基于“科學(xué)探究”培養(yǎng)“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

謝天華 黃子超

摘要：證據(jù)推理是解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑。根據(jù)“提出問題一猜想假設(shè)一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一論證實(shí)驗(yàn)一收集證據(jù)一論證推理一形成結(jié)論”的思路進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過分組實(shí)驗(yàn)探究加強(qiáng)對(duì)證據(jù)的關(guān)注和推理，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);科學(xué)探究;證據(jù)推理;核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2019）02-0085-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

證據(jù)推理是解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑?？茖W(xué)探究證據(jù)意識(shí)就是讓學(xué)生在科學(xué)探究過程中有目的地關(guān)注證據(jù)的探查活動(dòng)和體驗(yàn)行為，探究的載體是教師在教學(xué)過程中精心設(shè)計(jì)具有學(xué)生可觀察、可收集、可論證、可推理、可形成結(jié)論的論證性實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生達(dá)成“證據(jù)支持主張”的心理認(rèn)同?？茖W(xué)探究的本質(zhì)就是倡導(dǎo)“以事實(shí)為依據(jù)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行解釋”。問題解決中的探究論證就是尋找“證據(jù)”進(jìn)行邏輯推理的過程。目前化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然改變了傳統(tǒng)的講桌做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生看實(shí)驗(yàn)，課堂上雖然有做實(shí)驗(yàn)的、有觀察的、有記錄的，表面看轟轟烈烈，一片繁忙景象，在這一過程中學(xué)生也確實(shí)“動(dòng)手”了，但學(xué)生在“動(dòng)手”過程中是不需做任何思考，只根據(jù)老師設(shè)計(jì)方案有條不紊進(jìn)行的，學(xué)生只關(guān)注“探”而沒有重視“究”，教師卻忽視證據(jù)推理化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。如何在課堂教學(xué)中堅(jiān)定地運(yùn)用并發(fā)揮化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)和功能，將證據(jù)推理化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)在課堂教學(xué)中，筆者認(rèn)為教師要以課堂為陣地，以問題為載體，通過有效的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)活動(dòng)，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，從而達(dá)到利于培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。本文以魯科版高中化學(xué)必修1第1章《認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué)》第2節(jié)“研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序”“活動(dòng)·探究”欄目中的“實(shí)驗(yàn)2”：“將金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱”為例，旨在培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、創(chuàng)設(shè)情境，提出問題和假設(shè)

問題是思維的起點(diǎn)，是證據(jù)推理培養(yǎng)的階梯和載體。學(xué)生只有在一定的情境中才能提出邏輯性強(qiáng)的問題和假設(shè)，這是構(gòu)成證據(jù)推理的第一環(huán)節(jié)。

教學(xué)片斷1：將金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱。

[教師]同學(xué)們，金屬鈉的燃燒的實(shí)驗(yàn)是研究金屬鈉化學(xué)性質(zhì)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，通過教材的閱讀，你預(yù)設(shè)將金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱會(huì)看到什么現(xiàn)象？

[學(xué)生]在嶄新的白色石棉網(wǎng)上能觀察到淡黃色的過氧化鈉固體。

[教師]演示實(shí)驗(yàn)：（1）用鑷子夾取一塊金屬鈉，用濾紙吸去表面煤油，在玻璃片上用小刀輕輕地切一小塊金屬鈉。（2）將金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱，使其與氧氣反應(yīng)。上述實(shí)驗(yàn)經(jīng)過多次重復(fù)。

[學(xué)生]觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都是：金屬鈉先熔化后燃燒，產(chǎn)生黃色火焰，生成淡黃色固體;同時(shí)發(fā)現(xiàn)有黑色固體生成。

[教師]提出問題：金屬鈉在空氣中燃燒是什么原因在產(chǎn)物中會(huì)有黑色物質(zhì)？黑色物質(zhì)是什么呢？下面同學(xué)們就要針對(duì)產(chǎn)生黑色物質(zhì)的原因進(jìn)行交流研討。

[學(xué)生]各學(xué)習(xí)小組經(jīng)交流研討、整理，對(duì)產(chǎn)生黑色固體物質(zhì)的形成提出四種假設(shè)，如表1所示：

[教師]提示：（1）請(qǐng)同學(xué)上網(wǎng)查詢“金屬鈉試劑瓶的標(biāo)簽”和“石棉網(wǎng)的成分”等信息;（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要論證上述四種假設(shè)。

二、交流研討，形成論證實(shí)驗(yàn)方案

學(xué)生以合作學(xué)習(xí)小組為單位進(jìn)行交流研討，根據(jù)表1假設(shè)各個(gè)學(xué)習(xí)小組自行設(shè)計(jì)一個(gè)論證實(shí)驗(yàn)方案，并將本小組設(shè)計(jì)的論證實(shí)驗(yàn)方案在班級(jí)交流討論，然后全班同學(xué)再針對(duì)四種假設(shè)進(jìn)行逐一研討論證實(shí)驗(yàn)方案可行性，最后優(yōu)選出最佳論證實(shí)驗(yàn)方案如表2所示：

