立足化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)高中生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”思維能力

彭明鋒 陳學(xué)敏

摘 要：化學(xué)學(xué)科作為高中教育的基礎(chǔ)學(xué)科，是中學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)學(xué)科，在我國自然學(xué)科發(fā)展領(lǐng)域占據(jù)重要地位。在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，如何提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)是目前教育改革的重要任務(wù)?！白C據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)五個(gè)方面之一，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的思想和方法，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心。本文基于化學(xué)核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”簡述課堂教學(xué)模型的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”;教學(xué)模型;構(gòu)建

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2107年版）》明確指出，普通高中化學(xué)課程是與義務(wù)教育化學(xué)或科學(xué)課程相銜接的基礎(chǔ)教育課程，是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、發(fā)展素質(zhì)教育、弘揚(yáng)科學(xué)精神、提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，化學(xué)課程對(duì)于科學(xué)文化的傳承和高素質(zhì)人才的培養(yǎng)具有不可替代的作用[1]。因此，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求同其他一學(xué)科是有很大的區(qū)別的。目前化學(xué)教學(xué)中值得教師深思的問題是如何培養(yǎng)學(xué)生形成正確的價(jià)值觀念和解決問題的能力。通過分析和推理認(rèn)識(shí)研究問題和建立合理的認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解決問題，是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握化學(xué)知識(shí)的一種重要研究方法?；瘜W(xué)教師在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科過程中，首先要對(duì)所研究的問題進(jìn)行假設(shè)猜想，通過“證據(jù)推理”來論證假設(shè)猜想的正確性，然后建立合理的認(rèn)知模型，運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，理解化學(xué)本質(zhì)和規(guī)律，所以“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”可以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，是提高學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要方法。

化學(xué)核心素養(yǎng)作為眾多學(xué)科素養(yǎng)的組成部分之一，是依據(jù)化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)來指定的，是高中化學(xué)教育通過教學(xué)讓學(xué)生培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。"化學(xué)核心素養(yǎng)"在知識(shí)和技能方面需要教師在教學(xué)中突出化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)探究、化學(xué)模型和化學(xué)實(shí)際等方面的教學(xué)，要求教師加強(qiáng)化學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，避免傳統(tǒng)教學(xué)中的重理論輕實(shí)踐的問題出現(xiàn)，讓學(xué)生明白化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)中分?jǐn)?shù)只是學(xué)習(xí)目標(biāo)的一部分，重點(diǎn)在于提高自身進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力;在過程和方法方面要突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，教師要從傳統(tǒng)的教學(xué)主導(dǎo)者角色轉(zhuǎn)換成教學(xué)的引導(dǎo)者和參與者，指引學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量要求的水平;在情感和價(jià)值觀方面要鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生攻堅(jiān)克難的科研精神，為國家科學(xué)技術(shù)水平的提高貢獻(xiàn)力量，由于科研工作枯燥、難度高，教師要通過合理的教學(xué)方式來培養(yǎng)學(xué)生的科研奉獻(xiàn)精神。

高中化學(xué)的特點(diǎn)是化學(xué)知識(shí)體系繁雜、知識(shí)面廣，因此導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于化學(xué)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容理解起來比較難，對(duì)于化學(xué)知識(shí)的掌握比較困難。為了解決這個(gè)問題，化學(xué)教師在教學(xué)中可以引入模型教學(xué)的方法。模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡化的描述，化學(xué)模型是認(rèn)識(shí)物質(zhì)、改造物質(zhì)和應(yīng)用物質(zhì)過程中體現(xiàn)出的具有化學(xué)學(xué)科特征的具體或抽象的表征[2]?；瘜W(xué)學(xué)科中許多概念以模型作為傳輸?shù)妮d體，常見模型有形象模型、符號(hào)模型和數(shù)學(xué)模型（圖表、三維圖、等式等）等，這些模型能幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識(shí)、形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的思想方法，降低了學(xué)習(xí)難度，減小學(xué)生畏懼化學(xué)的心理壓力，有助于提高學(xué)生自主學(xué)化學(xué)的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，化學(xué)教師在化學(xué)教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的模型意識(shí)，通過教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生建立模型的能力，并能熟練運(yùn)用模型解決問題。需要強(qiáng)調(diào)的是，為了實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教師在備課時(shí)，要對(duì)在教學(xué)過程中可能用到的模型做到成竹在胸，只有這樣才能高效的引導(dǎo)學(xué)生形成建模解決問題的思想意識(shí)，而且教師要考慮到學(xué)生在開始學(xué)習(xí)建模解決問題時(shí)，會(huì)存在這樣那樣的問題，教師要給學(xué)生留出充裕的時(shí)間讓學(xué)生建模，隨著學(xué)生對(duì)于建模越來越熟悉，并形成建模思維，教師的模型教學(xué)就會(huì)變得容易起來。模型教學(xué)對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)起到事半功倍的效果，為了模型教學(xué)的順利開展，教師應(yīng)立足化學(xué)核心素養(yǎng)從下面幾點(diǎn)策略著手培養(yǎng)高中生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知思維能力。

