在化学教学中培育学生的证据推理素养——以“盐酸的性质”一课为例

史晋琳

(杭州市临平区临平第二中学，浙江杭州，311100)

一、引言

学生的素养培育受到一线教师的广泛关注，教学应与现实生活紧密相关，在真实的问题情境中展开，学生应采用基于证据的、合作探究的建构模式进行学习，并在不断尝试解决问题的过程中形成学科能力和学科品格，教师通过这样的教学模式逐步完成培养学生学科核心素养的任务。[1]教师在教学过程中带领学生了解证据的概念、懂得通过何种途径能够获得精准的证据，让学生具有强烈的证据意识，培养学生收集证据和证据推理的能力。“基于证据的推理”是认知化学世界的基本技能，这项技能可以帮助刚刚接触化学世界的初中学生开启“化学之门”，同时这项技能不仅有助于学生深刻理解知识的建构过程，更有利于学生的知识迁移。[2]因此，证据推理素养的培养在学生各种素养培养中占有重要的地位。

二、“证据推理”与培育策略

(一)“证据推理”素养的概念理解

中学生的“证据推理”素养是指学生通过各种途径(如教师告知、查找资料、实验现象等)获得事实或材料，并根据这些事实或材料推断得出相应结论的素质能力。课程标准中的“证据推理”是指具有证据意识，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证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。[3]因此，化学核心素养中的“证据推理”应该是“基于证据的推理”，即学生首先要学会如何寻找证据。在化学学习过程中寻找证据最有效的方法就是做实验，在实验过程中所显示的现象(如颜色的变化、温度的变化、新物质的生成等)都是学生在后续推理时的重要证据，而且学生通过自己实际动手得来的证据会让他们有较强的参与意识，对化学学习也会产生浓厚的兴趣。学生在获得证据后，要对证据进行深入分析(如实验过程中为什么会产生颜色的变化、生成了什么物质等)，作出相应的判断或得出相关结论，从而解决相关问题或获得相关的新知，因此，学生分析证据的过程也是学生思维发展的过程。

(二)“证据推理”素养培育策略

人类对自然的认识都是在产生疑惑之后进行探究，通过探究揭开谜底，找到答案，从而提炼出相关知识。可以说人类认识自然的过程就是进行科学探究的过程，因此，学生在学习科学的过程中常常采用科学探究的学习方式。探究的一般过程是提出问题、建立假设、设计实验、获取事实与证据、推理检验假设、得出结论，其中获取证据、推理检验假设是科学探究的中心环节，也是科学探究的基本方法，因此，证据推理必然依赖于科学探究的学习方式，即以科学探究的学习方式作为培育学生“证据推理”素养的载体。探究的目的是通过实验收集证据、进行推理，再总结概括，最后证实或证伪最初的假设。[4]学生通过探究的过程来学习科学，对收集到的证据进行评价，进而推理得出结论并对观点进行论证、解释，从而体会科学本质的核心成分。学生在这一过程中不断提高收集证据和证据推理的能力，因此，深化实施科学探究学习方式是培养学生“证据推理”素养的主要实践策略。

三、基于“证据推理”素养培育的教学设计

(一)教学目标

初中化学“盐酸的性质”教学，主要涉及盐酸的物理性质和化学性质两方面，其中盐酸的化学性质为主要教学内容。根据课程标准中有关证据推理素养的描述，并综合考虑初中学生的知识储备、认知特点及接受能力，将“盐酸的性质”教学的“证据推理”素养目标设计成以下几个方面。第一，根据直观观察获取的证据，认识盐酸的物理性质，学会基本的观察方法；第二，设计盐酸与各类物质反应的实验探究活动，根据从实验中观察到的现象推理总结出盐酸的五条基本化学性质，在此过程中体会运用证据推理解决问题的方法；第三，从离子反应的角度解释盐酸化学性质的本质，从微观粒子的层面初步建立复分解反应的认知模型；第四，通过整堂课的所有环节学会通过观察、实验的方法收集证据及根据推理确定结论的方法。

(二)教学思路

推理最根本的依据就是证据。在科学探究过程中，针对问题进行假设后，多方收集证据并利用证据进行推理，从而获得结论。本节课收集证据主要采用实验的方法，学生只有通过动手操作才会对取得的证据有直观的感受，因此，本节课通过三个探究活动，将学生的思维活动由认识知识提升到认识方法，由书本知识拓展到课外知识，引导学生通过直观观察、已有旧知、实验、微观模型等途径获得证据进行推理，掌握盐酸化学性质及其本质，建立复分解反应的认知模型。

