初中化學(xué)證據(jù)推理能力的培養(yǎng)探究
——以“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)為例

杜 云

（鎮(zhèn)原縣上肖初級(jí)中學(xué)，甘肅 慶陽 744504）

根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，“基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一——科學(xué)思維的組成要素。在筆者看來，之所以將證據(jù)推理和建構(gòu)模型放在一起，是因?yàn)樗鼈冎g存在著因果關(guān)系，即化學(xué)模型是證據(jù)推理的產(chǎn)物，反映證據(jù)推理的過程與結(jié)果。在化學(xué)教學(xué)中，充分培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力，是發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。

“證據(jù)推理”是一個(gè)組合概念，即證據(jù)推理是基于證據(jù)的推理，只有掌握了證據(jù)，推理才能有效進(jìn)行。在這里，證據(jù)不只是指一個(gè)個(gè)化學(xué)概念或者規(guī)律，還包括化學(xué)概念與規(guī)律所反映出的基本邏輯關(guān)系。在初中化學(xué)教學(xué)中，要發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力，應(yīng)當(dāng)抓住兩個(gè)關(guān)鍵：一是豐富學(xué)生對化學(xué)概念與化學(xué)規(guī)律的認(rèn)知，二是建立相應(yīng)的邏輯關(guān)系。需要指出的是，要發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力，還離不開教學(xué)方式的選擇、運(yùn)用與優(yōu)化。一般來講，初中化學(xué)教學(xué)可以通過問題引領(lǐng)、開展科學(xué)探究和關(guān)注課堂評價(jià)等環(huán)節(jié)來培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的能力，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，從而高效達(dá)成教與學(xué)的目標(biāo)。[1]本文以“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)為例，嘗試就面向初中生進(jìn)行證據(jù)推理能力的培養(yǎng)提出可行建議。

一、關(guān)于證據(jù)推理能力的理論考察

證據(jù)推理能力培養(yǎng)在日常的教學(xué)中落地，是一個(gè)系統(tǒng)性工程。要完成這個(gè)工程，首先必須從理論的角度，對其進(jìn)行梳理與建構(gòu)。

從知識(shí)演繹的層面來看，初中理科知識(shí)的學(xué)習(xí)，一個(gè)很重要的目的就是讓學(xué)生不斷掌握自然科學(xué)知識(shí)，并且在此基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)準(zhǔn)確表達(dá)自然規(guī)律。規(guī)律是建立在嚴(yán)密的邏輯基礎(chǔ)上的，而邏輯關(guān)系的建立離不開概念。初中化學(xué)學(xué)科中的概念，與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)有著密切的聯(lián)系。教師在教學(xué)實(shí)踐中，如果能夠在學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)與認(rèn)知系統(tǒng)中尋找到相關(guān)的元素或事例，去幫助學(xué)生建立化學(xué)概念與概念之間的邏輯關(guān)系，那么化學(xué)學(xué)科的知識(shí)脈絡(luò)就容易為學(xué)生所掌握。此時(shí)，如果著力引導(dǎo)學(xué)生反思化學(xué)知識(shí)建構(gòu)的過程，那么正確的推理過程也就能夠?yàn)閷W(xué)生所掌握。換句話說，這樣的知識(shí)演繹過程就是證據(jù)推理能力落地的過程。

從教學(xué)實(shí)踐的層面來看，證據(jù)推理能力的培養(yǎng)，需要具體的教學(xué)過程作為支撐。當(dāng)前初中化學(xué)教學(xué)的主要方式之一就是探究性學(xué)習(xí)，學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)也是一項(xiàng)重要的教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力是學(xué)生的科學(xué)探究活動(dòng)得以順利開展的重要條件。[2]因此，在選擇證據(jù)推理能力培養(yǎng)途徑的時(shí)候，應(yīng)為學(xué)生提供更多的探究空間，讓學(xué)生在探究的過程中建構(gòu)化學(xué)學(xué)科知識(shí)體系，體驗(yàn)基于證據(jù)進(jìn)行的推理過程。實(shí)踐表明，只要建立了正確的理論認(rèn)識(shí)，只要學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有充分的探究活動(dòng)，證據(jù)推理能力的培養(yǎng)就有了可靠的保障。

