基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)實踐

邱燕珠 王朝暉 張賢金

摘要：以“元素周期律的運用”教學(xué)為例，探索在高中化學(xué)教學(xué)中如何通過有效設(shè)計課堂教學(xué)活動并讓學(xué)生親身體驗證據(jù)推理的過程，從而幫助學(xué)生建立起相應(yīng)的認(rèn)知模型并指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用模型解決實際問題，以達(dá)成“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的落實與養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;模型認(rèn)知;元素周期律

文章編號：1008-0546（2020）01-0079-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.022

隨著“深化高中課程改革，落實學(xué)科核心素養(yǎng)”的全面啟動，為了深化課程改革的方向，各個學(xué)科都提出了關(guān)于本學(xué)科的學(xué)科核心素養(yǎng)?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是指在學(xué)生通過化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，逐步形成與化學(xué)學(xué)科相關(guān)的適應(yīng)未來個人發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，而化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落地關(guān)鍵要依托于真實的化學(xué)課堂教學(xué)活動和學(xué)生的親身體驗?！白C據(jù)推理與模型認(rèn)知”是教育部《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》規(guī)定的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)五個方面之一，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的理科思維特征。筆者結(jié)合具體的課堂教學(xué)案例，探討如何通過有效設(shè)計課堂教學(xué)活動并引領(lǐng)學(xué)生親自體驗，以達(dá)到“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的真正落實。

一、關(guān)于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)

作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是學(xué)生獲得科學(xué)知識的重要方法，是學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)活動和解決化學(xué)實際問題中表現(xiàn)出來的關(guān)鍵素養(yǎng)?？茖W(xué)的發(fā)展過程，實質(zhì)上就是不斷構(gòu)建科學(xué)的模型以及應(yīng)用新的合理的模型代替不合理的模型的過程。而在構(gòu)建模型和完善模型的過程中，證據(jù)推理實質(zhì)上就是對信息加工的一種思維方式。

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”主要指：能從物質(zhì)和化學(xué)變化等過程中獲取證據(jù)并據(jù)此證明或證偽;能根據(jù)證據(jù)從不同角度進(jìn)行合理分析，得出相應(yīng)結(jié)論并進(jìn)行邏輯解釋;能提取復(fù)雜化學(xué)事實及相關(guān)問題情境中的關(guān)鍵要素，加以分析，建立相應(yīng)認(rèn)知模型，并能合理選擇相應(yīng)模型來綜合解釋化學(xué)現(xiàn)象或解決實際化學(xué)問題。

二、基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)設(shè)計

在日常的教學(xué)探究中，我們應(yīng)從“證據(jù)推理”出發(fā)，構(gòu)建“模型認(rèn)知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，探索實踐多種教學(xué)方式及教學(xué)策略，再對實踐進(jìn)行反思，從而全面理解推理和模型，獲得運用推理和模型的一般步驟，將其更好地運用到課堂教學(xué)中。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生親自體驗整個過程，培養(yǎng)學(xué)生運用正確的推理思維對問題進(jìn)行分析，建構(gòu)出合理的認(rèn)知模型，幫助學(xué)生更好地領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方法，有效地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。下面筆者以“元素周期律的運用”教學(xué)為例，探討在化學(xué)課堂教學(xué)中如何引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷和體驗“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。

1.教學(xué)背景分析

（1）教學(xué)指導(dǎo)思想分析：元素周期表和周期律是中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)，尤其是學(xué)習(xí)元素化合物知識的重要工具。本節(jié)對元素周期表和周期律的應(yīng)用也是從位置、結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)幾個角度對陌生元素進(jìn)行系統(tǒng)梳理及分析，同時體現(xiàn)元素周期表中元素性質(zhì)相似性、遞變性的具體運用。此外，本節(jié)課在研究陌生物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的思路方法上，在原有的物質(zhì)類別和氧化還原兩個認(rèn)識維度的基礎(chǔ)上，增加一個元素周期表的角度，完善學(xué)生對于物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識維度。通過本節(jié)的教學(xué)，旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對未知元素如何運用周期表及周期律來指導(dǎo)學(xué)習(xí)。

（2）學(xué)生學(xué)情分析：本節(jié)課的設(shè)計是在學(xué)生學(xué)習(xí)了元素周期表和周期律之后的應(yīng)用問題，學(xué)生對元素周期表及周期律已有了一定的了解，但認(rèn)識角度較為單一，不清楚位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)三者之間的推理關(guān)聯(lián)，也沒能形成基于“位置一結(jié)構(gòu)一性質(zhì)”關(guān)系的一套思維系統(tǒng)、推理系統(tǒng)和能力，只是機械地根據(jù)背誦的元素周期律知識來進(jìn)行解題。因此，本節(jié)課主要是對前期所學(xué)元素周期律內(nèi)容的歸納、總結(jié)和運用，幫助學(xué)生建立起一個基于周期表和周期律來認(rèn)識陌生元素的認(rèn)知模型。

2.教學(xué)目標(biāo)

（1）理解元素“位置一結(jié)構(gòu)一性質(zhì)”三者間的關(guān)系，并且能從這三者的視角來認(rèn)識陌生元素，建立“位置一結(jié)構(gòu)一性質(zhì)”的元素認(rèn)知模型;

（2）能根據(jù)周期表中元素性質(zhì)的相似性和遞變性推測陌生元素及其化合物的性質(zhì)，領(lǐng)會證據(jù)推理的核心思想;

