證據推理與模型認知素養在高中化學教學中的有效落實

魏德生

摘? 要：核心素養視域下，培養學生證據推理與模型認知素養是高中化學教學中非常重要的目標之一，教師要對此展開精心的設計與規劃。在教學過程中落實證據推理與模型認知素養，要求教師對其含義有精準全面的把控，以便尋求有效的切入點開展教學，啟發學生的智慧與思維，本文對此提出了一些可行性的實踐措施以供參考，希望對相關教師有所助益。

關鍵詞：高中化學;證據推理與模型認知;核心素養;培養

一、對證據推理與認知素養的解讀

證據推理與模型認知是化學核心素養的要素之一，其決定著學生綜合素質的發展水平，是新時期下教師需要在化學課程實施過程中有效落實的一項重要目標?；谘巯伦C據推理與模型認知素養的培養要求，教師首先要了解其內涵及特征，以便尋求科學的切入點滲透核心素養教育理念。

證據推理是在D-S理論的基礎上發展演變而來的，其指的是立足于不同角度描述和判斷命題的不確定性，在大量數據源中收集有價值的證據信息，然后通過正交求和方法將得到的所有證據信息綜合起來，以縮小集合，最終解決問題。證據推理素養在高中化學學科中的落實，同樣需要學生基于D-S推理理論挖掘問題的關鍵信息，厘清理論與問題之間存在的邏輯關聯，再逐步尋找證據用來驗證自己的猜想和假設，從而逐漸完成推理和解決問題的過程。

模型認知從根本意義上講，指的是通過建立立體化、具象化的模型，將抽象的化學概念呈現為更容易理解的微觀世界及圖像，由此反映化學物質的本質。根據眼下化學模型認知素養的應用及發展來看，當前教師在施教過程中一般會采用兩類化學模型，即實物模型和程序化模型。相對而言，前者更強調一種固定化的解題模式，但后者并非如此，如我們在實際教學階段涉及的電子云模型便具有較強的靈活性。對學生模型認知素養的培養是一個循序漸進的過程，教師先要引導學生聯系題意或者具體的學習目標構建模型，通過進行詳細的分析和推理挖掘物質的本質，總結歸納出研究對象的特點，這樣才能真正發揮出化學模型在高中化學學習中的實際價值。期間教師需要給學生提供標準的示范，要先加深學生的理解，讓他們充分掌握構建模型的步驟和方法，再鼓勵他們親自動手建立模型，以此訓練他們的邏輯思維，讓他們今后能夠從更加科學理性的角度和以更嚴謹清晰的思維進行化學現象的解釋和實際問題的分析。

二、證據推理與認知素養在高中化學教學中的有效落實

（一）課前準備真實有效

化學核心素養在高中化學課堂上的落實成功與否，在很大程度上取決于教師是否發揮出了自己作為連接學科知識與學生之間的媒介作用、是否全面認識到了學生在教學課堂上的主體地位以及能否根據具體的教學需要進行一系列充分的課前準備。從教師的角度分析，首先要明確通過化學教學培養學生成為一個什么樣的人，然后才是逐步確定教學過程中需要采用怎樣的思維和方法、如何最大程度挖掘化學教材的實用價值。根據眼下對證據推理與模型認知素養的了解，新課標將這一化學素養劃分成了四個階段，相應地，教師在教學期間要掌握學生目前所處的素養發展水平，再聯系他們的個性化需求踐行因材施教的教育理念。

在課前準備環節，真實有效的課前預習對提升課堂質量、促進學生化學核心素養的形成是非常有幫助的，但考慮到每名學生對化學課程的學習態度和學習水平有所差異，此時教師就需要對學生進行分別指導。比如班級里不可避免會有一部分沒有養成良好課前預習習慣的學生，或者說對課前預習不喜歡、不感興趣，對此教師應該為他們提供一些趣味性更強的預習內容及任務，讓他們從中體會到成就感和趣味。而針對班級里那些不知道如何預習、不會預習的學生，教師要做的就是幫助他們找到適合自己的學習方法，以達到事半功倍的效果。經過這一過程，學生便進一步明確了自己在本次學習中遇到的難題和困惑，從而帶著問題進入到正式的課堂學習階段，方便教師開展針對性教學，同時也為學生證據推理與模型認知素養的發展打下了良好基礎。

