基于问题情境教学法培养“证据推理与模型认知”素养的实践研究

课题项目：本文系北京市教育科学“十三五”规划2020年度一般课题“基于问题情境教学法培养‘证据推理与模型认知’素养的实践研究”（立项编号：CDDB2020308，课题负责人：巩佳利）的研究成果。

作者简介：巩佳利（1992～），男，汉族，北京人，北京市通州区永乐店中学，研究方向：化学教学。

摘 要：“证据推理与模型认知”素养作为化学学习的高阶思维素养，通过深度分析“证据推理与模型认知”素养，有助于教师深度理解素养的内涵及价值，并以问题情境教学法提出了落实素养目标的有效教学方式和实施策略。

关键词：核心素养；高中化学；证据推理与模型认知；问题情境

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2024）27-0130-04

“证据推理与模型认知”素养出自《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称新课标），是组成化学学科核心素养的五要素之一，是新课标要求学生形成学习化学学科的思维方法，这将有助于人们用化学学科视角去寻找陌生问题或未知困境的解决办法与思考方式，即化学教给学生立足终身发展所需的必备能力与思维机制。作为包括教师、学生在内所有人皆应具备的素质，教师首先要深度解析和理解“证据推理与模型认知”素养，提升教师的个人素养水平，在教学设计与实施中让素养在学生身上落地生根，特别是加强学生对证据推理过程的认识和对化学模型在解决问题中的思考，从而促进学生提升化学知识的运用水平和问题解决能力。问题情境教学是通过创设真实问题场景而引发学生主动学习和思考的教学方式，以“证据推理与模型认知”素养为培养目标的化学课堂，教师可以通过情境创设与问题提出，提高学生的思维能力，优化学生的论证过程，从而促进有效学习的发生，使得教学目标得以真实落实。

一、 “证据推理与模型认知”素养的深层理解

（一）素养内涵

“证据推理与模型认知”素养的核心和意义在于学生在化学学习过程中，通过观察和收集相关的证据，运用科学推理和模型认知的能力，理解并解释化学现象，建立和优化认知或思维模型，从而提高科学思维能力和问题解决能力。证据推理与模型认知是一种高阶的思维模式和学习素养，能够帮助学生深入理解和解释化学现象，建立和优化化学模型，并运用模型进行问题求解和预测。

首先，“证据推理”是指学生基于观察、实验和其他可靠来源，收集和整理相关的证据，然后运用科学推理和逻辑思维方法来推导出结论。学生通过观察化学现象、进行实验和收集实验数据来获取所需的证据。随后，学生运用科学推理方法对观察到的现象和收集到的数据进行分析和推断。通过评估证据的可靠性和合理性，学生能够得出准确的结论。这将有助于学生理解和应用化学知识，培养学生的批判性思维和问题解决能力。

其次，“模型认知”是指学生运用化学模型来解释和描述化学现象和物质变化。化学模型是对现实世界中化学现象和物质变化的抽象和理论描述。学生通过学习和理解化学模型，能够将抽象的化学概念与实际问题相联系，运用模型解释复杂的化学现象和物质变化。通过建立和优化化学模型，能够提高学生的思维逻辑和抽象推理能力。模型认知使学生能够预测和解释环境中的化学现象，为解决问题和预测未知情况提供了依据。

最后，“证据推理”和“模型认知”是化学学科核心素养的思维核心，前后两者构成了互为基础与进阶水平关系，“证据推理”的高水平是“模型认知”，“模型认知”需要基于证据推理论证。就问题解决而言，“证据推理”提供了解决问题的事实或理论依据和运用的方法，“模型认知”指引了解决问题的角度、思路，二者共同促进学生真实地问题解决。

