基于证据推理与模型认知视角的教学实践——以“电解池的工作原理及应用”为例

林淑秧

（福建省莆田哲理中学，福建莆田 351100）

引 言

《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出，高中化学学科核心素养包括：宏观辨识与微观探析、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、科学精神与社会责任共五项素养[1]。其中，证据推理与模型认知是化学学科理性思维特征的一种表现形式，从思维层面反映了化学学科特质的思想和方法。本文以“电解池的工作原理及应用”为例，主要探讨在证据推理与模型认知引领下的教学实践策略。

一、证据推理与模型认知素养的教学目标指向

教学目标指向是指培养学生五个方面的能力：（1）具备提出假设的能力，学生能够根据已经掌握的知识进行类比，对产生的问题进行合理猜测和预测；（2）具备收集证据的能力，并根据所提出的假设进行相关知识的学习，为后续验证假设和解决问题奠定基础；（3）具备证实结论的能力，运用学科知识进行推理，找出问题的本质原因，再关联相关知识，对前面的假设进行推理验证；（4）具备建立模型的能力，通过“提出假设—搜集证据—验证结论”，建立相关解题模型，为后续的学习打下基础；（5）具备解决问题的能力，运用前面建立的相关模型解决化学问题，以及解释生活中或者实验室中的一些现象，然后揭示事物的现象和本质。

二、基于证据推理与模型认知素养视角下的教学实践

在证据推理与模型认知的基础下，教师应结合该素养的教学目标，寻找具有一定指导性或者实用性的教学实践。具体流程如下。

环节一，导入。

演示化学小实验（见图1）：用铅笔芯写出红色的字，然后提出问题：“为什么用铅笔芯能写出红色的字呢？”并引导学生分析除了药品以外，应该还与哪些条件有关。接着让学生回顾已学的电解知识。

设计意图：一方面激发学生的学习兴趣；另一方面从该问题出发，培养学生分析问题的能力，同时培养学生提出假设的能力，并从学生已具备的知识出发，给学生收集证据提供依据。整个过程逻辑性强，一气呵成。

图1

环节二，回顾学过的电解水、电解熔融的氯化钠知识。

设计意图：培养学生运用类比的思维收集证据的能力，让学生能从物质及其变化的事实中取证。这些都是高中化学核心素养的组成部分。

环节三，利用所学的知识，来分析电解熔融氯化钠的过程。

从钠和氯气反应2Na+Cl2=2NaCl 出发，钠原子“愿意”失去一个电子给氯原子，而对于2NaCl=2Na+Cl2↑氯离子不愿意给出电子，所以要让该反应发生，必须外界“施压”给其通电。然后通过电解熔融氯化钠装置设置问题串，如图2所示。

设计意图：通过问题串的形式将关键知识“电解”“电解池的定义、条件及工作原理”表征出来，同时通过问题串培养学生从研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系出发，建立认知模型，储备推理的知识。

图2

环节四，离子放电顺序的判断。

（1）问题深入：电解水产生氢气和氯气，电解熔融氯化钠产生钠和氯气，那电解饱和食盐水的产物又是什么呢？教师引导学生分析电解质溶液中，除了电解质自身电离出的离子外，还有其他离子吗？当电极周围存在多种离子时，是一起反应，还是只有一种离子反应？如果只有一种离子反应，哪种先反应？有没有规律可循？教师通过设置相关问题，让学生找到学科知识解释证据与结论的关系，并寻找证据与结论之间的逻辑关系。

（2）演示电解氯化铜溶液并根据现象分析其原因。我们知道当电极周围存在多种离子时，只有一种离子反应放电，且在该溶液中，根据实验现象得出放电顺序是：阳极：Cl-＞OH-、阴极：Cu2+＞H+。然后，教师可以让学生分析以上数据并进一步总结出阴极、阳极离子放电顺序规律，应用模型和类比思维来解决问题。这也是证据推理中最重要的部分，能有效培养学生的逻辑推理能力。

设计意图：离子放电顺序的判断作为本节课的重点及难点，教师可通过引导学生分析和实验论证得出结论，符合学生的认知水平，能在培养学生逻辑推理能力的同时，提高学生解决问题的能力。

环节五，确定电解反应的解题思路，构建模型。

模型如下：先明确溶液中存在哪些离子→再分析阴阳两极附近有哪些离子→根据阳极氧化、阴极还原及放电顺序分析得出产物。

设计意图：教师通过建立模型确定解题思路，确定了解题的一般思路，给学生明确了解题的方向。这也是通过前面的证据推理，而后建构模型，符合学生的思维认知规律。

环节六，分析电解饱和食盐水的产物。

在有知识储备的情况下，解决与目标类似的问题，一步步地朝着目标问题靠近。

设计意图：学以致用，在有知识储备的基础上，让学生解决问题，在培养学生解决问题能力的同时，帮助学生建立学习的信心。

环节七：分析课前的化学小实验的原理。

在上述提出问题—收集证据—建立模型—解决问题的过程中，学生对证据推理的科学方法与模型认知产生了浓厚的兴趣。教师在教学中要抓住机会，分析课前小实验的原理，既是对整节课的总结，又能通过培养学生证据推理和模型认知的能力，使其真正具有解决问题的能力。

设计意图：前后呼应，突出本节课的主要内容。

三、教学感悟

该节课作为“证据推理与模型认知”视角下的教学案例，有如下几点感悟。

（1）教师应营造探究教学氛围，引导学生进行化学学科的科学探究。化学作为一门由实验为基础的学科，由课前小实验入手，引导学生对该实验进行分析探究，对提高学生的学习效率起着非常重要的作用，同时也给学生证据推理与模型认知能力的发展，提供了一个很好的平台。

（2）整节课具有较强的证据推理逻辑性。在电解池工作原理的教学片段中，学生通过分析电解水、电解熔融的氯化钠得出了电解的一般规律，再通过这个规律分析电解氯化钠溶液的产物。整个过程环环相扣，逻辑思维严谨，符合学生的认知规律和思维过程，充分提升了学生证据推理必备的三种能力——提出假设的能力、搜集证据的能力和证实结论的能力。

（3）教师通过建构认知模型，让学生思维模式系统化，从课前小实验出发，引导学生联系放电顺序的判断，构建了解决电解反应的一般模型，从而提高了学生的建模能力；同时运用电解时解题模型来解决相关的电化学问题，进一步提升了学生解决问题的能力。构建该部分知识的“模型认知”，可以说从思维层面上凸显了化学学科素养的思想和方法，进一步体现了化学学科的价值和魅力。

结 语

综上所述，基于证据推理与模型认知的学科核心素养下的高中化学教学，其目的在于通过提高化学教学质量，培养和提高学生的化学核心素养，而在化学核心素养培养和提高的过程中，特别是证据推理与模型认知的培养，需要高中化学教师不断提高学生的化学实践能力、应用能力和综合能力，以实现学生化学成绩的提高。高中化学教师不仅要注意教学中的一些问题，还要通过多种渠道来不断提高学生的证据推理与模型认知的能力，从而提高高中化学教学的质量及效率。