顧建辛

摘要：化學(xué)核心素養(yǎng)要素之一“證據(jù)推理與模型認知”，包括五個方面的內(nèi)涵。通過對這五個方面內(nèi)涵進行關(guān)聯(lián)性分析，結(jié)合實際教學(xué)中各內(nèi)涵的表現(xiàn)形式及目標指向，嘗試構(gòu)建具有一般意義上的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)流程，并據(jù)此對“原電池”教學(xué)的現(xiàn)狀作合理的分析，使化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有可操作的實際意義。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng)；微觀分析；教學(xué)實踐思考；學(xué)科價值

文章編號：1005–6629（2017）11–0034–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

高中化學(xué)課程標準修訂組根據(jù)“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學(xué)課程特點，提出了包括“宏觀辨析與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認知”、“實驗探究與創(chuàng)新意識”、“科學(xué)精神和社會責(zé)任”等五個要素的高中化學(xué)核心素養(yǎng)（簡稱“化學(xué)核心素養(yǎng)”）。關(guān)于化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)尚有諸多問題有待于我們?nèi)ニ伎?、去實踐，如關(guān)于化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的真正落腳點究竟在哪里，應(yīng)該如何在實際教學(xué)中將核心素養(yǎng)融入其中，對于核心素養(yǎng)的五大要素在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)和不同的教學(xué)內(nèi)容中又是如何真正得以體現(xiàn)并落實的……等等，都須通過我們的教學(xué)實踐活動不斷地去研究與探索、提煉與總結(jié)，唯有如此，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)才具有實踐意義，才能真正根植于每一位學(xué)生的心里，并潛移默化地影響學(xué)生今后的學(xué)習(xí)與工作。

由此，對化學(xué)核心素養(yǎng)的五大要素進行剖析，分析各要素在具體教學(xué)內(nèi)容中的表現(xiàn)方式，并且通過實際的教學(xué)行為加以落實，給學(xué)生提供獨特的認識物質(zhì)世界的視野，幫助學(xué)生完善理性思考問題的基本方法，形成科學(xué)地認知世界、認知事物的觀點，是十分必須的。

本文就“證據(jù)推理與模型認知”作微觀思考，并結(jié)合“原電池”教學(xué)中教師的教學(xué)行為比較，分析在實際教學(xué)中落實學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵，欲起拋磚引玉之作用。

1 關(guān)于“證據(jù)推理與模型認知”的微觀分析

1.1 對“證據(jù)推理與模型認知”內(nèi)涵關(guān)聯(lián)性及教學(xué)目標指向的思考

作為化學(xué)學(xué)科研究的思維與本質(zhì)的“證據(jù)推理與模型認知”包括以下五個方面的內(nèi)涵[1]：

（1）具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)；

（2）通過分析推理加以證實或證偽；

（3）建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系；

（4）知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型；

（5）能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

從上述關(guān)于“證據(jù)推理與模型認知”內(nèi)涵的描述中，可以感悟到以下兩點：

一是化學(xué)學(xué)習(xí)過程應(yīng)該是以物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化的事實作為構(gòu)建假說論證的基礎(chǔ)，并同時對假設(shè)進行證實與證偽的分析，在此基礎(chǔ)上研究并建立認知物質(zhì)的基本模型，最后達到認知物質(zhì)世界的基本方法。

二是上述內(nèi)涵還分別表達了五種不同的意識，即證據(jù)意識、求證意識、邏輯意識、建模意識和問題解決意識，而這五種不同意識培育的目標分別指向?qū)W會假設(shè)、學(xué)會論證、學(xué)會分析、學(xué)會預(yù)測與建模和學(xué)會問題解決。

由此，我們可用圖1表示“證據(jù)推理與模型認知”五個內(nèi)涵的關(guān)聯(lián)性及其教學(xué)目標指向。

1.2 對“證據(jù)推理與模型認知”在教學(xué)中的表現(xiàn)行為與方式的思考

在明確“證據(jù)推理與模型認知”五個內(nèi)涵關(guān)聯(lián)性及教學(xué)目標指向之后，必須思考的另一個問題就是：作為課堂教學(xué)實踐者的教師，如何將上述五個方面的內(nèi)涵付諸于具體的教學(xué)行為，這種教學(xué)行為在不同的教學(xué)內(nèi)容有極為豐富的結(jié)構(gòu)形式。

為此，高中化學(xué)課程標準修訂組對“證據(jù)推理與模型認知”如何落實于具體的學(xué)習(xí)過程，又提出了以下五個方面的表現(xiàn)行為[2]：

（1）初步學(xué)會收集各種證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的假設(shè)；

（2）基于證據(jù)進行分析推理，證實或證偽假設(shè)；

（3）能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑；

（4）能認識化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系，運用多種模型來描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象，預(yù)測物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果；

