基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知的高中化學(xué)概念教學(xué)實(shí)踐

陸啟坤

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。探究學(xué)習(xí)的深入開(kāi)展、發(fā)揮證據(jù)推理的統(tǒng)攝作用、以模型認(rèn)知搭建宏微聯(lián)系等是培育該核心素養(yǎng)的前提條件。而化學(xué)概念作為化學(xué)知識(shí)的重要內(nèi)容，運(yùn)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知來(lái)對(duì)學(xué)生教授化學(xué)概念，可以幫助學(xué)生更好地掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，以及學(xué)生未來(lái)從事化學(xué)研究和開(kāi)發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。因此，教師在日常教學(xué)中，應(yīng)在“證據(jù)推理”的基礎(chǔ)上，搭建“模型認(rèn)知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)理論推理的方式，積極主動(dòng)去探究知識(shí)并建立模型，培養(yǎng)化學(xué)思維，有效地促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、基本概念和理論

（一）證據(jù)的含義

證據(jù)是能夠證明某事物真假性的有關(guān)事實(shí)或材料?；瘜W(xué)家可以通過(guò)觀察或?qū)嶒?yàn)得到證據(jù)，從而對(duì)事物的真假性做出判斷。化學(xué)的許多理論，包括質(zhì)量守恒定律、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)原理等，都是在大量的事實(shí)證據(jù)中發(fā)現(xiàn)的。

證據(jù)又可以分為直接結(jié)論和間接結(jié)論。直接結(jié)論就是可以直接證明，不需要進(jìn)行推理就能得到證據(jù)。如在觀察氧化銅和銅的顏色時(shí)，可以直接看到氧化銅是黑色，而銅的顏色是紅色，不需要用其他的試驗(yàn)證明就可以得到的結(jié)論。而間接結(jié)論就是需要通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、生活實(shí)踐等方式進(jìn)行推理才能得到的證據(jù)。例如，在研究氧化鈉與鹽酸溶液的反應(yīng)方程式時(shí)，可以根據(jù)氧化鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式進(jìn)行推理，得到氧化鈉與鹽酸溶液的反應(yīng)方程式的結(jié)論。

證據(jù)因是否能從肉眼看到而分為宏觀證明和微觀證明。在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為宏觀證明，在產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，分子、原子、離子中的變化則為微觀證明。

（二）推理的含義

推理實(shí)際上就是人的思維推進(jìn)的過(guò)程，推理的準(zhǔn)確性關(guān)乎結(jié)論是否正確，它的含義是根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)已經(jīng)掌握的知識(shí)進(jìn)行演算推理出全新的結(jié)論，從人的思維角度來(lái)說(shuō)，也可以認(rèn)為是根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)律進(jìn)行推理，根據(jù)現(xiàn)在掌握的內(nèi)容進(jìn)行判斷得出新的結(jié)論，達(dá)到論證的目的。根據(jù)已有的內(nèi)容進(jìn)行推進(jìn)運(yùn)算判斷出新的結(jié)論，就是推理的過(guò)程。

（三）模型認(rèn)知的含義

模型可以分為理論模型和實(shí)物模型，實(shí)物模型是現(xiàn)實(shí)中可以看到或者通過(guò)觀察能夠發(fā)現(xiàn)的模型，比如化學(xué)中分子結(jié)構(gòu)的模型。理論模型則是一種思維方式，根據(jù)研究一種或者多種理論知識(shí)推理從而得到變量質(zhì)量的關(guān)系。在化學(xué)教學(xué)中，又可以將模型分為概念模型、物理模型以及數(shù)學(xué)模型。化學(xué)概念模型就是通過(guò)化學(xué)的現(xiàn)象和事實(shí)進(jìn)行歸納整理，建立化學(xué)概念模型；物理模型就是把同樣的事物按照一定的比例放大或者縮小制造模型，如原子結(jié)構(gòu)可以制造物理模型；數(shù)字模型就是化學(xué)中根據(jù)數(shù)學(xué)公式繪制圖像，方便掌握化學(xué)理論知識(shí)。