(三)教学过程

1.直接认识盐酸的物理性质

在新课导入环节，教师先让学生仔细观察桌子上的盐酸，然后说说盐酸具有哪些物理性质。根据教师的引导，学生先观察盐酸的颜色和状态，然后打开试剂瓶观察瓶口情况，最后用手扇闻气味。通过观察和交流，学生知道纯净的盐酸溶液是一种无色的液体，打开试剂瓶后能看到瓶口处冒出白雾，这说明浓盐酸具有挥发性，瓶口的白雾是挥发出的氯化氢气体与空气中的水蒸气结合形成的液态小液滴，盐酸还具有刺激性气味。

设计意图：学生根据直观观察获取的证据认识盐酸的物理性质，学会基本的观察方法。直接观察法是获取证据最简单、直观的方法，是获取证据的基本技能，这个环节旨在培养学生的观察能力，让学生学会对化学药品要进行扇闻。通过分析白雾产生的原因推理出浓盐酸具有挥发性，让学生具备证据推理的意识。

2.创设情境，引出盐酸的化学性质

教师出示分别装有氯化钠溶液和稀盐酸溶液的两瓶溶液，请同学们设计方案对两瓶溶液进行鉴别。学生以小组的方式展示实验方案，然后学生通过交流得出酸碱指示剂是鉴别两种液体最简单有效的方法的结论，从而得出盐酸能使紫色石蕊试液变红的结论。

设计意图：教师通过创设情境引导学生设计实验，学生根据实验现象做出判断，教师再补充两个类似实验证明学生的结论。补充实验可以使学生的结论更具有说服力，同时激发学生的学习兴趣，并调动学生在已学物质酸碱性的相关知识中寻找证据解决问题的积极性。从已有的旧知中寻找证据是获取证据的一条途径，学生在已经了解物质的酸碱性之后在设计实验时会想到通过检验酸碱性来区分食盐和盐酸，并在后面的实验中验证了盐酸能使指示剂变色的性质。这个环节旨在培养学生在已有旧知中寻找证据的思维意识，并能够在实践中体会如何应用这种方法。

3.实验探究，推理盐酸的化学性质

教师演示把鸡蛋壳放入盛有盐酸的试管中，将燃着的火柴伸入试管口。学生观察到试管内有气泡冒出，燃着的火柴熄灭。鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙，属于盐类，这说明盐酸可以和盐类物质反应。教师再向学生提问盐酸是否可以和所有的盐类物质反应？学生将桌上的盐酸和氯化钠溶液混合，盐酸和氯化钠没有发生反应，因此，盐酸不能和所有的盐类物质反应。教师引导学生从离子的角度分析盐酸和碳酸钙反应的本质，进而分析推理出盐酸和盐反应后能生成难电离的物质(即水或气体或沉淀)，这样的反应就能发生，反应的实质就是离子互相结合成难电离的物质的过程。最后由学生总结出盐酸能与部分盐反应生成新的酸和新的盐的结论。

设计意图：学生自己动手实验，并从实验现象入手，通过明显的实验现象自己寻找证据，建立复分解反应的微观模型，得出结论。在化学学习中，通过实验现象寻找证据是我们获取证据最常用且有效的方法。在这个环节中，两个物质放在一起后冒出气泡这一明显现象就是两个物质能够发生反应的有力证据，根据这一证据学生进行推理思考，可以得出盐酸的化学性质2。在这个环节中学生完整地体验了收集证据并根据证据进行推理的全过程，同时又获得了成就感，降低了证据推理的神秘感，知道它就存在于我们的日常学习中，这也有利于学生在后面的学习中乐于进行证据推理，为培育学生“证据推理”这一素养奠定了基础。

由“胃酸过多的病人常服用一种叫‘胃舒平’的药片来治疗”这一生活情境引入盐酸和碱的反应。学生向盛有氢氧化铁的试管中滴加稀盐酸和向盛有氢氧化铜的试管中滴加稀盐酸这两个实验，观察到两支试管分别出现了红褐色沉淀和蓝色沉淀，再从离子的角度分析反应的实质，最终推理得出盐酸可以和碱反应生成盐和水。

