高中化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)

高中化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)太原市第十八中學(xué)山西太原030000摘要：“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”做為高中化學(xué)核心素養(yǎng)的思維核心，既是對(duì)化學(xué)學(xué)科核心思想的概括，也是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)、解決化學(xué)問題綜合能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，闡釋了發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理意識(shí)、培養(yǎng)建模能力的重要性，分析了基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)要點(diǎn)，探討了如何針對(duì)高中化學(xué)知識(shí)體系的特點(diǎn)優(yōu)化教學(xué)策略，通過設(shè)計(jì)自主探究與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、解題訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：證據(jù)推理；模型認(rèn)知；核心素養(yǎng)；高中化學(xué)；培養(yǎng)策略引言：化學(xué)的實(shí)質(zhì)是從微觀視角研究物質(zhì)構(gòu)成、性質(zhì)與變化規(guī)律，對(duì)于學(xué)習(xí)者或研究者而言，解決一個(gè)化學(xué)問題首先需要調(diào)動(dòng)已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備，基于對(duì)表面現(xiàn)象的觀察和理解進(jìn)行合理的假設(shè)，之后依靠科學(xué)實(shí)驗(yàn)逐步揭示本質(zhì)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律，才能最終解決問題并獲取新的知識(shí)和技能。在這一過程中，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)起到了決定性作用。因此，在高中化學(xué)教學(xué)中，必須致力于提升學(xué)生的證據(jù)推理意識(shí)和不同類型、形式化學(xué)模型的構(gòu)建能力。一、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心地位（一）“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的內(nèi)涵新課標(biāo)中對(duì)高中化學(xué)核心素養(yǎng)有五個(gè)維度的明確要求，這些內(nèi)容是根據(jù)化學(xué)學(xué)科的特征和知識(shí)體系構(gòu)成、基本專業(yè)思維模式、人才培養(yǎng)目標(biāo)歸納而成。五項(xiàng)核心素養(yǎng)的內(nèi)容既相互獨(dú)立又密不可分，只有讓學(xué)生這五項(xiàng)素養(yǎng)同時(shí)達(dá)到一定水平，才標(biāo)志著實(shí)現(xiàn)了育人目標(biāo)。其中從衡量學(xué)生掌握化學(xué)知識(shí)并運(yùn)用其解決化學(xué)專業(yè)問題能力的視角來看，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是最基礎(chǔ)而又最重要的核心素養(yǎng)［1］。證據(jù)推理是以對(duì)物質(zhì)的觀察和思考、化學(xué)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行邏輯推理和判斷，體現(xiàn)的是學(xué)生全面細(xì)致觀察、有效提煉信息，運(yùn)用已經(jīng)掌握的化學(xué)原理和規(guī)律、經(jīng)過一系列邏輯思考和推演得出結(jié)論的能力；而模型認(rèn)知?jiǎng)t是揭示化學(xué)物質(zhì)或現(xiàn)象本質(zhì)、發(fā)現(xiàn)和描述其微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與變化規(guī)律的基本思維模式也是檢驗(yàn)、辨別基于證據(jù)推理得出的結(jié)論、不斷深化認(rèn)知的重要途徑。因此，在高中化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)過程中，必須同時(shí)鍛煉和提升學(xué)生這兩方面的能力。（二）“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的重要性做為核心素養(yǎng)最重要的構(gòu)成要素，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的培養(yǎng)既是高中化學(xué)教學(xué)的主要目標(biāo)之一，也對(duì)教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)成果起到了決定性作用。首先，在高中化學(xué)教學(xué)體系中，無論是物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、典型化學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，還是探索、掌握物質(zhì)變化和化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，都需要引導(dǎo)學(xué)生以化學(xué)學(xué)科專業(yè)的思維模式，發(fā)揮證據(jù)推理能力、運(yùn)用模型認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，才能真正理解、掌握相關(guān)知識(shí)和科學(xué)的邏輯思維方法［2］；其次，只有學(xué)生掌握了探究化學(xué)問題的基本思路和方法才能主導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)和研究過程；第三，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”可以樹立學(xué)生理性思維，使之學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)研究，適應(yīng)終身發(fā)展。因此，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的滲透和培養(yǎng)也是賦予學(xué)生主體地位、培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力、提高課堂教學(xué)效率的保障。