學(xué)習(xí)進階視角下培育“證據(jù)推理與模型認知”的教學(xué)實踐研究
——以化學(xué)課堂實驗探究為例

福建省莆田第二中學(xué)(351100) 黃云鵬

1 化學(xué)實驗探究是學(xué)習(xí)進階視角下培育“證據(jù)推理與模型認知”的基礎(chǔ)

化學(xué)探究過程的載體是科學(xué)實驗的主要途徑，它涵蓋：提出問題、猜想假設(shè)、收集現(xiàn)象證據(jù)、結(jié)論或解釋、概念模型化等重要環(huán)節(jié)。其中探究過程中實驗現(xiàn)象證據(jù)與猜想假設(shè)之間存在三個方面的邏輯關(guān)系：第一種關(guān)系是可證明猜想假設(shè)為真命題；第二種關(guān)系是可證明猜想假設(shè)為假命題；第三種關(guān)系則為無法證明猜想假設(shè)真?zhèn)?。前兩種關(guān)系即為實驗現(xiàn)象證據(jù)能夠說明猜想假設(shè)的真實性，而第三種關(guān)系即為實驗現(xiàn)象證據(jù)不足，不能證明猜想假設(shè)的真實性，是一種非證據(jù)。因此，實驗探究過程中收集有效的現(xiàn)象證據(jù)是必要的。

在課堂上學(xué)生可以通過猜想假設(shè)來確認氣體與固體的成分。如猜想氣體有兩種情況：假設(shè)氣體是氫氣、假設(shè)氣體是氧氣，讓他們從氣體具有可燃性(能否點燃)和助燃性(能否使帶火星的木條復(fù)燃)兩個方面設(shè)計實驗方案。猜想固體就有多種情況：①假設(shè)固體為FeO；②假設(shè)固體為Fe3O4；③假設(shè)固體為Fe2O3；④假設(shè)固體為FeO和Fe3O4的混合物……因為固體為黑色，而Fe2O3為紅褐色固體，可以說明③是假命題。然后通過設(shè)計固體溶于酸后的溶液檢測出Fe2+和Fe3+(滴加硫氰化鉀溶液使溶液出現(xiàn)血紅色，滴加鐵氰化鉀溶液使溶液出現(xiàn)藍色沉淀)，可以排除固體為FeO。但不能證明固體為Fe3O4，還是FeO和Fe3O4的混合物，需要補充探究活動，因此實驗方案的設(shè)計尤為重要。

2 課堂上采取證據(jù)推理與模型認知彼此滲透，是學(xué)習(xí)進階中的重要化學(xué)思維方法

作為化學(xué)核心素養(yǎng)之一的證據(jù)推理與模型認知，是與化學(xué)密不可分的思維方法。第一，證據(jù)推理與模型認知是有機聯(lián)系的。首先“基于證據(jù)的推理”是學(xué)生認知心理學(xué)層面的認知模型，正如初學(xué)者對化學(xué)語言的模型建立一樣。一個化學(xué)方程式需要建立在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)之上，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，一個反應(yīng)還存在能量守恒。因此，化學(xué)學(xué)習(xí)進階過程中的“證據(jù)推理”就是按照“基于證據(jù)的推理”認知模型進行的認知過程。其次，通過實驗探究得出的證據(jù)可以經(jīng)過推理形成的化學(xué)特有的規(guī)律是一次簡單的模型認知，如在學(xué)習(xí)氯、溴、碘及其化合物時，課堂上預(yù)設(shè)目標(biāo)是讓學(xué)生清楚知道漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，而不是CaCl2，所以，課堂上要創(chuàng)設(shè)明確CaCl2不能使有機物明顯褪色的實驗探究，通過證據(jù)推理得出次氯酸鹽的漂白性模型認知。第二，模型認知需要基于證據(jù)推理的結(jié)論解釋，但是，模型認知除了運用證據(jù)進行邏輯推理以外，常常需要收集大量實驗現(xiàn)象證據(jù)進行比較分析、歸納概括，通過抽象和簡化的方法建構(gòu)模型，再現(xiàn)元素及其化合物變化的基本規(guī)律。如學(xué)習(xí)過氧化鈉的性質(zhì)時，通過課堂創(chuàng)設(shè)實驗探究證明過氧化鈉與水反應(yīng)生成氧氣(能使帶火星的木條復(fù)燃)和NaOH(其溶液能使酚酞變紅)，于是得出化學(xué)語言2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑的模型，但是，在學(xué)習(xí)進階中過氧化鈉與水反應(yīng)過程中的轉(zhuǎn)移電子情況還需要元素價態(tài)變化來確定。由此可見，證據(jù)推理的最高層面的思維是模型認知。

3 課堂教學(xué)中的實驗探究促進模型認知對原型的精準(zhǔn)認識

化學(xué)模型建構(gòu)必須建立在實驗觀察、測定、研究所取得的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等信息的基礎(chǔ)之上。化學(xué)模型如化學(xué)方程式就是概括、抽象和簡化了的反應(yīng)原理的原型，它的合理性需要通過邏輯推理和實驗探究來檢驗。例如，在學(xué)習(xí)食品中的有機化合物知識中乙酸乙酯的制備，可以創(chuàng)設(shè)按教材方法分組制備乙酸乙酯并將所制備的乙酸乙酯進行提純的課堂實驗，然后完成下列問題：

(2018年全國I卷)在生成和純化乙酸乙酯的實驗中，下列操作未涉及的是( )。

創(chuàng)設(shè)這樣的課堂實驗?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生能夠認知乙醇與乙酸反應(yīng)的模型是建立在其實驗探究層面之上的，通過高考試題的練習(xí)使他們進一步明確乙酸乙酯制備的實驗與提純方案的設(shè)計。在探究實驗中，第一，認知實驗裝置模型，即在一個大試管里注入乙醇2 mL，再慢慢加入0.5 mL濃硫酸、2 mL乙酸，連接好制備乙酸乙酯的裝置(習(xí)題中的AB裝置，注意B裝置中的位置是導(dǎo)管在3 mL飽和碳酸鈉溶液的上方約2～3 mm處)。第二，認知乙酸乙酯的制備過程模型，用小火加熱試管里的混合物(習(xí)題中的A)，并把產(chǎn)生的蒸氣導(dǎo)入盛有飽和碳酸鈉溶液的試管中，待有透明的油狀液體浮在液面上，取下盛有碳酸鈉溶液的試管，并停止加熱。最后，認知乙酸乙酯的分離與提純模型，振蕩盛有碳酸鈉溶液的試管，靜置，溶液分層后……這樣的實驗探究的發(fā)展過程，就可以有效的促進模型認知對原型的精準(zhǔn)認識。

總之，在學(xué)習(xí)進階視角下培育“證據(jù)推理與模型認知”的教學(xué)實踐研究表明，在教學(xué)中應(yīng)遵循化學(xué)實驗探究是學(xué)習(xí)進階視角下培育“證據(jù)推理與模型認知”的基礎(chǔ)；在課堂上采取證據(jù)推理與模型認知彼此滲透作為學(xué)習(xí)進階中的重要的化學(xué)思維方法；將課堂教學(xué)中的實驗探究作為促進模型認知對原型的精準(zhǔn)認識，才能讓化學(xué)課堂實驗探究在學(xué)生學(xué)習(xí)進階過程中發(fā)揮真正的作用。