初中化學(xué)“證據(jù)推理”教學(xué)策略研究

王鋒

摘 要 證據(jù)推理是實現(xiàn)從感性到理性提升的重要科學(xué)思維過程和方法，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。根據(jù)新一輪課程改革的理念，基于證據(jù)推理的內(nèi)涵，深入挖掘并梳理初中化學(xué)課程中的“證據(jù)推理”相關(guān)內(nèi)容，探索發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理素養(yǎng)的教學(xué)策略尤為重要。

關(guān)鍵詞 初中化學(xué) 核心素養(yǎng) 證據(jù)推理 教學(xué)策略

著名的化學(xué)家傅鷹曾提出：“化學(xué)是實驗的科學(xué)，只有實驗才是最高法庭。”[1]這說明，實驗對于化學(xué)學(xué)科來說是非常重要的，是獲取驗證假設(shè)或論點(diǎn)的證據(jù)。在某種意義上，實驗是化學(xué)知識與邏輯的起點(diǎn)?；瘜W(xué)研究是通過實驗獲得相關(guān)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過思維加工得出結(jié)論，最后再抽象概括出相關(guān)概念、理念、規(guī)律等內(nèi)容。但是，在當(dāng)前教學(xué)中，部分教師為追求所謂的“教學(xué)效率”，經(jīng)常代替學(xué)生觀察，直接給出現(xiàn)象和結(jié)論。而學(xué)生經(jīng)常對實驗中的異?，F(xiàn)象視而不見，更多套用教材或教師給出的結(jié)論，不能結(jié)合實際情況有效分析問題，不能根據(jù)相關(guān)信息通過推理得出正確的結(jié)論?？梢姡?dāng)前證據(jù)推理素養(yǎng)是學(xué)生核心素養(yǎng)的缺失點(diǎn)，教師應(yīng)在初中化學(xué)啟蒙時期培養(yǎng)“證據(jù)推理”素養(yǎng)，使學(xué)生具備“實證意識”，初步具備結(jié)合相關(guān)證據(jù)進(jìn)行推理的能力，為培養(yǎng)其他素養(yǎng)打下扎實的基礎(chǔ)。本文以人教版初中化學(xué)教材為例，依據(jù)新一輪課程改革的理念，基于證據(jù)推理的內(nèi)涵，深入挖掘并梳理初中化學(xué)課程“證據(jù)推理”內(nèi)容，探索培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理素養(yǎng)的教學(xué)策略。

一、挖掘教學(xué)內(nèi)容的素養(yǎng)提升點(diǎn)

證據(jù)推理要求：通過分析、推理加以證實或證偽，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。證據(jù)推理可簡單理解為“基于證據(jù)的推理”，表現(xiàn)為依據(jù)有關(guān)事實或材料推出新的判斷或結(jié)論，從而實現(xiàn)問題解決或獲得新知識[2]?！白C據(jù)推理”包括“證據(jù)”及“推理”兩部分，“證據(jù)”是能夠證明某事物真實性的有關(guān)事實或材料，“推理”是思維的一種基本形式，是指由一個或幾個已知判斷（前提）推出新判斷（結(jié)論）的過程[3]。初中化學(xué)課程目標(biāo)要求“初步養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實”的科學(xué)品質(zhì)，這一目標(biāo)包含：初步養(yǎng)成實證意識，能實事求是解決問題、思考問題;此外，課標(biāo)中對于“推理”能力的要求主要集中在課程的“過程與方法”目標(biāo)：初步學(xué)習(xí)運(yùn)用觀察、實驗等方法獲得信息，能用文字、圖表和化學(xué)語言表述有關(guān)信息;初步學(xué)習(xí)運(yùn)用比較、分類、歸納和概括等方法對獲取的信息進(jìn)行加工[4]。運(yùn)用獲取信息及加工信息的能力，能夠?qū)Λ@取的證據(jù)進(jìn)行推理，獲得相關(guān)結(jié)論。

初中化學(xué)教材中包含很多“證據(jù)推理”素材，教師應(yīng)根據(jù)“證據(jù)推理”素養(yǎng)提升的特點(diǎn)對相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容載體進(jìn)行梳理，并結(jié)合課程目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)，以提升學(xué)生核心素養(yǎng)。而絕大部分的實驗及科學(xué)探究內(nèi)容都蘊(yùn)含提升“證據(jù)推理”素養(yǎng)的教學(xué)功能，筆者以人教版初中化學(xué)教材上冊為例，歸納出比較典型的“證據(jù)推理”內(nèi)容，詳見表1。

