葉坤靈 溫勇康

摘要：通過對人教版初中化學“二氧化碳的性質”內(nèi)容中探究實驗的微改進，引導學生通過化學真實情境發(fā)現(xiàn)化學問題，提出合理假設，通過對實驗事實的加工、分析，進行推理、驗證等證據(jù)推理，實現(xiàn)認知模型的建構，并能通過模型應用解決化學問題，從而實現(xiàn)培養(yǎng)義務教育階段學生化學學科“科學思維”核心素養(yǎng)的目標。

關鍵詞：科學思維;證據(jù)推理;模型建構;核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2022）10-0059-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

一、問題的提出

《義務教育化學課程標準（2022年版）》對義務教育階段化學學科核心素養(yǎng)中的“科學思維”素養(yǎng)進行了如下界定：科學思維是在化學學習中基于事實與邏輯進行獨立思考和判斷，對不同信息、觀點和結論進行質疑和批判，提出創(chuàng)造性見解的能力;是從化學視角研究物質及其變化規(guī)律的思路與方法;是從宏觀、微觀、符號相結合的視角探究物質及其變化規(guī)律的認識方式。[1]

科學思維主要包括：在解決化學問題中所運用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學方法，基于實驗事實進行證據(jù)推理、建構模型并推測物質及其變化的思維能力，在解決與化學相關的真實問題中形成的質疑能力、批判能力和創(chuàng)新能力。[1]

化學作為一門以實驗為基礎的自然學科，基礎教育化學課程中所涉及的化學知識、概念和模型，大多可以通過教學過程的觀察、實驗等方法，通過對比分析、歸納分類和邏輯推理等方式進行證據(jù)推理，從而構建能很好地反映物質本質規(guī)律、構成要素及其相互關系等認知模型?；瘜W學科核心素養(yǎng)中“證據(jù)推理”和“模型認知”的關系見圖1。此類模型不僅僅能再現(xiàn)物質及其變化的基本規(guī)律，而且能用于預測、解釋相關化學現(xiàn)象，揭示物質及其變化的基本規(guī)律。對于中學階段的學生而言，基于證據(jù)推理與模型建構的科學思維核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是創(chuàng)造性解決問題能力、創(chuàng)造性思維能力的集中體現(xiàn)，也是學生建構從化學視角認識事物和解決問題的思想、方法、觀點的必備要求。[2]

模型對于化學科學而言非常重要，甚至可以說，化學科學的發(fā)展離不開模型。[3]

義務教育階段的化學作為化學科學的啟蒙課程，如果沒有培養(yǎng)基于證據(jù)推理和模型建構的意識和基本觀念的科學思維，沒有清楚準確地掌握認識物質性質的基本認知模型，對后續(xù)的化學學科學習會有很大障礙。本教學設計主要采用建模教學的教學模式，旨在解決傳統(tǒng)的“講授—示范”教學中普遍存在的問題，通過創(chuàng)設真實問題情境，引導學生“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，促進學生對建模思想的深刻認識，掌握建模過程的思路和基本范式，運用模型解決問題，實現(xiàn)素養(yǎng)為本的有效教學。

二、教學理念與設計

1.教學理念

本論文在綜合考慮教學內(nèi)容特點、學生能力特點和有效教學策略的基礎上，以“建模教學”為主要教學模式，輔之“情境創(chuàng)設教學法”“任務驅動式教學法”“半開放性實驗探究”“STSE理念教學法”“教學評一體化教學法”五種教學方法。具體教學思路為：首先通過真實情境的創(chuàng)設提出問題，通過任務驅動式引導學生進行模型的初構和強化，然后通過基于教學評一體化的學生主體式教學進行深度的模型辨析，培養(yǎng)學生對認知模型建構過程的認識，再通過模型應用拓展，最后進行歸納總結，形成模型結構的系統(tǒng)化。具體教學思路見圖2。

2.教評目標

見表1。

3.教學過程——“3×6”問題解決教學結構的實踐研究

見圖3。

三、教學問題解決實施

1.創(chuàng)設真實情境，引出化學問題

【教師】播放電視劇西游記主題曲，臉盆內(nèi)放入開水，加入適量干冰。老師拿著冒著白霧的盆“騰云駕霧”走進教室。提供資料：干冰是固態(tài)的二氧化碳，常用來制作舞臺云霧繚繞的效果。生活中，人們還利用二氧化碳做滅火器、汽水等。

