指向核心素養(yǎng)的高中化學單元教學設計與實踐
——以滬科版新教材必修一“原子結(jié)構(gòu)”為例

李鋒云

（上海市上海中學，上海 200231）

一、研究背景

單元教學誕生于19 世紀末，并在20 世紀得到了長足發(fā)展。自20 世紀20 年代單元教學理念引入我國后，經(jīng)過長期的實踐探索，其有效性也得到了廣泛認可。2016 年，教育部公布了“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)”正式框架，并將其寫入2017 年版普通高中課程方案中。學科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展是以課堂教學為基礎的，通常需要跨越若干個課時；而單元教學設計是教師根據(jù)選定的單元內(nèi)容統(tǒng)領(lǐng)若干課時教學活動的過程設計，從這個角度而言，“學科核心素養(yǎng)”和“單元教學設計”之間具有天然的契合性。鐘啟泉指出，“單元教學設計不是單純知識點傳輸與技能訓練的安排，而是以一定主題的教學內(nèi)容單元作為教學設計的基本單位，基于學科核心素養(yǎng)安排和設計課堂教學”。①鐘啟泉：《學會“單元設計”》，《中國教育報》2015 年 6 月 12 日，第 9 版。當前，基于學科核心素養(yǎng)進行單元教學設計已成為課堂教學的主流研究方向，這對學科核心素養(yǎng)落地、推動課堂教學轉(zhuǎn)型具有重要意義。

《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱“新課標”）的重要變化之一就是提出了化學學科核心素養(yǎng)，并以此統(tǒng)領(lǐng)課程目標、課程內(nèi)容、課程實施和課程評價等?；瘜W學科核心素養(yǎng)主要從5 個維度進行闡述，這5 個方面的核心素養(yǎng)雖各有側(cè)重，但相輔相成?！白C據(jù)推理與模型認知”是化學學科核心素養(yǎng)的一個重要組成方面，它不僅具有非常鮮明的學科特征，更是學科核心素養(yǎng)的思維核心。新課標指出，“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)為三個層次：其一是“具有證據(jù)意識，即能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽”；其二是“建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系”；其三是“知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”。②中華人民共和國教育部：《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》，人民教育出版社2020 年版，第4 頁?！白C據(jù)推理”是基于事實證據(jù)或?qū)嶒炞C據(jù)等，經(jīng)過邏輯思維活動，形成假說并進行論證；而“模型認知”則是為理解和闡釋科學事實而建立科學模型，或為認識、理解和運用科學理論而建立認知模型，并運用模型解決問題和揭示規(guī)律。因此，“證據(jù)推理”是“模型認知”的前提和基礎，而“模型認知”則是“證據(jù)推理”的進階和高級形式。①趙銘，趙華：《證據(jù)推理與模型認知的內(nèi)涵與教學研討》，《化學教學》2020 年第2 期，第29-33 頁。

2021 年9 月，依據(jù)新課標編制的滬科版高中化學新教材（以下簡稱“新教材”）②麻生明，陳寅：《普通高中教科書化學必修第一冊》，上?？茖W技術(shù)出版社2021 年版。已全面施行，為使指向?qū)W科核心素養(yǎng)的單元教學能夠更有效地落實新課程、新教材的理念，筆者以新教材必修第一冊“原子結(jié)構(gòu)”教學內(nèi)容為例，實施了指向“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)的單元教學設計與教學實踐探索。

二、單元教學內(nèi)容分析

“原子結(jié)構(gòu)”是高中化學必修課程“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎”主題的核心知識，也是物理學和化學的跨學科知識。新教材必修一將原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容編排在第4 章“原子結(jié)構(gòu)和化學鍵”的第2 節(jié)和第3 節(jié)，該章第1節(jié)是元素周期表和元素周期律，第4 節(jié)是化學鍵?？傮w而言，整章的編排體現(xiàn)了“從宏觀辨識到微觀探析的認知發(fā)展、從孤立的微粒觀到微粒作用觀的觀念進階”的特點。原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容包括原子結(jié)構(gòu)探索歷程及原子的構(gòu)成、核素及其質(zhì)量的計量、核外電子排布等板塊，具體如圖1 所示。

