关于化学核心素养培育的微观思考

顾建辛

摘要：化学核心素养要素之一“证据推理与模型认知”，包括五个方面的内涵。通过对这五个方面内涵进行关联性分析，结合实际教学中各内涵的表现形式及目标指向，尝试构建具有一般意义上的课堂教学结构流程，并据此对“原电池”教学的现状作合理的分析，使化学核心素养的培养具有可操作的实际意义。

关键词：化学核心素养；微观分析；教学实践思考；学科价值

文章编号：1005–6629（2017）11–0034–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

高中化学课程标准修订组根据“中国学生发展核心素养（征求意见稿）”和高中化学课程特点，提出了包括“宏观辨析与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”、“实验探究与创新意识”、“科学精神和社会责任”等五个要素的高中化学核心素养（简称“化学核心素养”）。关于化学核心素养培养尚有诸多问题有待于我们去思考、去实践，如关于化学核心素养培养的真正落脚点究竟在哪里，应该如何在实际教学中将核心素养融入其中，对于核心素养的五大要素在不同的教学环节和不同的教学内容中又是如何真正得以体现并落实的……等等，都须通过我们的教学实践活动不断地去研究与探索、提炼与总结，唯有如此，化学学科核心素养的培养才具有实践意义，才能真正根植于每一位学生的心里，并潜移默化地影响学生今后的学习与工作。

由此，对化学核心素养的五大要素进行剖析，分析各要素在具体教学内容中的表现方式，并且通过实际的教学行为加以落实，给学生提供独特的认识物质世界的视野，帮助学生完善理性思考问题的基本方法，形成科学地认知世界、认知事物的观点，是十分必须的。

本文就“证据推理与模型认知”作微观思考，并结合“原电池”教学中教师的教学行为比较，分析在实际教学中落实学科素养培养的关键，欲起抛砖引玉之作用。

1 关于“证据推理与模型认知”的微观分析

1.1 对“证据推理与模型认知”内涵关联性及教学目标指向的思考

作为化学学科研究的思维与本质的“证据推理与模型认知”包括以下五个方面的内涵[1]：

（1）具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设；

（2）通过分析推理加以证实或证伪；

（3）建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；

（4）知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型；

（5）能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

从上述关于“证据推理与模型认知”内涵的描述中，可以感悟到以下两点：

一是化學学习过程应该是以物质组成、结构及其变化的事实作为构建假说论证的基础，并同时对假设进行证实与证伪的分析，在此基础上研究并建立认知物质的基本模型，最后达到认知物质世界的基本方法。

二是上述内涵还分别表达了五种不同的意识，即证据意识、求证意识、逻辑意识、建模意识和问题解决意识，而这五种不同意识培育的目标分别指向学会假设、学会论证、学会分析、学会预测与建模和学会问题解决。

由此，我们可用图1表示“证据推理与模型认知”五个内涵的关联性及其教学目标指向。

1.2 对“证据推理与模型认知”在教学中的表现行为与方式的思考

在明确“证据推理与模型认知”五个内涵关联性及教学目标指向之后，必须思考的另一个问题就是：作为课堂教学实践者的教师，如何将上述五个方面的内涵付诸于具体的教学行为，这种教学行为在不同的教学内容有极为丰富的结构形式。

为此，高中化学课程标准修订组对“证据推理与模型认知”如何落实于具体的学习过程，又提出了以下五个方面的表现行为[2]：

（1）初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；

（2）基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；

（3）能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径；

（4）能认识化学现象与模型之间的联系，运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；

（5）能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架。

如果说“证据推理与模型认知”的内涵表达了五种不同意识或培育目标，那么，上述五个方面的表现行为充分体现了培育目标的达成，同时，这五个方面的表现行为也为实际课堂教学提出了可实施的基本思路与操作方向。

我们根据内涵的目标指向所延伸的表现形式，对实际教学赋予的各种具体的行为方式归纳形成了如下的关系（见图2）。

2 对“证据推理与模型认知”教学实践的微观思考

2.1 “证据推理与模型认知”的教学结构及教学问题分析

由于教学内容的不同，针对“证据推理与模型认知”付诸的教学行为也不尽相同，但课堂教学本身一定是有规律可循的，如果我们将图1和图2进行分析并抽取最为核心的内容，便可以寻找到一般的、具有普遍意义的、且能体现“证据推理与模型认知”内涵的课堂教学实践活动的结构流程（图3）。

