对“证据推理”化学学科核心素养的认识

王丽娟

摘 要：“证据推理”是指从不同性质的数据源中提取证据，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。在高中化学教学中，教师应以化学史、理论知识、实验事实为证据，培养和提升学生的归纳推理、演绎推理、类比推理能力。

关键词：基于证据;证据推理;推理能力

中图分类号：G633.8文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2020）05-021-2

证据往往指事实依据，在化学学科中，证据的来源比较广泛，可以来自化学史、化学学科的最新前沿报道，或者实时的事件。另外，化学这门自然科学是以实验为基础的，所以大量的事实证据可以从对探究实验、演示实验、必做实验的观察中获得。推理往往指由一个或几个已知的判断来推出新判断或者得到新结论的过程，可分为归纳推理、演绎推理和类比推理。“证据推理”这一化学学科核心素养就表现为以有关实验现象为事实依据或以相关材料为理论依据，提出新的假设或得到新的结论，来解决问题或学习新的知识。

化学学科核心素养是在学生日常的化学学习过程及活动中养成的，又在具体活动中表现。因此，在教学中，教师应以课堂教学为载体，以实验现象或化学史等为依托，创设问题情境，注重学生核心素养的教学活动设计，在问题的解决中，多角度培养学生的证据推理素养。

一、以化学史实为证据，提升学生归纳推理能力

化学家傅鹰说“化学教育给学生以知识，化学史教育给学生以智慧”。化学史教学的价值不仅在于让学生感受真实历史事件，经历化学发展进程，更是希望能够通过对特定历史事件的表达再现，展示化学家收集证据，基于证据进行归纳推理而获得突破的过程，让学生体会收集证据的方法，如何从众多干扰中收集有效证据，如何基于有效证据进行分析、综合、推理，得出结论。

我们来看一下甲烷分子结构研究的化学史。1776年，伏打和道尔顿分别在淤泥中收集到甲烷。1790年，奥斯汀（英国）确定甲烷的组成，但对甲烷分子空间结构的确定却一直没有进展，科学家基于凯库勒提出的碳四价的概念，推测甲烷为平面四边形，但无法解释CH2Cl2只有一种结构。1874年，范霍夫提出了甲烷分子为正四面体结构，正四面体结构提出的理论依据是能量最低原理。范霍夫认为在微观结构中，当原子之间均匀分布并相互之间尽可能远离时，体系最稳定，而在自然界中微粒或物质都尽可能趋向于最小能量的稳定状态。X射线和电子衍射实验等更是从微观层面测得碳氢键之间的夹角都是109.5°，甲烷的正四面体结构也被进一步证实了。

关注化学史，可以让学生感受“证据推理”的论证过程，经历证实和证伪，从而让学生沿着科学家的足迹，感受重大发现历程，提升找寻证据、应用证据、解释证据的能力。

二、以理论知识为证据，培养学生演绎推理能力

理论证据是指以概念原理性知识为证据，从理论层面预测反应是否合理或者物质是否具备某种性质。

以元素周期表的学习为例，教师可以让学生从微观层面以及定性分析角度收集有关证据，进一步通过分析推出合理的结论。元素周期表是我们预测物质性质的理论依据，在教学中，我们往往会利用“位—构—性”的依据，根据元素在周期表中的位置，预测同主族或同周期其他元素原子结构特征和某些性质。《必修课程》主题3“物质结构基础与化学反应规律”中，学生必做实验，以钠、镁、铝三种典型金属为例，通过实验比较金属单质与酸反应的剧烈程度的现象推测置换出氢气的难易程度以及氢氧化物碱性的强弱，以实验事实为依据，从宏观上比较元素原子失电子或得电子能力，预测按照原子序数递增的顺序如何变化，并结合微观原子结构特点进一步推理论证;接着让学生通过阅读第三周期典型非金属元素硅、磷、硫、氯的最高价氧化物、该氧化物对应水化物的酸的性质、元素与氢气化合所得氢化物的稳定性等事实性证据，预测这四种非金属元素原子得电子能力的相对强弱，从原子结构这一微观层面给出推理论证，最后设计相关实验证实预测的准确性。通过这一内容的教学，提升了学生利用微观原子结构解释元素的递变规律的能力，以及结合相关理论证据，分析、类比和预测典型元素的单质及其化合物的化学性质的能力，并力求能基于预测，进一步设计实验，来证实或证伪。

同样，对于元素化合物性质、变化及其应用的学习，要求学生能基于物质价类二维元素观的理论依据，从宏观性质和微观结构上收集证据，并能根据理论证据从物质类别和化合价两个角度分析问题，获得合理的推理。物质类别和元素价态是我们分析元素化合物性质的两个视角，以氮元素为例，元素价类二维观为理论依据，设计氮及其化合物的转化，在教学过程中，教师可以根据学生设计的不同路径，进行分析、类比，进而评价、总结和概括非金属及其化合物转化的一般性规律，最终优选出最佳转化过程。进一步思考，还可以为合理解决酸雨问题提供依据，如何将有毒有害的物质转化为无污染物，结合工业实际，推理得出理论方案，以实际问题为情境素材，在具体问题的解决过程中提升学生的化学核心素养能力，进一步发展学生证据推理素养。

三、以实验事实为证据，培养学生类比推理能力

化学是一门以实验为基础的科学，“化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭”。

教师可以以课堂实验事实为证据，对物质的性质来加以论证。如金属钠与水的实验中，观察钠保存在煤油中，取出一小块钠，用小刀切下一小粒，加到滴有酚酞的水中，观察现象，借助实验现象为证据来推理，学生就不难理解钠的硬度、密度和熔点等物理性质，依据元素守恒以及溶液变红这一现象，推知有NaOH这一碱性物质生成，依据氧化还原反应中化合价升降规律，反应过程中钠失去电子生成氢氧化钠，钠元素的化合价升高，同时，H2O中必然会有元素的化合价会降低，从而推知有氢气的生成，正是因为气体的产生，就可以进一步理解钠在水面游动这样的实验事实。如果进一步结合选择性必修课程模块3《有机化学基础》中钠与乙醇的反应，根据观察到的钠沉在乙醇下面，反应缓和，反应过程中，钠块上下浮动但没有熔成小球这样的实验事实为证据，我们可以类比钠、水、乙醇的密度，同时通过反应速率的区别以及产生能量的差异性，来推理同样存在—OH基团，但由于物质分子基团之间存在着相互之间的影响，导致化学性质的差异。再来综合性的分析这两个实验的事实證据，钠保存在煤油中，而煤油的主要成分是碳原子数为11—17的烃类混合物，主要成分是饱和烃类，也就是存在碳碳单键和碳氢键，钠的稳定保存，推测钠不能使碳碳单键、碳氢键发生断裂而反应，进一步推测作为分子式是C2H6O的乙醇，在其分子结构中存在着除此之外的相对活泼的氢氧键，从而可以确定乙醇的分子结构，进一步以宏观微观相结合来培养学生的证据推理素养。

中学化学学科证据推理的核心素养是以观察和实验等为方法，来获取物质及其变化的客观事实，并进行分析推理、概括、总结以揭示化学变化及其变化规律的过程。化学学科核心素养的培养是一个需要不断持续的过程，教师应在课堂上以学科知识为载体，创设富有价值的真实问题情境。只有抓住“证据推理”这一核心素养，才能在教学中发展学生的化学学科核心素养。

（作者单位：张家港市沙洲中学，江苏 张家港215600）