高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”的培養(yǎng)

【摘要】2016年9月，教育部發(fā)布了《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準（征求意見稿）》，明確指出，普通高中化學(xué)課程要以培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)為主旨，立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代生活和未來發(fā)展的需要，充分發(fā)揮化學(xué)課程的整體育人功能，構(gòu)建全面發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的高中化學(xué)課程目標(biāo)體系?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探究”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”5個維度。本文就“證據(jù)推理與模型認知”作微觀思考，分析探究在高中化學(xué)的實際教學(xué)中如何更好地落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，望能起到拋磚引玉之作用。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng) 證據(jù)推理 模型認知 邏輯推理 模型構(gòu)建

【中圖分類號】G633.91 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）15-0104-02

“證據(jù)推理與模型認知”的內(nèi)涵包括具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系；知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型；能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

一、證據(jù)推理能力的培養(yǎng)

“證據(jù)推理”又稱登姆普斯特.謝弗推理法，指對從不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)源中提取的證據(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。

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，其理論體系是科學(xué)家對無數(shù)事實材料概括的基礎(chǔ)上，進行嚴密的邏輯推理而形成的。在化學(xué)學(xué)科背景中，“證據(jù)推理”對應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)就表現(xiàn)為依據(jù)有關(guān)事實或材料推出新的判斷或結(jié)論，從而實現(xiàn)問題的解決或獲得新的知識。如根據(jù)鈉與水反應(yīng)時“浮、熔、游、響、紅”等實驗現(xiàn)象和已有知識進行有關(guān)推理，對鈉的密度、熔點等物理性質(zhì)，鈉與水反應(yīng)時的速率、產(chǎn)物以及能量變化形成相應(yīng)的判斷，獲得鈉的有關(guān)知識；根據(jù)乙醇的分子式及各原子的成鍵特點進行推理乙醇可能的結(jié)構(gòu)為CH3—CH2—OH或CH3—O—CH3，然后通過乙醇與水反應(yīng)的實驗對上述推理進行證實或證偽，從而得出乙醇含有羥基的結(jié)論。

化學(xué)教學(xué)活動中的“證據(jù)推理”是基于基本理論和化學(xué)實踐的推理，具有很高的科學(xué)性和趣味性，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、拓展學(xué)生的思維、提升教學(xué)質(zhì)量都有極大的促進作用。

二、模型認知能力的培養(yǎng)

“模型”包括實物模型和非實物的形式模型兩類，形式模型又包括數(shù)學(xué)模型、圖像模型和語義模型等。

實物模型主要有比例模型和球棍模型等以實物形態(tài)展示的模型；形式模型中的數(shù)學(xué)模型是用公式或方程等數(shù)學(xué)語言描述的模型，如平衡常數(shù)表達式、化學(xué)反應(yīng)速率方程；圖像模型是用二維或三維坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)圖像描述的模型，如反應(yīng)速率與時間關(guān)系的曲線；語義模型是用詞語描述的模型，如教材中的阿伏加德羅定律、元素周期律、蓋斯定律等概念、原理、規(guī)律都屬于語義模型。

與“模型認知”相對應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)可以表現(xiàn)為通過觀察分子或晶胞等結(jié)構(gòu)模型直觀形象地認識有關(guān)物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，也可以表現(xiàn)為《課程標(biāo)準》所描述的那樣“運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”，如用電子云的模型理解原子核外電子運動規(guī)律或解釋原子之間的成鍵方式，根據(jù)有效碰撞與活化分子模型理解影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素并能選擇適宜的條件控制化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的速率。

模型認知能力主要包括“建立模型（建模）”和“運用模型（用模）”兩個方面，建模是用模的前提，用模是建模的目標(biāo)和歸宿。建模過程要充分尊重學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，教師要鼓勵學(xué)生大膽嘗試，勇敢地動口表達、動手操作、動腦思考，鼓勵學(xué)生多想、多讀、多議、多講、多練、多聽，讓學(xué)生始終處于主動參與、主動探索的積極狀態(tài)。如在《原電池》教學(xué)中，可讓學(xué)生自己做銅鋅原電池實驗，自己比較導(dǎo)線連接前后反應(yīng)現(xiàn)象的差異，分析現(xiàn)象背后所涉及的反應(yīng)原理，教師不斷啟發(fā)、引導(dǎo)，滲透建模的思想，最終由師生共同探討，建立起原電池的構(gòu)成模型，為電解池模型的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