该流程结构与之前的探究性教学的结构框架极为相似，但从现代眼光审视该流程结构，我们能深刻体会到以下两点：

第一，国家对基础教育提出核心素养的培育，并非是对之前的教学改革另起炉灶，而是结合基础教育的实际状况所提出的更深层次的思考。

第二，探究性教学与传统的讲授型教学最为本质的区别就在于，传统的讲授型教学关注的是对某一个具体知识的落实，关注的是“怎么教”，而探究性教学关注的是如何借助于某一个具体知识的“学”的过程中，体验并落实学科的核心素养，籍此提升学生的基本素养。endprint

然而，随着近几年课改的不断深入，教师已充分认识到探究性教学对教育的意义以及探究性教学中问题情境对教学的作用，对教学问题的设计与引入愈加关注；与此同时，也意识到了模型建构对帮助学生解决问题的作用。但是，现实课堂教学却忽视了两个很重要的过程：

一是忽视了如何根据教学问题情境去引导学生提出合理的假设或猜想；

二是忽视了如何引导学生对提出的假设或猜想进行证实与证伪的分析。

因此，现实的状况就是，当教学问题以不同方式引入之后的后续工作已然成为我们实际教学的软肋，于是也就有了所谓的“假探究”之说。所以，高中化学课程标准修订组对“证据推理与模型认知”内涵及表现形式的言说，正是对假设或猜想在课堂中的单薄与无力提出了批评，同时提出的“证实与证伪”也正是为探究性教学的真正落实明确了方向。

2.2 以“原电池”教学现状存在的问题为例进行微观分析

我们不妨以苏教版关于“原电池”教学中的某些存在的现状做分析。

2.2.1 教材对该知识内容的呈现方式

（1）苏教版《化学2》[3]：

实验呈现Cu-Zn原电池（见图4），观察气泡产生及电流表指针的偏转；

（2）苏教版《化学反应原理》[4]：

①再次实验呈现Cu-Zn原电池（见图5）；

②呈现热化学方程式：

Zn（s）+Cu2+（aq）=Cu（s）+Zn2+（aq）

ΔH=-216.81kJ·mol-1；

③文本中的文字描述：

通常情况下，该过程中的化学能转变为热能，若该反应在原电池（Voltaic cell）中进行，化学能将转变为电能。

2.2.2 现实教学中几种“不及”或“过之”的表现行为

实际教学往往不能从教材的体系变化中领悟到学科素养及学科价值的意义，导致不能很好地发现或利用好教材编排中蕴藏的独特样本价值，仍然依从于习惯的教学方式，出现了与化学学科核心素养培育背道而驰的“不及”或“过之”表现。

表现1：只关注“原电池”中电极材料与电解质溶液的反应，强调了金属活动性大小与两个电极的关联，忽视了电极反应物与电极材料的关联与区别；

表现2：只关注从原电池装置中的电极判断以及电极反应的书写，强调了原电池知识的单一判断模式，忽视了化学反应的总趋势变化；

表现3：只关注了氧化还原反应的发生条件，强调了氧化还原反应的“自发性”或是“被迫性”，忽视了能量变化这一核心概念的建立；

表现4：只关注原电池形成条件的条目化（或是教条式）的总结，强调了所谓的“活泼金属作负极”这一绝对化的判断方式，忽视了微粒观的确立。

2.2.3 几种“不及”或“过之”表现的原因分析

以上四种“不及”或“过之”表现的深层次原因在于被所谓的“考点”、“热点”等绑架，无法摆脱以学科知识的获得为核心的教学影响。

从课堂教学宏观层面分析，表现出急于求成、只触及表面性的事实和结论，致使学生无法“从具体的事实、概念、原理、反应、用途等繁杂而散乱的知识中跳出来”[5]。

针对表现1或表现2的“不及”进行微观层面分析，究其原因在于我们对课堂教学中“证据推理与模型认知”意识的欠缺，缺少合理假设的引导，即缺少对假设的证伪与证实的合理分析与推理，致使出现了诸如表现3或表现4这些“过之”的绝对化的错误结论。

其中有两点是关键因素所在：

第一，“不及”原因在于缺少对情境假设与猜想的引导。当问题情境（图5实验）出现在我们面前的时候，缺少“将Zn-Cu电极改为Zn-C电极或Cu-C电极也有如此现象的假设”；当教材呈现热化学方程式之情境时，缺少“放热型的化学反应与放热型的氧化还原反应的假设”；在闭合回路的分析中缺少对“离子通道的假设”。

第二，“过之”原因在于缺少对假设的证实与证伪的分析。缺少对学科知识本质的认识以及能量观的建立与引导，不善于从两極的电势差（考虑学生的实际，我们在实际教学中是以能量差来说明的）去证实构成原电池的本质；由于在电化学教学中缺少微粒观的建立，不善于对教材进行合理的改造，假如在对电极材料分析的过程中增加一个关于“水的电解与氢氧燃料电池”的实验（图6），并对电极材料选择进行证伪分析，就可避免所谓的“必须是活泼金属作负极”这一绝对化的判断方式的出现。