（3）學(xué)會從物質(zhì)類別、元素化合價、元素周期律三個維度來認(rèn)識陌生物質(zhì)，形成陌生物質(zhì)認(rèn)知模型;

（4）通過以小組為單位對陌生物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行合作探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自主合作的探究學(xué)習(xí)能力，逐步形成求實嚴(yán)謹(jǐn)、敢于探索的科學(xué)品質(zhì)。

3.教學(xué)重難點

（1）基于以上分析，本節(jié)教學(xué)重點為元素“位置一結(jié)構(gòu)一性質(zhì)”三者的推理關(guān)聯(lián)及其元素認(rèn)知模型的建立;

（2）教學(xué)難點則為幫助學(xué)生建立“物質(zhì)類別、元素化合價、元素周期律”的陌生物質(zhì)認(rèn)知模型以及運用此模型對未知物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行推理預(yù)測并進(jìn)行合理解釋。

4.教學(xué)過程設(shè)計及解析

教學(xué)環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)推理（見表1）設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)“猜元素”這一教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與探究欲望，在猜元素的過程中讓學(xué)生體會推測陌生元素的途徑，可以從該元素在周期表中的位置入手，想要得知位置，則需要知道元素“位一構(gòu)一性”三者間的關(guān)系，形成從性質(zhì)到位置、結(jié)構(gòu)到位置的認(rèn)識思路，初步建立元素“位一構(gòu)一性”的認(rèn)知模型。同時也讓學(xué)生初步體驗“證據(jù)推理”的過程以及推理成功所帶來的的喜悅之感，為后續(xù)進(jìn)一步推理、建立模型做好準(zhǔn)備。

教學(xué)環(huán)節(jié)2：深入推理，建立模型（見表2）

設(shè)計意圖：通過有關(guān)As元素信息的填寫及含As物質(zhì)的推測，進(jìn)一步讓學(xué)生體驗證據(jù)推理的過程，形成一定的化學(xué)信息推理和論證的能力，同時也進(jìn)一步建立“位一構(gòu)一性”的元素認(rèn)知模型;基于As元素細(xì)化元素“位一構(gòu)一性”認(rèn)知模型的二級維度，梳理尋找陌生元素代表物的認(rèn)識角度：元素周期律、物質(zhì)類別、元素化合價。整合物質(zhì)認(rèn)識角度，形成陌生物質(zhì)認(rèn)識模型;通過小組合作，推測陌生元素可能形成的典型物質(zhì)，初步培養(yǎng)合作探究的學(xué)習(xí)能力，逐步形成求實嚴(yán)謹(jǐn)、敢于探索的科學(xué)品質(zhì)。

教學(xué)環(huán)節(jié)3：運用模型，解決問題（見表3）

設(shè)計意圖：通過陌生物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測并解釋（從化合價的角度分析AsH3中As的化合價為一3價，最低價，具有還原性，再根據(jù)同族元素性質(zhì)的遞變性推出AsH3的還原性比PH3強，穩(wěn)定性比PH3弱;同理可推得H3AsO4的酸性比H3PO4弱，為弱酸，不能拆），讓學(xué)生學(xué)會運用物質(zhì)性質(zhì)認(rèn)知模型來預(yù)測陌生物質(zhì)的性質(zhì)并能夠進(jìn)行合理解釋，進(jìn)一步落實“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)。

三、基于發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)進(jìn)--行課堂教學(xué)的反思

1.整體認(rèn)識“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，不能割裂

“證據(jù)推理”與“模型認(rèn)知”并不是分開的、孤立的，而是相互依存、相輔相成的關(guān)系。通過證據(jù)推理得出的科學(xué)結(jié)論是模型認(rèn)知的前身，模型認(rèn)知要基于證據(jù)推理，證據(jù)推理是模型建構(gòu)的先決條件。因此，在化學(xué)教學(xué)中，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)，應(yīng)該注意不要將兩者孤立開來，而是要將兩者視為一個整體，進(jìn)行全面而整體的認(rèn)識。

2.問題引導(dǎo)，親身體驗推理探究過程

任何方法的習(xí)得都不可能憑空產(chǎn)生，而是需要通過實踐，即親歷與體驗。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該立足于讓學(xué)生“動”起來，讓學(xué)生親身體驗“證據(jù)收集一模型初步建立一深入推理—模型完善N型運用”這一過程，將模型從構(gòu)建到完善再到運用，層層遞進(jìn)，完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，最終形成學(xué)生內(nèi)化的思路方法，從而發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。

3.依托教學(xué)內(nèi)容，有效設(shè)計課堂教學(xué)活動

在科學(xué)探究的歷史長河中，一個科學(xué)模型的建立往往是經(jīng)歷了漫長的時間，教師如何在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生真正體驗“證據(jù)推理一模型建立”這一過程呢？這需要教師認(rèn)真研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)立合理的教學(xué)目標(biāo)，分析學(xué)生的學(xué)情，對教學(xué)進(jìn)行整體規(guī)劃與構(gòu)思，設(shè)置有梯度的教學(xué)驅(qū)動任務(wù)，依托教學(xué)內(nèi)容設(shè)計有效的教學(xué)情境，在問題情境中引導(dǎo)學(xué)生體驗“證據(jù)推理一模型建立”的推理學(xué)習(xí)過程，幫助學(xué)生對化學(xué)知識形成結(jié)構(gòu)化認(rèn)識，建立合理的思維認(rèn)知模型，以便在問題解決中達(dá)到落實和發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的目的。