（二）課堂教學高效自主

對學生證據推理和模型認知素養的培養，需要教師對學生進行科學正確的指導，一方面要牢牢把控課堂節奏，另一方面要提供給學生足夠自由和自主的學習空間，這樣既能確保課堂效率，也不會對學生思維及想法造成限制，保證他們化學核心素養得以逐漸養成。在實際教學環節，教師可基于翻轉課堂模式在教學過程中實施“三疑三探”的策略，利用有限的時間實現教學效果的最大化，為學生化學核心素養的形成與發展創造充分必要條件。在此期間，教師可通過真實的教學情境或者實踐性極強的小組實驗活動來激活全班學生的課堂體驗感，使他們的證據推理與模型認知素養從一系列的實踐活動中得到訓練與培養。

以原電池教學為例，教師分別在課堂上引入了三個實驗：第一個實驗是將Cu片插入稀硫酸溶液，第二個實驗是將Cu片換成Zn片插入稀硫酸溶液，第三個實驗是將銅片與鋅片用導線連接起來，然后插入稀硫酸溶液，同時在導線上連接一個電流表裝置，要求學生分別觀察這三個實驗現象。在開展實驗教學的同時，教師要根據實驗原理以及真實呈現在學生面前的實驗現象提出一些問題，比如針對實驗二：當實驗發生時，學生會發現插入稀硫酸溶液中的Zn片表面有氣泡產生，那么就可針對這一現象讓學生思考“這些氣泡可能是什么氣體？”或者，針對實驗三：導線上連接的電流表指針會隨著實驗的發展而發生一定的偏轉，那么“為什么會出現指針偏轉的現象？”根據教師提出的這些問題，學生紛紛有了自己的猜想和假設，其中第一個和第三個實驗比較好理解，但第二個實驗學生會花費一定的時間理解，這里我們重點圍繞教師提出的問題展開介紹。

針對教師提出的第一個問題，有的學生猜想：Cu片表面產生氣泡可能是由氮氣所導致的，但這一實驗中氣體明顯不是氮氣，那么教師就需要引導學生回顧以往學過的知識，分析這里的氣體為什么不可能是氮氣。當然，班級里還有一部分學生發出了不同的聲音，他們認為：產生的氣體很大可能是氫氣與氧氣，學生的這種推測同樣需要有真實可靠的根據來證明。在解決這一問題的過程中，教師為學生大致提供了兩個方向：一是將氣體收集起來，然后進一步驗證氣體種類;二是通過元素化合價升降來推斷氣體種類。前者需要教師輔助學生進行實驗方案設計，確保整個實驗的安全性和可行性，后者則需要學生以氧化還原反應知識理論為基礎，對推測進行逐步驗證，通過小組合作學習模式逐步理清問題。在本次課堂教學中，整個教學過程是以教師構建的問題鏈串聯起來的，其間學生的證據意識充分激活，并且顯而易見。在這樣的課堂環境中，學生有了更多獨立思考和自主解決問題的時間與空間，他們或通過獨立思考、或通過小組合作等方式進行了假設和驗證，不僅大大提高了課堂效率，還在很大程度上增強了學生的團隊協作能力，進一步完善了他們的語言思維和邏輯思維。

經過科學的推動和分析，學生逐漸得出了電極產物。之后教師在板書上規范地列出了實驗對應的電極方程式，有意識地從微觀角度帶領學生分析電子與離子的移動方向。根據以往高中化學原電池部分的教學案例，發現很多學生在這一階段存在一種思維誤區，即能夠做正負極的只有金屬材料，還有一點就是學生認為正負極材料均參與化學反應的發生。而此時，教師從微觀角度展開教學就是為了改進學生的這種錯誤認知，幫助他們逐步建立正確的系統化的化學觀念，其間主要通過微粒觀、變化觀和能量觀建立基于“原電池”的認知模型，先幫助學生了解模型、掌握建立模型的步驟和方法，再鼓勵他們從正確的認知角度構建模型，如此便有效提高了他們的模型認知能力。總而言之，證據推理與模型認知素養的培養是一個循序漸進的過程，教師要善于從學生角度思考應該如何規劃教學、怎樣的教學節奏最為合理、什么樣的教學活動最能啟發學生的思維與智慧、怎樣建立化學理論與證據鏈和認知模型之間的邏輯關聯性，以加快目標圓滿達成。