圖1 新教材“原子結(jié)構(gòu)”內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

“原子結(jié)構(gòu)探索歷程及原子的構(gòu)成”板塊，圍繞“物質(zhì)是怎樣構(gòu)成的”這一核心問題，從古代先哲的觀點談起，再到近現(xiàn)代科學家基于實驗證據(jù)提出有代表性的原子結(jié)構(gòu)模型，最后引出現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型，并介紹構(gòu)成原子的微粒及其性質(zhì)?！昂怂丶捌滟|(zhì)量的計量”板塊，則將研究對象聚焦于原子核，通過給出“三種質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的氫原子”，引出核素和同位素的概念；再由“某些核素會發(fā)生放射性衰變”推出放射性同位素的應用；最后以“原子的實際質(zhì)量過小而不便計量”引入相對原子質(zhì)量，并結(jié)合核素的豐度將其延伸為元素的基本參數(shù)之一?！昂送怆娮优挪肌卑鍓K，將核外電子作為研究對象，基于核外電子運動的特點，指出“科學家主要運用量子力學等方法研究電子的運動規(guī)律”，進而建構(gòu)了“電子在原子核外不同電子層上分層排布”的模型；通過給出“核電荷數(shù)為1—20 元素原子和第18 族部分元素原子的電子層排布情況”，引導學生歸納出核外電子排布的規(guī)律，建立“位置—結(jié)構(gòu)”認知模型，再通過研究“元素化學性質(zhì)與原子最外層電子排布”的關(guān)系，建構(gòu)“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”認知模型；然后介紹了結(jié)構(gòu)示意圖和電子式這兩種表征電子排布的符號工具，而這兩種表征工具是建立在核外電子的排布規(guī)律基礎上的；最后通過探究“元素性質(zhì)隨原子序數(shù)遞增呈現(xiàn)周期性變化”的原因，建立了“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”三者之間關(guān)系的認知模型。

因此，新教材認識“原子結(jié)構(gòu)”核心知識的基本思路可從認識對象、認識順序、認識視角及承載的素養(yǎng)發(fā)展功能等方面進行歸納，如圖2 所示。

圖2 認識“原子結(jié)構(gòu)”核心知識的基本思路

“原子結(jié)構(gòu)”內(nèi)容承載了上述核心素養(yǎng)的發(fā)展功能，其中“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)的發(fā)展是貫穿內(nèi)容始終的。新教材中，無論是基于“陰極射線”“α 粒子轟擊金箔”等實驗證據(jù)提出原子結(jié)構(gòu)模型，還是通過量子力學研究核外電子運動狀態(tài)、建立核外電子分層排布的抽象模型，都是科學家基于事實或?qū)嶒炞C據(jù)，經(jīng)過邏輯思維推理進而建立的科學模型。科學模型具有表征、解釋、預測、重演等功能。①陳進前：《理解“模型認知”素養(yǎng)的不同視角》，《課程·教材·教法》2020 年第4 期，第108-113 頁。結(jié)構(gòu)示意圖和電子式都是科學模型的符號化表示，可以表征核外電子排布；玻爾模型可以解釋大多數(shù)原子均呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)；根據(jù)核外電子排布的情況可以預測元素的化學性質(zhì)。學生在4.1 節(jié)“元素周期表和元素周期律”的學習中，已經(jīng)建立“位置—性質(zhì)”關(guān)系模型；學習“核外電子排布規(guī)律”時，又將逐步建立“位置—結(jié)構(gòu)”“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的關(guān)系模型；最后在“核外電子排布對周期律的解釋”中整合原有的關(guān)系模型，形成“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的認知模型。運用這個認知模型，學生能夠分析和解決有關(guān)元素及其化合物的性質(zhì)問題，進而形成科學的認識思路和思維模型。

三、單元教學設計思考

單元教學設計一般包含單元課時規(guī)劃、單元教學目標、單元教學活動及評價等要素，本研究暫不涉及單元教學評價。

1. 單元課時規(guī)劃

根據(jù)新教材“原子結(jié)構(gòu)”主題各板塊的內(nèi)容體量和編排特點，單元課時規(guī)劃為“原子的構(gòu)成”（1 課時）、“核素及其相對原子質(zhì)量”（1 課時）、“核外電子排布”（2 課時），共計 4 課時。

