初中化学实验教学中学生证据意识的培养

周雅倩

摘要： 该研究基于初中化学实验教学中学生证据意识现状，旨在探讨如何利用化学实验教学培养学生的证据意识。研究发现：初中生对化学实验有浓厚的兴趣并具有一定的证据意识，能通过观察实验现象意识到证据的存在，但是意识不强，主要体现在对证据问题的提及较为表面，对于证据能否作为推出结论的依据，证据与结论间的因果关系建立较为模糊。由此提出，可通过优化实验手段、加强实验探究方案设计和养成实验反思习惯等策略来培养学生的证据意识。

关键词： 初中化学;实验教学;证据意识

一、问题的提出

在经济全球化的背景下，社会对综合型人才的需求越来越大，教育的变革也随之而来，现在的学校教育越来越重视对学生核心素养、思维品质和关键能力的培养。2014年教育部发布《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，提出“教育部将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。1 在化学学科领域也越来越重视开展以“素养为本”的教学，国家颁布的《普通高中化学课程标准》（2017年版）指出，化学核心素养包括“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”“科学探究与创新意识”和“科学精神与社会责任”。2 在这五项素养中，“证据推理”素养强调学生能够培养一定的证据意识，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。“证据推理”反映了化学学科的认知特点，也是重要的科学思维方法之一。

初中阶段是学生认知发展、思维培养、性格养成的重要时期，学生由形象思维逐渐发展转向抽象思维，因此，在该阶段挖掘初中化学学科的育人功能、培养学生的证据意识具有重要意义。

二、概念界定

1.证据

《辞海》对“证据”一词的解释是：“分析和确定案情、辨明是非、区分真伪的根据，证据必须是客观存在的事物，必须与案件有关，必须经过办案人员依法定程序搜集和查证属实。”1 “证据”在司法领域中运用较多，虽与科学教育领域针对的主体不同，但对“证据”的内涵理解具有一定共性。科学是正确反映世界本质与规律的理论，其对象就是客观本质与客观规律。科学是根植于证据的大量知识，科学观念的形成是源自对替代假设的评估以及用证据的对比，所得到的假说或结论是否被接受，取决于对证据可信性的评估以及证据与结论之间匹配性的评估与论证。2 因此，在科学教育中，证据可以理解为：学生通过观察、分析和确定某一现象或问题，辨明是非、区分真伪，从而得出结论的根据，它同样具有客观存在的根本属性。

鉴于本研究在化学学科背景下，以实验为载体展开的，因此，笔者将“证据”界定为：学生在分析、推理、解决化学问题时能够用来支持结论的相关事实依据。科学论证活动强调学生根据事实来提出假说，并运用证据来支撑自己的结论，通过自己原有经验与外界信息之间的权衡、批判和评估，最终得出一个最合理、最能被接受的结论。

化学实验中的证据指的是通过实验反映出来的客观事实，其具有客观属性，一般以实验数据、实验图像或实验现象等形式存在。

化学实验中的证据可分为实验数据、实验图像和实验现象三類。实验数据是指在实验中控制实验对象而搜集到的变量的数据。实验图像是指实验仪器中直观显示的表达数据关系、变化趋势的信息。如：在红磷燃烧实验中由温度传感器和压强传感所采集的实验图像。实验现象是指在实验过程中表现出来的，能被人通过感官所能感觉到的一切情况。如：木炭在空气中燃烧会看到持续红热的现象，在氧气中燃烧会看到发出白光的现象。

2.证据意识

科学教育强调基于证据的论证推理，因此，在科学实践活动中培养学生的证据意识尤为重要。证据意识主要表现为“学生善于亲手做实验，并在实验中寻求证据、分析证据、表达证据的科学理性”以及“在探究中的每一步即提出问题、猜想假设、实验设计、数据处理以及交流评价中都习惯于用基于证据的方式来思考、来对话的科学态度”。3 所以，在化学实验教学中，证据意识主要指的是学生能重视证据并自觉运用证据来推出结论的心理觉悟，主要表现为学生能够有意识地依据实验现象、实验数据或图像等事实性依据进行分析推理，得出实验结论，能够认识在论证过程中证据对结论的支撑作用与两者间的因果关系，从而避免逻辑混乱、无凭无据得出结论的不良思维习惯。

三、初中化学实验教学中学生证据意识的现状

化学是一门以实验为基础的科学，化学学科的发展离不开化学实验，同样，化学教学也离不开化学实验。学生需要通过化学实验来获取证据，以此建立证据与结论间的因果关系。经统计，沪教版初三化学教材中的课堂实验、学生实验、探究实践等各种实验共计73个，其中，课堂实验占43.9%，学生实验占47.9%，探究实践等占8.2%。从统计可以看出初三作为化学教学的起点年级，实验的密度较大，有利于学生形成对化学学科的学习兴趣，有利于学生对化学学科由浅入深的了解。4 那么学生从化学实验学习中是否有收获与提升？对其证据意识的培养是否有所助益？具体体现在哪里呢？针对这些问题，本研究选取某校2015级初三学生为样本，在全年级进行了问卷调查，以此了解学生化学实验学习以及证据意识的现状。