二、證據(jù)推理能力的培養(yǎng)途徑

明確上述認(rèn)識(shí)與操作思路后，在教學(xué)實(shí)踐中就要進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，將證據(jù)推理能力的培養(yǎng)作為主要的教學(xué)目的，并圍繞這個(gè)目標(biāo)選擇教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)素材，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程。有研究者從深度學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，提出通過證據(jù)推理促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，其包括四個(gè)環(huán)節(jié)：一是創(chuàng)設(shè)情境，提出問題；二是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)；三是不斷追問，證據(jù)推理；四是延遲評價(jià)，形成結(jié)論。[3]

在“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)中，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的過程中質(zhì)量是守恒的，并不是一件容易的事情。如果能夠充分利用學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，就可以開啟一個(gè)具有深度學(xué)習(xí)特征的探究過程。具體的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，可以參考以下四個(gè)環(huán)節(jié)。

其一，通過舉例，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到在不同的化學(xué)反應(yīng)中，質(zhì)量的變化有著多種可能。首先應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到“質(zhì)量是變化的”，其次引導(dǎo)他們認(rèn)識(shí)到質(zhì)量變化包括“變多”和“變少”兩種可能。例如，鎂條燃燒生成氧化鎂、水電解成氫氣和氧氣等。在這個(gè)過程中，教師所舉的例子學(xué)生越熟悉，他們后續(xù)的探究就越容易展開。

其二，在案例分析中提出問題：在化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物與生成物之間的質(zhì)量關(guān)系是什么？在這個(gè)環(huán)節(jié)，可以對教材中1774 年拉瓦錫所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)做后置處理，也就是說不用這個(gè)實(shí)驗(yàn)來向?qū)W生暗示化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量是守恒的，這樣學(xué)生在探究的時(shí)候就不會(huì)先入為主，探究的味道就會(huì)更濃，探究的空間也會(huì)更大。

其三，展開探究。既然明確了探究的目的是研究反應(yīng)物與生成物的質(zhì)量關(guān)系，那么很重要的一點(diǎn)就是對反應(yīng)前后的質(zhì)量進(jìn)行測量與比較。毫不意外，對于鎂條的燃燒實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)生最初想到的就是分別測出鎂條的質(zhì)量和氧化鎂的質(zhì)量。此時(shí)的探究就可以借助邏輯推理去進(jìn)行，教師只要向?qū)W生反問：鎂條燃燒是鎂條與誰的化學(xué)反應(yīng)？那么學(xué)生自然就會(huì)明白之前的思路是有問題的，于是探究的中心問題就出現(xiàn)了：如何測量參與反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量？這顯然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題，憑學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)無法解決。在這種情況下，教師可以順勢向?qū)W生介紹紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)，并且指出其便于質(zhì)量測量的關(guān)鍵。

其四，通過分析與綜合得出規(guī)律。在紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量是不變的——這改變了部分學(xué)生大腦中曾經(jīng)存在的質(zhì)量變大（源于鎂條燃燒的簡單分析）或變?。ㄔ从谒娊獾暮唵畏治觯┑恼J(rèn)識(shí)。

三、結(jié)語

在上面這個(gè)例子中，學(xué)生的推理過程中有兩個(gè)環(huán)節(jié)不可忽視：一是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)“質(zhì)量不變”，可以讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)分析與綜合的過程，而分析與綜合正是邏輯推理的基本方法。二是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)分析與化學(xué)史的對比過程中所獲得的正確認(rèn)識(shí)，這種對比過程也能夠有效發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力。當(dāng)學(xué)生經(jīng)歷了這樣的探究體驗(yàn)過程之后，教師必須引導(dǎo)學(xué)生反思這一過程，并且梳理其中的邏輯鏈條。應(yīng)當(dāng)說，初中生是具備這樣的反思意識(shí)與梳理能力的。意識(shí)的強(qiáng)化與能力的提高，帶來的結(jié)果就是學(xué)生證據(jù)推理能力的不斷生成、積累與提升。

初中化學(xué)教師在日常的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，證據(jù)推理作為科學(xué)思維的要素，是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。[4]化學(xué)作為一門自然科學(xué)，教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮其培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的作用，要借助每一個(gè)重要概念的建構(gòu)與重要規(guī)律的探究，來培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有強(qiáng)烈的證據(jù)推理意識(shí)時(shí)，從尋找證據(jù)開始，到邏輯關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，再到具體推理過程的體驗(yàn)，都會(huì)成為學(xué)生的自主需要和自主行為，這樣，包括證據(jù)推理能力在內(nèi)的所有化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，就都能夠得到提升。