劉鵬輝

（北京師范大學(xué)第二附屬中學(xué)，北京 100088）

引 言

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是在收集基礎(chǔ)知識(shí)證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理分析并建立相關(guān)模型，從而達(dá)到驗(yàn)證推理結(jié)論目的的一種方式。同時(shí)，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”也是高中化學(xué)核心素養(yǎng)的五個(gè)維度之一。而當(dāng)前學(xué)生對(duì)化學(xué)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”還存在著諸多誤區(qū)，他們誤認(rèn)為化學(xué)問(wèn)題只能用一種模型進(jìn)行解釋，化學(xué)模型是真實(shí)存在的，僅僅是利用化學(xué)知識(shí)進(jìn)行構(gòu)建的，顯然這些問(wèn)題的存在在一定程度上影響了學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的教學(xué)步驟

發(fā)展學(xué)生的屬性能力和促進(jìn)學(xué)生的主體生存是學(xué)習(xí)化學(xué)的本質(zhì)，高中化學(xué)注重一切知識(shí)的獲得必須以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，必須在教學(xué)中講究真憑實(shí)據(jù)，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)的推理、判斷和探究建構(gòu)模型，從而培養(yǎng)學(xué)生收集信息、整理信息以及分析信息的能力。在具體的教學(xué)實(shí)踐中，教師主要通過(guò)以下三個(gè)步驟進(jìn)行。

（一）收集各種實(shí)證并作出假設(shè)

作為“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)培養(yǎng)最關(guān)鍵的部分，收集相關(guān)信息的過(guò)程看似浪費(fèi)時(shí)間，卻是學(xué)生必須掌握的技能。我們只有在相關(guān)證據(jù)充分的基礎(chǔ)上才能對(duì)相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)以及其變化規(guī)律作出假設(shè)。在具體證據(jù)收集信息時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)書籍、查閱文獻(xiàn)等方式，獲得相關(guān)學(xué)習(xí)資料。

（二）作出推理分析并進(jìn)行驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)相關(guān)資料的收集，學(xué)生已經(jīng)對(duì)所研究物質(zhì)性質(zhì)的變化規(guī)律有了一定的了解。在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)按照組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的原則，將學(xué)生分為4～5人一組的合作學(xué)習(xí)小組，選出組長(zhǎng)，并進(jìn)行組內(nèi)分工，教師應(yīng)確保每名學(xué)生都能參與其中。同時(shí)，為了有效培養(yǎng)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)能力，教師應(yīng)要求在每一次合作探究活動(dòng)中學(xué)生不能總是進(jìn)行某一項(xiàng)工作。

（三）建立化學(xué)模型并進(jìn)行研究

化學(xué)模型的選擇最為關(guān)鍵，教師應(yīng)立足于教材內(nèi)容，按照“問(wèn)題—模型—求解”的步驟，從化學(xué)課程出發(fā)建立模型，再利用模型解決化學(xué)問(wèn)題。其中，經(jīng)過(guò)分析、概括、綜合、應(yīng)用而建立的模型只是作出了一種假設(shè)，此時(shí)的模型并不具有真實(shí)性，只有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后，其才能作為理論使用。并且，學(xué)生應(yīng)在已建立模型原理的基礎(chǔ)上要建立新的模型[1]。

二、培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的教學(xué)重構(gòu) 和超越

（一）以實(shí)驗(yàn)探究為導(dǎo)向構(gòu)建化學(xué)模型

實(shí)驗(yàn)教學(xué)既能使學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的過(guò)程，建立科學(xué)思維模型，又符合核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人能力的要求。教師應(yīng)充分利用化學(xué)教材中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，講解物質(zhì)所具有的化學(xué)性質(zhì)。以“氫氧化鐵膠體的制備實(shí)驗(yàn)”為例，一些學(xué)生難以理解沉淀和膠體的區(qū)別，但通過(guò)該實(shí)驗(yàn)探究，他們就能理解膠體的特殊形態(tài)，能夠準(zhǔn)確說(shuō)出沉淀和膠體之間的異同。

