培育“证据推理与模型认知”素养的教学实践——以初中化学实验室制取气体教学为例

福建省龙岩市新罗区教师进修学校 赖海燕

随着素质教育的不断发展，各学科对学生核心素养培育的重视程度日益提升。社会生活离不开化学，化学核心素养是未来发展不可缺少的因素。“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的基本内容之一，是化学学科核心素养的思维核心。化学作为初中阶段一门重要的课程，对于学生核心素养的培育有至关重要的作用。化学是在分子、原子的水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其应用的一门基础自然科学。证据推理和模型认知是化学学习和研究的根本方法，有利于学生更好地理解和掌握物质的组成、结构、性质、变化及其应用等知识；反之，这些知识的掌握又为证据推理能力和模型认知能力的提升奠定了基础。证据推理和模型认知作为一种思维方式，需要漫长的培育过程，需要教师在教学中长期渗透。化学是一门以实验为基础的科学，以实验为载体是化学教学最基本的特征，化学实验教学中应融入证据推理和模型认知。本文立足于初中化学实验室制取气体的教学，谈谈学生证据意识的培养、推理方法的训练、认知模型的建构，培育学生的“证据推理与模型认知”素养。

一、培养学生的证据意识，建立基本的“证据库”

（一）分析中考试题，培养证据意识

经过研究近三年的福建省中考试题可知，实验室制取气体的考查设置在第15 题或第16 题，下面为具体的知识分布情况。

年份、题型 题号 考查内容 分值2018 年填空题 15用过氧化氢制取氧气的化学方程式、发生装置和收集装置的选择、装置气密性的检查、铁丝在氧气中燃烧的实验现象和化学方程式10 2019 年填空题 16用过氧化氢制取氧气的化学方程式、识别仪器、选择制取氧气发生装置的仪器、用多功能瓶干燥氧气、氢气的验纯、燃烧的影响因素10 2020 年填空题 16药品的取用、排水法收集氧气的操作、用高锰酸钾制取氧气的化学方程式6

试题呈现方式主要是文字、图形、表格等。如何精准地从题目中识别、提取证据？需要加强教学针对性，培养学生的证据意识，建立基本的“证据库”，才能使学生在遇到新情境和新信息时，与“证据库”中已有的证据进行比对，获得有用的解题证据。

（二）掌握基础知识和基本技能，建立基本的“证据库”

证据是人们从未知达到已知的认识过程中用来推定未知事项的既知材料。化学实验具有极强的逻辑性和推理性，是培养学生“证据推理与模型认知”素养的有效教学内容，在初中化学实验室制取气体的教学中融入“证据推理与模型认知”这一理念，可指导教学有步骤、有条理地进行。对于初中化学实验室制取气体，依据《义务教育化学课程标准（2011 年版）》和教材，学生应具备的基础知识和基本技能有：常用仪器的主要用途和使用方法、根据实验需要选择药品和仪器、药品的取用、简单仪器的使用和连接、加热、装置气密性的检查、气体的收集等实验基本操作，应用简单的装置和方法制取某些气体，实验室制取气体的化学反应原理，气体的物理性质和化学性质，化学方程式的书写，气体的检验和验满，气体的净化，多功能瓶的使用等。掌握这些基础知识和基本技能是建立基本的“证据库”的关键，当探讨实验室制取气体的有关内容时，就可从“证据库”中提取需要的证据进行分析推理。