一、以化學(xué)基本概念和基本原理為載體構(gòu)建認(rèn)知模型

化學(xué)基本概念和基本原理是化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的核心。在化學(xué)學(xué)習(xí)中，如果學(xué)生能理解化學(xué)基本概念和基本原理就能輕松學(xué)習(xí)新知識(shí);如果學(xué)生能掌握化學(xué)基本概念和基本原理就能順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和答題;如果學(xué)生能綜合運(yùn)用化學(xué)基本概念和基本原理就能形成正確的科學(xué)觀念和學(xué)習(xí)方法來解決實(shí)際問題。在模型教學(xué)中，化學(xué)基本概念和基本原理是重要的載體。通過構(gòu)建認(rèn)知模型，強(qiáng)化基本概念和基本原理的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)有很大的幫助。例如，在進(jìn)行“鈉與水反應(yīng)”教學(xué)中，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，利用氧化還原反應(yīng)這個(gè)基本概念對(duì)這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行分析，從反應(yīng)物來看，鈉元素化合價(jià)升高，則必有另一元素化合價(jià)降低，另一反應(yīng)物是H2O，從元素價(jià)態(tài)看，化合價(jià)能降低的只能是氫元素了，從而推出產(chǎn)物為H2，再根據(jù)電荷配比，得出反應(yīng)方程式為“2Na+2H2O=2NaOH+H2”。學(xué)生不但能輕而易舉地寫出和記住化學(xué)方程式，還能增強(qiáng)對(duì)氧化還原反應(yīng)的理解和運(yùn)用。又如，在化學(xué)基本原理教學(xué)時(shí)，構(gòu)建“強(qiáng)制弱”的認(rèn)知模型，并推理出“強(qiáng)氧化性物質(zhì)制備弱氧化性物質(zhì)”、“強(qiáng)還原性物質(zhì)制備弱還原性物質(zhì)”、“強(qiáng)電解質(zhì)制備弱電解質(zhì)”、“強(qiáng)酸制備弱酸”、“溶解能力弱的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解能力更弱的物質(zhì)”等具體認(rèn)知模型，促進(jìn)學(xué)生了解物質(zhì)的性質(zhì)，讓學(xué)生從根本上認(rèn)識(shí)化學(xué)規(guī)律，并能更好地運(yùn)用規(guī)律。

二、以實(shí)驗(yàn)探究為基礎(chǔ)構(gòu)建證據(jù)模型

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)和信息科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)[1]。在高中化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)的教學(xué)方法，化學(xué)教師可以通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀地明白化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法不僅能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的過程，還能培養(yǎng)學(xué)生合作探究和實(shí)踐能力，因此以實(shí)驗(yàn)探究為基礎(chǔ)構(gòu)建證據(jù)模型，幫助學(xué)生建立科學(xué)思維模型，有助于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。如在進(jìn)行“苯”的教學(xué)時(shí)，為了使學(xué)生產(chǎn)生一種求知若渴的心理要求，通過不同油漆成分圖片展示引入新課，提出“為什么裝修后家居環(huán)境中常常隱藏著‘蒙面殺手’”的問題，引起學(xué)生興趣，從而引導(dǎo)學(xué)生道出“苯”這種物質(zhì)，緊接著讓學(xué)生對(duì)苯的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究，通過苯的分子式C6H6和苯的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，與前面所學(xué)烷烴、烯烴、炔烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)比較，鼓勵(lì)學(xué)生大膽推測苯分子的可能結(jié)構(gòu)，利用有機(jī)化學(xué)分子模型進(jìn)行拼接，分小組展示自己心目中的苯的分子結(jié)構(gòu)，最后再進(jìn)行苯的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)總結(jié)。又如在進(jìn)行“過氧化鈉的性質(zhì)的教學(xué)時(shí)，提出如何生火的問題，再演示“滴水生火”的實(shí)驗(yàn)，激起學(xué)生的好奇心，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生疑問：水一般是用來滅火的，為什么在這里卻能生火呢？通過這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)從現(xiàn)象進(jìn)行推理，過氧化鈉與水能反應(yīng)，而且放出大量的熱。問題的提出激發(fā)學(xué)生的思維，通過實(shí)驗(yàn)探究得到證據(jù)模型，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索新知識(shí)的能力和科學(xué)探究意識(shí)。