二、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)培養(yǎng)要點(diǎn)（一）不斷強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)推理意識(shí)化學(xué)學(xué)科基本原理、規(guī)律和物質(zhì)本質(zhì)的探索、認(rèn)知過程就是一個(gè)縝密而復(fù)雜的邏輯推理與驗(yàn)證過程，在學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建過程中，同樣應(yīng)當(dāng)遵循化學(xué)學(xué)科的基本研究規(guī)律和思維模式，日常教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思考、縝密分析，基于一系列的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象、表觀特征、過程等，自主發(fā)現(xiàn)、歸納和表述各個(gè)環(huán)節(jié)的核心內(nèi)容和思想，提升其關(guān)于證據(jù)的收集和整理能力，進(jìn)行合理且有效的推理，做出符合邏輯的假設(shè)，從而在學(xué)習(xí)過程中不斷強(qiáng)化其證據(jù)推理意識(shí)。例如在鈉、氯氣等重要物質(zhì)的教學(xué)中，在實(shí)驗(yàn)探究引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出合理假設(shè)，并且根據(jù)已有化學(xué)知識(shí)分析、推測(cè)相關(guān)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，找到檢驗(yàn)各種可能性真?zhèn)蔚目茖W(xué)路徑，實(shí)踐、推理、判斷，對(duì)探究對(duì)象的性質(zhì)得出正確結(jié)論的同時(shí)學(xué)科素養(yǎng)滲透于心。（二）訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力化學(xué)問題的思考和解答過程要求學(xué)生有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，能夠就已有信息、收集到的數(shù)據(jù)、觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或物質(zhì)的表象進(jìn)行合理假設(shè)，并且結(jié)合已有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)及其所掌握的原理、規(guī)律等進(jìn)行成果的驗(yàn)證，在觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間建立起邏輯關(guān)系，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系進(jìn)行模型的推斷，從而形成正確的模型認(rèn)知，找到正確答案。因此，化學(xué)教學(xué)中任何一個(gè)問題的提出和解決都不應(yīng)局限于知識(shí)點(diǎn)傳授，而是要將訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力做為主體目標(biāo)。即必須選擇最有利于提升學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的方式完成相關(guān)環(huán)節(jié)的教學(xué)。例如在課堂例題示范和習(xí)題課反饋環(huán)節(jié)，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生審題、分析、把握題干，更要讓學(xué)生邏輯清晰、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乇硎龃痤}思路，理清關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)、認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)用過程，促使其形成縝密的化學(xué)學(xué)科邏輯思維習(xí)慣。（三）著力滲透建模思想高中化學(xué)核心素養(yǎng)所要求的“模型認(rèn)知”不同于一般的構(gòu)建數(shù)學(xué)模型分析和解決問題的能力，而是對(duì)研究化學(xué)問題所需思維模式、必備專業(yè)素養(yǎng)的抽象與概括，是一個(gè)對(duì)證據(jù)推理、分析、證明的總結(jié)，是解決化學(xué)問題的關(guān)鍵。因此，這方面素養(yǎng)的培養(yǎng)實(shí)質(zhì)上是建模思想的滲透與強(qiáng)化過程，要求高中化學(xué)教師要在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)注重訓(xùn)練建模思維、傳授建模方法[3。]首先，教學(xué)過程中應(yīng)注重實(shí)物形式化學(xué)模型的運(yùn)用，比如在有機(jī)化學(xué)部分關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生通過親自動(dòng)手制作、拆拼實(shí)物模型進(jìn)行證據(jù)推理和探究未知；其次，非實(shí)物形式化學(xué)模型的應(yīng)用在高中化學(xué)教學(xué)中無處不在，無論是基于函數(shù)關(guān)系構(gòu)建的化學(xué)反應(yīng)速率等數(shù)學(xué)模型，還是運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)方程式表達(dá)物質(zhì)變化規(guī)律的語(yǔ)義模型以及根據(jù)化學(xué)反應(yīng)過程構(gòu)建的圖像模型等等，都是模型認(rèn)知素養(yǎng)的體現(xiàn)。將化學(xué)過程、規(guī)律、原理進(jìn)行歸納，概括成一個(gè)簡(jiǎn)化的化學(xué)模型，通過化學(xué)模型再現(xiàn)整個(gè)規(guī)律或物質(zhì)的變化等，進(jìn)一步在大腦內(nèi)進(jìn)行模型構(gòu)建，分析解決問題的方法，揭示出本質(zhì)，從而提升解決化學(xué)問題的能力。因此，教師在各個(gè)環(huán)節(jié)都要滲透和引導(dǎo)學(xué)生形成建模思想。三、實(shí)踐策略（一）設(shè)計(jì)自主探究活動(dòng)強(qiáng)化“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的養(yǎng)成有賴于日常學(xué)習(xí)過程中實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累教學(xué)中想方設(shè)法給學(xué)生提供邏輯推理能力訓(xùn)練和建模思想運(yùn)用的機(jī)會(huì)，教師應(yīng)結(jié)合具體單元的教學(xué)內(nèi)容，善于從現(xiàn)實(shí)生活和社會(huì)焦點(diǎn)問題中選取素材并創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，以設(shè)置高水平的探究任務(wù)，讓學(xué)生運(yùn)用已有化學(xué)知識(shí)和“證據(jù)推理、模型認(rèn)知”素養(yǎng)完成學(xué)習(xí)。