【提問】性質決定用途，用途反映性質。二氧化碳在生活中有這么多的用途，那它具有什么性質呢？

【學生】在真實情境中感受化學的魅力與中國傳統(tǒng)文化的結合，思考與交流：二氧化碳為什么可以做滅火器、汽水？二氧化碳有什么性質？

設計意圖：通過創(chuàng)設“騰云駕霧”的真實情境，激發(fā)學生的興趣和求知欲，同時通過設置問題，讓學生發(fā)揮想象力，自由提出問題，引出本節(jié)課要探究的問題，為后續(xù)的教學埋下伏筆。

2.模型初構強化，撥開模型疑云

（1）模型認知初構

【教師】真實情境：二氧化碳滅火器用于滅火的視頻。提問：根據(jù)二氧化碳用于滅火的事實，請你預測，二氧化碳具有什么性質？追問：如何驗證我們的猜想？

【學生】①提出假設：二氧化碳不燃燒也不支持燃燒;

②驗證假設：分組實驗：a.先將高低兩支蠟燭放入空燒杯中，觀察蠟燭燃燒情況;b.再將二氧化碳倒入燒杯中，再次放入蠟燭，觀察蠟燭是否熄滅，并記住順序（見圖4）。

③加工分析：

為什么空燒杯中的蠟燭不熄滅，倒入二氧化碳后再放入蠟燭卻熄滅？高低蠟燭自下而上熄滅，說明了什么？

【總結】通過對比實驗，知道蠟燭熄滅是因為二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒，體會到二氧化碳能像“液體”一樣被倒入燒杯中，并結合蠟燭熄滅順序，說明二氧化碳密度比空氣大。

（2）模型認知強化

【教師】真實情境：證據(jù)展示——一瓶汽水和它的配料表圖片。打開瓶蓋，聽到“噗”的聲音。

講解并提問：增大壓強下，人們將二氧化碳充入汽水中，加上配料做成可口的飲料。請你預測，常壓下二氧化碳能否溶于水？追問：如何驗證我們的猜想？

【學生】①提出假設：常壓下二氧化碳能溶于水。

②驗證假設：根據(jù)教材和分組實驗用品，合作探究，完成實驗驗證，聯(lián)想“空氣中氧氣含量”測定實驗進行遷移拓展（見圖5）。

③加工分析：合作完成驗證二氧化碳溶于水的實驗，觀察到塑料瓶變癟的現(xiàn)象。并進行拓展實驗：將帶導管的單孔橡膠塞塞緊標有刻度的軟塑料瓶，彈簧夾夾住橡皮管，導管一端放入盛有水的燒杯中，待塑料瓶變癟后打開彈簧夾，觀察到水倒吸的現(xiàn)象，根據(jù)瓶內(nèi)液面上升的高度了解二氧化碳的溶解情況。

【總結】通過探究實驗，知道二氧化碳常壓下可以溶于水的性質。

設計意圖：本環(huán)節(jié)是模型認知初步建構和強化階段，首先讓學生進行預測，目的是樹立學生證據(jù)意識;其次通過實驗驗證，為預測尋找證據(jù)，最后通過教師和學生互評得出結論，以任務驅動式探究活動為依托，目的是讓學生基于實驗證據(jù)進行推理、分析，引導學生學會研究物質性質的過程，培養(yǎng)學生證據(jù)收集、知識遷移、分析推理、建構模型的能力。

3.模型辨析應用，系統(tǒng)模型認知

【教師】提問：我們是如何學習物質性質的？

【學生】性質決定用途，用途反映性質。了解物質的用途就能預測物質的性質。

【教師】追問：那如何驗證預測是否正確呢？

【學生】可以通過設計實驗進行驗證。

【教師】講解：化學學習中，我們以生活經(jīng)驗、科學資料等作為證據(jù)，推測出物質所具有的性質，再設計實驗進行驗證，運用觀察法、實驗法、分類法、比較法、歸納法等邏輯思維，去偽存真，得出結論，這樣可以揭示客觀事實的本質。證據(jù)推理流程見圖6。

設計意圖：幫助學生直觀回顧學習二氧化碳性質的過程，教師對模型進行解釋和表征，引導學生對零散的模型認知進行條理化、系統(tǒng)化總結。

4.創(chuàng)新實驗設計，服務模型建構

【教師】化學問題：我們已經(jīng)知道二氧化碳能溶于水，那二氧化碳溶于水后究竟有無新物質生成呢？

【資料卡片】石蕊是從一種植物中提取的色素。石蕊溶于水配制成的紫色石蕊溶液，遇酸變紅色。

布置任務：（1）應用模型認知解決為什么溶液變紅的問題;（2）寫出相關的化學方程式。

【學生】（1）積極思考、閱讀資料、提取信息;（2）進行預測，根據(jù)老師提供的創(chuàng)新實驗用品，合作設計出實驗方案（見圖7），并完成探究;（3）分組討論，得出結論：二氧化碳與水反應生成酸性物質（碳酸），書寫化學方程式;（4）分組匯報學習成果。