化學(xué)學(xué)習(xí)始終離不開模型，能否熟練地建立或運用模型直接影響著學(xué)習(xí)的效率，所以化學(xué)教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生進行模型認知，教師在進行教學(xué)時，要為有關(guān)的學(xué)科方法和思維方法選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，引?dǎo)學(xué)生通過分析、綜合、抽象、概括、比較、判斷、假設(shè)、推理等方法從已有模型到建立起新的模型，如在學(xué)習(xí)同分異構(gòu)時，可以從碳的原子結(jié)構(gòu)模型入手，學(xué)習(xí)碳原子的成鍵特點，再讓學(xué)生利用實物模型進行拼插和同分異構(gòu)體的書寫，進而建立起同分異構(gòu)的相關(guān)模型，為進一步學(xué)習(xí)其他類別的同分異構(gòu)打下基礎(chǔ)。在此過程中，教師要為建模環(huán)節(jié)預(yù)留充足的時間，同時，考慮到不同個體之間認識水平的可能差異，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生用自己的方式進行表達，這樣才能讓學(xué)生樂于接受模型，從而增強學(xué)生建模和用模的意識與能力。這樣經(jīng)過一定時間的訓(xùn)練，學(xué)生就能體會到模型在學(xué)習(xí)活動中的應(yīng)用價值，從而樹立起模型意識，并將模型認知固化為自己學(xué)習(xí)的一種重要方式。

下面以《鹵代烴》的教學(xué)為例，闡述在實際教學(xué)活動中，如何指導(dǎo)學(xué)生運用證據(jù)推理和模型認知的方法學(xué)習(xí)。

1.收集證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出假設(shè)。比較乙烷和溴乙烷在結(jié)構(gòu)上的相同點和不同點，猜想兩者在化學(xué)性質(zhì)上的異同。類比烷烴的取代反應(yīng)，推測斷裂C-H鍵，根據(jù)兩者的不同之處，大膽假設(shè)C-Br鍵也可能斷裂。

2.基于證據(jù)進行分析推理。教師向?qū)W生展示C-H鍵和C-Br鍵的鍵能數(shù)據(jù)，基于學(xué)生的已有認知，共價鍵鍵能越大，該共價鍵越穩(wěn)定，從而推出溴乙烷發(fā)生取代反應(yīng)時斷裂的是C-Br鍵，溴原子被取代。根據(jù)元素周期律的相關(guān)規(guī)律，由于溴元素的非金屬性比碳強，故C-Br鍵中的共用電子對更偏向于溴原子，從而使溴原子顯電負性，同時提供碳和溴的電負性數(shù)據(jù)，得出取代溴原子的原子或原子團也應(yīng)該顯電負性的結(jié)論。

3.通過演示溴乙烷與強堿水溶液在加熱條件下的反應(yīng)，檢驗水解反應(yīng)后產(chǎn)生的溴離子，探究反應(yīng)機理，對以上推理進行證實。

4.學(xué)生進行總結(jié)回顧，進一步理解溴乙烷的水解過程和反應(yīng)機理，初步建立起鹵代烴的水解反應(yīng)及鹵代烴中鹵素原子檢驗的模型，再通過典型例題進一步完善模型，從而達到最終能熟練運用模型的目的。

以上教學(xué)環(huán)節(jié)中，理論證據(jù)和數(shù)據(jù)證據(jù)有機結(jié)合，運用了分析法、類比法，驗證法等教學(xué)方法，以幫助學(xué)生學(xué)會科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和思維方法，建立并學(xué)會運用鹵代烴的相關(guān)模型。

證據(jù)推理與模型認知是相輔相成、不可分割的關(guān)系，兩者是學(xué)生在化學(xué)認知活動中發(fā)展起來并在解決與化學(xué)相關(guān)問題中表現(xiàn)出來的關(guān)鍵素養(yǎng)，作為一線教師，我們要不斷地學(xué)習(xí)，用智慧從“證據(jù)推理”出發(fā)，構(gòu)建“模型認知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，立足教材，有針對性地設(shè)計探究活動，盡可能帶領(lǐng)學(xué)生進入實驗室親自動手進行實驗，訓(xùn)練學(xué)生用正確的思維、規(guī)范的語言進行表達，幫助學(xué)生更好的領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科的魅力所在。

參考文獻：

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作者簡介：王兆允（1982-），女，漢族，河北辛集人，河北師范大學(xué)化學(xué)系畢業(yè)，本科，河北省第二中學(xué)教師，研究方向：化學(xué)教育。