（二）以便捷為導(dǎo)向建立理想模型

化學(xué)模型是以原型為基礎(chǔ)的，但不是所有的模型都與原型具有相似性。以H、C等元素符號(hào)為例，該符號(hào)僅僅是為了便于記憶而命名的，在現(xiàn)實(shí)生活中不能找出該模型的原型。同時(shí)，模型只能無(wú)限接近于原型，并不能替代原型。以“甲烷分子的球棍模型”為例，C、H分子之間的棍并不是真實(shí)存在的，原子之間的棍長(zhǎng)并不能代表分子的實(shí)際鍵長(zhǎng)，并且，球棍模型中各個(gè)原子大小也不能代表原子的實(shí)際大小。

（三）以選擇為導(dǎo)向建立最佳模型

對(duì)于同一問(wèn)題可以建立多種化學(xué)模型，為了更好地增強(qiáng)學(xué)生建立模型和使用模型的意識(shí)與能力，教師應(yīng)選擇最佳解題模型。以探究“鋁三角”為例，既可以建立數(shù)學(xué)模型，即向氫氧化鈉溶液中加入鋁鹽至生成氫氧化鋁沉淀之前，此時(shí)Al3+∶OH-=1∶4，進(jìn)行一段時(shí)間之后，偏鋁酸根與鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁，此時(shí)AlO2-∶ Al3+=3 ∶ 1，當(dāng)加入試劑順序調(diào)換之后，在生成氫氧化鋁沉淀之前，此時(shí)Al3+∶OH-=1∶3，當(dāng)再繼續(xù)滴加氫氧化鈉溶液時(shí)，氫氧化鋁又與氫氧化鈉反應(yīng)，此時(shí)Al3+∶OH-=1∶4，又可以建立圖像模型，如圖1、圖2所示。但考慮到具體題目時(shí)，為了更好地幫助學(xué)生理解題意，教師應(yīng)選擇最佳的模型進(jìn)行分析。

圖1 向鋁鹽中加入氫氧化鈉溶液至過(guò)量的示意圖

圖2 向氫氧化鈉溶液中加入鋁鹽溶液至過(guò)量的示意圖

三、培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

（一）史話點(diǎn)題，探究發(fā)現(xiàn)歷程

為了激發(fā)學(xué)生探究的興趣，筆者以英文字母為突破口，類比英文字母，化學(xué)的語(yǔ)言就是元素符號(hào)，要求學(xué)生翻閱化學(xué)教材最后一頁(yè)的元素周期表，思考這張?jiān)刂芷诒硎前凑帐裁丛砭幣诺?，并在此基礎(chǔ)上講述有關(guān)門捷列夫與元素周期表之間的故事，播放相關(guān)視頻，探究發(fā)現(xiàn)歷程。

（二）結(jié)構(gòu)猜想、證明推理

以小組為單位，要求每一組任意選取如下探究實(shí)驗(yàn)：一是探究原子序數(shù)與原子半徑之間的關(guān)系；二是探究原子序數(shù)與非金屬之間的關(guān)系；三是探究原子序數(shù)與最外層電子數(shù)及元素化合價(jià)之間的關(guān)系；四是探究原子序數(shù)與金屬性之間的關(guān)系。然后，猜測(cè)出其規(guī)律變化并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

以探究“元素的金屬性變化規(guī)律”為例，學(xué)生在了解門捷列夫與元素周期表故事的基礎(chǔ)上，作出金屬性變化規(guī)律的猜想，即電子層數(shù)相同的元素，隨著核電荷數(shù)的增加，其金屬性減弱。然后，以第三周期金屬元素Na、Mg、Al元素為例，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案（如表1所示），并進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。

表1

（三）反思總結(jié)、鞏固提升

總結(jié)提升是基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)培養(yǎng)不可缺少的階段，教師應(yīng)組織學(xué)生不斷反思。例如，你在該知識(shí)探究過(guò)程中分擔(dān)了哪些具體工作，在具體探究實(shí)踐中有哪些疑惑或問(wèn)題，對(duì)于具體問(wèn)題你是如何解決的，模型是如何建立的，等等。同時(shí)，教師可以隨機(jī)選取一名學(xué)生進(jìn)行課堂總結(jié)，組內(nèi)其他成員進(jìn)行完善補(bǔ)充。

結(jié) 語(yǔ)

總之，高中化學(xué)視角強(qiáng)調(diào)一切要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，講究真憑實(shí)據(jù)，而“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)的推理、判斷和探究建構(gòu)模型，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使其樹(shù)立獨(dú)立分析問(wèn)題的意識(shí)。我們相信，隨著高中化學(xué)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的不斷深入，學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)一定能得到提高。