（四）化學(xué)概念的分類

“概念”就是人們?cè)诹私馐挛飼r(shí)，將感受到的相同事物的特點(diǎn)進(jìn)行概括，是自我認(rèn)識(shí)的一種概述并成了思維概念。在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，“概念”分為具體概念和定義概念。定義概念的內(nèi)容就是了解化學(xué)事物中的方法，它表達(dá)的內(nèi)容就是將化學(xué)中的問(wèn)題和事物進(jìn)行解決而變成一種概念。具體概念則是在化學(xué)抽象概念的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析和把握化學(xué)對(duì)象的內(nèi)部矛盾，把特殊和普遍統(tǒng)一起來(lái)而形成的。反應(yīng)對(duì)象的具體統(tǒng)一性和具體普遍性的概念，是化學(xué)內(nèi)部聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的一種概念。

二、證據(jù)推理與模型認(rèn)知的高中化學(xué)概念教學(xué)研究的意義

通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生收集信息、整理信息、分析信息的能力是“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的目標(biāo)。其在引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)的推理、判斷和探究建構(gòu)模型，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)探究能力具有重要作用。

由于化學(xué)概念知識(shí)過(guò)于抽象，而且涉及的內(nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜，學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程中，無(wú)法真正理解化學(xué)概念，而通過(guò)證據(jù)推理與模型認(rèn)知，可以引導(dǎo)學(xué)生更全面地掌握重點(diǎn)知識(shí)，通過(guò)全面探究與推理利用模型的構(gòu)建，使得知識(shí)更加清晰，促使學(xué)生充分了解重點(diǎn)。作為培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的組成部分，教師可以通過(guò)證據(jù)推理與模型認(rèn)知了解當(dāng)前學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，以便“對(duì)癥下藥”，改進(jìn)教學(xué)。新課程改革，對(duì)高中化學(xué)概念教學(xué)提出了較多要求，教師在實(shí)踐教學(xué)中，必須要加強(qiáng)認(rèn)識(shí)，確?？梢酝ㄟ^(guò)合理引導(dǎo)，加深學(xué)生對(duì)概念的理解，并通過(guò)證據(jù)推理，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)參與探究，構(gòu)建符合學(xué)生學(xué)習(xí)的理論模型，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的提升。

三、基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知的高中化學(xué)概念教學(xué)策略

化學(xué)基本概念是化學(xué)的基礎(chǔ)，也是教學(xué)的重要內(nèi)容。想要使學(xué)生充分理解化學(xué)概念，最佳的方式就是做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，這樣可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)物質(zhì)變化現(xiàn)象的分析、比較等形成概念，并將宏觀現(xiàn)象與微觀現(xiàn)象相聯(lián)系，突出概念的本質(zhì)特征，厘清易混淆概念的異同之處，使學(xué)生能夠靈活運(yùn)用基本概念。

（一）合理創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，運(yùn)用直觀教學(xué)讓學(xué)生形成概念

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)理論體系的形成是經(jīng)過(guò)科學(xué)家反復(fù)實(shí)驗(yàn)和對(duì)大量資料進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理而來(lái)的?；瘜W(xué)概念用語(yǔ)簡(jiǎn)明扼要，具有高度概括性，概念中的每一個(gè)字都有其內(nèi)涵，有些甚至非常抽象，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，繼而會(huì)感到枯燥無(wú)味，對(duì)其喪失興趣。所以，在教授化學(xué)概念時(shí)，教師要遵循學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律，尤其要重視概念的導(dǎo)入方式，要盡量利用直觀的手段，通過(guò)觀察、感受、分析、抽象概括而引出概念，或者引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)，利用教具、模型、掛圖、錄像等直觀教學(xué)去認(rèn)識(shí)化學(xué)概念。

化學(xué)和生活息息相關(guān)，在生活中有很多化學(xué)素材，這些素材都能夠運(yùn)用到化學(xué)教學(xué)中去，教師應(yīng)根據(jù)概念的內(nèi)容、難度以及學(xué)生情況，合理創(chuàng)設(shè)情境，使概念理解由枯燥變活潑，由僵化教條的講述概念變?yōu)樯鷦?dòng)有趣的生活實(shí)驗(yàn)，這樣，學(xué)生才會(huì)更加積極地學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)的效率才可能真正得以提高。