设计意图：教师由生活情境引入相关知识，引起学生的探索兴趣；学生通过观察到的实验现象找到证据，在对证据进行分析时借助微观粒子模型解释原理，最终推理得出结论。在这个环节中，教师主要是引导学生对证据进行深入分析，找出其原理。在此基础上，推理就变得顺理成章了。本环节中分析证据采用的方法是利用微观粒子建模解释宏观现象，这一方法是分析证据常用的一种方法，也是基于证据进行推理经常会经历的一个步骤。教师设计本教学环节是为了让学生具备分析证据的能力，为培育“证据推理”这一素养做好铺垫。

学生分小组活动，将一枚生锈的铁钉(主要成分是Fe2O3)放入试管，向其中滴入少量的稀盐酸，放置一段时间后取出铁钉，将铁钉冲洗干净。学生通过观察发现铁锈逐渐溶解，取出后铁钉变成亮白色，溶液变成了黄色，由此现象可以推理得出铁锈与稀盐酸发生了反应，并生成了正三价的铁离子。学生再向盛有少量氧化铜粉末的试管中加入2毫升稀盐酸，微微加热。学生观察到随着加热黑色氧化铜粉末逐渐溶解、溶液变成了蓝色的现象，由此可以推理得出氧化铜与稀盐酸发生了反应，并生成了正二价的铜离子。根据以上两个实验可以推理得到盐酸可以和金属氧化物反应生成盐和水。

设计意图：经过前面的几个环节，学生对动手操作、证据推理已经有了一定经验，对整个流程也有了基本了解。因此，在这个环节中，从动手实验到观察现象再到分析证据，直到最后推理得出结论，教师可完全放手让学生自己完成，学生的证据推理能力得到锻炼的同时也大大增强了学习的自信心，学生在今后的学习中也乐于使用证据进行推理得出结论，使学生的“证据推理”素养得以发展。

在前面盐酸除铁锈的实验中，学生观察到随着铁锈的消失，铁钉表面有气泡生成，而盐酸与氧化铁反应时是没有气体生成的，那么在实验过程中出现的气泡是不是由盐酸继续与金属铁反应生成的气体呢？学生通过小组讨论并设计实验方案针对上述问题进行探究。经实验发现铁丝、锌粒可以和盐酸反应生成氢气和水，而铜丝不能和盐酸反应，由此得出盐酸可以和某些金属单质反应生成氢气和水。

设计意图：教师对原有实验进一步挖掘，提出新的问题，引起学生进一步探究的欲望。在本教学环节中，教师让学生自己设计探究方案，根据学生设计的方案教师给予适当指导。通过实验，学生得到新的证据，教师再引导学生进一步分析证据、推理解释，得到更多的结论。在这个过程中学生的证据推理能力再一次得到提升。

四、“证据推理”素养培育的实践反思

(一)课堂教学中的注意事项

1.做好前期准备

第一，教师在备课时要明确学生是学习的主人，要考虑学生前续知识的储备，预测学生在学习新知识时可能会出现的困难。本节课教师就从学过的物质的酸碱性中找到盐酸的化学性质1的相关证据，为学生后面的推理提供了理论基础，学生接受起来就比较容易。

第二，教师要研究教学目标，根据学生的思维特征，确定“证据推理实践课”的教学内容。不是所有内容都需要证据推理，陈述性知识就需要证据推理，有些化学概念如什么是酸、什么是碱、什么是单质等是不能通过证据推理教给学生的。而程序性知识、策略性知识只要学生学力许可都可以采用证据推理实践教学，几乎所有物质的性质如二氧化碳的性质、碱的通性、酸的通性等都可以运用证据推理实践教学。

2.因材施教，适时指导

学生存在着个体差异，每个学生的基础、学习能力都是有区别的。教师要因材施教。对基础扎实且有一定分析推理能力的学生，教师要多放手，让学生独立设计探究过程、寻找探究过程进行推理。在学生遇到困难时，教师再适当帮忙，这对培养学生的“证据推理”素养会有较好的效果。而对基础较弱、能力不强的学生，教师可以引导他们一起探究，一步步带领他们走向成功，让他们体会到成功的喜悦并提升他们的证据推理能力。本节课教师在教学过程中是实施分层教学的，对成绩好的学生，教师把所有实验全部放手给他们自己来完成，教师只在他们遇到困难需要帮助时适当点拨一下，这样他们的证据推理能力得到了很好的锻炼；对基础弱的学生，教师带着他们一起完成了前面的几个实验，引导他们进行证据推理，有了前面的基础，最后一个实验就可以放手让他们独立完成。这样，学生既顺利完成了学习任务又在独立实验中找到了自信心，对化学学习也产生了一定的兴趣。