設計意圖：學生完成模型認知建構后，如果不再加以應用，就會淺嘗輒止，不利于今后化學的學習。本環(huán)節(jié)通過模型的應用活動，使學習到的模型認知更加系統(tǒng)化。二氧化碳與水反應是本節(jié)課的難點，教材中設計了對比實驗，探究使石蕊紙花變紅的物質，但是該實驗更加適合教師進行演示，讓學生自主探究是具有挑戰(zhàn)性的。因此，本環(huán)節(jié)教師引導學生設計半開放性創(chuàng)新實驗方案，讓學生應用模型認知，解決真實情境的問題。學生能夠體驗到成功，增加學習化學的信心，從而使證據(jù)推理和模型認知的核心素養(yǎng)得到提升。

四、教學反思與建議

1.創(chuàng)設真實問題情境，激發(fā)學生學習熱情

創(chuàng)設真實情境是教學中不可缺少的環(huán)節(jié)，它是學生進行學習的“觸發(fā)器”。如果教學中缺乏了情境，那么課堂就變得枯燥無味，學生的學習是被動的、機械式的。教學情境是知識的載體，要盡可能地貼近學生的生活，讓學生感受到化學源自生活，化學知識就在身邊。本教學實踐通過創(chuàng)設“騰云駕霧”、二氧化碳滅火器的原理、汽水的配料等真實情境引入教學，引導學生從新的角度重新審視熟悉的事物，學生的學習積極性自然被調動起來，進而進入“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”的狀態(tài)，接受知識的效率也會大大提高，會更加主動地參與課堂活動。

2.教學評一體化，突出學生主體性

王云生認為：教師的教學活動、學生的學習活動、教學評價三者的地位是平等的，互相影響，互相促進。教學評價為教學融通搭建橋梁，教學評價主要目的是關注學生的學習表現(xiàn)，觀察學生是如何學習的，學習的達成度，同時也能監(jiān)測出教學的情況是否良好，教師教得怎么樣等問題。教學評價能持續(xù)地激勵學生，產(chǎn)生學習的驅動力，同時也能優(yōu)化教學。[4]在實驗探究階段，教師應通過這樣一系列系統(tǒng)的思維活動，在實驗前、中、后都利用元認知反思，不斷鼓勵學生建立宏觀現(xiàn)象與微觀機制間的聯(lián)系，加深對模型推理和證據(jù)推理思維方法融合的體驗。[3]將教學評價貫穿于教學活動中，能真實捕捉到學生的學習狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)學生學習的障礙，提醒老師及時調整和優(yōu)化教學策略，同時能促進師生互動，凸顯學生學習主體地位。

3.注重培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)

本教學實踐注重培養(yǎng)義務教育階段的學生基于證據(jù)推理與模型建構的科學思維核心素養(yǎng)。指向“證據(jù)推理與模型認知”的化學教學，使科學探究成為融知識理解、思維發(fā)展及科學本質觀深化的學習過程。[5]在此課程目標基礎上，本教學實踐主要是探索證據(jù)推理與模型建構在教學中的實踐，在實踐中發(fā)現(xiàn)的與二氧化碳相關的真實生活情境、物質用途、實驗現(xiàn)象，教師都應加以引導學生收集證據(jù)，指導學生聚焦證據(jù)，對物質性質進行預測，再運用實驗驗證、比較分析、類比遷移、總結歸納等推理方式，對預測加以證實或證偽，揭示化學知識的本質。初中階段，學生雖已對物質的性質和用途有了認知模型的基礎，但是學生的思維方式比較膚淺，學習方式更多的是停留在機械重復的記憶、鞏固化學知識和提高化學成績上。教師應重視證據(jù)推理與模型建構發(fā)展學生科學思維核心素養(yǎng)，將證據(jù)推理和模型建構融入到課堂探究活動，引導學生參與化學探究過程、學會研究物質的規(guī)律，進而促進科學思維核心素養(yǎng)的提升，提高學生解決實際問題的能力，為今后學習化學形成新方法和新思路。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]楊梓生，吳菊華.化學學科核心素養(yǎng)研究及實踐培育[M].上海：上海教育出版社，2020.

[3]胡欣陽，畢華林.化學科學思維的內(nèi)涵及其發(fā)展路徑——讓學生像化學家一樣思考[J].化學教育（中英文），2022，43（05）：1-7.

[4]王云生.“教、學、評”一體化的內(nèi)涵與實施的探索[J].化學教學，2019（5）：8-11.

[5]楊玉琴，倪娟.證據(jù)推理與模型認知：內(nèi)涵解析及實踐策略[J].化學教育（中英文），2019，40（23）：23-29.