例如在《乙醇》的教學(xué)過程中，通過設(shè)計(jì)、完成金屬鈉與乙醇的定量反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，之后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推理，可以知道1mol乙醇與過量的金屬鈉反應(yīng)只能生成0.5mol的氫氣，即只有1mol的氫原子參與了反應(yīng)，而乙醇中三種氫原子個(gè)數(shù)比為1：2：3，顯然是羥基上的氫參與了反應(yīng)。由此學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)這一充足證據(jù)構(gòu)建起醇類物質(zhì)羥基上的氫可以被鈉取代的模型認(rèn)知，進(jìn)而深刻認(rèn)識(shí)乙醇分子的結(jié)構(gòu)和其官能團(tuán)所具有的化學(xué)性質(zhì)。借此訓(xùn)練其證據(jù)推理和建模、解決實(shí)際問題的能力。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作常態(tài)化化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)最有效的途徑。鑒于高中生已經(jīng)具備一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和操作技能，教學(xué)中要竭盡全力、創(chuàng)造性地使其完整體驗(yàn)證據(jù)推理和建模過程。教師應(yīng)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容和探究需求，鼓勵(lì)其自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來構(gòu)建完善的邏輯推理鏈條，親自驗(yàn)證各項(xiàng)假設(shè)及結(jié)論的科學(xué)性，在不斷的實(shí)踐探索中形成思維縝密、推理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧己昧?xí)慣。比如在用價(jià)態(tài)觀設(shè)計(jì)探究“so的氧化性和還原性”實(shí)驗(yàn)中，可以引導(dǎo)同學(xué)們運(yùn)用已有2的知識(shí)儲(chǔ)備和經(jīng)驗(yàn)，推測(cè)其可能與哪些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可能的產(chǎn)物是什么，可能有怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再根據(jù)已有模型認(rèn)知選擇一系列的相關(guān)儀器和裝置，之后追問如何解決so的污染問題，訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散思維，發(fā)揮想象力，交流研討得出2結(jié)論，本實(shí)驗(yàn)可以選擇針管、輸液袋、西林瓶等完成探究。體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)微型化、綠色化，且操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯的特色。在完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新操作中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展了“證據(jù)推理、模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。教學(xué)中注意在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究過程中，要引導(dǎo)同學(xué)們能夠創(chuàng)造性地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，細(xì)致觀察和嚴(yán)謹(jǐn)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和過程，科學(xué)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和撰寫規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以便強(qiáng)化核心素養(yǎng)扎實(shí)落地。解題訓(xùn)練中提升學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的能力為了讓學(xué)生熟練運(yùn)用已知數(shù)學(xué)模型解決化學(xué)問題，在解題訓(xùn)練過程中，教師要著重引導(dǎo)學(xué)生快速把握問題實(shí)質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其中的數(shù)理關(guān)系，從而構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，并且能夠運(yùn)用其驗(yàn)證、辨析假設(shè)和邏輯推理得出的結(jié)論[4。]例如在涉及到化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)計(jì)算題中，必須要求學(xué)生根據(jù)題干描述準(zhǔn)確列出其中涉及到的所有化學(xué)反應(yīng)方程式，再通過邏輯推理辨析問題的實(shí)質(zhì)，進(jìn)而根據(jù)參與化學(xué)反應(yīng)各類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)和相關(guān)原理、規(guī)律，順利找到其中的數(shù)量關(guān)系并列式求得正確答案。通過這一規(guī)范化的解題過程訓(xùn)練，可以有效提升學(xué)生的模型認(rèn)知能力，使之養(yǎng)成運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解答化學(xué)運(yùn)算問題的思維習(xí)慣，提高思維的邏輯性和嚴(yán)密性。四、結(jié)束語(yǔ)隨著社會(huì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，高中化學(xué)課程中學(xué)生的推理能力與模型認(rèn)知能力，是自然科學(xué)的必需素養(yǎng)，是發(fā)展和創(chuàng)新的必備品質(zhì)，是新時(shí)代人才應(yīng)有的核心能力。在推理過程愈漸復(fù)雜、模型愈漸抽象的趨勢(shì)下，提升學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)成為了高中化學(xué)教學(xué)的主要目標(biāo)。在日常教學(xué)中強(qiáng)化證據(jù)推理意識(shí)、訓(xùn)練建模思維，有利于提高教學(xué)效率、學(xué)生的自主探究能力