（三）課后鞏固，布置個性、開放作業

課后鞏固有助于證據推理與模型認知素養的深化，因而教師要格外重視課后作業的科學布置，幫助學生利用好課余時間。根據以往教學經驗發現，不少學生在課后鞏固環節的學習自主性和積極性較差，所以教師不僅要為他們設置趣味性和實踐性較強的課后學習任務，還應該指導他們采用高效率的學習方法完成課后作業。比如，對學生在課堂上沒有完全理解的邏輯關系，教師可指導他們通過繪制思維導圖的方式加強理解，將各個知識點之間的內在關聯以更加直觀形象的方式展現出來，既能提高他們的復習效率，也能有效培養他們的邏輯思維，促進他們證據推理與模型認知素養的強化;或者要求學生利用一些日常生活中的材料進行微型實驗的設計，帶領他們步入到科學知識的探索和驗證中，協調好他們思維能力和實踐綜合能力的發展，讓他們站在科學角度解釋化學現象，培養他們形成嚴謹的思維和求真的態度;還可借助信息技術以及其他一些信息化軟件來考查學生化學核心素養的發展水平，具體可通過習題測試、模型練習等方式，讓他們的思維變得更加靈活，以便在后續化學學習中迅速找到問題的解決辦法，建立清晰的解題思路和推理過程。與傳統課后復習模式相比，教師設置的這種更加個性化、開放化的特色課后作業，更能提高學生的學習興趣，促使他們利用課余時間實現證據推理與模型認知素養的進一步發展。

（四）認識模型架構促進學生知識及思維系統化

在教學過程中離不開對化學模型的運用，高中生能否熟練地運用相關模型對學生的學習效率有著直接的影響。首先需要對相關的模型架構進行了解，所以教學的過程中教師要逐步引導學生對相應的模型進行了解，教師可以采用類比、分析等方法對相關模型架構進行講解，以便學生能夠快速理解。也可以拿較為簡單的化學模型進行教學，幫助學生理解物質的化學性質以及物理性質，通過模型教學，加強學生的空間想象力，為日后的同分異構體的教學創造有利條件。

以《物質結構》的教學為例，對化學學科的相關內容，經常涉及物質結構，所以教師可以先以常見的碳原子結構為基礎，讓同學們進行了解，同時在此過程中，教師對相關的物質結構概念進行相應的講解，激發學生的空間想象力。在這個過程中，教師可以對物質的相關性質進行假設，猜測同位素之間的相同點與不同點，不斷將物質結構的相關知識進行系統規劃，同時對學生的邏輯思維能力加以鍛煉，通過演示物質內部結構在加熱條件下的相關變化，檢驗在這一過程中產生斷鍵反應，對相關的化學反應機理進行探究，進一步了解相關性質。同時，教師還應鼓勵學生嘗試初步建立檢驗相關元素的模型，通過實驗探究，了解相關性質，并對相關模型進一步完善，達到能夠熟練運用模型的目的。在這個過程中，教師應該首先對相應物質的物理性質進行講解，同時還可以進行適當的拓展，如同分異構體的概念、支鏈，再比如鹵代烴的沸點與相應的鹵族元素關系，為學生在進行實驗探究和知識系統規劃時提供便利。同時教師還要對如何檢驗物質性質進行講解，為便于學生理解，教師可以借助相關模型進行講解，也可以借助多媒體手段播放相關視頻，展現反應過程，為學生進行模型運用提供便利條件。

三、結語

綜上所述，根據眼下高中化學教學發展要求，教師要嘗試有效的方法及策略落實對學生證據推理與模型認知素養的培養，為學生綜合素質提升打好基礎。在具體實施階段，要充分聯系學生化學核心素養發展水平，深入分析學生在高中化學學習中的個性化需求，據此調整當下的教學模式和教學方法，以實現證據推理與模型認知素養在高中化學教學過程中的具體化。

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（責任編輯：鄒宇銘）