高中化学学科核心素养“证据推理与模型认知”的培养

【摘要】2016年9月，教育部发布了《普通高中化学课程标准（征求意见稿）》，明确指出，普通高中化学课程要以培养化学学科素养为主旨，立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，充分发挥化学课程的整体育人功能，构建全面发展学生化学学科素养的高中化学课程目标体系。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探究”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。本文就“证据推理与模型认知”作微观思考，分析探究在高中化学的实际教学中如何更好地落实核心素养的培养，望能起到抛砖引玉之作用。

【关键词】化学学科核心素养 证据推理 模型认知 逻辑推理 模型构建

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）15-0104-02

“证据推理与模型认知”的内涵包括具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；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；能运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律。

一、证据推理能力的培养

“证据推理”又称登姆普斯特.谢弗推理法，指对从不同性质的数据源中提取的证据，利用正交求和方法综合证据，通过证据的积累缩小集合，从而获得问题的解。

化学是一门以实验为基础的自然科学，其理论体系是科学家对无数事实材料概括的基础上，进行严密的逻辑推理而形成的。在化学学科背景中，“证据推理”对应的学科素养就表现为依据有关事实或材料推出新的判断或结论，从而实现问题的解决或获得新的知识。如根据钠与水反应时“浮、熔、游、响、红”等实验现象和已有知识进行有关推理，对钠的密度、熔点等物理性质，钠与水反应时的速率、产物以及能量变化形成相应的判断，获得钠的有关知识；根据乙醇的分子式及各原子的成键特点进行推理乙醇可能的结构为CH3—CH2—OH或CH3—O—CH3，然后通过乙醇与水反应的实验对上述推理进行证实或证伪，从而得出乙醇含有羟基的结论。

化学教学活动中的“证据推理”是基于基本理论和化学实践的推理，具有很高的科学性和趣味性，对于激发学生的学习兴趣、拓展学生的思维、提升教学质量都有极大的促进作用。

二、模型认知能力的培养

“模型”包括实物模型和非实物的形式模型两类，形式模型又包括数学模型、图像模型和语义模型等。

实物模型主要有比例模型和球棍模型等以实物形态展示的模型；形式模型中的数学模型是用公式或方程等数学语言描述的模型，如平衡常数表达式、化学反应速率方程；图像模型是用二维或三维坐标系中的数学图像描述的模型，如反应速率与时间关系的曲线；语义模型是用词语描述的模型，如教材中的阿伏加德罗定律、元素周期律、盖斯定律等概念、原理、规律都属于语义模型。

与“模型认知”相对应的學科素养可以表现为通过观察分子或晶胞等结构模型直观形象地认识有关物质的组成和结构，也可以表现为《课程标准》所描述的那样“运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律”，如用电子云的模型理解原子核外电子运动规律或解释原子之间的成键方式，根据有效碰撞与活化分子模型理解影响化学反应速率的因素并能选择适宜的条件控制化学反应发生的速率。

模型认知能力主要包括“建立模型（建模）”和“运用模型（用模）”两个方面，建模是用模的前提，用模是建模的目标和归宿。建模过程要充分尊重学生在学习中的主体地位，教师要鼓励学生大胆尝试，勇敢地动口表达、动手操作、动脑思考，鼓励学生多想、多读、多议、多讲、多练、多听，让学生始终处于主动参与、主动探索的积极状态。如在《原电池》教学中，可让学生自己做铜锌原电池实验，自己比较导线连接前后反应现象的差异，分析现象背后所涉及的反应原理，教师不断启发、引导，渗透建模的思想，最终由师生共同探讨，建立起原电池的构成模型，为电解池模型的学习奠定基础。

化学学习始终离不开模型，能否熟练地建立或运用模型直接影响着学习的效率，所以化学教学要引导学生进行模型认知，教师在进行教学时，要为有关的学科方法和思维方法选择适当的模型，引导学生通过分析、综合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理等方法从已有模型到建立起新的模型，如在学习同分异构时，可以从碳的原子结构模型入手，学习碳原子的成键特点，再让学生利用实物模型进行拼插和同分异构体的书写，进而建立起同分异构的相关模型，为进一步学习其他类别的同分异构打下基础。在此过程中，教师要为建模环节预留充足的时间，同时，考虑到不同个体之间认识水平的可能差异，教师应指导学生用自己的方式进行表达，这样才能让学生乐于接受模型，从而增强学生建模和用模的意识与能力。这样经过一定时间的训练，学生就能体会到模型在学习活动中的应用价值，从而树立起模型意识，并将模型认知固化为自己学习的一种重要方式。

下面以《卤代烃》的教学为例，阐述在实际教学活动中，如何指导学生运用证据推理和模型认知的方法学习。

1.收集证据，对物质的性质及其变化提出假设。比较乙烷和溴乙烷在结构上的相同点和不同点，猜想两者在化学性质上的异同。类比烷烃的取代反应，推测断裂C-H键，根据两者的不同之处，大胆假设C-Br键也可能断裂。

2.基于证据进行分析推理。教师向学生展示C-H键和C-Br键的键能数据，基于学生的已有认知，共价键键能越大，该共价键越稳定，从而推出溴乙烷发生取代反应时断裂的是C-Br键，溴原子被取代。根据元素周期律的相关规律，由于溴元素的非金属性比碳强，故C-Br键中的共用电子对更偏向于溴原子，从而使溴原子显电负性，同时提供碳和溴的电负性数据，得出取代溴原子的原子或原子团也应该显电负性的结论。

3.通过演示溴乙烷与强碱水溶液在加热条件下的反应，检验水解反应后产生的溴离子，探究反应机理，对以上推理进行证实。

4.学生进行总结回顾，进一步理解溴乙烷的水解过程和反应机理，初步建立起卤代烃的水解反应及卤代烃中卤素原子检验的模型，再通过典型例题进一步完善模型，从而达到最终能熟练运用模型的目的。

以上教学环节中，理论证据和数据证据有机结合，运用了分析法、类比法，验证法等教学方法，以帮助学生学会科学的学习方法和思维方法，建立并学会运用卤代烃的相关模型。

证据推理与模型认知是相辅相成、不可分割的关系，两者是学生在化学认知活动中发展起来并在解决与化学相关问题中表现出来的关键素养，作为一线教师，我们要不断地学习，用智慧从“证据推理”出发，构建“模型认知”的教学结构，立足教材，有针对性地设计探究活动，尽可能带领学生进入实验室亲自动手进行实验，训练学生用正确的思维、规范的语言进行表达，帮助学生更好的领悟化学学科的魅力所在。

参考文献：

[1]教育部基础教育课程教材专家工作委员会.普通高中课程标准修订组.普通高中化学课程标准（征求意见稿）[Z]2016.

[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].浙江省化学疑难问题专题研讨会讲话稿，2017，（1）.

[3]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）.

作者简介：王兆允（1982-），女，汉族，河北辛集人，河北师范大学化学系毕业，本科，河北省第二中学教师，研究方向：化学教育。