如講授“化學(xué)反應(yīng)原理”中的“化學(xué)平衡移動(dòng)時(shí)”，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究溫度、濃度和壓強(qiáng)變化對(duì)化學(xué)平衡的影響是學(xué)生獲得相關(guān)知識(shí)的必要手段?，F(xiàn)實(shí)生活中有很多現(xiàn)象與化學(xué)平衡密切相關(guān)，教師可以聯(lián)系生活實(shí)際，并以多媒體的形式為學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)，這樣可以讓學(xué)生更清楚地看到實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)生了解相關(guān)知識(shí)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生用黑枸杞進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)中，顏色多變的黑枸杞水能激發(fā)學(xué)生的探究興趣，自然而然地將化學(xué)平衡移動(dòng)的概念、影響因素等化學(xué)知識(shí)串聯(lián)在一起。這樣的實(shí)驗(yàn)既有助于理解和掌握化學(xué)概念，還可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（二）注重問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)

在高中化學(xué)概念教學(xué)的過(guò)程中，教師不僅需要加強(qiáng)對(duì)教學(xué)方法運(yùn)用的重視，同時(shí)還應(yīng)該通過(guò)合理的增設(shè)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生積極參與探究。教師需要提出有價(jià)值的問(wèn)題并給予學(xué)生思考與交流的時(shí)間，避免學(xué)生因無(wú)法理解概念而導(dǎo)致思維能力無(wú)法得到提高。教師在為學(xué)生進(jìn)行概念引導(dǎo)時(shí)，還應(yīng)該連續(xù)性地設(shè)計(jì)問(wèn)題，這樣可以引發(fā)學(xué)生思考。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)新舊知識(shí)聯(lián)系的重視，通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方法使學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程中，復(fù)習(xí)舊知識(shí)，以便真正幫助學(xué)生理解化學(xué)概念。

（三）通過(guò)類比推理明確概念

學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念前，通過(guò)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的遷移與轉(zhuǎn)型了解全新理論知識(shí)，所以通過(guò)證據(jù)推理可以更好地將新概念與原型聯(lián)系，以便學(xué)生更加順利地掌握概念。所以，為了更好地啟發(fā)學(xué)生，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，可以通過(guò)類比推理的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，使學(xué)生不僅能夠運(yùn)用已知知識(shí)去理解新概念，還能提升學(xué)生預(yù)測(cè)事物的能力，從而實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)。如教授電離平衡概念，電離平衡的特征可概括為5個(gè)字：逆、等、動(dòng)、定、變。“逆”即可逆反應(yīng)；“等”即正逆反應(yīng)速率相等；“動(dòng)”即動(dòng)態(tài)平衡；“定”即平衡混合物中百分含量一定；“變”：改變平衡條件，建立新平衡。

學(xué)生之前已經(jīng)對(duì)化學(xué)平衡知識(shí)有了一定的了解。電離平衡與化學(xué)平衡一樣，都可以運(yùn)用勒夏特列原理解釋平衡移動(dòng)的方向。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以讓學(xué)生將電離平衡與化學(xué)平衡概念連接，進(jìn)行類比推理，深層次地認(rèn)識(shí)兩者異同，并建立模型，從而能運(yùn)用模型解釋其中蘊(yùn)含的化學(xué)現(xiàn)象，總結(jié)其規(guī)律，實(shí)現(xiàn)新舊知識(shí)的相互關(guān)聯(lián)，形成良好的概念學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

（四）通過(guò)證據(jù)論證概念

化學(xué)教學(xué)中的“證據(jù)推理”是基于基本理論和化學(xué)實(shí)踐的推理。為了有效引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)參與問(wèn)題的探究，通過(guò)證據(jù)推理可以讓學(xué)生在推理階段有據(jù)可依，更好地完成重點(diǎn)知識(shí)的解答。而且學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)，或者通過(guò)查閱相關(guān)的資料，在頭腦中已經(jīng)形成了一個(gè)解決問(wèn)題的初步猜測(cè)或設(shè)想，這就是科學(xué)的假設(shè)。在體驗(yàn)探究過(guò)程中，這種猜想與假設(shè)可以使學(xué)生將概念融會(huì)貫通，建立自主學(xué)習(xí)思維模型，更好地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（五）以模型構(gòu)建深化概念