2. 單元教學目標

分析新課標“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎”主題的內(nèi)容要求和學業(yè)要求，發(fā)現(xiàn)涉及“原子結(jié)構(gòu)”單元的主要有：認識原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)與元素在周期表中位置的關(guān)系，能利用原子結(jié)構(gòu)解釋元素性質(zhì)及其遞變規(guī)律和分析、預測、比較元素的性質(zhì)；知道元素、核素的含義，了解原子核外電子的排布，能畫出1—20 號元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖。②中華人民共和國教育部：《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》，人民教育出版社2020 年版，第18-21 頁。追溯學生已有的學習基礎，厘清單元教學的起點，才能更好地設計單元教學目標。學生在初中階段已初步認識物質(zhì)的微觀構(gòu)成，而在前面4.1 節(jié)學習中知道了元素周期表的結(jié)構(gòu)，認識了同周期和同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，并建構(gòu)元素在周期表中位置和元素性質(zhì)之間的關(guān)系模型。在明確本教學單元主要承載的學科核心素養(yǎng)發(fā)展要求，以及新課標對本教學單元的導向性要求后，再結(jié)合學生已有的認知發(fā)展水平，可以確定本單元教學目標，具體見表1。

表1 “原子結(jié)構(gòu)”單元教學目標

3. 單元教學活動安排

學生的學習活動需要教師精心設計和引導，如果說確定教學單元和制定教學目標解決單元教學“教什么”的問題，那么設計教學活動則解決“怎么教”的問題。①葉佩玉：《中學化學教學設計》，上海教育出版社2016 年版，第248 頁。結(jié)合新課標的變化和新教材的編排特點，主體承擔“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)發(fā)展的單元教學活動設計，應關(guān)注關(guān)鍵性問題的處理，如下所示：

（1）基于實驗證據(jù)推動科學模型的建立和演變，進而實現(xiàn)認知的進階

早在古代文明時期，中外思想家就曾思考“物質(zhì)的構(gòu)成”問題，也提出一些觀點，但這并非基于實驗證據(jù)推理而來。直到近現(xiàn)代，科學家才開始基于實驗或事實的證據(jù)提出論點，對物質(zhì)的構(gòu)成乃至原子結(jié)構(gòu)的認識不斷發(fā)展：基于質(zhì)量守恒定律、定比定律和倍比定律，認識到原子的存在；基于陰極射線實驗，認識到原子是有結(jié)構(gòu)的；基于α 粒子轟擊金箔實驗，認識到原子核的存在和核外電子繞核高速運動的狀態(tài)；基于大多數(shù)原子呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)的事實，認識到電子在原子核外空間特定的軌道上繞核運動；基于核外電子的運動特點，認識到需用量子力學研究其運動規(guī)律。

本單元教學的第一課時“原子的構(gòu)成”沿著歷史發(fā)展的脈絡，再現(xiàn)科學家探究物質(zhì)構(gòu)成和原子結(jié)構(gòu)的歷程，旨在使學生體會基于實驗證據(jù)建立的原子結(jié)構(gòu)模型不斷演變的發(fā)展過程；第三課時“核外電子排布”則聚焦于原子的核外電子，通過描述核外電子運動特點，提出研究方法，進而建立電子分層排布的抽象模型，再基于“部分元素原子的電子層排布情況”的事實證據(jù)，推理歸納出多電子原子核外電子排布遵循的規(guī)律。整個單元的教學大體上按照先整體后局部的線索依次展開，“實驗證據(jù)”“科學模型”“模型認知”這三個要素協(xié)同發(fā)展，從而更好地達成教學目標。以第一課時為例，證據(jù)、模型和認知的邏輯關(guān)系如圖3 所示，需要指出的是，這也是單元課時教學活動演進的核心線索。

圖3 原子結(jié)構(gòu)的“證據(jù)—模型—認知”邏輯關(guān)系

（2）基于核心知識建構(gòu)關(guān)系模型，實現(xiàn)認知模型的進階設計

如果說教學目標指引著教學的方向，那么教學的起點則對教學設計具有定位作用。按照新教材的編排順序，在開展“原子結(jié)構(gòu)”單元教學之前，學生已經(jīng)完成了“元素周期律（表）”單元的學習。學生通過元素周期律（表）的學習，已經(jīng)認識“元素在周期表中位置”與“元素性質(zhì)”之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，建立“位置—性質(zhì)”二維認知模型，這也是本單元教學的起點。如前所述，本單元教學主要承擔的核心素養(yǎng)發(fā)展功能之一，就是引導學生建構(gòu)“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的三維認知模型，并基于該模型分析、比較元素及其化合物的性質(zhì)。然而，該認知模型的建構(gòu)和發(fā)展并非一蹴而就，而是隨著核心知識遵循其內(nèi)在邏輯逐步展開而逐層推進的，這就需要教師在設計單元教學活動時予以整體考慮。