三、論證假設(shè)，觀察現(xiàn)象

基于以上4種假設(shè)和論證方案，將學(xué)生分成4個(gè)實(shí)驗(yàn)小組分別設(shè)計(jì)其中1個(gè)探究實(shí)驗(yàn)加以論證，然后分享各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組觀察到論證實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象。

四、論證分析.得出論證結(jié)論

論證實(shí)驗(yàn)1：通過實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就可以說明煤油是金屬鈉熔化時(shí)生成黑色固體物質(zhì)的原因之一，因?yàn)槊河筒煌耆紵苌杉?xì)小的炭黑顆粒。但煤油不是生成黑色固體物質(zhì)的唯一影響因素。

論證實(shí)驗(yàn)2：經(jīng)上網(wǎng)查尋，石棉屬于硅酸鹽類，化學(xué)成分為Mg₆[Si₄O₁₀][OH]₈，含有氧化鎂、鋁、鉀、鐵、硅等成分。金屬鈉在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生高溫，石棉的成分受高溫會(huì)生成氧化亞鐵和四氧化三鐵黑色固體物質(zhì)，使鈉燃燒后產(chǎn)物中有黑色固體物質(zhì);也可能是酒精不完全燃燒生成炭黑顆粒，從而說明石棉網(wǎng)不是生成黑色固體物質(zhì)的唯一影響因素。

論證實(shí)驗(yàn)3：由實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象可知，與二氧化碳有關(guān)，但空氣中的二氧化碳不是生成黑色固體物質(zhì)的唯一影響因素。

論證實(shí)驗(yàn)4：從金屬鈉的試劑瓶的標(biāo)簽閱讀可知金屬鈉中含有少量的鐵元素，金屬鈉在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生高溫，鐵元素受熱會(huì)生成細(xì)小鐵的氧化物顆粒，從而說明與鈉中含有鐵元素有關(guān)。但鈉中含有鐵元素不是生成黑色固體物質(zhì)的唯一影響因素。

結(jié)論：以上四個(gè)論證實(shí)驗(yàn)證明了學(xué)生猜想的成立;黑色固體物質(zhì)含有炭黑顆粒和鐵的氧化物黑色顆粒。

五、教學(xué)反思

1.創(chuàng)境質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

科學(xué)探究是學(xué)習(xí)化學(xué)的“根”，證據(jù)推理是問題研究的“魂”。本課教學(xué)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是精心設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)和學(xué)生交流活動(dòng)，通過提出問題一作出假設(shè)一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)一觀察現(xiàn)象一收集證據(jù)一得出結(jié)論等論證研究思路，凸顯了化學(xué)研究中實(shí)驗(yàn)手段的重要作用，更好地幫助學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，促進(jìn)了學(xué)生化學(xué)基本觀念的建構(gòu)和心智的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，激發(fā)了科學(xué)思維，提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力，成就了證據(jù)推理化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。讓學(xué)生充分展開對(duì)問題的交流討論，從多方面對(duì)問題展開論證，搜集證據(jù)，讓“尋找證據(jù)并解讀證據(jù)”成為一種學(xué)習(xí)習(xí)慣，形成學(xué)科能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

2.問題猜想，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

在本節(jié)課的教學(xué)中通過問題質(zhì)疑，驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)猜想;論證假設(shè)，激發(fā)學(xué)生尋找證據(jù);動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)合作探究;收集證據(jù)和得出結(jié)論事實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獲取、整合信息等能力，用四個(gè)論證實(shí)驗(yàn)得出：金屬鈉在空氣中燃燒產(chǎn)物中會(huì)有黑色固體物質(zhì)的原因有諸多方面，得出黑色固體物質(zhì)含有炭黑顆粒和鐵的氧化物黑色顆粒重要證據(jù)。此過程中學(xué)生經(jīng)歷了基于“證據(jù)推理”深入探究學(xué)習(xí)，這種探究是一種有“根”與“源”的探究。此“根”與“源”可以讓學(xué)生在探究活動(dòng)中生長(zhǎng)出各種學(xué)習(xí)能力和方法，“論證假設(shè)，證據(jù)推理”不僅僅是指學(xué)生對(duì)證據(jù)的尊重，還包括尋找證據(jù)的能力和解釋證據(jù)的能力的提升，讓問題與證據(jù)成為化學(xué)課堂思考問題的激發(fā)點(diǎn)，學(xué)生發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)，學(xué)生的各種能力才能在彎道超躍。只有這樣才能有利于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科證據(jù)推理核心素養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生具備終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)

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