基于证据推理与模型认知的高中化学教学实践

邱燕珠 王朝晖 张贤金

摘要：以“元素周期律的运用”教学为例，探索在高中化学教学中如何通过有效设计课堂教学活动并让学生亲身体验证据推理的过程，从而帮助学生建立起相应的认知模型并指导学生学会应用模型解决实际问题，以达成“证据推理与模型认知”核心素养的落实与养成。

关键词：证据推理;模型认知;元素周期律

文章编号：1008-0546（2020）01-0079-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.022

隨着“深化高中课程改革，落实学科核心素养”的全面启动，为了深化课程改革的方向，各个学科都提出了关于本学科的学科核心素养。化学学科核心素养是指在学生通过化学学科的学习，逐步形成与化学学科相关的适应未来个人发展和社会发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力，而化学学科核心素养的落地关键要依托于真实的化学课堂教学活动和学生的亲身体验。“证据推理与模型认知”是教育部《普通高中化学课程标准（2017版）》规定的化学学科核心素养五个方面之一，是化学学科核心素养的思维核心，体现了化学学科的理科思维特征。笔者结合具体的课堂教学案例，探讨如何通过有效设计课堂教学活动并引领学生亲自体验，以达到“证据推理与模型认知”这一化学学科核心素养的真正落实。

一、关于“证据推理与模型认知”核心素养

作为化学学科核心素养的思维核心，“证据推理与模型认知”是学生获得科学知识的重要方法，是学生在化学学习活动和解决化学实际问题中表现出来的关键素养。科学的发展过程，实质上就是不断构建科学的模型以及应用新的合理的模型代替不合理的模型的过程。而在构建模型和完善模型的过程中，证据推理实质上就是对信息加工的一种思维方式。

“证据推理与模型认知”主要指：能从物质和化学变化等过程中获取证据并据此证明或证伪;能根据证据从不同角度进行合理分析，得出相应结论并进行逻辑解释;能提取复杂化学事实及相关问题情境中的关键要素，加以分析，建立相应认知模型，并能合理选择相应模型来综合解释化学现象或解决实际化学问题。

二、基于“证据推理与模型认知”核心素养的课堂教学设计

在日常的教学探究中，我们应从“证据推理”出发，构建“模型认知”的教学结构，探索实践多种教学方式及教学策略，再对实践进行反思，从而全面理解推理和模型，获得运用推理和模型的一般步骤，将其更好地运用到课堂教学中。进而引导学生亲自体验整个过程，培养学生运用正确的推理思维对问题进行分析，建构出合理的认知模型，帮助学生更好地领悟化学学科特质的思维方法，有效地促进学生核心素养的发展。下面笔者以“元素周期律的运用”教学为例，探讨在化学课堂教学中如何引领学生经历和体验“证据推理与模型认知”。

1.教学背景分析

（1）教学指导思想分析：元素周期表和周期律是中学生学习化学，尤其是学习元素化合物知识的重要工具。本节对元素周期表和周期律的应用也是从位置、结构、元素性质几个角度对陌生元素进行系统梳理及分析，同时体现元素周期表中元素性质相似性、递变性的具体运用。此外，本节课在研究陌生物质化学性质的思路方法上，在原有的物质类别和氧化还原两个认识维度的基础上，增加一个元素周期表的角度，完善学生对于物质化学性质的认识维度。通过本节的教学，旨在培养学生应对未知元素如何运用周期表及周期律来指导学习。

（2）学生学情分析：本节课的设计是在学生学习了元素周期表和周期律之后的应用问题，学生对元素周期表及周期律已有了一定的了解，但认识角度较为单一，不清楚位置、结构、性质三者之间的推理关联，也没能形成基于“位置一结构一性质”关系的一套思维系统、推理系统和能力，只是机械地根据背诵的元素周期律知识来进行解题。因此，本节课主要是对前期所学元素周期律内容的归纳、总结和运用，帮助学生建立起一个基于周期表和周期律来认识陌生元素的认知模型。

2.教学目标

（1）理解元素“位置一结构一性质”三者间的关系，并且能从这三者的视角来认识陌生元素，建立“位置一结构一性质”的元素认知模型;

