證據(jù)推理與模型認知融入化學(xué)教學(xué)的實踐研究

袁禮軍

自核心素養(yǎng)提出以來，受到廣泛關(guān)注，在實際教學(xué)過程中具有很強的指導(dǎo)意義，其中證據(jù)推理與模型認知作為維度之一，對學(xué)生學(xué)科思維培養(yǎng)具有重要意義。從近幾年高考命題特點來看，題目新穎，以重大科技成就、社會熱點、時政熱點、環(huán)境保護等為素材，與考試內(nèi)容有機結(jié)合突出“高起點”，考查基本理論、基礎(chǔ)知識，突出“低落點”，但從學(xué)生反饋的得分效果并不理想，尤其是化工流程題、探究性實驗題、開放性試題，學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)不知道怎么回答或者答題方向不明確。筆者分析認為，這與教育教學(xué)中對學(xué)生思維的培養(yǎng)不足，不能將理論知識運用到實際生活中，缺乏對新素材的分析整合能力，歸根結(jié)底是部分學(xué)生缺乏證據(jù)推理的能力，沒有形成模型分析的認知。

一、證據(jù)推理與模型認知的關(guān)系

（一）什么是“證據(jù)推理”

證據(jù)推理是基于一定的證據(jù)、理論事實、實踐的理論分析，本質(zhì)上仍屬于猜想假設(shè)，但又不同于猜想，有一定事實基礎(chǔ)、理論依據(jù)的，是接近于真相的若干種情況，通過實驗探究論證能夠研究出事物的本質(zhì)規(guī)律。

（二）什么是“模型認知”

“模型”認知方法是人類探索認識新事物極其規(guī)律的重要方法。“模型”可以使具體的事物，也可以是思維模型等，兩者之間不一定有直接聯(lián)系，但可以幫助相互理解。因此，在現(xiàn)在的化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用廣泛。如范德華力可以利用萬有引力模型分析，其影響因素相對分子質(zhì)量、微粒間距離的關(guān)系類似于萬有引力；原子軌道可以利用地球衛(wèi)星軌道模型分析，電子排布的分層排布、能量高低、運動狀態(tài)都能夠類比分析。

（三）內(nèi)在聯(lián)系

證據(jù)推理與模型認知是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)中相互聯(lián)系的思維方法，化學(xué)學(xué)習(xí)中的“證據(jù)推理”可以看作是按照“基于證據(jù)的推理”認知模型進行的認知過程。“證據(jù)推理從屬于“模型認知”，“模型認知”包含了“證據(jù)推理”。一定的理論事實成為認識新事物、新規(guī)律的證據(jù)，即新的理論事實或模型。這些新的理論模型又將作為新的證據(jù)，推動科學(xué)向前發(fā)展。

二、證據(jù)推理與模型認知融入教學(xué)的必要性及方法

（一）證據(jù)推理與模型認知融入教學(xué)的必要性

說明：調(diào)查選項（非常符合、符合、不確定、不符合）；調(diào)查結(jié)果為“符合”及以上百分比。

（二）證據(jù)推理與模型認知融入教學(xué)的方法

1.以學(xué)生為主體，將課堂變教為學(xué)

課堂教學(xué)的最終目的是以學(xué)生學(xué)為目的，學(xué)生才是教學(xué)的主體，教師應(yīng)該把課堂交給學(xué)生，從教變成引導(dǎo)，讓學(xué)生從聽變成學(xué)，主動獲取知識。

2.以問題啟發(fā)為主，發(fā)揮能動作用

部分學(xué)生有被動接受知識的習(xí)慣，缺乏自主學(xué)習(xí)意識和規(guī)劃學(xué)習(xí)的能力，需要教師加強引導(dǎo)。因此，教師要思考探索問題式教學(xué)，掌握設(shè)問技巧，啟發(fā)學(xué)生去思考問題，解決問題，最終形成發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

3.理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用

興趣是學(xué)習(xí)知識、學(xué)好知識的第一導(dǎo)師，任何一門學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣至關(guān)重要，我們要讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)知識有什么用，以結(jié)果促進學(xué)習(xí)。由于化學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的自然學(xué)科，與生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，教師可通過實例引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)，加深對化學(xué)知識的理解。