本單元教學的第三課時，提出了“確定未知元素原子的電子層數(shù)和最外層電子數(shù)”的實際問題，引導學生探究“周期序數(shù)與電子層數(shù)”“族序數(shù)與最外層電子數(shù)”等關(guān)系，進而建立“位置—結(jié)構(gòu)”二維認知模型；第三課時，研究金屬單質(zhì)和非金屬單質(zhì)的化學性質(zhì)，得出“元素的化學性質(zhì)與原子的最外層電子排布密切相關(guān)”，形成“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”二維認知模型；第四課時，從研究“為什么元素的性質(zhì)會隨著原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)周期性變化”入手，引導學生從研究原子中核外電子排布變化規(guī)律的角度，去理解元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律，整合已有的二維模型，厘清“位置”“結(jié)構(gòu)”和“性質(zhì)”三者之間的內(nèi)在邏輯，形成“位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的三維認知模型。本單元教學活動中的驅(qū)動性問題、核心知識和認知模型的邏輯關(guān)系如圖4 所示，這也體現(xiàn)了認知模型的進階設計。

圖4 “位置—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”三維認知模型的進階設計

（3）設計基于歷史情境的對話活動，體會模型方法的重要作用

知識能否轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)很大程度上取決于教學活動的設計與實施，這其中包括學生活動的設計。情境能夠為學生的學習活動提供必要的信息，從而支持和促進學生的學習活動。教學情境的創(chuàng)設離不開情境素材，教學內(nèi)容不同，情境素材的應用策略也不同。

原子結(jié)構(gòu)的探索歷程實際上是科學家基于實驗事實和計算建立各種原子結(jié)構(gòu)模型并不斷演進的過程。而教學的難點就在于如何讓學生在課堂教學的有限時間內(nèi)，理解科學家基于實驗證據(jù)推理建構(gòu)原子結(jié)構(gòu)模型的思維過程。因此，教學時可以將原子結(jié)構(gòu)的探索歷程設計成情境，引領(lǐng)學生進入科學發(fā)現(xiàn)時期的歷史情境，通過設計系列對話活動，增進學生對知識的理解，形成基于證據(jù)進行推理的意識，體會模型方法在化學研究中的重要作用，進而內(nèi)化為學科核心素養(yǎng)。

教師利用本單元教學的第一課時，設計分析推理、解釋說明類的對話活動，如設計“如果你是道爾頓，如何運用提出的原子論來解釋質(zhì)量守恒定律、定比定律和倍比定律”的對話活動，引導學生通過解釋說明進一步加深對“道爾頓是如何基于實驗證據(jù)建立原子論”的理解；又如設計“如果你身處湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的時代，關(guān)于原子的結(jié)構(gòu)，你又會有何想法”的對話活動，引導學生基于“電子帶負電荷，而原子是電中性的”進行分析推理，重走湯姆孫當年建立葡萄干面包模型的思路歷程；再如設計“根據(jù)α 粒子轟擊金箔實驗的結(jié)果，有人認為原子內(nèi)部有可能存在多個相同的、帶正電荷的核，如果你是身處那個時代的盧瑟福，會如何回應”的對話活動，引導學生運用運動學的碰撞規(guī)律進行分析推理，排除這種可能性，進而沿著盧瑟福的思考軌跡“建立”有核模型。在第二課時，教師可設計比較分析類的對話活動，如設計“原子的質(zhì)量極小，如果你身處道爾頓提出原子論的時代，如何方便地表示原子的質(zhì)量”的對話活動，引導學生通過比較建立數(shù)據(jù)分析模型，做出當年科學家曾做的選擇，即以某種原子的質(zhì)量作為標準，采用相對質(zhì)量進行計量。

四、單元教學實踐案例剖析

依據(jù)單元課時的規(guī)劃和擬定的教學目標，遵循單元教學活動的設計，以“原子的構(gòu)成”一課的教學片段為例，進行“原子結(jié)構(gòu)”單元的教學實踐。

