劉春花　汪秋英　劉曉玲

摘要：以“質(zhì)量守恒定律”同課異構(gòu)為例，闡述了證據(jù)推理與模型認(rèn)知在化學(xué)教學(xué)中的相互關(guān)系。分別從情境導(dǎo)入與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合、教學(xué)手段與環(huán)節(jié)設(shè)置的契合以及知識永恒性和探索持續(xù)性之體驗(yàn)的方面，對學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知做分析。

關(guān)鍵詞：同課異構(gòu);證據(jù)推理與模型認(rèn)知;情境教學(xué);認(rèn)知沖突

文章編號：1008-0546（2019）01-0016-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.004

“同課異構(gòu)”是由不同教師就同一課題和基本相同的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)對教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的理解并結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，設(shè)計(jì)教學(xué)和組織教學(xué)的一種教研活動形式 [1]。這也是各教師理解和交流化學(xué)核心素養(yǎng)、提升自身教學(xué)能力的實(shí)踐活動。在這個(gè)過程中，教師們可以思考授課者在教學(xué)中所設(shè)置的教學(xué)環(huán)節(jié)，做課后評價(jià)與建議，并以此反觀自己，從他人的經(jīng)驗(yàn)中反思以獲成長。

那么教師作為課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)者和引導(dǎo)者，不僅是體現(xiàn)在能夠制作促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)上，還體現(xiàn)在落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)的有效課堂教學(xué)實(shí)踐中。近年來，在中學(xué)化學(xué)教育研究中關(guān)于化學(xué)核心素養(yǎng)之證據(jù)推理與模型認(rèn)知的研討和實(shí)踐已經(jīng)成為了一個(gè)熱點(diǎn)。其中陳進(jìn)前? [2]認(rèn)為要從事實(shí)遷移到證據(jù)推理與模型認(rèn)識的素養(yǎng)形成，探究物質(zhì)及其變化常常需要借助于模型，要依據(jù)物質(zhì)及其變化與模型之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生建立解決化學(xué)問題的基本框架。意在說明科學(xué)結(jié)論不僅僅要事實(shí)的可靠，還要合乎邏輯。因此，在化學(xué)教學(xué)方面，教師要從真實(shí)的事實(shí)出發(fā)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，在科學(xué)探究的過程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行證據(jù)推理，通過物質(zhì)及其變化與模型之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生完成建模，完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。此外，學(xué)生的頭腦不是一個(gè)等待被填滿的容器，而是一支需要被點(diǎn)燃的火把，周云華 [3]認(rèn)為教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授知識，而是要通過恰當(dāng)?shù)姆椒ㄅ浜线m當(dāng)?shù)慕虒W(xué)環(huán)節(jié)激勵、引發(fā)和誘導(dǎo)學(xué)生。

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)第一個(gè)出現(xiàn)且十分重要的化學(xué)規(guī)律，是分析物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系的理論依據(jù)，它的應(yīng)用貫穿于整個(gè)中學(xué)化學(xué)。本課的教學(xué)在初中化學(xué)教學(xué)中有重要價(jià)值，將引領(lǐng)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)從“質(zhì)”到“量”的過渡，也為之后化學(xué)方程式的書寫和計(jì)算的教學(xué)構(gòu)建了理論鋪墊。不少教師特別致力于對這節(jié)教學(xué)內(nèi)容的二次開發(fā)與創(chuàng)新，現(xiàn)基于兩位一線教師以此課為例貫徹“實(shí)施證據(jù)推理與模型認(rèn)知”教學(xué)思想的同課異構(gòu)進(jìn)行分析。

一、情境導(dǎo)入與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合

教師A借助史實(shí)情境——波義耳加熱汞和氧氣生成氧化汞的敞口實(shí)驗(yàn)，即他經(jīng)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量總和的對比，得出化學(xué)反應(yīng)后物質(zhì)質(zhì)量之和有所增加的結(jié)論，以此開篇讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家探索知識的過程。隨后利用此與另一科學(xué)家洛蒙諾索夫在密閉條件下所做相同實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量總和不變的結(jié)論，進(jìn)行對比，進(jìn)一步教學(xué)。兩位科學(xué)家實(shí)驗(yàn)結(jié)果的鮮明對比引起了學(xué)生的思考，為后續(xù)學(xué)生自行探索時(shí)產(chǎn)生猜想和假設(shè)奠定基礎(chǔ)。

教師B則從生活情境的問題出發(fā)，以“一盤蚊香，與它燃燒后的灰燼相比，質(zhì)量大小如何？”帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律的課堂，并且指引學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課要從以往定性討論過渡到定量研究。不僅如此，該教師還利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)手段克服了鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)過慢而難以在課堂中呈現(xiàn)給學(xué)生的問題。教師課前一天在實(shí)驗(yàn)室中錄制稱量鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)前物質(zhì)質(zhì)量總和的過程，而后使其反應(yīng)，時(shí)隔一日在課堂上演示稱量反應(yīng)后物質(zhì)質(zhì)量總和的實(shí)驗(yàn)。將這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)整合，教師指出該反應(yīng)前物質(zhì)的質(zhì)量總和與反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量總和是相等的，讓學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的概念有了一個(gè)初步的“原型”。

