福建省莆田第二中學(xué)(351100) 黃云鵬

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下培育“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的基礎(chǔ)

化學(xué)探究過程的載體是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要途徑，它涵蓋：提出問題、猜想假設(shè)、收集現(xiàn)象證據(jù)、結(jié)論或解釋、概念模型化等重要環(huán)節(jié)。其中探究過程中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證據(jù)與猜想假設(shè)之間存在三個(gè)方面的邏輯關(guān)系：第一種關(guān)系是可證明猜想假設(shè)為真命題；第二種關(guān)系是可證明猜想假設(shè)為假命題；第三種關(guān)系則為無法證明猜想假設(shè)真?zhèn)?。前兩種關(guān)系即為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證據(jù)能夠說明猜想假設(shè)的真實(shí)性，而第三種關(guān)系即為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證據(jù)不足，不能證明猜想假設(shè)的真實(shí)性，是一種非證據(jù)。因此，實(shí)驗(yàn)探究過程中收集有效的現(xiàn)象證據(jù)是必要的。

在課堂上學(xué)生可以通過猜想假設(shè)來確認(rèn)氣體與固體的成分。如猜想氣體有兩種情況：假設(shè)氣體是氫氣、假設(shè)氣體是氧氣，讓他們從氣體具有可燃性(能否點(diǎn)燃)和助燃性(能否使帶火星的木條復(fù)燃)兩個(gè)方面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。猜想固體就有多種情況：①假設(shè)固體為FeO；②假設(shè)固體為Fe3O4；③假設(shè)固體為Fe2O3；④假設(shè)固體為FeO和Fe3O4的混合物……因?yàn)楣腆w為黑色，而Fe2O3為紅褐色固體，可以說明③是假命題。然后通過設(shè)計(jì)固體溶于酸后的溶液檢測出Fe2+和Fe3+(滴加硫氰化鉀溶液使溶液出現(xiàn)血紅色，滴加鐵氰化鉀溶液使溶液出現(xiàn)藍(lán)色沉淀)，可以排除固體為FeO。但不能證明固體為Fe3O4，還是FeO和Fe3O4的混合物，需要補(bǔ)充探究活動(dòng)，因此實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)尤為重要。

2 課堂上采取證據(jù)推理與模型認(rèn)知彼此滲透，是學(xué)習(xí)進(jìn)階中的重要化學(xué)思維方法

作為化學(xué)核心素養(yǎng)之一的證據(jù)推理與模型認(rèn)知，是與化學(xué)密不可分的思維方法。第一，證據(jù)推理與模型認(rèn)知是有機(jī)聯(lián)系的。首先“基于證據(jù)的推理”是學(xué)生認(rèn)知心理學(xué)層面的認(rèn)知模型，正如初學(xué)者對化學(xué)語言的模型建立一樣。一個(gè)化學(xué)方程式需要建立在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)之上，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，一個(gè)反應(yīng)還存在能量守恒。因此，化學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)階過程中的“證據(jù)推理”就是按照“基于證據(jù)的推理”認(rèn)知模型進(jìn)行的認(rèn)知過程。其次，通過實(shí)驗(yàn)探究得出的證據(jù)可以經(jīng)過推理形成的化學(xué)特有的規(guī)律是一次簡單的模型認(rèn)知，如在學(xué)習(xí)氯、溴、碘及其化合物時(shí)，課堂上預(yù)設(shè)目標(biāo)是讓學(xué)生清楚知道漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，而不是CaCl2，所以，課堂上要?jiǎng)?chuàng)設(shè)明確CaCl2不能使有機(jī)物明顯褪色的實(shí)驗(yàn)探究，通過證據(jù)推理得出次氯酸鹽的漂白性模型認(rèn)知。第二，模型認(rèn)知需要基于證據(jù)推理的結(jié)論解釋，但是，模型認(rèn)知除了運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行邏輯推理以外，常常需要收集大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證據(jù)進(jìn)行比較分析、歸納概括，通過抽象和簡化的方法建構(gòu)模型，再現(xiàn)元素及其化合物變化的基本規(guī)律。如學(xué)習(xí)過氧化鈉的性質(zhì)時(shí)，通過課堂創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)探究證明過氧化鈉與水反應(yīng)生成氧氣(能使帶火星的木條復(fù)燃)和NaOH(其溶液能使酚酞變紅)，于是得出化學(xué)語言2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑的模型，但是，在學(xué)習(xí)進(jìn)階中過氧化鈉與水反應(yīng)過程中的轉(zhuǎn)移電子情況還需要元素價(jià)態(tài)變化來確定。由此可見，證據(jù)推理的最高層面的思維是模型認(rèn)知。

3 課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)探究促進(jìn)模型認(rèn)知對原型的精準(zhǔn)認(rèn)識(shí)

化學(xué)模型建構(gòu)必須建立在實(shí)驗(yàn)觀察、測定、研究所取得的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等信息的基礎(chǔ)之上?；瘜W(xué)模型如化學(xué)方程式就是概括、抽象和簡化了的反應(yīng)原理的原型，它的合理性需要通過邏輯推理和實(shí)驗(yàn)探究來檢驗(yàn)。例如，在學(xué)習(xí)食品中的有機(jī)化合物知識(shí)中乙酸乙酯的制備，可以創(chuàng)設(shè)按教材方法分組制備乙酸乙酯并將所制備的乙酸乙酯進(jìn)行提純的課堂實(shí)驗(yàn)，然后完成下列問題：

(2018年全國I卷)在生成和純化乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)中，下列操作未涉及的是( )。

創(chuàng)設(shè)這樣的課堂實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谧寣W(xué)生能夠認(rèn)知乙醇與乙酸反應(yīng)的模型是建立在其實(shí)驗(yàn)探究層面之上的，通過高考試題的練習(xí)使他們進(jìn)一步明確乙酸乙酯制備的實(shí)驗(yàn)與提純方案的設(shè)計(jì)。在探究實(shí)驗(yàn)中，第一，認(rèn)知實(shí)驗(yàn)裝置模型，即在一個(gè)大試管里注入乙醇2 mL，再慢慢加入0.5 mL濃硫酸、2 mL乙酸，連接好制備乙酸乙酯的裝置(習(xí)題中的AB裝置，注意B裝置中的位置是導(dǎo)管在3 mL飽和碳酸鈉溶液的上方約2～3 mm處)。第二，認(rèn)知乙酸乙酯的制備過程模型，用小火加熱試管里的混合物(習(xí)題中的A)，并把產(chǎn)生的蒸氣導(dǎo)入盛有飽和碳酸鈉溶液的試管中，待有透明的油狀液體浮在液面上，取下盛有碳酸鈉溶液的試管，并停止加熱。最后，認(rèn)知乙酸乙酯的分離與提純模型，振蕩盛有碳酸鈉溶液的試管，靜置，溶液分層后……這樣的實(shí)驗(yàn)探究的發(fā)展過程，就可以有效的促進(jìn)模型認(rèn)知對原型的精準(zhǔn)認(rèn)識(shí)。

總之，在學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下培育“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)實(shí)踐研究表明，在教學(xué)中應(yīng)遵循化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下培育“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的基礎(chǔ)；在課堂上采取證據(jù)推理與模型認(rèn)知彼此滲透作為學(xué)習(xí)進(jìn)階中的重要的化學(xué)思維方法；將課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)探究作為促進(jìn)模型認(rèn)知對原型的精準(zhǔn)認(rèn)識(shí)，才能讓化學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)探究在學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階過程中發(fā)揮真正的作用。