1. 創(chuàng)設情境，引出物質(zhì)的微觀構(gòu)成問題，了解古代先哲的觀點

教學片段1：

（情境）展示金塊被不斷切割的圖片，讓學生想象把一片金塊不斷切成更小的小塊最終能得到什么，從而引出物質(zhì)的微觀構(gòu)成問題。

學生思考，猜測可能是分子、原子等微粒。

教師：同學們做出了不同的猜測，我們暫且擱置爭議，先來了解一下古代先哲的觀點。大約公元前400 年，中外思想家都曾思考過類似的問題。古希臘哲學家德謨克利特在原子唯物論學說中認為，物質(zhì)由極小的、不可分割的被稱為“原子”的微粒構(gòu)成。同時代的中國戰(zhàn)國初期思想家墨子認為，物體分到不能再分成兩半的時候，就不變了，因為它已經(jīng)到“端”了。這種“原子”或“端”的概念，只是一種哲學觀點，并沒有經(jīng)過實驗的驗證。

學生認識到古代中外思想家的觀點也只是猜想，需要實驗證據(jù)來證明是否正確。

2.體驗近現(xiàn)代科學家基于實驗證據(jù)推理建立科學模型的過程，認識到科學模型是不斷經(jīng)歷修正和完善的

教學片段2：

（α 粒子轟擊金箔實驗動畫演示）絕大多數(shù)的α 粒子都直線穿過金箔，但有極少數(shù)α 粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有個別α 粒子甚至被直接反彈回去。

教師介紹：1909 年，盧瑟福領(lǐng)導的科研小組就做了該實驗。根據(jù)實驗結(jié)果，運用運動學規(guī)律，分組討論原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

組1 學生：絕大部分α 粒子能直線穿過金箔，說明原子幾乎是空的。

組2 學生：極少數(shù)的α 粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，有個別甚至被直接彈回，說明原子內(nèi)部存在一個很小的、密度很大且?guī)д姾傻暮恕?/p>

教師提問：原子內(nèi)部有可能存在多個相同的、帶正電荷的核嗎？

組3 學生：如果每個原子有多個相同的核時，每個核擁有的質(zhì)量與只有一個核時相比會下降不少，根據(jù)運動學的碰撞規(guī)律，高速運動的α 粒子若撞上核，也很可能無法直接彈回。

教師總結(jié)：大家剛才的分析已推翻了湯姆孫的葡萄干面包原子模型。1911 年，盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的有核模型。

3. 認識原子的構(gòu)成，基于證據(jù)推理構(gòu)成原子的微粒之間的數(shù)量關(guān)系

教學片段3：

（素材）列表給出質(zhì)子、中子和電子的質(zhì)量、相對質(zhì)量和電荷等基本數(shù)據(jù)。

教師啟發(fā)：根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，小組討論下列問題：在原子中，質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)和核外電子數(shù)之間存在怎樣的數(shù)量關(guān)系？原子的質(zhì)量主要由哪些微粒決定？

組4 學生：每個質(zhì)子帶1 個單位正電荷，中子不帶電荷，故原子核的核電荷數(shù)等于其核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。原子整體顯電中性，而每個電子帶1 個單位負電荷，所以核電荷數(shù)也等于核外電子數(shù)。由表中數(shù)據(jù)可知，電子的質(zhì)量大約只有質(zhì)子或中子的1836 分之一，可以忽略不計，因此原子的質(zhì)量主要由質(zhì)子和中子決定。

五、單元教學設計的反思與改進

“原子的構(gòu)成”教學的主體內(nèi)容在舊教材中也基本覆蓋，但是新課標新教材對該內(nèi)容提出了更高的要求，賦予它學科核心素養(yǎng)發(fā)展功能的要求。這就決定了“原子的構(gòu)成”的教學設計與實施都是以素養(yǎng)發(fā)展為導向的，且主要指向“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)。通過課堂觀察、抽樣訪談，探查單元課時的教學效果，筆者總結(jié)出如下策略：