（二）素养理解

基于上述分析，“证据推理与模型认知”作为学习化学乃至满足社会发展需求的必备素养，教学中要求从以下五方面要素来具体认识和培养：

（1）具有证据意识和科学观察能力。学生能够收集和整理化学实验数据以及其他可靠来源的观察结果作为证据，而依据新课标将学生“收集证据”水平划分为“宏观证据→宏微证据→定性与定量证据→多元证据”4个层次，能力要求逐渐上升，同时学生还要能够辨别和评估这些证据的可靠性和相关性，为后续的推理和论证提供基础。

（2）能够基于所涉及的证据提出可能的假设和推断。学生能够通过对所收集的有效证据进行分析，提出有关物质的组成、结构及其变化的合理假设或解释。这些假设和解释应经过推理和论证的验证，确保其符合相关科学原理，符合实验证据的合理性和科学性。

（3）能够运用科学推理和逻辑结构来组织和表达观点，将结论与支持结论的证据进行联系和解释。通过建立逻辑关系，学生能够形成有条理、连贯和可信度高的论证链，增强自己的科学观点和结论的说服力。

（4）能够通过分析、推理等方法深入认识物质性质及转化的本质特征和构成要素，以及它们之间的相互关系。学生能够运用科学的理论知识和实验数据来解释物质的性质和变化规律，进而通过建立认知模型，学生能够更好地理解和描述化学现象，为问题的解决和预测提供了思维框架和依据。

（5）能够运用模型揭示现象或问题的本质和规律。学生能够将抽象的化学概念与实际问题相联系，运用建立的模型解释复杂的化学现象和物质变化。通过模型的应用，学生可以对不同化学系统进行定性和定量的分析预测，推导出新的结论。

（三）素养价值

“证据推理与模型认知”素养具有多重价值，在学习化学和满足社会发展需求方面都具有重要意义。

第一是深化了学生对化学概念的理解。通过学习如何收集和分析化学实验数据以及其他可靠证据，学生可以更深入地理解和解释化学现象的本质，从微观和宏观的角度去理解化学变化和规律性关系，并加深对化学概念的理解，有助于学生将所学的化学知识应用于解释复杂的实际情境。

第二是强化了学生分析和解决问题的能力。通过对所收集证据的推理和论证，学生将学会独立思考和分析复杂的化学问题，并能够合理地建立和运用化学模型来解释和解决问题。在问题情境中，学生可以根据收集到的证据进行推理和论证，建立解决相关问题的一般思路和方法，从而提高解决问题的能力，更有效地应对化学领域的挑战。

第三是培养了学生的批判性思维。学生在“证据推理和模型认知”素养培养的过程中需要评估和分析所收集到的证据，判断其可靠性和适用性，并基于这些证据进行科学推理和建立模型。这个过程有助于学生形成准确且有根据的结论，同时促进学生的批判性思维发展，能够对现有的观点和结论进行深入思考和评估。

第四是增强了学生的创新意识和科学探究能力。在培养“证据推理和模型认知”素养的过程中，学生能够独立思考、提出新的问题，并运用科学方法和模型进行实验设计和数据分析。学生能够进行科学的探究和研究，寻找解决问题的新方案，有助于发展学生的创新思维和解决问题的能力，为其未来的科学研究和职业发展打下坚实基础。

第五是提高了学生的终身学习能力。学生通过搜集、分析和评估证据，进行科学推理和建立模型，不仅加深了对化学知识的理解，也帮助学生形成自主学习和学习新知识的思路和方法，提高了学生持续学习和更新知识的能力。这将有助于学生能够应对新兴科学问题和挑战，并不断调整和完善自己的学习，提高学生的终身学习能力。

二、 以“证据推理与模型认知”素养为目标，构建问题情境的课堂教学方式

问题情境教学是一种以学生为中心的教学方法，根据具体的教情与学情设置适应学生发展需要的情境，通过引导学生在实际问题中主动探究和解决问题，促进学生的自主学习和全面发展。问题情境教学强调贴近学生的生活和实际问题、引导学生主动探究和解决问题、鼓励学生与他人合作、发展学生的思维能力以及培养学生的技能与素养，使学生能够更好地适应未来的社会发展和个人成长的需要。