通過對第一單元到第七單元相關(guān)典型內(nèi)容的分析可以看出，“證據(jù)推理”素養(yǎng)教學(xué)經(jīng)歷了從簡單的感性加工→抽象→微觀世界→抽象為概念、定律→歸納概括為方法模型的過程。在這個過程中獲取證據(jù)的難度不斷提升，證據(jù)加工推理的難度也不斷提升。教師應(yīng)明確這些內(nèi)容與素養(yǎng)的結(jié)合點(diǎn)，明確“證據(jù)推理”素養(yǎng)培養(yǎng)的進(jìn)階規(guī)律，循序漸進(jìn)地開展教學(xué)。

二、在教學(xué)過程中重視滲透“實證意識”

發(fā)展“證據(jù)推理”素養(yǎng)的前提是讓學(xué)生具有“實證意識”，需要學(xué)生具備重視收集證據(jù)、開展相關(guān)論證的前意識。教師要養(yǎng)成問題引領(lǐng)的習(xí)慣，經(jīng)常提醒學(xué)生：“你認(rèn)為還有哪些證據(jù)可能支持你剛才的觀點(diǎn)？你可以從哪些方面獲取證據(jù)？你可以用哪些證據(jù)來證明剛才說的觀點(diǎn)是不成立的？”通過這些問題的引導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)生的實證意識。為了使學(xué)生具備實證意識，教學(xué)中既重要又根本的是重視實驗教學(xué)，教師應(yīng)盡量多結(jié)合實驗開展教學(xué)，多讓學(xué)生接觸實驗，多讓學(xué)生結(jié)合實驗開展有關(guān)探究活動;引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成借助實驗手段學(xué)習(xí)、研究化學(xué)的習(xí)慣，不盲目套用教材或教輔的陳述;多結(jié)合實驗素材，以實驗呈現(xiàn)相關(guān)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，讓學(xué)生從中獲取相關(guān)信息，從實驗情境中建構(gòu)相關(guān)知識，經(jīng)歷相關(guān)情感體驗。在實驗過程中，教師應(yīng)善于挖掘一些異?，F(xiàn)象或誤差數(shù)據(jù)素材，重視引導(dǎo)學(xué)生對比實驗結(jié)果與課本實驗結(jié)果的差異，深入分析導(dǎo)致異?；蛘`差的原因。此外，在習(xí)題或復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師不能僅停留在習(xí)題講解或在黑板上講實驗，而應(yīng)結(jié)合實驗去解決習(xí)題或復(fù)習(xí)中的疑難問題，用實驗去驗證試題上的探究過程或結(jié)論，驗證相關(guān)思維與推論。

例 某同學(xué)發(fā)現(xiàn)，上個月做實驗用的氫氧化鈉溶液忘記了蓋瓶蓋。對于該溶液是否變質(zhì)，同學(xué)們提出了如下假設(shè)：

假設(shè)一：該溶液沒有變質(zhì);

假設(shè)二：該溶液部分變質(zhì);

假設(shè)三：該溶液全部變質(zhì)。

請設(shè)計實驗方案，分別驗證以上假設(shè)，簡要敘述實驗步驟和現(xiàn)象，并寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

以上是人教版“第十一單元 課題1 生活中常見的鹽”課后一道經(jīng)典的探究習(xí)題，其探究的重點(diǎn)是如何設(shè)計驗證三種可能情況的論證過程并獲取相關(guān)證據(jù)，是較好考查及訓(xùn)練“證據(jù)推理”素養(yǎng)的習(xí)題。如果教師在教學(xué)中僅僅把它當(dāng)作習(xí)題而簡單作答、解析，就失去了一個“證據(jù)推理”素養(yǎng)教學(xué)的素材與時機(jī)。應(yīng)充分挖掘這一習(xí)題的教學(xué)功能，把相關(guān)問題設(shè)計成實驗探究內(nèi)容，使學(xué)生可通過實驗獲得能夠證明其中一種假設(shè)的證據(jù)，也能找到不支持其他兩種假設(shè)的證據(jù)。這樣，才能使學(xué)生在真實情境中應(yīng)用所學(xué)知識解決問題，經(jīng)歷比簡單講析答案與思路更多、更豐富的細(xì)節(jié)體驗，讓實驗探究真正發(fā)生，讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用實驗手段獲取證據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行推理判斷，得出有關(guān)的結(jié)論，完成相關(guān)論證過程，強(qiáng)化學(xué)生的實證意識，提升學(xué)生證據(jù)推理素養(yǎng)。

