证据推理与模型认知在中学化学概念教学中的应用

彭凤兰

【摘  要】在中学阶段的化学教学过程中，不管是日常教学还是中高考习题，化学概念无处不在。化学概念作为贯穿初中、高中化学教学全过程的内容，其重要性明显。尽管化学概念如此重要，但在实际的学习过程中，大部分学生在化学概念学习方面都存在方法不正确、学习效率低等问题。因此，本文基于证据推理和模型认知的教学方式，通过实际的案例设计和解析，帮助学生解决中学阶段化学概念学习困难的问题，同时也为类似教学设计提供一些相关经验。

【关键词】证据推理;模型认知;中学化学;概念

教学

一、教学背景

鉴于化学概念的高度概括性和抽象性等一系列特点，学习化学概念一直是中学教育的一个难点。化学的概念、原理是什么意思，其自身存在一定的复杂性，大部分的中学生都存在化学概念学习吃力的情况。因此，中学阶段化学概念的教学质量如何有效提升，已经成为当下化学教育工作者迫切需要解决的问题。从化学概念的出现和考查情况来看，在解决相关化学概念问题的过程中，学生要积极寻找证据并对其进行处理。因此，在实践教学过程中，教师应强化证据推理和认知模式，以便在整体上有效培养和提升学生整体的化学能力和素养。

二、教学设计

化学概念具有抽象性、具体性和定义性等多种特点，对证据推理和模型认知在其中的应用来说，必定存在一定的共性。本文以证据推理和模型认知在定义性概念中的应用为例，以人教版第一章第二节“气体摩尔体积”的教学为例，研究如何在化学概念中更好地应用证据推理和模型认知。

（1）教材分析。气体摩尔体积是人教版第一章第二节的内容，气体摩尔体积内容的扎实学习，能够为化学气体的其他有关研究奠定基础。此外，将物理模型与相关数据和“推测思维与建模”的概念模型相结合能有效地促进学生发展摩尔气体体积的概念模型。

（2）形势分析。气体摩尔体积属于化学概念中的定义范畴，但同时它也具有显著的抽象性特点，而这一概念的引入，主要是为了方便后续化学研究的深入，因为气体作为化学研究学习中的常见概念，经常会参与各类化学反应，并对其产生不可忽视的重要影响。尽管学生在进入高中之前，已经掌握了大部分化学概念，并对微观世界有了一定认识，但整体上来说，对相关知识的理解仍然不够深入。

（3）教学目标。通过展示引导学生思考的相关数据，并最终得出在相同温度和压力下固体、气体和液体物质体积的结论，有助于学生更好地理解，相同温度下固体和液体颗粒的体积以及压力颗粒的数量，与相同温度和压力下气体的质量相对，确定物质体积的主要决定因素，通过类比和归纳推理，加深学生对这些因素的理解;通过物理模型可以确定固体、气体和液体体积的主要决定因素有助于捕捉质量摩尔的概念，最终还可以创建气体形状、气态摩尔体积的基本模型。

（4）评价目的。通过对数据进行论证，得出了相同温度和压力下固体、气体和液体的体积决定因素。促使学生认识到在相同的温度和压力下固体和液体的数量是相同的，但在相同的温度和压力下粒子的数目、气体的体积是相同的。培养学生的证据论证和认知技能建模能力。通过推理进行类比和概括，对决定物质体积的主要因素进行推理，促进学生对影响物质体积的主要因素进行深刻理解，培养学生宏观辩证法和微观分析的基本技能。通过物理模拟以确定固体、气体和液体物质体积的主要决定因素将有助于捕捉气体质量的概念，发展充气的气态摩尔体积概念，并增加学生的知识。

（5）教学难度。重点：了解和理解摩尔气体体积的定义，遵循阿伏伽德罗定律，并建立质量模型、莫罗佐夫模型和气体摩尔体积模型;难点：从气体摩尔体积概念与阿伏伽德罗定律中提取理论。

三、教学实践

“气体摩尔体積”概念在“证据论证与模拟感知”中包括三个学习阶段：首先是数据表示，得出结论，固体、气体和液体物质在相同条件下的体积;然后通过类比总结了决定物质体积的主要因素;最后，结合物理模型，可以在相同条件下在确定的固体、气体和液体质量上创建动态模型、。以下是实训的具体阶段：

（1）相同条件下的固、气、液体积。

显示：20 ℃下1 mol固体和液体，1.01×106 Pa，如表1所示。

教师问：“请先从研究各种物质的大小开始，看看这些数据，你发现了什么？得出了什么结论？”