（5）能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架。

如果說“證據(jù)推理與模型認知”的內(nèi)涵表達了五種不同意識或培育目標，那么，上述五個方面的表現(xiàn)行為充分體現(xiàn)了培育目標的達成，同時，這五個方面的表現(xiàn)行為也為實際課堂教學(xué)提出了可實施的基本思路與操作方向。

我們根據(jù)內(nèi)涵的目標指向所延伸的表現(xiàn)形式，對實際教學(xué)賦予的各種具體的行為方式歸納形成了如下的關(guān)系（見圖2）。

2 對“證據(jù)推理與模型認知”教學(xué)實踐的微觀思考

2.1 “證據(jù)推理與模型認知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)及教學(xué)問題分析

由于教學(xué)內(nèi)容的不同，針對“證據(jù)推理與模型認知”付諸的教學(xué)行為也不盡相同，但課堂教學(xué)本身一定是有規(guī)律可循的，如果我們將圖1和圖2進行分析并抽取最為核心的內(nèi)容，便可以尋找到一般的、具有普遍意義的、且能體現(xiàn)“證據(jù)推理與模型認知”內(nèi)涵的課堂教學(xué)實踐活動的結(jié)構(gòu)流程（圖3）。

該流程結(jié)構(gòu)與之前的探究性教學(xué)的結(jié)構(gòu)框架極為相似，但從現(xiàn)代眼光審視該流程結(jié)構(gòu)，我們能深刻體會到以下兩點：

第一，國家對基礎(chǔ)教育提出核心素養(yǎng)的培育，并非是對之前的教學(xué)改革另起爐灶，而是結(jié)合基礎(chǔ)教育的實際狀況所提出的更深層次的思考。

第二，探究性教學(xué)與傳統(tǒng)的講授型教學(xué)最為本質(zhì)的區(qū)別就在于，傳統(tǒng)的講授型教學(xué)關(guān)注的是對某一個具體知識的落實，關(guān)注的是“怎么教”，而探究性教學(xué)關(guān)注的是如何借助于某一個具體知識的“學(xué)”的過程中，體驗并落實學(xué)科的核心素養(yǎng)，籍此提升學(xué)生的基本素養(yǎng)。endprint

然而，隨著近幾年課改的不斷深入，教師已充分認識到探究性教學(xué)對教育的意義以及探究性教學(xué)中問題情境對教學(xué)的作用，對教學(xué)問題的設(shè)計與引入愈加關(guān)注；與此同時，也意識到了模型建構(gòu)對幫助學(xué)生解決問題的作用。但是，現(xiàn)實課堂教學(xué)卻忽視了兩個很重要的過程：

一是忽視了如何根據(jù)教學(xué)問題情境去引導(dǎo)學(xué)生提出合理的假設(shè)或猜想；

二是忽視了如何引導(dǎo)學(xué)生對提出的假設(shè)或猜想進行證實與證偽的分析。

因此，現(xiàn)實的狀況就是，當(dāng)教學(xué)問題以不同方式引入之后的后續(xù)工作已然成為我們實際教學(xué)的軟肋，于是也就有了所謂的“假探究”之說。所以，高中化學(xué)課程標準修訂組對“證據(jù)推理與模型認知”內(nèi)涵及表現(xiàn)形式的言說，正是對假設(shè)或猜想在課堂中的單薄與無力提出了批評，同時提出的“證實與證偽”也正是為探究性教學(xué)的真正落實明確了方向。

2.2 以“原電池”教學(xué)現(xiàn)狀存在的問題為例進行微觀分析

我們不妨以蘇教版關(guān)于“原電池”教學(xué)中的某些存在的現(xiàn)狀做分析。

2.2.1 教材對該知識內(nèi)容的呈現(xiàn)方式

（1）蘇教版《化學(xué)2》[3]：

實驗呈現(xiàn)Cu-Zn原電池（見圖4），觀察氣泡產(chǎn)生及電流表指針的偏轉(zhuǎn)；

（2）蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》[4]：

①再次實驗呈現(xiàn)Cu-Zn原電池（見圖5）；

②呈現(xiàn)熱化學(xué)方程式：

Zn（s）+Cu2+（aq）=Cu（s）+Zn2+（aq）

ΔH=-216.81kJ·mol-1；

③文本中的文字描述：

通常情況下，該過程中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，若該反?yīng)在原電池（Voltaic cell）中進行，化學(xué)能將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?img src="https://cimg.fx361.com/images/2017/12/07/huax201711huax20171107-5-l.jpg" style=""/>

2.2.2 現(xiàn)實教學(xué)中幾種“不及”或“過之”的表現(xiàn)行為

實際教學(xué)往往不能從教材的體系變化中領(lǐng)悟到學(xué)科素養(yǎng)及學(xué)科價值的意義，導(dǎo)致不能很好地發(fā)現(xiàn)或利用好教材編排中蘊藏的獨特樣本價值，仍然依從于習(xí)慣的教學(xué)方式，出現(xiàn)了與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育背道而馳的“不及”或“過之”表現(xiàn)。

