证据推理与模型认知融入化学教学的实践研究

袁礼军

自核心素养提出以来，受到广泛关注，在实际教学过程中具有很强的指导意义，其中证据推理与模型认知作为维度之一，对学生学科思维培养具有重要意义。从近几年高考命题特点来看，题目新颖，以重大科技成就、社会热点、时政热点、环境保护等为素材，与考试内容有机结合突出“高起点”，考查基本理论、基础知识，突出“低落点”，但从学生反馈的得分效果并不理想，尤其是化工流程题、探究性实验题、开放性试题，学生经常出现不知道怎么回答或者答题方向不明确。笔者分析认为，这与教育教学中对学生思维的培养不足，不能将理论知识运用到实际生活中，缺乏对新素材的分析整合能力，归根结底是部分学生缺乏证据推理的能力，没有形成模型分析的认知。

一、证据推理与模型认知的关系

（一）什么是“证据推理”

证据推理是基于一定的证据、理论事实、实践的理论分析，本质上仍属于猜想假设，但又不同于猜想，有一定事实基础、理论依据的，是接近于真相的若干种情况，通过实验探究论证能够研究出事物的本质规律。

（二）什么是“模型认知”

“模型”认知方法是人类探索认识新事物极其规律的重要方法。“模型”可以使具体的事物，也可以是思维模型等，两者之间不一定有直接联系，但可以帮助相互理解。因此，在现在的化学教学中应用广泛。如范德华力可以利用万有引力模型分析，其影响因素相对分子质量、微粒间距离的关系类似于万有引力；原子轨道可以利用地球卫星轨道模型分析，电子排布的分层排布、能量高低、运动状态都能够类比分析。

（三）内在联系

证据推理与模型认知是化学学科素养中相互联系的思维方法，化学学习中的“证据推理”可以看作是按照“基于证据的推理”认知模型进行的认知过程。“证据推理从属于“模型认知”，“模型认知”包含了“证据推理”。一定的理论事实成为认识新事物、新规律的证据，即新的理论事实或模型。这些新的理论模型又将作为新的证据，推动科学向前发展。

二、证据推理与模型认知融入教学的必要性及方法

（一）证据推理与模型认知融入教学的必要性

说明：调查选项（非常符合、符合、不确定、不符合）；调查结果为“符合”及以上百分比。

（二）证据推理与模型认知融入教学的方法

1.以学生为主体，将课堂变教为学

课堂教学的最终目的是以学生学为目的，学生才是教学的主体，教师应该把课堂交给学生，从教变成引导，让学生从听变成学，主动获取知识。

2.以问题启发为主，发挥能动作用

部分学生有被动接受知识的习惯，缺乏自主学习意识和规划学习的能力，需要教师加强引导。因此，教师要思考探索问题式教学，掌握设问技巧，启发学生去思考问题，解决问题，最终形成发现问题、解决问题的能力。

3.理论联系实际，学以致用

兴趣是学习知识、学好知识的第一导师，任何一门学科，培养学习兴趣至关重要，我们要让学生了解学习知识有什么用，以结果促进学习。由于化学是建立在实验基础上的自然学科，与生产、生活息息相关，教师可通过实例引导学生学习化学，加深对化学知识的理解。

三、证据推理与模型认知融入化学教学实践案例

（一）证据推理实践案例：Fe2+、Fe3+的检验和转化教学片段

Fe2+、Fe3+的性质在高中化学元素及其化合物中具有非常重要的地位，重点分析Fe2+ 的还原性，Fe3+的氧化性及相互转化，加深对氧化还原反应的规律的理解。本案例旨在通过设计实验探究课，探究Fe2+、Fe3+的检验方法，观察现象变化，探究现象变化原因，过渡到分析Fe2+、Fe3+的转化。进一步达到用真实实验现象这一证据推理另一现象变化的原因，建立学生的证据推理意识，从而建立空气中O2在物质变化过程中可能会起到的氧化作用，加深对物质发生变化的模型认知。让学生明白实际生产工艺和现实生活中物质放在空气中易变质或被氧化，实际生活中要注意防护。具体流程如下。

1.小组实验：NaOH 溶液、KSCN 溶液分别与FeCl3溶液、FeCl2溶液反应

2.实验现象

3.证据推理融入结论分析过程

FeCl3溶液中滴加NaOH溶液、KSCN溶液，可以迅速观察到红褐色沉淀、血红色溶液，现象明显，学生很容易得出FeCl3溶液的检验方法。在FeCl2溶液中滴加NaOH溶液后，先看到有白色沉淀，迅速变灰绿色变红褐色沉淀。在FeCl2溶液中滴加KSCN溶液后，无明显现象，约6分钟后，溶液表面有红色出现。

在常规教学中，教师会直接告诉学生原因：Fe2+在空气中被氧化为Fe3+，这样只告诉了学生结论，没有让学生主动参与思考，淡化了证据推理中，学生自主寻找证据达到下一步推理的意识，导致学生只是记住了结论，没有发挥到该探究实验的本质作用，实验不只是验证现有结论，而是要通过实验发现问题解决问题。对比本案例的处理方式。

【提问】红褐色沉淀是Fe（OH）3，本实验观察到从白色沉淀Fe（OH）2过渡到红褐色沉淀Fe（OH）3，整个过程中没有加入其他试剂，请同学们从化合价的角度分析原因。

【学生】铁元素化合价升高，被氧化，可能是被空气中O2氧化。

【追问】O2可以氧化Fe2+，那为什么FeCl2溶液中加入KSCN溶液后却无明显现象呢？

【学生】（1）没有发生反应；（2）反应比较慢；（3）Fe2+发生反应生成了其他物质。

归纳总结Fe2+、Fe3+的检验方法后，再观察试管，发现滴加KSCN溶液到FeCl2溶液的试管中，约6分钟后溶液表面有红色出现。

【提问】有红色出现，说明O2可以氧化Fe2+同样适用于本组实验，那为什么更慢呢？

原因：Fe2+与SCN-发生了反应，导致离子浓度很小，反应慢。

结论：可以使用氧化性更强的氧化剂如Cl2等能更快出现变红的现象。

（二）模型认知实践案例：原电池原理教学片段

【问题探究】如图所示，是我们在必修教材中学习的铜锌原电池，Zn作为负极，表面不会有红色出现。但在分组实验发现：Zn电极表面出现了红色的Cu，且电流减弱迅速。这是什么原因呢？

【问题释疑】由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，Cu2+在锌片表面直接还原为Cu附着在锌片表面，也构成了原电池，加速铜在负极锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。

综上所述，证据推理与模型认知对培养学生思维习惯，推进“双主双优”教学模式，培养学生核心素养具有重要意义。