張華 [3]論“素養(yǎng)的形成和發(fā)展”與“情境”的關(guān)系時(shí)，認(rèn)為素養(yǎng)的形成和發(fā)展依賴、超越于情境。盡管兩位教師的引課方式不同，但是在運(yùn)用情境來啟發(fā)學(xué)生思考和幫助學(xué)生產(chǎn)生猜想和建模上有異曲同工之妙。通過不同情境的創(chuàng)設(shè)，在學(xué)生認(rèn)知里種下“化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量總和可能是相等的”的種子。至于這個(gè)猜想是否正確，接下來用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

教師A設(shè)置的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究是分別在敞口容器和密閉容器中進(jìn)行鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)，再對比這兩個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)前后的物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系，最后用圖示和符號引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析（如表1）。

學(xué)生通過分析僅僅只認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)后敞口稱量和密閉稱量所得結(jié)果會不同。此時(shí)教師再引用第三位科學(xué)家拉瓦錫的驗(yàn)證，即45g氧化汞加熱生成3.3g氧氣和41.7g汞的實(shí)驗(yàn)，從“定性”到“定量”去揭示質(zhì)量守恒定律，完善學(xué)生的認(rèn)知。這時(shí)教師加之以讓學(xué)生分析鎂條燃燒反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量總和的變化，以及設(shè)置若干個(gè)問題思考訓(xùn)練，使得學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的理解更為深刻。學(xué)生在進(jìn)行鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，是以教師之前的演示實(shí)驗(yàn)為模型，使之與自身所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)相匹配，從而檢驗(yàn)猜想，解決問題，得出結(jié)論。

教師B本節(jié)課共安排了四個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，其中第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是用于引課的鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)定性到定量的思維過渡;其次是讓學(xué)生分組合作從鎂條燃燒和鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)這兩個(gè)探究中選擇其一進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn);最后由教師演示白磷燃燒實(shí)驗(yàn)鞏固新知。整個(gè)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置首先給予了學(xué)生思考的方向，為學(xué)生對知識的建構(gòu)打下基礎(chǔ)，而后讓學(xué)生在做中學(xué)，對知識有了進(jìn)一步的認(rèn)識和理解，最后能夠根據(jù)教師的演示實(shí)驗(yàn)自行分析，提高學(xué)生對事物的解釋力。

實(shí)驗(yàn)探究的過程是學(xué)生從產(chǎn)生猜想至形成解釋的證據(jù)推理過程，也是學(xué)生從對質(zhì)量守恒定律概念的未知到逐漸完善建構(gòu)模型的認(rèn)知過程。

二、教學(xué)手段與環(huán)節(jié)設(shè)置的契合

皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為：當(dāng)學(xué)習(xí)者面對新異刺激時(shí)，會不自覺地意識到認(rèn)知差距的存在，此時(shí)在心理上會有一種不平衡感。據(jù)此觀點(diǎn)，那么個(gè)體處于這種認(rèn)知的不平衡狀態(tài)時(shí)，會采取兩種方式以獲得認(rèn)知上重新的暫時(shí)的平衡，即同化和順應(yīng)。在這個(gè)過程中，學(xué)習(xí)者以原有的知識經(jīng)驗(yàn)為工具對新知識進(jìn)行加工，使其納入自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu);另一方面，在學(xué)習(xí)者的原有知識的基礎(chǔ)上還可以生長出新的知識點(diǎn)，使原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以豐富和發(fā)展。因此，學(xué)習(xí)并不只是簡單的知識量上的增加，同時(shí)它還包括學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)質(zhì)上的轉(zhuǎn)變，即原有知識與新知識的沖突引發(fā)認(rèn)知上的觀念重組轉(zhuǎn)變，甚至是對錯誤認(rèn)知的顛覆。

而認(rèn)知沖突是指原有的知識系統(tǒng)與新知識、新情境無法包容的現(xiàn)象 [4]。在教學(xué)過程中，設(shè)置引發(fā)認(rèn)知沖突的教學(xué)環(huán)節(jié)是教師常用的有效手段之一。教師要善于在教學(xué)中引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，引起學(xué)生的有意注意，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)驅(qū)力，碰撞出易學(xué)與好學(xué)的火光，促進(jìn)學(xué)生積極、高效地對知識進(jìn)行建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)且高效的教學(xué)。