从“证据推理与模型认知”素养发展看，问题情境教学是以学生解决问题为核心，侧重在论证或推理中生成新知识和在解决过程中建构思维，关注学生在问题合作中情感和价值的交互和升华，从而实现学生全面发展。首先，问题情境教学通过强化学生在实际问题情境中主动思考和解决问题，符合学生具有自主性和主动性的认知特点，为培养素养提供了场景和载体，同时促使学生能够充分参与学习过程，引发学生进行“证据收集”“证据推理”。例如，在探究SO2对环境影响的教学中，学生会主动通过实地调查、数据收集和实验进行探究。其次，问题情境教学将学习内容与实际问题情境相结合，通过解决实际问题来主动建构所需知识和基于证据推理或论证解决方案，有助于学生将知识向功能、素养转化，提高学生的学习理解和灵活运用能力，培养学生解决实际问题的能力。例如，在SO2教学中，将SO2相关知识与酸雨构建情境，学生需要主动学习SO2性质、转化等知识，并在解释酸雨产生原因和设计SO2吸收方案中得到应用。此外，问题情境教学注重在解决问题的过程中证据的交流和互补与辨识和评估、基于证据推理论证的方案碰撞、逻辑建立以及基于模型的建构和应用，培养学生的批判性思维、创造性思维、合作与沟通能力。例如，在探究SO2对环境影响的教学中，学生能基于实验现象和氧化还原反应原理多角度理解SO2的性质、转化知识，同时根据知识和情境资料，交流讨论酸雨的形成机理和多种解决方案，进而丰富“价态-类别”的元素化合物认知模型。

基于上述思考，以培养“证据推理与模型认知”素养为教学目标的问题情境教学，可以从以下五方面构建与实施：第一，研读教情与学情，创设真实情境，从研读课标与教材出发，根据学生的认知特点和学习需求，教师可以创设诸如化学实验、现实生活、社会热点、化学史料、自然现象、工业生产等各类型情境，以激发出学生学习的主动性和积极性。第二，依托真实情境，转化学科问题，教师可以将情境的关键节点以问题形式呈现出来，并确保学科问题指向学习目标，以激发学生的探索欲望，驱动学生持续深入学习。第三，依托学科问题，设计主动探究活动，根据知识结构或问题解决思路，将学科问题拆解、生成环环相扣的探究活动，活动环节中要具备证据收集与推理具有化学学科特征的素养活动，以培养证据意识，建立起“证据推理”素养形成的具体路径，从而增强学生的自主学习和获取知识的能力。第四，归纳活动过程，提炼思维模型（或学科概念），学生在问题情境中面对现实问题，需要进行逻辑推理、批判思考和创造性思维，同时需要分析问题的因果关系，进行综合思考，提出创新的解决方案，通过问题解决的具体思考和思维提炼，厘清研究对象的构成要素及其相互关系，有助于学生将问题解决过程或学科概念形成过程模型化、一般化。第五，再现问题情境，发展模型，建模的最终目的是学以致用，教师可以再次抛出学生陌生度依次递增的问题情境，让学生从识别问题相似性出发，逐步运用、调试模型攻破新问题的变化性并对模型优化或拓展，从而提高问题解决能力。

三、 以“证据推理与模型认知”素养为目标，梳理基于问题情境的教学策略

（一）倡导开放教学，营造问题导向的氛围

高中化学教师的教学效果直接受到教学理念的影响，为了改变教师的教学理念，创造一种充满积极开放的问题氛围是有效的方法。这种教育理念强调教师和学生之间的互动，并着重强调学生在课堂中的主体地位。因此，教师应该重视培养学生在高中化学教学中的学习兴趣，通过创设和运用问题情境来提升学生的“证据推理与模型认知”素养水平。同时，教师应运用问题情境来增强师生交流互动的意识，促进学生的积极参与和深层次核心素养的培养，让学生在开放的教学氛围中积极探索，同时重视化学教学中的知识技能应用与思考探究过程，以激发学生的学习兴趣。例如，在“探究影响化学反应速率因素”时，摒弃传统的教师演示实验方式，教师主动开放课堂，通过师生交互，提出并评价问题与方案和经历完整的科学探究过程，有助于培养学生的科学探究兴趣和运用科学探究思维解决真实问题的意识。

