高中化学“证据推理与模型认知”素养的培养策略

韦萍萍

【摘要】传统的化学课堂教学模式是以教师为主体、学生被动接受知识的教学模式。2013年，教育部启动了普通高中课程修订工作，将核心素养融入高中化学教学中。化学核心素养是学生综合素质的具体体现，而“证据推理与模型认知”又是化学核心素养的思维核心，因此在新课程标准的基础上展开教学，有助于提高化学教学效率。

【关键词】高中化学;证据推理;模型认知;培养策略

证据推理和模型认知是一种外在和内在宏观与微观相对应的探究方式。其通过建立观点和证据之间的联系，以证据为立足点，根据合理的分析、大胆的推理，推导出最后的观点[1]。基于此，我们可以通过逻辑推理、分析，了解物质的本质结构和成分关系，建立模型，运用动态的模型变化，模拟出化学反应的变化过程，从而了解化学反应变化的实质，提升化学教学水平。

一、新课改“证据推理与模型认知”素养的培养目的

（一）提高学生的化学思维能力，培养从证据到结论的推理能力

证据推理能力考验着学生对物质基础性质的掌握程度。根据实验现象来判断物质的性质，是一种比较简单的推理。例如，做Na溶于水的实验时，可以根据Na在水里面的反应现象推测出Na的物理性质、化学性质。这就是根据一些证据来得出相关结论的例子，通过这样的推理过程，可以提高学生的思考判断能力和认知能力。只有通过独立思考推断，才能够更加深刻地理解和记忆。高中化学教师应该注重学生证据推理能力的培养，这种能力一旦变成一种学习的习惯，将有助于学生的发展。

（二）提高学生的化学空间想象能力，培养学生的模型认知能力

教学模型是为了在教学过程中更加直观形象地展现物质的分子或晶胞的结构，通过对模型的结构形态的模拟，可以帮助学生更容易理解物质的结构形态，学生对化学物质的认知也会有更加深刻的体会。通过对相似物质结构的对比，寻找不同点和相似点，能够突出物质的不同形态结构的不同特性，提高学生对物质的认知能力。通过模型认知的教学，可以让学生快速高效地学习物质的结构，进而学习物质的性质。在教学过程中，“模型认知”的教学方式不仅可以用来进行物质的教学，而且可以判断化学反应。在化学教学中，运用这种方法可以变抽象的化学反应为形象的认知，通过教学演示和学生自己动手拆分模具，从而加深学生对化学反应式的理解。

二、高中化学教学的现状

（一）化学课堂的实验课比较少

高中化学教材中有这样一句话：“化学是一门以实验为基础的科学。”而在实际化学课堂中一般只有部分化学反应可以进行实验。由于课堂时间有限和出于对安全等问题的考虑，大多数化学实验一般只由教师在教室进行操作，学生通过观察来学习化学。大多数的化学课是通过了解物质的性质、化学式等内容进行学习，缺乏推理和探究的过程。

（二）化学模具的数量比较少

在教学过程中，对于模具的运用往往也是比较重要的，通过观察形象的模具，可以非常直观地了解物质的结構，使得化学的学习更加直观。然而在实际教学中，物质的模型种类较少，数量也较少。遇到没有模型的物质时，只能通过教材图片展示或直接用粉笔画的方式进行教学。同一种模型道具的数量也不够分配，学生在学习过程中不能近距离接触，一般坐在教室后排的学生不易看清讲台上教师的讲学课程。

（三）化学教学教案比较模式化

高中化学的教学过程一般比较模式化，主要是通过对化学性质、化学变化的学习，了解基础知识、基本理论等相关概念。教师先进行课堂讲解，然后学生进行理解和记忆，再通过做题的方式进行吸收巩固，教学模式单一，做题和讲学循环往复，这种教学方式比较教条化，学生难以进行独立思考和探究，不利于培养思维能力和综合科学素质。

三、如何在教学中进行“证据推理与模型认知”素养的培养

（一）增强教师和学生的科学素质意识

“证据推理和模型认知”是一种科学素养，在高中化学教学过程中，教师和学生应该具备科学探究的意识。教师要对学生进行启发性质的引导和教学，给予学生更多的机会去自主探索知识，培养学生的证据推导能力和模型认知能力。

例如，笔者在教授人教版高中化学必修二教材第三章第一节“最简单的有机化合物——甲烷”的第二课时“烷烃”中的“同分异构现象” 和“同分异构体”的内容时，通过创设拼凑模型比赛激发学生的兴趣;通过模型对比结构差异来发现问题和解决问题;通过练习检查学生对“同分异构现象”概念的理解和“同分异构体”等效现象的分辨能力;通过再次“比赛”来巩固新知。