化學(xué)概念具有抽象且復(fù)雜的特點(diǎn)，而各個(gè)概念之間也有著非常密切的聯(lián)系。學(xué)生一旦無(wú)法建立學(xué)習(xí)模型，則會(huì)導(dǎo)致知識(shí)混淆，無(wú)法準(zhǔn)確掌握化學(xué)概念知識(shí)。所以，教師在實(shí)踐教學(xué)中，需要通過(guò)模型構(gòu)建引導(dǎo)學(xué)生掌握更多專業(yè)知識(shí)，以便更加有效地解決傳統(tǒng)教育所面臨的問(wèn)題，從而發(fā)揮不可替代的作用及價(jià)值。例如，“氧化還原反應(yīng)”中氧化還原與還原反應(yīng)的關(guān)系，在化學(xué)概念學(xué)習(xí)的過(guò)程中，教師必須在概念完善后構(gòu)建相應(yīng)的模型，這樣可以更好地歸納重點(diǎn)知識(shí)，使學(xué)生通過(guò)認(rèn)知模型的建立，更透徹地了解理論知識(shí)，而且教師在構(gòu)建概念圖形與表格等模型的過(guò)程中，還應(yīng)該幫助學(xué)生梳理概念，從而使得學(xué)生更好地掌握知識(shí)。需要注意的是，在探究重點(diǎn)知識(shí)的過(guò)程中，所包含的內(nèi)容相對(duì)較多，教師還應(yīng)該呈現(xiàn)符合學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)體系，以形成層次化的結(jié)構(gòu)。學(xué)生只有建立正確的邏輯思維基礎(chǔ)，才能通過(guò)模型的構(gòu)建掌握重點(diǎn)知識(shí)。

四、證據(jù)推理與模型認(rèn)知高中化學(xué)概念教學(xué)實(shí)踐

在日常教學(xué)中，教師應(yīng)在“證據(jù)推理”的基礎(chǔ)上，搭建“模型認(rèn)知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)理論推理的方式，積極主動(dòng)地去探究知識(shí)并建立模型，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用正確的推理思維分析問(wèn)題，建構(gòu)出科學(xué)合理的認(rèn)知模型，幫助學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)科的思維方式和解決問(wèn)題的思路和方法，從而最大化地提升教學(xué)質(zhì)量。下面以“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例，來(lái)分析探討基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知教學(xué)模式的效果，為后續(xù)教學(xué)優(yōu)化與改進(jìn)提供保障。

（一）教材分析

氧化還原反應(yīng)，學(xué)生在初中時(shí)已有所涉獵，可以為本節(jié)課知識(shí)的學(xué)習(xí)提供鋪墊。而且氧化還原反應(yīng)在生活中很常見(jiàn)，教師可將實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)際生活相聯(lián)系，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行全面科學(xué)的分析，以更好地幫助學(xué)生掌握重點(diǎn)知識(shí)。

（二）學(xué)情分析

為了幫助學(xué)生更透徹地掌握重點(diǎn)知識(shí)，教師必須對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有一定了解，在本節(jié)課第一章第一節(jié)知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，通過(guò)“物質(zhì)的分類及轉(zhuǎn)化”學(xué)習(xí)，讓學(xué)生形成初步的分類觀，在第二節(jié)課知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)主要涉及“離子反應(yīng)”，可以讓學(xué)生更加深入地建立宏觀與微觀模型，并初步了解化學(xué)重點(diǎn)知識(shí)，以使學(xué)生從化合價(jià)的角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)。

模型是化學(xué)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，能否熟練地建立或運(yùn)用模型直接影響著學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。所以化學(xué)教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型認(rèn)知。一堂高效的、滲透核心素養(yǎng)的課應(yīng)該是這樣的：師為導(dǎo)、生為主，圍繞“提出假設(shè)、分析推理、證明或修改假設(shè)、模型構(gòu)建、解決問(wèn)題”來(lái)進(jìn)行。這樣的課堂，才能讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)得到真正的升華！

（三）教學(xué)目標(biāo)

化學(xué)概念教學(xué)中，主要就是幫助學(xué)生從宏觀角度了解氧化還原反應(yīng)，并通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生活實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生充分了解分類知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)探究階段還應(yīng)該通過(guò)知識(shí)拓展讓學(xué)生了解氧化還原反應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用，從而體會(huì)其價(jià)值。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知是相互依存、不可分割的關(guān)系，也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵素養(yǎng)。化學(xué)教師要不斷地學(xué)習(xí)提升自己，進(jìn)行自我修養(yǎng)，從“證據(jù)推理”入手，探索實(shí)踐各種教學(xué)模式，構(gòu)建“模型認(rèn)知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，以教材為抓手，設(shè)計(jì)針對(duì)性的探究活動(dòng)，與學(xué)生一起動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生更好地領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科的魅力所在。

【本文系2021年度宿遷市中小學(xué)教學(xué)研究微型課題“基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知的高中化學(xué)概念教學(xué)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：SQWK2021-109】