三、重視訓(xùn)練獲取證據(jù)的技能

獲取證據(jù)是證據(jù)推理的基礎(chǔ)。如果沒有完整、準(zhǔn)確的證據(jù)，證據(jù)推理也就沒有辦法開展，或者所得到的結(jié)論不全面、不科學(xué)。為保證能獲得有效的證據(jù)信息，教學(xué)中必須重視獲取信息的技能訓(xùn)練，確保學(xué)生能深入觀察，獲得準(zhǔn)確、全面的信息。獲取證據(jù)的技能的培養(yǎng)更多要在實驗過程中完成，貫穿實驗教學(xué)的全過程，尤其是要利用好實驗前的引導(dǎo)及實驗后的交流總結(jié)。教師要在實驗前做好充分準(zhǔn)備，備好有關(guān)實驗的教學(xué)內(nèi)容，充分挖掘?qū)嶒灲虒W(xué)功能。實驗現(xiàn)象稍縱即逝，在實驗前，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生如何觀察，明確觀察的時間、觀察的重點(diǎn);在實驗時，教師演示或讓學(xué)生參與演示，盡量做出最佳的實驗效果;引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)應(yīng)用對比法去觀察。以氧氣的性質(zhì)實驗為例，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從“光、熱、生成物”幾個方面來重點(diǎn)觀察燃燒現(xiàn)象，在演示前應(yīng)注意提示學(xué)生觀察對比可燃物在反應(yīng)前后的不同、在空氣中和氧氣中現(xiàn)象的差異。教師盡量演示出最佳效果，讓學(xué)生細(xì)致地觀察，及時規(guī)范地記錄、交流匯報所觀察到的現(xiàn)象。最后，教師從規(guī)范表達(dá)的角度點(diǎn)評，要求做到全面、準(zhǔn)確，例如，紅磷燃燒時看到的是白煙，而不是白霧;硫在燃燒后生成無色有刺激性氣味的氣體，而不是“生成有刺激性氣味的二氧化硫氣體”，有刺激性氣味的氣體很多，僅憑鼻子和眼睛無法判定氣體是不是二氧化硫氣體。對于定量實驗，除了應(yīng)準(zhǔn)確完成相關(guān)實驗，規(guī)范地進(jìn)行讀數(shù)，盡量避免產(chǎn)生誤差外，如果實驗過程中有異?，F(xiàn)象，教師不能視而不見，只讓學(xué)生記下課本上的現(xiàn)象及結(jié)論，應(yīng)把異?，F(xiàn)象或?qū)嶒炚`差作為生成性教學(xué)資源，挖掘這些教學(xué)資源的教學(xué)價值，深入分析實驗過程中存在的問題，充分認(rèn)識相關(guān)錯誤操作，再完整重現(xiàn)正確實驗過程。這樣可以使學(xué)生從側(cè)面加深對實驗內(nèi)容的認(rèn)識，正確認(rèn)識異常現(xiàn)象或?qū)嶒炚`差，實事求是地完成實驗過程，及時修正實驗獲取的信息，逐漸形成獲取證據(jù)的能力。

四、重視“推理”過程中信息處理能力的培養(yǎng)

“推理”過程是高階的思維過程，涉及分析、對比、歸納等高級思維過程。要在“證據(jù)推理”過程中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對所收集信息的處理能力，筆者認(rèn)為可從以下兩方面進(jìn)行：