1.学生对化学实验的兴趣与收获情况

结合学生的具体学情与问卷反馈，我们发现大部分学生对实验教学与实验活动非常感兴趣，也非常认可实验教学对化学学习的帮助，大多数学生认为完成实验后收获较大，如图1和图2所示：

2.学生在化学实验中的收获表现

问卷调查显示，学生认为在化学实验中的收获在实验操作技能、巩固强化理论知识、团结合作、统筹规划等方面各有侧重，其中大多数学生认为实验操作对其理论知识提升效果显著，如图3、图4所示：

在对研究数据进行量化分析之后，笔者结合半结构化访谈的形式，以了解学生在化学实验中的具体收获以及化学实验对学生证据意识的影响。

3.化学实验对学生证据意识的影响表现

调查问卷数据显示，学生在实验操作技能、团队合作、巩固强化理论知识等各方面都有所收获，在“巩固强化理论知识”方面学生的收获具体体现在哪里，如何通过实验证据的获取来巩固理论知识，即在证据与理论间建立因果关系，笔者通过访谈进行了进一步追问，具体访谈分析如表1所示：

S1：对实验现象印象会更深刻，通过实验将理论落到了实处，自己动手了就知道理论到底是怎么一回事了

S2：用铁置换硝酸银时，一直会误以为有绿色溶液出现的现象，实际上不可能，也不会有银白色固体析出。对实验的实际现象和情况有更多的了解

S3：对实验的现象，尤其是沉淀现象，有了更为直观的记忆，方程式中的沉淀符号不会漏写了 加强对实验题的解题能力

通过学生实验，对实验题的文字表述、误差现象分析及装置选择等解题方法得到进一步加强

S4：在做实验题时，对装置选择和实验原理的验证会把握得更好。另外，自己的实验动手能力更强了

S5：在解决实验题时能有一些特别的思路和想法。例如：碳酸钠和氯化钙盐酸的混合溶液，看过一遍实验就可以更清晰地分析题目的要点

S6：能够更直观地感受各个实验的现象，包括化学变化过程。也更加丰富了自己的答题思路与过程，对实验操作的过程和步骤加深了记忆 ]

通过分析访谈内容发现，学生普遍认为学生实验对理论知识有指导作用，虽然具体收获体现的侧重点各不相同，但也有共性的地方，主要聚焦于“通过观察实验现象，加深对实验原理的理解”和“加强对实验题的解题能力”两方面。在实验原理方面，学生认为化学实验能够帮助其观察到直观的化学反应现象，对实验的实际现象和情况有更多了解，比如铁置换硝酸银溶液时，一直会误以为有绿色溶液出现的现象，实际上不可能，也不会有银白色固体析出。在实验题的解题能力方面，学生的收获具体体现在对装置选择和实验原理的验证上，对操作步骤和要点描述更精准， 表述更加规范。访谈发现，学生目前具有一定的证据意识，能通过对实验现象的观察意识到证据的存在，尤其是当证据与预期假设不一致时，能够激发学生的证据意识，但是学生的证据意识不强，主要体现在对证据问题的提及较为表面，对于证据能否作为推出结论的依据、证据与结论间的因果关系建立较少提及。

综上所述，初中化学实验是一种非常重要的科学实践活动。学生能够通过化学实验直观地观察现象、收集数据，在证据收集的过程中进一步分析、推理、评估，得出实验结论，使得对学生来说原本“生涩”的科学理论具有了认识论上的价值，这也是化学实验对学生证据意识影响的重要体现。因此，教师要以实验教学为抓手，发挥实验在培养学生证据意识、培育学生核心素养中的重要作用。

四、初中化学实验教学中学生证据意识的培养策略

基于上述现状，在化学实验教学中，教师应主动培养学生的证据意识，强调对证据的认识及基于证据去推断物质的组成、结构、性质与变化规律的过程，建构以证据推理为核心的实验教学，主要培養策略如下：

