證據(jù)推理與模型認知融入化學教學的實踐研究

袁禮軍

自核心素養(yǎng)提出以來，受到廣泛關注，在實際教學過程中具有很強的指導意義，其中證據(jù)推理與模型認知作為維度之一，對學生學科思維培養(yǎng)具有重要意義。從近幾年高考命題特點來看，題目新穎，以重大科技成就、社會熱點、時政熱點、環(huán)境保護等為素材，與考試內(nèi)容有機結合突出“高起點”，考查基本理論、基礎知識，突出“低落點”，但從學生反饋的得分效果并不理想，尤其是化工流程題、探究性實驗題、開放性試題，學生經(jīng)常出現(xiàn)不知道怎么回答或者答題方向不明確。筆者分析認為，這與教育教學中對學生思維的培養(yǎng)不足，不能將理論知識運用到實際生活中，缺乏對新素材的分析整合能力，歸根結底是部分學生缺乏證據(jù)推理的能力，沒有形成模型分析的認知。

一、證據(jù)推理與模型認知的關系

（一）什么是“證據(jù)推理”

證據(jù)推理是基于一定的證據(jù)、理論事實、實踐的理論分析，本質(zhì)上仍屬于猜想假設，但又不同于猜想，有一定事實基礎、理論依據(jù)的，是接近于真相的若干種情況，通過實驗探究論證能夠研究出事物的本質(zhì)規(guī)律。

（二）什么是“模型認知”

“模型”認知方法是人類探索認識新事物極其規(guī)律的重要方法?！澳Ｐ汀笨梢允咕唧w的事物，也可以是思維模型等，兩者之間不一定有直接聯(lián)系，但可以幫助相互理解。因此，在現(xiàn)在的化學教學中應用廣泛。如范德華力可以利用萬有引力模型分析，其影響因素相對分子質(zhì)量、微粒間距離的關系類似于萬有引力；原子軌道可以利用地球衛(wèi)星軌道模型分析，電子排布的分層排布、能量高低、運動狀態(tài)都能夠類比分析。

（三）內(nèi)在聯(lián)系

證據(jù)推理與模型認知是化學學科素養(yǎng)中相互聯(lián)系的思維方法，化學學習中的“證據(jù)推理”可以看作是按照“基于證據(jù)的推理”認知模型進行的認知過程。“證據(jù)推理從屬于“模型認知”，“模型認知”包含了“證據(jù)推理”。一定的理論事實成為認識新事物、新規(guī)律的證據(jù)，即新的理論事實或模型。這些新的理論模型又將作為新的證據(jù)，推動科學向前發(fā)展。

二、證據(jù)推理與模型認知融入教學的必要性及方法

（一）證據(jù)推理與模型認知融入教學的必要性

說明：調(diào)查選項（非常符合、符合、不確定、不符合）；調(diào)查結果為“符合”及以上百分比。

（二）證據(jù)推理與模型認知融入教學的方法

1.以學生為主體，將課堂變教為學

課堂教學的最終目的是以學生學為目的，學生才是教學的主體，教師應該把課堂交給學生，從教變成引導，讓學生從聽變成學，主動獲取知識。

2.以問題啟發(fā)為主，發(fā)揮能動作用

部分學生有被動接受知識的習慣，缺乏自主學習意識和規(guī)劃學習的能力，需要教師加強引導。因此，教師要思考探索問題式教學，掌握設問技巧，啟發(fā)學生去思考問題，解決問題，最終形成發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

3.理論聯(lián)系實際，學以致用

興趣是學習知識、學好知識的第一導師，任何一門學科，培養(yǎng)學習興趣至關重要，我們要讓學生了解學習知識有什么用，以結果促進學習。由于化學是建立在實驗基礎上的自然學科，與生產(chǎn)、生活息息相關，教師可通過實例引導學生學習化學，加深對化學知識的理解。