在本節(jié)課中，兩位教師都注重創(chuàng)設(shè)令學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突的教學(xué)環(huán)節(jié)，如教師A就巧妙地利用波義耳和洛蒙諾索夫?qū)嶒?yàn)的對比。起始學(xué)生跟隨波義耳的腳步認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量總和是會改變的，在了解洛蒙諾索夫的實(shí)驗(yàn)后便打破了原有的認(rèn)知，不得不思考其中結(jié)果不同的原因何在?？茖W(xué)家們進(jìn)行科學(xué)探索尋求途徑獲得真知向來是有成功有失敗的，成功失敗與否需要在歷史的長河中通過實(shí)踐來檢驗(yàn)，在其中的發(fā)展過程里，難免會出現(xiàn)謬論。倘若將此呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生不免會思考，著名科學(xué)家的觀點(diǎn)怎么會出錯？那么正確的觀點(diǎn)又是如何的呢？認(rèn)知沖突由此產(chǎn)生。這個(gè)配合引發(fā)認(rèn)知沖突教學(xué)手段的環(huán)節(jié)設(shè)置，是在證據(jù)推理過程中產(chǎn)生猜想的萌芽階段，為后期學(xué)生自行驗(yàn)證猜想、收集證據(jù)奠定思想基礎(chǔ)。

再比如教師B在演示鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)后讓學(xué)生動手操作鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)和碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。剛開始學(xué)生未考慮到實(shí)驗(yàn)中氣體逸散會導(dǎo)致反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量總和不相等，而后在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了“有違”質(zhì)量守恒定律的新問題，這與現(xiàn)有的觀念不一致，使他們產(chǎn)生新的疑問，導(dǎo)致學(xué)生再經(jīng)由證據(jù)推理的一般過程去收集證據(jù)獲得結(jié)論，嘗試分析此問題的原因，重新組合認(rèn)知。

認(rèn)知沖突的產(chǎn)生讓學(xué)生處于原有認(rèn)知與新認(rèn)知失衡的狀態(tài)，他們就會下意識地通過順應(yīng)來將原模型認(rèn)知轉(zhuǎn)化為新模型認(rèn)知。若有新的認(rèn)知沖突出現(xiàn)時(shí)，則再次重復(fù)這個(gè)過程。此外，可能還會出現(xiàn)錯誤或忽略的建模，這就需要教師正當(dāng)適時(shí)的引導(dǎo)。

三、知識永恒性和探索持續(xù)性之體驗(yàn)

研究表明，情感教學(xué)原則的實(shí)施對化學(xué)教學(xué)具有全面有效的促進(jìn)作用? [5]。

教師A以各階段的科學(xué)史實(shí)為線索，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)知識探索的殿堂，讓學(xué)生體會科學(xué)家們的思考過程，體驗(yàn)知識不斷更新和完善的發(fā)展過程。最后以愛因斯坦的名言：“科學(xué)是永無止境的，它是一個(gè)永恒之秘?！眮斫Y(jié)課，使學(xué)生從中領(lǐng)悟科學(xué)是永無止境的、知識并不是問題的最終答案。教師B演示白磷燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)有部分煙塵逸散而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，但該教師借機(jī)觸發(fā)學(xué)生對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的情感體驗(yàn)，學(xué)生的回答也反映了他們意識到科學(xué)探索是有成功有失敗的，在保持對科學(xué)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的同時(shí)也要勇敢前進(jìn)、持續(xù)探索。學(xué)生在這個(gè)情感教學(xué)環(huán)節(jié)后表示在證據(jù)推理的過程中有了自我效能感，對質(zhì)量守恒定律的概念模型有了更為深刻的構(gòu)建，知識、過程與情感所碰撞出的火花顯得更為絢麗多彩。

作為化學(xué)核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，其內(nèi)涵豐富而深刻，并且在化學(xué)實(shí)際教學(xué)中具有著十分重要的作用。第一，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。推理的實(shí)踐過程和認(rèn)知的不斷更新，配上教師適度的教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂引導(dǎo)，此推理的體驗(yàn)會讓學(xué)生愈戰(zhàn)愈勇，從樂學(xué)到好學(xué)。第二，提高學(xué)生對問題的解釋力。合理的實(shí)驗(yàn)探究加之科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，在具體問題里進(jìn)行具體分析，能夠讓學(xué)生根據(jù)物質(zhì)的變化和發(fā)展做出模型建構(gòu)以及運(yùn)用模型對實(shí)際問題進(jìn)行解釋。第三，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索精神?？茖W(xué)結(jié)論的順利推理和認(rèn)知結(jié)構(gòu)的持續(xù)刷新需要學(xué)習(xí)者堅(jiān)持探索和實(shí)踐，在這個(gè)尋求真知的過程中則能夠培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持不懈的毅力。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知存在于同一個(gè)系統(tǒng)并保持彼此的獨(dú)立性，且學(xué)生對事物進(jìn)行證據(jù)推理或模型構(gòu)建時(shí)，都是經(jīng)歷一個(gè)否定之否定的過程。在教學(xué)過程中，證據(jù)推理與模型認(rèn)知總是相互滲透、相互影響的。因此，教師需要在證據(jù)推理中完善學(xué)生的模型認(rèn)知，在學(xué)生的模型認(rèn)知中促進(jìn)證據(jù)推理的過程。教師可以通過設(shè)置情境、探究活動和情感教學(xué)等策略幫助學(xué)生樹立獨(dú)立解釋物質(zhì)的意識，提高學(xué)生依據(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)建能力，幫助學(xué)生建立解決化學(xué)問題基本框架。

參考文獻(xiàn)

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