1.优化实验手段，借助数字化实验激发学生证据意识

初中生正处于由形象思维转向抽象思维的过渡阶段，但仍以形象思维为主，抽象思维水平较低，对于化学学习中一些微观的概念和变化较难理解。因此，在实验教学中，可以借助数字化实验媒介将实验现象等证据具象化，因为实验不仅关注始末，对实验过程中的变化进行观察与收集也尤为重要，能帮助学生意识到证据的存在，有利于学生获取证据。例如，空气是学生非常熟悉的物质，在沪教版九年级上册第二章“浩瀚的大气”中安排了测定空气中氧气体积分数的课堂实验，但在原有实验装置（如图5）基础上进行演示实验的话，学生只能观察到的始态和末态现象，对实验过程中集气瓶内气压的变化缺少直观认识，无法证实集气瓶内气体体积的变化。然而，如若借助数字传感技术，用压强、温度传感器等仪器测定红磷燃烧实验装置内压强和温度变化，并将计算机中显示的压强和温度随时间变化的关系曲线绘制成图（如图6），学生可直观地观察图表的生成，借助图表分析瓶内气体温度和压强随时间的变化缘由，化抽象为具象，帮助学生有据可依，厘清原理本质，得出实验结论。

2.加强实验探究方案设计，强化学生证据意识

以实验探究活动为载体，带领学生体验科学知识的形成过程，是渗透核心素养、培养学生证据意识的一个切入点。例如，在初三化学教学中常常涉及一些无明显现象的化学反应，学生难以通过观察现象直接获得证据，那么对于“无明显现象的化学反应是否真的发生了”这个问题，往往需要学生去设计实验方案、通过寻找间接证据来证明反应的发生。所以，设计实验探究方案以证明反应发生的过程其实就是寻求证据的过程，可以强化学生的证据意识。比如，在探究“二氧化碳能否与氢氧化钠反应”这个问题时，因为反应没有明显现象，所以在教学时往往会请学生以小组合作的形式设计实验方案，证明二者是否发生了反应。由于该阶段的学生化学知识储备有限，教师在教学时可提供信息库，鼓励学生在查阅资料时学会提取关键信息帮助其进行方案设计，一般学生会从“证明新物质生成”角度，用足量的盐酸或氯化钙溶液产生气泡或沉淀的现象去证明有碳酸钠生成，从而证明反应确实发生了。在此基础上，教师也可以引导学生从“证明反应物减少”的角度，利用装置内气体被消耗，产生压强差使液体倒流从而证明反应发生。

因此，教师在教学设计时可加强实验探究方案的设计与指导，旨在让学生在课堂上体验完整的探究过程，鼓励其经历“提出问题—猜想与假设—实验验证—收集证据—得出结论—反思交流”的探究过程，给予学生空间和时间去思考并收集证据，基于证据去推断分析，以此培养学生探究能力，强化证据意识。

3.养成实验反思习惯，深化学生证据意识

在科学探究的要素中，有一项非常重要的要素，也往往是学生容易忽视的要素，即“反思与评价”。很多学生在对待化学实验时，往往重在实验操作过程，观察实验现象，记录并分析，得出结论后即认为实验结束了。其实不然，化学实验强调的是科学实践活动的整个过程，包含实验前的预习与准备，实验中的操作、观察、记录与分析，实验后的回顾、问题生成与思考。实验反思重在将理论与实际相联系，体验化学变化的复杂性，从生成性问题与误差等方面找寻原因与改进措施，进行实验整体回顾与问题反思。例如，学生在“实验室制二氧化碳”实验结束后反思如下：“总结本次实验操作，有许多注意点：（1）添加稀盐酸量至一半即可，否则关闭弹簧夹液体会压回漏斗中溢出。（2）在检验二氧化碳时，应向集气瓶中倒入少量石灰水，否则就会看不到CO2过量产生Ca（HCO3）2，石灰水重新变澄清的现象了。我觉得这次实验收获很大，并且亲手操作了简易启普发生器，觉得化学真的很有趣，收获很多。”从中可以发现，学生在实验反思中会对实验操作、实验异常现象、实验体验与感受进行回顾思考，其中对实验异常现象的分析就是基于观察到的现实证据，可见，证据的深化能够帮助学生把握原理以及厘清证据与结果间的因果关系。

因此，在实验教学中，教师可以鼓励学生在做完实验后撰写实验反思，思考自己在实验过程中的问题，重点关注在实验反思中学生如何收集证据，如何利用证据支撑自己的结论，证据与结论间的因果关系是否成立等问题，帮助其进一步厘清问题本质，也有助于其证据意识的深化与发展。

五、结语

初中是化学学科的启蒙学段，实验是化学学科的特色与核心。本研究发现：初中生对化学实验有浓厚的兴趣并具有一定的证据意识，能通过实验现象的观察意识到证据的存在，但是证据意识不强，主要体现在对证据问题的提及较为表面，对于证据能否作为推出结论的依据，证据与结论间的因果关系建立较为模糊。由此，教师可结合化学学科特色，通过优化实验手段、加强实验探究方案设计和养成实验反思习惯等策略来加强培养。教师只有有意识地在实验教学中对学生证据意识进行培养，鼓励学生在实验中去关注证据、寻找证据、辨析证据、解释证据，养成用事实说话的思维习惯，学生才能重视证据在科学推理中的重要作用，长此以往，才能形成自觉运用证据来推出结论的心理觉悟与思维习惯。