一方面，可以通過“歸納概括”的訓(xùn)練來重點(diǎn)培養(yǎng)信息處理能力，即對所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行分析、對比、歸納，最后抽象概括出現(xiàn)象背后的本質(zhì)規(guī)律，達(dá)到“模型認(rèn)知”的要求。以探究二氧化碳能否與水反應(yīng)為例，把二氧化碳通入紫色石蕊試液，現(xiàn)象為溶液變成紅色。但是單憑這一現(xiàn)象不能說明二氧化碳與水發(fā)生反應(yīng)，必須通過實驗證明該系統(tǒng)內(nèi)沒有可以使紫色石蕊試液變紅的其他物質(zhì)或其他因素，因此，需通過設(shè)計探究實驗，找到水或二氧化碳等因素不參與反應(yīng)的證據(jù)。通過控制變量完成實驗并獲得的現(xiàn)象有：①在紫色石蕊試紙上滴水，試紙顏色沒有變化;②二氧化碳?xì)怏w通入已放置干燥紫色石蕊試紙的集氣瓶中，試紙顏色沒有變化;③二氧化碳?xì)怏w通入已放置濕潤紫色石蕊試紙的集氣瓶中，試紙顏色由紫色變?yōu)榧t色。對比分析這些現(xiàn)象，找到整個實驗系統(tǒng)內(nèi)水、二氧化碳不與紫色石蕊試紙作用的證據(jù)（以上實驗也是證偽的過程），最后得出水與二氧化碳反應(yīng)生成了酸性物質(zhì)碳酸的結(jié)論。以上這個例子是通過探究達(dá)到證偽的過程，既證明水與二氧化碳不是使紫色石蕊試紙變色的原因，又完成證實水與二氧化碳生成碳酸的結(jié)論。

另一方面，可以通過演繹推理的訓(xùn)練來培養(yǎng)信息處理能力。在探究過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生在概念、理論、方法指導(dǎo)下，設(shè)計相應(yīng)的探究實驗，然后通過實驗獲取相關(guān)的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，找到現(xiàn)象或數(shù)據(jù)與所探究問題的關(guān)系，用實驗所獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)等證據(jù)，通過推理論證，充分支持原設(shè)計中假設(shè)的觀點(diǎn)。以探究鐵銹蝕條件為例，學(xué)生通過前面二氧化碳與水反應(yīng)的探究實驗，已建立了控制變量進(jìn)行對比實驗的思維模型，利用這一探究思維模型，設(shè)計了探究鐵銹蝕的實驗：

分別觀察相關(guān)現(xiàn)象：圖1、圖2中的鐵釘沒有變化，圖3中的鐵釘表面有紅色物質(zhì)生成。學(xué)生在原來建立的思維模型指導(dǎo)下，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行對比、分析、歸納，最后得到結(jié)論：鐵的銹蝕是在鐵與水、空氣同時存在的條件下，發(fā)生緩慢氧化的過程。在實際的證據(jù)推理過程中，可能既有歸納推理的過程，也有演繹推理的過程，還有可能綜合應(yīng)用兩種方法，最后得出結(jié)論。不管怎樣，歸納與演繹法是推理過程中重要的方法，應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用歸納法與演繹法處理信息的能力，以提升學(xué)生“證據(jù)推理”能力。

五、開展“證據(jù)推理”素養(yǎng)的教學(xué)評價

教學(xué)評價在教學(xué)中起著激勵、反饋等作用，引導(dǎo)教學(xué)的方向。開展“證據(jù)推理”素養(yǎng)教學(xué)需要建立與之相適應(yīng)的教學(xué)評價方式。在教學(xué)評價中，應(yīng)結(jié)合“證據(jù)推理”素養(yǎng)特點(diǎn)，從“獲取證據(jù)”和“應(yīng)用證據(jù)進(jìn)行推理”兩方面開展評價。

教師在開展“證據(jù)推理”課堂教學(xué)評價時，要注重評價的是學(xué)生在實驗探究中通過觀察獲取可證明相關(guān)假設(shè)或觀點(diǎn)的實驗現(xiàn)象、結(jié)合實驗現(xiàn)象進(jìn)行推理、獲得相關(guān)結(jié)論的能力。建議通過學(xué)案讓學(xué)生記錄觀察到的現(xiàn)象，從現(xiàn)象中獲取有效信息來證明假設(shè)的有關(guān)結(jié)論。以燃燒法探究甲烷組成為例，教師要求學(xué)生在學(xué)案中記錄完整的現(xiàn)象，并根據(jù)現(xiàn)象推測甲烷的可能組成。在實驗過程中可以觀察到：燃燒時生成藍(lán)色火焰，放出大量的熱;在火焰上方罩一個干燥的燒杯，燒杯內(nèi)壁有無色的小液滴生成;迅速把燒杯倒過來，向燒杯內(nèi)注入少量澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁。教師對能否觀察到完整的信息，能否從中獲取探究甲烷組成的有效信息，能否利用有效信息推理得到可燃物的組成等方面的學(xué)生表現(xiàn)做針對性評價。