二、训练学生的推理方法，构建认知模型

初中化学主要涉及氧气、二氧化碳和氢气三种气体的实验室制取，前后连续性是比较紧密的，教材的安排首先是介绍氧气的实验室制取，教师可引导学生思考以下问题：（1）实验室制取氧气的药品有哪些？选择药品时要考虑哪些因素？（2）如何表示实验室制取氧气的化学反应原理？（3）如何选择发生装置和收集装置？依据是什么？（4）实验室制取氧气应如何操作？操作过程中有哪些注意事项？（5）如何检验一瓶气体是氧气？（6）如何证明已经收集满了一瓶氧气？通过学习探讨学生认识到实验室制取气体应知道实验目的、实验原理、实验装置、实验操作、气体的检验和验满、气体的净化等内容，实验装置包括发生装置和收集装置。选择实验室制取氧气的药品必须含有氧元素，推理的证据是化学反应前后元素的种类不变，选择药品还要考虑反应条件、反应速率、收集难易、气体纯度、药品价格和安全环保等因素。用加热高锰酸钾或加热氯酸钾与二氧化锰的混合物制取氧气，因为反应物为固体，反应条件为加热，所以选择固固加热型装置；用双氧水和二氧化锰制取氧气，因为反应物为液体，反应条件不需加热，所以选择固液不加热型装置。可见选择气体的发生装置分析推理的证据是反应物的状态和反应条件。因氧气不易溶于水且不与水反应，可用排水法收集；因氧气密度比空气大且不与空气反应，可用向上排空气法收集。可见选择气体的收集装置分析推理的证据是气体的密度及气体是否与空气反应或气体的溶解性及气体是否与水反应。因氧气有助燃性，氧气的检验或验满可用带火星的木条，可见气体的检验或验满方法分析推理的证据是气体的性质。由于实验目的不同，氧气的检验或验满操作中木条放置的位置不同；为防止装置漏气应检查装置的气密性；用加热高锰酸钾制取氧气时，试管口处应放一团棉花，以防止加热时高锰酸钾进入导管引起堵塞；排水法收集气体时，导管口一有气泡冒出不能立即收集，防止收集的气体因混有空气而不纯。可见实验操作分析推理的证据是实验目的、实验安全和气体纯度等。由此训练学生的推理方法，帮助学生初步建构实验室制取气体的认知模型为：实验目的→实验原理→实验装置（发生装置→收集装置）→实验操作→气体的检验和验满→注意事项。

三、应用学生的认知模型，落实“证据推理与模型认知”素养的培育

为了学生更好地理解、掌握化学知识，更好地发挥化学教学的价值，促进学生证据推理能力和模型认知能力的发展，在学习实验室制取二氧化碳时，我们可应用上述认知模型进行探讨，根据上述证据推理的方法，让学生明确认知模型中的各项内容，并引导学生思考比较实验室制取二氧化碳与实验室制取氧气的相同之处和不同之处。这样可使学生在初步建构认知模型的基础上应用认知模型，通过比较学习对认知模型中的各项内容有了更深刻的了解。在学习氢气的实验室制取时，教师就可以把问题直接抛给学生，让学生再次利用认知模型解决问题，又可以进一步巩固所学知识。在后续学习中当遇到陌生气体时，由于学生已经建立了认知模型，就可从已知信息中获取证据进行推理分析，从而提高解决问题的效率，落实模型认知素养的培育。通过日常学习与实践，随着学习的深入，证据库的内容会不断完善，当学生学习了酸碱盐的知识后，认识到用稀盐酸制取的气体中混有氯化氢和水，为了制取纯净的气体，需探讨如何净化气体和选择除杂装置，为此可完善修正认知模型为：实验目的→实验原理→实验装置（发生装置→除杂装置→收集装置）→实验操作→气体的检验和验满→注意事项。可见，在教学中利用从个别到一般、从一般到个别的思维方法，帮助学生认知前后知识之间的关联性，在教学中进行多维度的模型建构，逐渐将知识系统化地传授给学生，逐步提升学生的证据推理能力，逐步建构并应用认知模型，真正提升化学教学效率，有效提高化学教学质量，达到逐步提升“证据推理与模型认知”素养的目的。

众所周知，教学是一门艺术，也是一门技术，为更好地实现在初中化学教学中培育学生的学科核心素养，在化学教学实践中要基于课标和教材，做好化学教材分析和学情分析，加强教学的计划性和针对性，在教师的精心设计和耐心引导下，以学生为主体，关注学生的思维发展全过程，采取有效教学策略，不断实践和创新，让学生在化学知识的学习中形成特定的思维模式，并运用这种思维方式解决现实生活中的问题，由表及里、由浅入深地逐步培养学生的证据意识，训练学生的推理方法，建构学生的认知模型，培育学生的“证据推理与模型认知”素养，体现化学学科的价值，促进学生的全面发展。