1. 基于證據(jù)的教學，促進學生證據(jù)推理意識的養(yǎng)成

基于證據(jù)的推理是人類重要的科學思維方式之一，而這要求學生具有證據(jù)意識，形成“證據(jù)支持觀點”的論證思路，學會“有理有據(jù)”地思考推理。蘇霍姆林斯基認為，學生希望自己就是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。①蘇霍姆林斯基：《給教師的100 條建議》，杜殿坤譯，教育科學出版社2015 年版，第63 頁。如果教師在教學中能立足情境收集證據(jù)、基于證據(jù)進行推理，就會激發(fā)學生的求知欲，進而促進證據(jù)推理意識的養(yǎng)成。基于證據(jù)進行推理的實踐貫穿“原子的構(gòu)成”的教學始終，無論是基于“陰極射線偏向于正電極板”推理出“陰極射線由帶負電荷的電子組成”，還是基于“絕大部分α 粒子能直線穿過金箔”推理出“原子幾乎是空的”。抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生基本都能認識到原子結(jié)構(gòu)模型是科學家在大量實驗證據(jù)的基礎上經(jīng)過推理提出的抽象模型；每一次模型的提出，都是對以前模型的質(zhì)疑，都要用新的實驗去驗證質(zhì)疑的合理性，也都受到當時科技水平的限制。

2. 聚焦推理的過程，促進邏輯推理能力的進階發(fā)展

基于證據(jù)經(jīng)過嚴密的邏輯推理過程得出觀點，是證據(jù)推理的核心所在。教師在引導學生認識各種原子結(jié)構(gòu)模型時，要讓學生思考并體驗這一過程。如果基于證據(jù)進行邏輯推理的教學過程都被直接給出的觀點所替代，那么“基于證據(jù)進行推理，進而建構(gòu)科學模型”的素養(yǎng)發(fā)展就失去落腳點，科學探究精神的實踐也喪失殆盡。證據(jù)推理能力的發(fā)展主要受到知識基礎、邏輯思維、學習方式等因素的影響。

（1）借助跨學科知識，為邏輯推理奠定知識基礎

基于證據(jù)進行邏輯推理時，往往需要運用學科知識對證據(jù)進行分析、推理、演繹、歸納，而這也是教學難點之一。例如，原子結(jié)構(gòu)模型的建立需要跨學科知識的支撐，尤其對學生的物理學知識提出了較高的要求；在對“α 粒子轟擊金箔實驗結(jié)果”進行分析時，對學生的碰撞理論知識提出了較高的要求；而分析“有核模型”的缺陷時，又對學生的電磁學理論知識提出了要求。筆者在進行這些內(nèi)容的初次教學時，通過課堂觀察發(fā)現(xiàn)很多學生難以跨越這個難點，課后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這與學生缺少“運用跨學科知識進行分析”的意識有很大關(guān)系。因此，教師可通過課前發(fā)放資料包的形式引導學生回顧或?qū)W習相關(guān)物理學知識，后續(xù)在其他班級的教學中成效明顯。

（2）充分發(fā)揮“質(zhì)疑”的糾錯功能，促進邏輯推理能力的發(fā)展

質(zhì)疑是推動科學研究不斷前行的原動力。學習原子結(jié)構(gòu)模型的建立和演變需要學生具備較強的邏輯推理和科學思辨的能力。在教學中，學生觀察到“有個別α 粒子被直接彈回”這一實驗現(xiàn)象時，教師可以引導學生進行思考辨析“如果參照‘葡萄干面包模型’，實驗現(xiàn)象又該是怎樣的”，進而對“葡萄干面包模型”提出質(zhì)疑，然后再基于發(fā)現(xiàn)的新證據(jù)進行推理，從而促進學生邏輯推理能力的進階發(fā)展。其實也正是不斷經(jīng)歷這樣的過程，原子結(jié)構(gòu)模型才得以不斷演變和發(fā)展。

（3）借力合作學習，提升證據(jù)推理的成效

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學生認為，個體通過證據(jù)直接推理原子內(nèi)部可能的結(jié)構(gòu)還是很具有挑戰(zhàn)性的，如基于“有個別α 粒子被直接彈回”推理出“原子內(nèi)部存在一個很小的、密度很大且?guī)д姾傻暮恕保梢酝ㄟ^設計小組合作學習，思考爭論，集思廣益，能有效地突破這個難點，從而提升課堂推理的成效。

“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)指向的原子結(jié)構(gòu)教學，關(guān)注的不僅是學生認識各種原子結(jié)構(gòu)模型的知識指向，還應更關(guān)注培養(yǎng)學生基于證據(jù)進行質(zhì)疑的意識、通過邏輯推理提出假說的能力和運用模型解決問題的觀念。