学生回答：计算结果分别获得7.1、10.0、18.0、53.5 mL的体积。即使固体和液体质量相同，并且都处于同温、同压下，但两者的体积不一样。

教师再次展示：1 mol不同气体物质在0 ℃，1.01×106 Pa下的体积。具体如表2所示。

学生回答：等物质量的气体在同温、同压下所占有的体积相同。

教师针对以上两个环节的探讨进行总结并建立模型。

总结：等固体质量和流体质量通常不同，但如果气体质量相同，则几乎相同。

本环节的设计意图在于，根据数据，将固体物质和液体物质的体积相加，在相同条件下，固体和液体物质的质量通常不同，但气体几乎相同。除比较和扣除这些数据之外进行演绎。

（2）用类比法记录物质体积的主导因素。

教师问：一个鸡蛋有多大？一个大西瓜有多大？十个同样大小的蛋和一个大西瓜哪边占有的体积大？同样的两组鸡蛋，每组10个，一组排列紧密，另一组分散摆放，比较两组之间的体积，哪边更大？

基于这些观点，询问学生：你能想象什么因素是重要的吗？学生回答：答案是西瓜;10个分散的鸡蛋，其中颗粒的数量、大小和重量的测定起着重要作用，包括微粒间的距离。

本环节设计意图主要为，除了这种类比，还分析了决定材料体积的主要因素，以便为确定气体、液体和固体尺寸的主要因素的进一步发展奠定基础。3个物理模型得出的结果是，在相似的条件下，固体、气体和液体是不同的。

教师的示范：在相同的温度和压力下，颗粒数量在固体和液体体积上是相同的;在相同的温度和压力下，在两个可更换的容器中加入具有相同颗粒数的氢和氮分子以及气体所占体积;气态粒子受温度和压力的影响用Flash动画展现。

针对这些介绍，教师提出了以下问题：决定固体和液体物质体积的主要因素是什么？氢和氮氧化物的尺寸不同，那么在相同温度和压力下决定气态颗粒体积的主要因素是什么？决定气态颗粒之间距离的因素有哪些？固体和液体略有不同，但气体在相同的温度和压力下大小相同吗？

学生回答：固体和液体物质体积的主要决定因素是体液中颗粒的大小;决定气体颗粒体积的主要因素是颗粒之间的距离;气体颗粒之间的距离决定了温度和压力;压力越高，颗粒之间的距离越小;温度越高，颗粒之间的距离越大。模块的激活主要是为了使用真实模型和动画分析确定测量气体颗粒之间距离的固体、气体和液体的主要决定因素，以及确定气体颗粒之间距离的影响因素，可以创建模型。

（3）让我们看看阿伏加德罗定律，为它树立一个示范模型。

教师问：在同样的温度和压力下，对于同样物质的体积，同学们还能说些什么呢？

学生回答：在相同的温度和条件下，相同大小的气体含有相同数量的粒子。

教师解释并代入模型：相同尺寸和压力的气体含有相同数量的分子，这被称为阿伏加德罗定律，公式为p V=n RT。

教师提问：请同学们用阿伏伽德罗定律公式，对练习题目当中的关系进行推理。

学生练习并解释：在相同的温度和压力下，任何气体的体积之比等于它们的物质的量之比;相同的温度和压力下任何气体的密度之比等于相对分子量之比。

本环节利用逆向推理和正向推理相结合的方式，引导学生对定律的深层含义进行理解，并促进学生更好地理解摩尔定律。

（4）设计并应用气体摩尔质量压缩模型。

概念：单位质量气体体积，称为摩尔气体。其符号为Vm，单位为L/mol，公式为Vm =V/Vn。

需要注意的是，标准模式下的22.4 mol气体，每单位mol 等于1 L。

问题：气体（V）和气体的质量（n），气体体积（V）与气体质量（m）的比值，以及气体体积（V）与粒子数量（N）的比值。

本环节通过建立气体摩尔体积的概念模型，并结合习题的练习拓展，气体摩尔体积与气体质量、物质质量和气体颗粒数量之间的关系最终成功地建立了气体摩尔体积的概念模型，具体模型如下图所示。

在教学中，人们将索引和直接证据与教学过程中的指示和平行结合起来，从而产生指示和平行的组合。在教学过程中，它们促进学生理解“已定义”概念的含义和来源，目的是让学生理解和实施“定义”的概念，并为其创建概念模型。

四、教学反思与建议

（1）教學反思。在建立模型的过程中，通过对不同形态物质之间进行观察和比较，梳理总结出部分观点理论，并在此基础上进行分析推导，直至成功理解化学概念。这一系列的操作环节，既能有效加深学生对化学的理解，又能完善他们的逻辑思想。为了证据推理和模型认知的核心素养能够在气体摩尔体积的教学中得到有效落实，还在实际的教学过程中加大科学思维的运用范围和程度，更好地引导学生将证据推理和模型认知应用在化学概念的学习中，从而让学生的化学学科思维能力在中学化学中螺旋上升，并在最终有效提升化学素养。

（2）教学建议。鉴于当下中学生普遍存在的化学概念学习问题，教师应当对证据推理和模型认知的教学方式予以重视，为了保证教学质量，应当在备课环节尤为仔细，从而保证后续教学工作对学生发挥作用，提高理论能力，并通过指导和支持来引导学生在头脑中建立化学概念模型，帮助学生理解化学概念。此外，学生将知识应用于化学学习，以促进核心意识素养和化学概念之间的融合理解。

【参考文献】

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