表現(xiàn)1：只關(guān)注“原電池”中電極材料與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)，強調(diào)了金屬活動性大小與兩個電極的關(guān)聯(lián)，忽視了電極反應(yīng)物與電極材料的關(guān)聯(lián)與區(qū)別；

表現(xiàn)2：只關(guān)注從原電池裝置中的電極判斷以及電極反應(yīng)的書寫，強調(diào)了原電池知識的單一判斷模式，忽視了化學(xué)反應(yīng)的總趨勢變化；

表現(xiàn)3：只關(guān)注了氧化還原反應(yīng)的發(fā)生條件，強調(diào)了氧化還原反應(yīng)的“自發(fā)性”或是“被迫性”，忽視了能量變化這一核心概念的建立；

表現(xiàn)4：只關(guān)注原電池形成條件的條目化（或是教條式）的總結(jié)，強調(diào)了所謂的“活潑金屬作負極”這一絕對化的判斷方式，忽視了微粒觀的確立。

2.2.3 幾種“不及”或“過之”表現(xiàn)的原因分析

以上四種“不及”或“過之”表現(xiàn)的深層次原因在于被所謂的“考點”、“熱點”等綁架，無法擺脫以學(xué)科知識的獲得為核心的教學(xué)影響。

從課堂教學(xué)宏觀層面分析，表現(xiàn)出急于求成、只觸及表面性的事實和結(jié)論，致使學(xué)生無法“從具體的事實、概念、原理、反應(yīng)、用途等繁雜而散亂的知識中跳出來”[5]。

針對表現(xiàn)1或表現(xiàn)2的“不及”進行微觀層面分析，究其原因在于我們對課堂教學(xué)中“證據(jù)推理與模型認知”意識的欠缺，缺少合理假設(shè)的引導(dǎo)，即缺少對假設(shè)的證偽與證實的合理分析與推理，致使出現(xiàn)了諸如表現(xiàn)3或表現(xiàn)4這些“過之”的絕對化的錯誤結(jié)論。

其中有兩點是關(guān)鍵因素所在：

第一，“不及”原因在于缺少對情境假設(shè)與猜想的引導(dǎo)。當(dāng)問題情境（圖5實驗）出現(xiàn)在我們面前的時候，缺少“將Zn-Cu電極改為Zn-C電極或Cu-C電極也有如此現(xiàn)象的假設(shè)”；當(dāng)教材呈現(xiàn)熱化學(xué)方程式之情境時，缺少“放熱型的化學(xué)反應(yīng)與放熱型的氧化還原反應(yīng)的假設(shè)”；在閉合回路的分析中缺少對“離子通道的假設(shè)”。

第二，“過之”原因在于缺少對假設(shè)的證實與證偽的分析。缺少對學(xué)科知識本質(zhì)的認識以及能量觀的建立與引導(dǎo)，不善于從兩極的電勢差（考慮學(xué)生的實際，我們在實際教學(xué)中是以能量差來說明的）去證實構(gòu)成原電池的本質(zhì)；由于在電化學(xué)教學(xué)中缺少微粒觀的建立，不善于對教材進行合理的改造，假如在對電極材料分析的過程中增加一個關(guān)于“水的電解與氫氧燃料電池”的實驗（圖6），并對電極材料選擇進行證偽分析，就可避免所謂的“必須是活潑金屬作負極”這一絕對化的判斷方式的出現(xiàn)。

2.3 體現(xiàn)“證據(jù)推理與模型認知”的“原電池”教學(xué)的過程改造

首先，要對問題情境的呈現(xiàn)方式進行改造，也就是對教材內(nèi)容的有意義處理，即可增加一個小環(huán)節(jié)（實驗）。

實驗：把一塊鋅片和銅片分別放在盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象，同時感受反應(yīng)過程中燒杯外壁的溫度變化（或是溶液中增加一個溫度計，測定反應(yīng)過程中的溫度變化）。

其次，從微觀層面分析Cu-Zn原電池工作原理之后，引導(dǎo)學(xué)生進行合理的假設(shè)與猜想，即原電池的形成與電極材料和電解質(zhì)溶液的關(guān)聯(lián)性的假設(shè)，為此，可引入“水的電解與氫氧燃料電池”并進行證實與證偽的分析，實現(xiàn)學(xué)科價值與學(xué)科觀念建構(gòu)。