三、證據(jù)推理與模型認知融入化學(xué)教學(xué)實踐案例

（一）證據(jù)推理實踐案例：Fe2+、Fe3+的檢驗和轉(zhuǎn)化教學(xué)片段

Fe2+、Fe3+的性質(zhì)在高中化學(xué)元素及其化合物中具有非常重要的地位，重點分析Fe2+ 的還原性，F(xiàn)e3+的氧化性及相互轉(zhuǎn)化，加深對氧化還原反應(yīng)的規(guī)律的理解。本案例旨在通過設(shè)計實驗探究課，探究Fe2+、Fe3+的檢驗方法，觀察現(xiàn)象變化，探究現(xiàn)象變化原因，過渡到分析Fe2+、Fe3+的轉(zhuǎn)化。進一步達到用真實實驗現(xiàn)象這一證據(jù)推理另一現(xiàn)象變化的原因，建立學(xué)生的證據(jù)推理意識，從而建立空氣中O2在物質(zhì)變化過程中可能會起到的氧化作用，加深對物質(zhì)發(fā)生變化的模型認知。讓學(xué)生明白實際生產(chǎn)工藝和現(xiàn)實生活中物質(zhì)放在空氣中易變質(zhì)或被氧化，實際生活中要注意防護。具體流程如下。

1.小組實驗：NaOH 溶液、KSCN 溶液分別與FeCl3溶液、FeCl2溶液反應(yīng)

2.實驗現(xiàn)象

3.證據(jù)推理融入結(jié)論分析過程

FeCl3溶液中滴加NaOH溶液、KSCN溶液，可以迅速觀察到紅褐色沉淀、血紅色溶液，現(xiàn)象明顯，學(xué)生很容易得出FeCl3溶液的檢驗方法。在FeCl2溶液中滴加NaOH溶液后，先看到有白色沉淀，迅速變灰綠色變紅褐色沉淀。在FeCl2溶液中滴加KSCN溶液后，無明顯現(xiàn)象，約6分鐘后，溶液表面有紅色出現(xiàn)。

在常規(guī)教學(xué)中，教師會直接告訴學(xué)生原因：Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+，這樣只告訴了學(xué)生結(jié)論，沒有讓學(xué)生主動參與思考，淡化了證據(jù)推理中，學(xué)生自主尋找證據(jù)達到下一步推理的意識，導(dǎo)致學(xué)生只是記住了結(jié)論，沒有發(fā)揮到該探究實驗的本質(zhì)作用，實驗不只是驗證現(xiàn)有結(jié)論，而是要通過實驗發(fā)現(xiàn)問題解決問題。對比本案例的處理方式。

【提問】紅褐色沉淀是Fe（OH）3，本實驗觀察到從白色沉淀Fe（OH）2過渡到紅褐色沉淀Fe（OH）3，整個過程中沒有加入其他試劑，請同學(xué)們從化合價的角度分析原因。

【學(xué)生】鐵元素化合價升高，被氧化，可能是被空氣中O2氧化。

【追問】O2可以氧化Fe2+，那為什么FeCl2溶液中加入KSCN溶液后卻無明顯現(xiàn)象呢？

【學(xué)生】（1）沒有發(fā)生反應(yīng)；（2）反應(yīng)比較慢；（3）Fe2+發(fā)生反應(yīng)生成了其他物質(zhì)。

歸納總結(jié)Fe2+、Fe3+的檢驗方法后，再觀察試管，發(fā)現(xiàn)滴加KSCN溶液到FeCl2溶液的試管中，約6分鐘后溶液表面有紅色出現(xiàn)。

【提問】有紅色出現(xiàn)，說明O2可以氧化Fe2+同樣適用于本組實驗，那為什么更慢呢？

原因：Fe2+與SCN-發(fā)生了反應(yīng)，導(dǎo)致離子濃度很小，反應(yīng)慢。

結(jié)論：可以使用氧化性更強的氧化劑如Cl2等能更快出現(xiàn)變紅的現(xiàn)象。

（二）模型認知實踐案例：原電池原理教學(xué)片段

【問題探究】如圖所示，是我們在必修教材中學(xué)習(xí)的銅鋅原電池，Zn作為負極，表面不會有紅色出現(xiàn)。但在分組實驗發(fā)現(xiàn)：Zn電極表面出現(xiàn)了紅色的Cu，且電流減弱迅速。這是什么原因呢？

【問題釋疑】由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，Cu2+在鋅片表面直接還原為Cu附著在鋅片表面，也構(gòu)成了原電池，加速銅在負極鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱。

綜上所述，證據(jù)推理與模型認知對培養(yǎng)學(xué)生思維習(xí)慣，推進“雙主雙優(yōu)”教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)具有重要意義。