2.3 体现“证据推理与模型认知”的“原电池”教学的过程改造

首先，要对问题情境的呈现方式进行改造，也就是对教材内容的有意义处理，即可增加一个小环节（实验）。

实验：把一块锌片和铜片分别放在盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象，同时感受反应过程中烧杯外壁的温度变化（或是溶液中增加一个温度计，测定反应过程中的温度变化）。

其次，从微观层面分析Cu-Zn原电池工作原理之后，引导学生进行合理的假设与猜想，即原电池的形成与电极材料和电解质溶液的关联性的假设，为此，可引入“水的电解与氢氧燃料电池”并进行证实与证伪的分析，实现学科价值与学科观念建构。

再者，以下列方式呈现水的电解与氢氧燃料电池的变化过程：endprint

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）

ΔH=-483.61kJ·mol-1；

2H2O（l）=H2（g）+O2（g）

ΔH=+483.61kJ·mol-1；

并结合Zn（s）+Cu2+（aq）=Cu（s）+Zn2+（aq）

ΔH=-216.81kJ·mol-1。

实现以能量变化表达原电池构成的基本要素，即高能态向低能态方向进行的放热型的氧化还原反应是构成原电池的要素，因此，电势差才是构成原电池的根本。

其四，引导学生从微粒观的角度进行合理的假设，并根据实验事实从微观角度分析带电粒子的移动，即电子通道与离子通道所形成的闭合回路。最后实现以能量观、微粒观及变化观等化学基本观念建构而成的原电池的基本模型。

3 “证据推理与模型认知”与学科价值关联性的思考

3.1 “证据推理与模型认知”为体现学科价值提供了可能

化学学科的本质力量来自于学科价值，即化学学科所具有的促进学生主体生存和发展的属性能力，具体而言，就是学生通过化学知识的学习，所形成的从化学的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点，具体表现为个体主动运用化学思想方法认识事物和处理问题的自觉意识或思维习惯，是对化学知识再升华的基础上获得的总观性认识。

作为化学核心素养中的“证据推理与模型认知”，其目标指向是通过探究活动帮助学生树立独立分析的意识，提高依据目标设计实验的能力以及依据物质变化的内在规律做出模型假设与模型构建的能力，帮助学生建立解决化学问题的基本框架，由此实现“从化学的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点”的化学学科价值。

上述关于“原电池”教学的处理，其目的在于深刻挖掘教材内在的价值，让学生形成学科观念而不仅仅是学科知识，为学生真正架构起独特的认识物质世界的视角（以能量变化认识原电池）和完善的理性思维的结构（即从微观角度深刻认识化学变化），从而形成基本的化学观念（图7）。

3.2 教学实践活动中应该关注的问题

现有的化学教材作为化学知识学习的文本，从教材的整体结构到内容素材的选取直至知识的呈现方式都较以往的教材发生了很大的变化，这些变化源于编者对化学课程改革的深刻理解和对化学课程教学价值的深刻领悟，是专家、学者汇集了当代学科发展趋势、教学改革的发展要求，在遵循学生认知规律，并结合一线教师教学经验提炼后的结晶。因此，化学教材本身就体现了化学学科的特殊性，所有的文本都具有其独特的价值意义，作为一线教师不仅需要用慧眼去寻求其学科价值，同时，更需要用智慧从“证据推理”出发，构建“模型认知”的教学结构，从而完整体现化学学科的价值魅力。

通过关于“原电池”教学案例的分析，不难发现一个值得思考的问题，尽管新教材从2006年正式使用至今已有10年，但教学似乎依然没有摆脱以知识为本的传授方式，依然追求所谓的知识结构的完整性、深刻性，忽视了从证据推理到模型认知的引导，从而在教学中无法关注高于知识内容本身的价值取向。部分教师似乎習惯于以前以考试为主要目标的学习习惯，从而在走上教学岗位之后依然没有摆脱这种习惯性的学习方式带来的旧的教学方式，这是非常令人担忧的。

参考文献：

[1][2]王磊.促进核心素养发展的化学教学兼介高中化学课程标准修订进展[D].湖州：浙江省化学疑难问题专题研讨会讲话稿，2017，（1）.

[3]王祖浩主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学2 [M].南京：江苏凤凰教育出版社，2015：40～41.

[4]王祖浩主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2014：13～14.

[5]陈进前.核心素养导向下的化学教学[J].中学化学教学参考，2017，（1～2）：1～4.endprint