具体【课堂设计过程】如下：

【教师陈述】你能用你手中的模型拼出戊烷的球棍模型吗？现在开始，看哪组拼得最快。

【学生活动】……

各学习小组展示组装成果，全班同学对比排查成果中结构上的异同，充分掌握同一物质及同分异构体的识别方法。

【学生小结】判断同分异构的方法。

【投影展示】课堂练习3：互为同分异构体的物质不可能（       ）

A.具有相同的相对分子质量

B.具有相同的熔沸点和密度

C.具有相同的分子式

D.具有相同的组成元素

课堂练习4：下列哪些物质属于同一物质？（题略）

【教师陈述】那么，你能拼出只有1个支链（前5组完成）和只有2个支链（后5组完成）的乙烷的球棍模型吗？现在开始，看哪组拼得最快。

【学生活动】……

各学习小组展示组装成果，全班同学检查是否正确。

通过对这种教学方案的引用，培养学生在学习化学过程中的探究习惯，通过不断练习，形成长久的能力，从而加强对学生科学素质的培养。所以，教师在准备教案时，应该对课本知识进行总结归纳，对需要用到证据推理和模型认知的化学知识内容进行分类和归纳，在后期的学习过程中，有利于学生的思维形成一个稳定的体系。所谓“授之以鱼不如授之以渔”，通过对这些思考方式的运用，学生可以对类似的问题进行同种方式的探索，从而达到提高科学素养的目的。同时，学生还可以运用这种思维方式对未知知识进行验证，用已经学会的探究方法去探索未知的知识，从而发展思考和创新的能力。

（二）运用多媒体的教学方式

现如今，高中学校基本普及了多媒体教学方式，教室的电脑、投影仪等设备非常完善。虽然信息化教学手段已经普及，然而真正在化学教学中的运用比较少。教师可以利用3D立体的动态视角模拟图来进行“模具认知”的教学，通过对立体图360度的旋转观察，帮助学生了解物质的结构。另一方面，通过3D动画模拟化学反应中各个分子的变化，也可以非常直观地体现化学反应的实质。例如，在人教版高中化学选修三教材中，描述原子结构中的能级和能层，化学键的形成过程，分子的立体构型，晶体的结构等抽象的内容，笔者就采用多媒体教学，使得化学课堂更加生动形象，富有乐趣，增强了学生学习化学的兴趣，大大提高了教学效率，同时也使得教学方式实现现代化和多元化。因此，运用多元化的设备结合“模型认知”的探究方法进行化学教学，可以提高课堂效率。

（三）循序渐进地改进教学模式

以往的教学模式偏向应试教育的特点，做题讲题的模式占很大的比重。我们应通过循序渐进的方式整合应试教育和素质教育的模式，从中寻求一个教学效率最大化的切入点，增加素质教育的比例。素质教育或许短期内不能够达到一个良好的效果，但是从教育长远发展的角度来看，素质教育能够提高全社会的科学素养，从而间接提高国家的综合实力。教师可以在课堂教学中抽出部分时间进行合理的安排，根据提前准备的教学教案，有意识地培养学生的证据推理能力和模型认知能力，这样在一定程度上可以提升教學水平，同时也能提高学生的学习能力。

笔者在教授人教版高中化学选修三教材“金属晶体”中的“原子堆积模型的空间利用率”这个知识难点时，借助实际模型作为教具，利用课件动画模拟原子堆积的过程和最终堆积成的模型，加深了学生对各种堆积方式的记忆和理解。通过对教学模式的调整，有重点地选择规划所需运用素质教育的教学方法，在一定程度上可以实现化学教学中“证据推理和模型认识”素养的培养，弥补了应试教育的不足，促进了教学水平的提高。

四、结束语

“证据推理与模型认知”素养的培养策略需要不断在教学中实践，通过不断实践，总结经验和弥补不足。“证据推理与模型认知”是高中化学学习中非常重要的手段，结合这两种探究方法，可以有效地提高教学效率和学习效率。通过对学生进行证据推理和模型认知能力的培养，学生能够认识到“证据推理与模型认知”的魅力，了解方法，熟练运用，从而养成这种科学探究的思维模式，通过运用这种思维方式对教材知识进行深刻的理解，进而达到化学教学的目的。

【参考文献】

[1]周正祥，杨玉琴.指向“证据推理与模型认知”的教学设计——以“原子结构模型的演变”为例[J].化学教育（中英文）， 2018， 39（23）：27-32.

[2]张寒之.基于学生“证据推理”核心素养养成的实验教学案例研究[J].化学教与学， 2018（03）：90-92.

[3]顾建辛.关于化学核心素养培育的微观思考——原电池教学中的“证据推理与模型认知”[J].化学教学， 2017（11）：34-38.