的知識，科學地總結與歸納所學的相關模型，并且組織學生對水溶液中粒子行為的有關知識進行研究與分析。在構建該思維模型時，教師要引導并且組織學生總結以及歸納相關的知識，幫助學生準確地把握各知識點的關聯，找到解決問題的方法，培養學生的思維能力。為了提升復習效率與復習水平，教師要組織學生通過思維導圖等方式對各部分內容進行歸納總結。而且，要把思維導圖粘貼在各章節以及單元的開始位置，或是將思維導圖全部匯總到筆記本上，這樣也能夠為后續的復習工作提供有力的幫助。

六、運用信息技術，提升教學效率

新時代背景下，信息技術得到了飛速的發展，信息技術已經被廣泛應用于其他學科的教育教學工作中。而在高中化學教學中，教師也要充分發揮信息技術的作用，借助于計算機更好地培養學生的核心素養。通過多媒體技術可以實現圖像、文字與視頻的有機融合，更好地構建化學高效課堂，有效地增強學生的學習興趣，為學生形象、生動地展示化學模型以及公式，更好地培養學生的證據推理與模型認知素養。同時信息技術還能夠讓學生以視頻或者模擬實驗的方式自主完成一些在課堂中不易操作的實驗內容。這樣的實驗教學不僅能夠增強學生的學習效率，還能夠讓學生以近距離的方式觀察實驗，了解實驗細節。學生在掌握實驗方法后，就會對化學知識產生更加深入的印象。

例如，在學習“苯酚”的相關知識時，教師要借助于多媒體技術，基于多個層面與角度為學生展示苯酚的球棍模型與比例模型，指導學生認真地觀察模型，并且展開深入的研究與探討。最終通過觀察可以獲知，能夠把苯酚看作是由苯基和羥基兩個基團共同構建的，在此基礎上，使得學生可以對酚類物質進行初步了解，并且要引導學生能夠結合科學的事實進行假設：苯酚應具有哪些化學性質與溶解性。基于該部分活動的開展可以有效地培養學生的假設等推理思維，增強其對模型的認知能力。

例如，在原電池相關知識的教學中，由于一些原電池材料在日常生活中很難收集，教師就可以為學生設置同心圓電池的模擬實驗，讓學生通過計算機完成模擬實驗，自己比較導線連接后發生的反應和差異，分析化學反應背后產生的原理，教師在學生自主分析和實驗過程中，可以不斷滲透模型思想，引導學生針對知識進行思維探索。學生與教師可以進行良好的溝通互動，建立起原電池的構成模型，為電解池模型的學習建立良好基礎。

七、知識結構化，深化推理廣度

在化學教學中，教師在對學生的證據推理與模型認知素養進行培養時，往往會因為學生的思維能力有限，所以在對問題進行思考與分析時的程度不深，于是就會影響到問題的解決，影響到核心素養的提升。在此情況下，教師要實現對知識的結構化處理，以此更好地加深學生的證據推理廣度。例如，在講解“鎂的提取及應用”的相關知識時，教師要為學生科學地設計相關的問題，使得鎂的提取、性質與應用等相關知識得到結構化的處理，而且還要為學生創設以下的情境：在1807 年，戴維發現金屬鈉，在第二年其又發現金屬鎂。戴維在研究過程中，認為鎂與鈉在化學性質方面具有一些相似的地方，戴維的猜想是否正確呢？接下來，教師要引導學生展開自主的思考。在實際的推理活動中，一些學習小組選擇使用查閱資料的方法查閱相關的文獻，最終指出：在化學性質方面，鎂與鈉均十分活潑；有的學習小組選擇采用實驗探究法，利用鎂與鈉和二氧化碳、水、氧氣等物質。開展化學反應實驗，最終指出：鎂與鈉有著十分類似的化學性質。在化學反應過程中，二者都有著一定的還原性；還有小組會選擇使用結構分析法，探索鎂和鈉的原子結構，最終得出結論：二者都是活潑金屬單質。通過這種任務教學法的應用，使得學生能夠帶著問題完成學習任務，學生采用證據探尋等方法實現對問題的推理驗證。該方法能夠實現知識的問題化，可以更好地培養學生的探究意識，幫助學生構建知識模型，使得證據推理的廣度得到有效拓展。

八、結束語

總之，新時代背景下，為了在高中化學中有效地培養學生的證據推理與模型認知素養，教師就要轉變教學理念，不斷地優化與完善教學方法與教學手段，引導學生進行科學推理與思考，不斷地優化學生的知識體系，提高學生的學習效率，優化學生的學習方法與手段，培養學生的認知能力，全面提高學生的化學核心素養。