再者，以下列方式呈現(xiàn)水的電解與氫氧燃料電池的變化過程：endprint

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）

ΔH=-483.61kJ·mol-1；

2H2O（l）=H2（g）+O2（g）

ΔH=+483.61kJ·mol-1；

并結(jié)合Zn（s）+Cu2+（aq）=Cu（s）+Zn2+（aq）

ΔH=-216.81kJ·mol-1。

實現(xiàn)以能量變化表達原電池構(gòu)成的基本要素，即高能態(tài)向低能態(tài)方向進行的放熱型的氧化還原反應(yīng)是構(gòu)成原電池的要素，因此，電勢差才是構(gòu)成原電池的根本。

其四，引導(dǎo)學(xué)生從微粒觀的角度進行合理的假設(shè)，并根據(jù)實驗事實從微觀角度分析帶電粒子的移動，即電子通道與離子通道所形成的閉合回路。最后實現(xiàn)以能量觀、微粒觀及變化觀等化學(xué)基本觀念建構(gòu)而成的原電池的基本模型。

3 “證據(jù)推理與模型認知”與學(xué)科價值關(guān)聯(lián)性的思考

3.1 “證據(jù)推理與模型認知”為體現(xiàn)學(xué)科價值提供了可能

化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)力量來自于學(xué)科價值，即化學(xué)學(xué)科所具有的促進學(xué)生主體生存和發(fā)展的屬性能力，具體而言，就是學(xué)生通過化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，所形成的從化學(xué)的視角認識事物和解決問題的思想、方法、觀點，具體表現(xiàn)為個體主動運用化學(xué)思想方法認識事物和處理問題的自覺意識或思維習(xí)慣，是對化學(xué)知識再升華的基礎(chǔ)上獲得的總觀性認識。

作為化學(xué)核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理與模型認知”，其目標指向是通過探究活動幫助學(xué)生樹立獨立分析的意識，提高依據(jù)目標設(shè)計實驗的能力以及依據(jù)物質(zhì)變化的內(nèi)在規(guī)律做出模型假設(shè)與模型構(gòu)建的能力，幫助學(xué)生建立解決化學(xué)問題的基本框架，由此實現(xiàn)“從化學(xué)的視角認識事物和解決問題的思想、方法、觀點”的化學(xué)學(xué)科價值。

上述關(guān)于“原電池”教學(xué)的處理，其目的在于深刻挖掘教材內(nèi)在的價值，讓學(xué)生形成學(xué)科觀念而不僅僅是學(xué)科知識，為學(xué)生真正架構(gòu)起獨特的認識物質(zhì)世界的視角（以能量變化認識原電池）和完善的理性思維的結(jié)構(gòu)（即從微觀角度深刻認識化學(xué)變化），從而形成基本的化學(xué)觀念（圖7）。

3.2 教學(xué)實踐活動中應(yīng)該關(guān)注的問題

現(xiàn)有的化學(xué)教材作為化學(xué)知識學(xué)習(xí)的文本，從教材的整體結(jié)構(gòu)到內(nèi)容素材的選取直至知識的呈現(xiàn)方式都較以往的教材發(fā)生了很大的變化，這些變化源于編者對化學(xué)課程改革的深刻理解和對化學(xué)課程教學(xué)價值的深刻領(lǐng)悟，是專家、學(xué)者匯集了當(dāng)代學(xué)科發(fā)展趨勢、教學(xué)改革的發(fā)展要求，在遵循學(xué)生認知規(guī)律，并結(jié)合一線教師教學(xué)經(jīng)驗提煉后的結(jié)晶。因此，化學(xué)教材本身就體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的特殊性，所有的文本都具有其獨特的價值意義，作為一線教師不僅需要用慧眼去尋求其學(xué)科價值，同時，更需要用智慧從“證據(jù)推理”出發(fā)，構(gòu)建“模型認知”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，從而完整體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的價值魅力。

通過關(guān)于“原電池”教學(xué)案例的分析，不難發(fā)現(xiàn)一個值得思考的問題，盡管新教材從2006年正式使用至今已有10年，但教學(xué)似乎依然沒有擺脫以知識為本的傳授方式，依然追求所謂的知識結(jié)構(gòu)的完整性、深刻性，忽視了從證據(jù)推理到模型認知的引導(dǎo)，從而在教學(xué)中無法關(guān)注高于知識內(nèi)容本身的價值取向。部分教師似乎習(xí)慣于以前以考試為主要目標的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而在走上教學(xué)崗位之后依然沒有擺脫這種習(xí)慣性的學(xué)習(xí)方式帶來的舊的教學(xué)方式，這是非常令人擔(dān)憂的。

參考文獻：

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[3]王祖浩主編.普通高中化學(xué)課程標準實驗教科書·化學(xué)2 [M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2015：40～41.

[4]王祖浩主編.普通高中化學(xué)課程標準實驗教科書·化學(xué)反應(yīng)原理[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2014：13～14.

[5]陳進前.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的化學(xué)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017，（1～2）：1～4.endprint