（二）利用问题情境，增强学生的素养意识

问题情境是学生进行“证据推理与模型认知”素养活动的前提，可以有效激发学生对学习的欲望和动力，为素养激活提供了可能。现如今许多教师已经领悟到，在课堂上提问的价值远远超过简单地回答问题。特别是在培养学生化学核心素养的过程中，教师应始终以提出问题为首要任务，以培养学生的“证据推理”和“模型认知”意识为基础，通过问题情境的创设，引发学生积极思考，有意识地进行证据收集与推理、模型建构与应用等思维行为，培养学生的证据意识，优化学生的思维逻辑，帮助学生透过现象看本质，进行化学问题的思考。例如，在学习“钠及其化合物”时，教师可以引导学生从“价态-类别”角度预测或推测物质的性质、反应，并收集有关实验现象或生活事实进行论证，形成与之对应的元素化合物认知模型，这一模型可以在“氯及其化合物有什么性质？”“如何证明氯及其化合物的性质？”等问题中得以应用和发展。这样的问题情境设置有助于学生把握物质组成、性质及转化的本质和变化规律，养成基于“证据推理”与“模型认知”认识、思考客观物质世界现象或问题的意识和能力。

（三）设计符合学生实际学习情况的活动

问题情境的创设既要符合当堂课的教学任务，又要与教材内容相结合，并结合学生的具体情况。只有这样，才能不断提升学生的理解能力，培养学生的“证据推理与模型认知”素养。因此，在设计问题情境的活动时，教师应充分考虑学生的学习水平、身心特点和生活经验。

（四）运用化学模型进行概念教学

化学概念建模是将一定量的化学知识进行抽象概括，将复杂问题转化为具体学科问题的方法，是连接理论与实际的桥梁。通过建立化学模型，可以运用模型进行问题的解决或现象的解释，以揭示客观物质世界的本质和变化规律。因此，在高中化学教学中，要注重建立化学模型，提高学生联系各知识点的能力，增强学生的学习效果，培养核心素养。问题情境的创设和运用在教师教学、学生思维深度和广度以及课堂建模效果上都具有深远的影响，所以采用层次分明的提问方式，通过引导学生从表层问题到底层逐步深入地思考问题，有助于学生探索问题的背后共性，整理和归纳问题本质，拓宽思考的层次，从而促进有效学习。

四、 结论

综上所述，在新课标的指导下，高中化学教师应有效培养“证据推理与模型认知”素养。为此，教师要关注学生目前的学习需求，引入多种教学方法，通过问题情境的创设提高学生的思维逻辑水平。通过倡导开放教学，营造问题导向的氛围，利用问题情景激活素养意识。同时，教师应根据学生的实际学习情况进行符合性的活动，基于化学概念建模教学培养学生素质。这样，才能在提高学生学习效率的基础上，培养学生的“证据推理与模型认知”素养。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020：5.

［2］王磊，于少华.对高中化学课程标准若干问题的理论阐释及实践解读［J］.中学化学教学参考，2018（13）：3-9.

［3］马续莹，窦金雨.基于真实情境的价类二维模型认知图的应用——以“菠菜中铁元素检验的研究与实践”为例［J］.化学教与学，2021（13）：11-14.

［4］曹贻利.基于真实问题情境培养高中生“证据推理与模型认知”素养的教学研究［D］.南昌：江西师范大学，2020.