三、證據(jù)推理與模型認知融入化學教學實踐案例

（一）證據(jù)推理實踐案例：Fe2+、Fe3+的檢驗和轉(zhuǎn)化教學片段

Fe2+、Fe3+的性質(zhì)在高中化學元素及其化合物中具有非常重要的地位，重點分析Fe2+ 的還原性，F(xiàn)e3+的氧化性及相互轉(zhuǎn)化，加深對氧化還原反應的規(guī)律的理解。本案例旨在通過設計實驗探究課，探究Fe2+、Fe3+的檢驗方法，觀察現(xiàn)象變化，探究現(xiàn)象變化原因，過渡到分析Fe2+、Fe3+的轉(zhuǎn)化。進一步達到用真實實驗現(xiàn)象這一證據(jù)推理另一現(xiàn)象變化的原因，建立學生的證據(jù)推理意識，從而建立空氣中O2在物質(zhì)變化過程中可能會起到的氧化作用，加深對物質(zhì)發(fā)生變化的模型認知。讓學生明白實際生產(chǎn)工藝和現(xiàn)實生活中物質(zhì)放在空氣中易變質(zhì)或被氧化，實際生活中要注意防護。具體流程如下。

1.小組實驗：NaOH 溶液、KSCN 溶液分別與FeCl3溶液、FeCl2溶液反應

2.實驗現(xiàn)象

3.證據(jù)推理融入結論分析過程

FeCl3溶液中滴加NaOH溶液、KSCN溶液，可以迅速觀察到紅褐色沉淀、血紅色溶液，現(xiàn)象明顯，學生很容易得出FeCl3溶液的檢驗方法。在FeCl2溶液中滴加NaOH溶液后，先看到有白色沉淀，迅速變灰綠色變紅褐色沉淀。在FeCl2溶液中滴加KSCN溶液后，無明顯現(xiàn)象，約6分鐘后，溶液表面有紅色出現(xiàn)。

在常規(guī)教學中，教師會直接告訴學生原因：Fe2+在空氣中被氧化為Fe3+，這樣只告訴了學生結論，沒有讓學生主動參與思考，淡化了證據(jù)推理中，學生自主尋找證據(jù)達到下一步推理的意識，導致學生只是記住了結論，沒有發(fā)揮到該探究實驗的本質(zhì)作用，實驗不只是驗證現(xiàn)有結論，而是要通過實驗發(fā)現(xiàn)問題解決問題。對比本案例的處理方式。

【提問】紅褐色沉淀是Fe（OH）3，本實驗觀察到從白色沉淀Fe（OH）2過渡到紅褐色沉淀Fe（OH）3，整個過程中沒有加入其他試劑，請同學們從化合價的角度分析原因。

【學生】鐵元素化合價升高，被氧化，可能是被空氣中O2氧化。

【追問】O2可以氧化Fe2+，那為什么FeCl2溶液中加入KSCN溶液后卻無明顯現(xiàn)象呢？

【學生】（1）沒有發(fā)生反應；（2）反應比較慢；（3）Fe2+發(fā)生反應生成了其他物質(zhì)。

歸納總結Fe2+、Fe3+的檢驗方法后，再觀察試管，發(fā)現(xiàn)滴加KSCN溶液到FeCl2溶液的試管中，約6分鐘后溶液表面有紅色出現(xiàn)。

【提問】有紅色出現(xiàn)，說明O2可以氧化Fe2+同樣適用于本組實驗，那為什么更慢呢？

原因：Fe2+與SCN-發(fā)生了反應，導致離子濃度很小，反應慢。

結論：可以使用氧化性更強的氧化劑如Cl2等能更快出現(xiàn)變紅的現(xiàn)象。

（二）模型認知實踐案例：原電池原理教學片段

【問題探究】如圖所示，是我們在必修教材中學習的銅鋅原電池，Zn作為負極，表面不會有紅色出現(xiàn)。但在分組實驗發(fā)現(xiàn)：Zn電極表面出現(xiàn)了紅色的Cu，且電流減弱迅速。這是什么原因呢？

【問題釋疑】由于鋅片與硫酸銅溶液直接接觸，Cu2+在鋅片表面直接還原為Cu附著在鋅片表面，也構成了原電池，加速銅在負極鋅表面析出，致使向外輸出的電流強度減弱。

綜上所述，證據(jù)推理與模型認知對培養(yǎng)學生思維習慣，推進“雙主雙優(yōu)”教學模式，培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)具有重要意義。