（2）能根据周期表中元素性质的相似性和递变性推测陌生元素及其化合物的性质，领会证据推理的核心思想;

（3）学会从物质类别、元素化合价、元素周期律三个维度来认识陌生物质，形成陌生物质认知模型;

（4）通过以小组为单位对陌生物质性质进行合作探究学习，培养自主合作的探究学习能力，逐步形成求实严谨、敢于探索的科学品质。

3.教学重难点

（1）基于以上分析，本节教学重点为元素“位置一结构一性质”三者的推理关联及其元素认知模型的建立;

（2）教学难点则为帮助学生建立“物质类别、元素化合价、元素周期律”的陌生物质认知模型以及运用此模型对未知物质性质进行推理预测并进行合理解释。

4.教学过程设计及解析

教学环节1：创设情境，引导推理（见表1）设计意图：通过创设“猜元素”这一教学情境，激发学生的学习热情与探究欲望，在猜元素的过程中让学生体会推测陌生元素的途径，可以从该元素在周期表中的位置入手，想要得知位置，则需要知道元素“位一构一性”三者间的关系，形成从性质到位置、结构到位置的认识思路，初步建立元素“位一构一性”的认知模型。同时也让学生初步体验“证据推理”的过程以及推理成功所带来的的喜悦之感，为后续进一步推理、建立模型做好准备。

教学环节2：深入推理，建立模型（见表2）

设计意图：通过有关As元素信息的填写及含As物质的推测，进一步让学生体验证据推理的过程，形成一定的化学信息推理和论证的能力，同时也进一步建立“位一构一性”的元素认知模型;基于As元素细化元素“位一构一性”认知模型的二级维度，梳理寻找陌生元素代表物的认识角度：元素周期律、物质类别、元素化合价。整合物质认识角度，形成陌生物质认识模型;通过小组合作，推测陌生元素可能形成的典型物质，初步培养合作探究的学习能力，逐步形成求实严谨、敢于探索的科学品质。

教学环节3：运用模型，解决问题（见表3）

设计意图：通过陌生物质性质的预测并解释（从化合价的角度分析AsH3中As的化合价为一3价，最低价，具有还原性，再根据同族元素性质的递变性推出AsH3的还原性比PH3强，稳定性比PH3弱;同理可推得H3AsO4的酸性比H3PO4弱，为弱酸，不能拆），让学生学会运用物质性质认知模型来预测陌生物质的性质并能够进行合理解释，进一步落实“证据推理与模型认知”化学核心素养。

三、基于发展“证据推理与模型认知”核心素养进--行课堂教学的反思

1.整体认识“证据推理与模型认知”，不能割裂

“证据推理”与“模型认知”并不是分开的、孤立的，而是相互依存、相辅相成的关系。通过证据推理得出的科学结论是模型认知的前身，模型认知要基于证据推理，证据推理是模型建构的先决条件。因此，在化学教学中，发展“证据推理与模型认知”核心素养，应该注意不要将两者孤立开来，而是要将两者视为一个整体，进行全面而整体的认识。

2.问题引导，亲身体验推理探究过程

任何方法的习得都不可能凭空产生，而是需要通过实践，即亲历与体验。在课堂教学中，教师应该立足于让学生“动”起来，让学生亲身体验“证据收集一模型初步建立一深入推理—模型完善N型运用”这一过程，将模型从构建到完善再到运用，层层递进，完善学生的认知结构，最终形成学生内化的思路方法，从而发展学生“证据推理与模型认知”的核心素养。

3.依托教学内容，有效设计课堂教学活动

在科学探究的历史长河中，一个科学模型的建立往往是经历了漫长的时间，教师如何在有限的课堂教学时间内，引导学生真正体验“证据推理一模型建立”这一过程呢？这需要教师认真研读课程标准，设立合理的教学目标，分析学生的学情，对教学进行整体规划与构思，设置有梯度的教学驱动任务，依托教学内容设计有效的教学情境，在问题情境中引导学生体验“证据推理一模型建立”的推理学习过程，帮助学生对化学知识形成结构化认识，建立合理的思维认知模型，以便在问题解决中达到落实和发展“证据推理与模型认知”核心素养的目的。