3.鼓励为主，发挥正强化的作用

在证据推理实践过程中的任何一个突破对学生来说都是来之不易的，学生会有成就感，教师抓住这个时机及时给予表扬和鼓励，会激发学生的求知欲望并增强他们的自信心，为探究教学的进一步开展奠定思想基础。本节课学生每完成一个探究、得出一个结论，教师都给予他们表扬及肯定，学生迫不及待地想要进行下一个环节以进一步证明自己的能力，学习兴趣和自信心都得到提高。因此，整节课进行得非常顺利，学生的学习效果也特别好，学生对“证据推理”产生了浓厚的兴趣。

鼓励学生时要注意在自然的语调中表达真诚的鼓励，过于平淡或高亢的话语都无法传达真心实意。教师对学生的鼓励必须真诚、热忱，不需要夸张的语言和动作，亲切温和的话语、温柔而鼓励的目光，会给学生强有力的支持。

4.教师主导重在支持学生

教师对学生的支持主要可以归纳为四个方法：点、拨、指、引。所谓“点”，是指教师在学生进行探究之前给学生点明大致方向，即教师在后面推着学生走，使学生明确本次实验的目的是什么，想要得到哪方面的结论；所谓“拨”，是指当学生在推理过程中出现错误时教师适时地给予支持，把学生拨回正路，以免学生在错误的路上越走越远；所谓“指”，是指教师在学生实验过程中给学生明确指出方向，在学生已有的知识和未知的知识之间搭一座桥梁，为学生铺路，使学生能够从已知顺利走向未知；所谓“引”，是指学生在证据推理较难的问题时，教师在前面引着学生向前进，较难的问题对学生来说可能是一座无法攀登的高峰，这时教师可以给学生一定的理论讲解，让学生举一反三，通过自己的思考来解决问题，不要把所有问题的答案直接给学生，就像在有坡度的地方给学生垫了一块垫脚石，让学生通过自己的努力攀上高峰而不是让学生趴在老师的背上由老师背上山去。

(二)“证据推理”素养的培育须加强问题意识

问题是引发学生思考的源头，有了问题学生会想办法解决，在解惑的过程中学生会运用各种方法，证据推理就是其中非常重要且常用的一种方法，教师向学生呈现的问题越多，学生实践证据推理这一方法的机会就越多。在多次实践过程中，学生逐渐具备了“证据推理”这一素养，可以说问题是发展学生思维、培养学生证据推理能力的一种“行之有效”的催化剂。本节课在学习盐酸的五条化学性质时均以问题开篇，学生围绕这些问题展开探究，通过实验操作收集证据并加以推理，完成知识的构建。学生通过本节课的学习，充分体会证据推理在化学学习中的重要性，并把证据推理方法在实践中加以应用，也感受到了利用证据推理方法解决问题后带来的成功感和喜悦感。

培养学生的“证据推理”素养主要依托科学探究的学习方式，提出问题是科学探究活动的第一个环节，有了前面的问题才有后面的针对问题进行假设、实验、收集证据、进行推理等一系列活动。因此，教师应注重培养学生的问题意识，引导学生学会观察生活、学习中的现象从而发现问题，能够有效提高学生的科学探究能力，同时也培养了学生的“证据推理”能力。[5]

(三)“证据推理”素养的培育须关注思维品质

学生通过科学探究活动进行基于证据推理的实验，在实验教程中认知科学本质，并在活动中逐步学会收集证据，基于证据进行分析推理，证实或证伪假设。学生在这个过程中论证证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径。本节课重点要求学生掌握盐酸的五条化学性质，学生通过科学探究的模式逐一得出盐酸的相关性质，学生的科学思维得以发展。在体验科学发现过程的学习活动中，学生运用科学思维发现问题、提出假设、实验探究、证据推理、进一步实验探究、证据推理、得出结论，层层深入问题本质，学生的原有认知得以提升，因此，科学的思维品质有助于实现学生对知识的深度构建，发展学生的高级思维，培养学科核心素养。[6]