“證據(jù)推理”素養(yǎng)是當(dāng)前試題評價的熱點(diǎn)，重點(diǎn)考查學(xué)生應(yīng)用相關(guān)證據(jù)進(jìn)行推理的思維過程。評價試題的命制可結(jié)合教材內(nèi)容，挖掘教材中實驗探究的相關(guān)問題，深度評價學(xué)生的“證據(jù)推理”素養(yǎng)。以燃燒法探究乙醇組成為例，結(jié)合實驗中的問題，命制以下試題：

（廈門市2021年質(zhì)檢）化學(xué)興趣小組對乙醇的元素組成進(jìn)行探究[5]。

[查閱資料]①工業(yè)酒精是酒精燈的燃料，含有水分;

②在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，酒精的沸點(diǎn)為78.50 ℃。

[探究一]實驗裝置如圖4所示。

i.在酒精燈火焰上方罩一個干冷燒杯，觀察到燒杯內(nèi)壁迅速出現(xiàn)白霧;

ii.迅速倒轉(zhuǎn)燒杯，倒入澄清石灰水，振蕩，觀察澄清石灰水是否變渾濁。

（1）甲同學(xué)根據(jù)步驟i中的現(xiàn)象推斷燃燒產(chǎn)物中有水，從而得出乙醇含有氫元素的結(jié)論。乙同學(xué)認(rèn)為甲同學(xué)的推斷不嚴(yán)密，其理由是_________。

（2）步驟ii的實驗?zāi)康氖莀________。

[探究二]實驗裝置如圖5所示。興趣小組在教師指導(dǎo)下改進(jìn)實驗：

i.檢查裝置氣密性;

ii.將裝有乙醇的燃燒匙放在酒精燈火焰上點(diǎn)燃，伸入錐形瓶中，塞緊瓶塞;

iii.待火焰熄滅后，將澄清石灰水注入錐形瓶中，振蕩。

（3）與“探究一”相比，除工業(yè)酒精改為乙醇外，其他改進(jìn)之處為________，這一改進(jìn)目的是_________。

（4）實驗時觀察到錐形瓶壁上有小液滴生成。丙同學(xué)認(rèn)為根據(jù)此現(xiàn)象仍無法得出乙醇含有氫元素的結(jié)論。丙同學(xué)的理由是____________。

【評析】本試題是以教材中“燃燒法探究甲烷組成”為素材，進(jìn)一步遷移設(shè)計探究乙醇組成。試題考查學(xué)生以反應(yīng)的產(chǎn)物水和二氧化碳作為證據(jù)，應(yīng)用質(zhì)量守恒定律進(jìn)行推理獲得乙醇組成。本題難點(diǎn)在于需確保生成物中水和二氧化碳是來自于乙醇的燃燒產(chǎn)物。試題中存在水和二氧化碳可能來自于工業(yè)酒精或酒精的棉線等干擾因素，只有排除這些干擾因素，才能確保證據(jù)推理的科學(xué)性、嚴(yán)密性。學(xué)生在答題時需從中獲取以上相關(guān)信息，進(jìn)行分析、斷判，進(jìn)而才能進(jìn)行有效的證據(jù)推理。試題充分考查了學(xué)生在復(fù)雜情境中進(jìn)行嚴(yán)密證據(jù)推理的能力。

總之，證據(jù)推理是重要的科學(xué)思維過程和方法，是發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，通過實驗獲取相關(guān)感性材料，通過對感性材料的分析、推理、抽象、概括等，完成從具體到抽象的思維過程，找到研究內(nèi)容的本質(zhì)。初中是化學(xué)教學(xué)的啟蒙階段，教師應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成從實驗中獲取證據(jù)的意識，重視引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合化學(xué)的學(xué)科方法進(jìn)行分析、推理，獲取相關(guān)觀點(diǎn)的證實或證偽的證據(jù)，形成相關(guān)的結(jié)論，為學(xué)生進(jìn)一步形成“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”素養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]張治家，張培富，張三虎，等.化學(xué)教育史[M].南寧：廣西教育出版社，1996：538.

[2]陸軍.化學(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生模型認(rèn)知的思考與探索[J].化學(xué)教學(xué)，2017（9）：19-23.

[3]黃云霞.化學(xué)學(xué)習(xí)中的證據(jù)推理及其教學(xué)組織[J].江蘇教育（中學(xué)教學(xué)版），2018（75）：53-54.

[4]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[5]劉國豪.乙醇中碳、氫元素的檢測探究實驗[J].化學(xué)教學(xué)，2020（8）：70-73.

（責(zé)任編輯：趙曉梅）