三、以化學(xué)史為定位構(gòu)建智慧模型

我國著名化學(xué)家傅鷹教授曾說過：“化學(xué)可以給人知識(shí)，化學(xué)史可以給人以智慧”?；瘜W(xué)史可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)化學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，開拓學(xué)生的思維，掌握科學(xué)研究方法，對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育和激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，使之發(fā)奮學(xué)習(xí)報(bào)效祖國。例如，在學(xué)習(xí)“原電池”時(shí)，向?qū)W生展示“原電池的發(fā)展歷史”，介紹從生物實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)電流到現(xiàn)在生產(chǎn)出多種多樣電池的過程，這不僅給學(xué)生呈現(xiàn)了科學(xué)家堅(jiān)持不懈、勇于創(chuàng)新、追求進(jìn)步的精神，還能讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和建立需要不斷實(shí)踐、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、探索真理的科學(xué)精神。又如，在學(xué)習(xí)有機(jī)物的提純分離方法時(shí)，通過講述中國科學(xué)家屠呦呦及團(tuán)隊(duì)在青蒿中提取到青蒿素作為抗瘧藥物的艱辛過程和青蒿素作為抗瘧藥的作用，使學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了有機(jī)物分離提取的知識(shí)，還增強(qiáng)了學(xué)生磨煉生命和敬畏生命的意識(shí)。因此在課堂教學(xué)中利用化學(xué)史構(gòu)建智慧模型有培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)觀念、合理的科學(xué)方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新的科學(xué)精神。

四、以解題為導(dǎo)向構(gòu)建思維模型

高中化學(xué)教學(xué)要注重培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，也要保證學(xué)生能順利通過學(xué)業(yè)水平考試和升學(xué)考試。高考是高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要評(píng)價(jià)方式，是考查學(xué)生核心素養(yǎng)的是否達(dá)到水平的標(biāo)準(zhǔn)之一，也是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)的入場券。因此，化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生考試的解題思路尤為重要，以解題為導(dǎo)向構(gòu)建思維模型，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模型解決問題。

例如：在化學(xué)考試中常出現(xiàn)關(guān)于陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫試題，很多學(xué)生對(duì)這種題目無從下手，得分低，因?yàn)檫@類題目情境新，學(xué)生沒有掌握正確的解題方法，欠缺提取有效信息能力。在高中化學(xué)教學(xué)中，特別是高三復(fù)習(xí)課時(shí)，化學(xué)教師需引導(dǎo)學(xué)生在已有的氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建思維模型強(qiáng)化學(xué)生對(duì)氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的理解和應(yīng)用，在此可以構(gòu)建如下模型：

第一是關(guān)鍵，看變價(jià)、列物質(zhì)。根據(jù)題干信息或流程圖，分析得出反應(yīng)前后的微粒，找出微粒中發(fā)生變價(jià)的元素，確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。

第二是重點(diǎn)，注升降、標(biāo)得失。按氧化還原反應(yīng)方程式規(guī)律“氧化劑+還原劑→還原產(chǎn)物+氧化產(chǎn)物”寫出方程式，注明化合物升降，根據(jù)電子得失守恒配平四種物質(zhì)。

第三是難點(diǎn)，補(bǔ)微粒、平電荷。根據(jù)題干信息判斷所處介質(zhì)的酸堿性和電荷守恒，補(bǔ)上相應(yīng)數(shù)目的微粒。補(bǔ)上的微粒，規(guī)則：酸性介質(zhì)中補(bǔ)H+，可作反應(yīng)物或生成物;堿性介質(zhì)中補(bǔ)OH—，可作反應(yīng)物或生成物;中性介質(zhì)中可補(bǔ)H+或OH—，只作生成物;補(bǔ)H2O根據(jù)原子守恒靈活應(yīng)用。

第四是保障，平系數(shù)、定方程。根據(jù)質(zhì)量守恒，再次配平方程式，確保方程式正確無誤。

通過構(gòu)建陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫思維模型，增強(qiáng)學(xué)生解決此類問題的能力，同時(shí)利用類比手段，在化學(xué)教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)某種題型進(jìn)行自主構(gòu)建適合的思維模型，有助于學(xué)生理解化學(xué)概念，掌握化學(xué)知識(shí)，提高解題能力，增加答題的正確率和速度，提升思維品質(zhì)和增強(qiáng)探究能力。

在教育體制改革不斷深入的今天，高中化學(xué)的教學(xué)目標(biāo)要符合國家新課標(biāo)的要求。高中化學(xué)教學(xué)要以培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)作為根本作為教學(xué)目標(biāo)，通過不斷改進(jìn)教學(xué)方式，運(yùn)用“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)方式來對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)教學(xué)教育，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，為社會(huì)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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[2]張發(fā)新.利用模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)[J].化學(xué)教育，2017（5）：24～28.

（本文系嶺南師范學(xué)院創(chuàng)建國家教師教育創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)2018年校級(jí)教育教學(xué)改革項(xiàng)目“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下高中化學(xué)微課教學(xué)資源的開發(fā)與利用”的研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：LSJGJC1831）