学习进阶视角下培育“证据推理与模型认知”的教学实践研究——以化学课堂实验探究为例

福建省莆田第二中学(351100) 黄云鹏

1 化学实验探究是学习进阶视角下培育“证据推理与模型认知”的基础

化学探究过程的载体是科学实验的主要途径，它涵盖：提出问题、猜想假设、收集现象证据、结论或解释、概念模型化等重要环节。其中探究过程中实验现象证据与猜想假设之间存在三个方面的逻辑关系：第一种关系是可证明猜想假设为真命题；第二种关系是可证明猜想假设为假命题；第三种关系则为无法证明猜想假设真伪。前两种关系即为实验现象证据能够说明猜想假设的真实性，而第三种关系即为实验现象证据不足，不能证明猜想假设的真实性，是一种非证据。因此，实验探究过程中收集有效的现象证据是必要的。

在课堂上学生可以通过猜想假设来确认气体与固体的成分。如猜想气体有两种情况：假设气体是氢气、假设气体是氧气，让他们从气体具有可燃性(能否点燃)和助燃性(能否使带火星的木条复燃)两个方面设计实验方案。猜想固体就有多种情况：①假设固体为FeO；②假设固体为Fe3O4；③假设固体为Fe2O3；④假设固体为FeO和Fe3O4的混合物……因为固体为黑色，而Fe2O3为红褐色固体，可以说明③是假命题。然后通过设计固体溶于酸后的溶液检测出Fe2+和Fe3+(滴加硫氰化钾溶液使溶液出现血红色，滴加铁氰化钾溶液使溶液出现蓝色沉淀)，可以排除固体为FeO。但不能证明固体为Fe3O4，还是FeO和Fe3O4的混合物，需要补充探究活动，因此实验方案的设计尤为重要。

2 课堂上采取证据推理与模型认知彼此渗透，是学习进阶中的重要化学思维方法

作为化学核心素养之一的证据推理与模型认知，是与化学密不可分的思维方法。第一，证据推理与模型认知是有机联系的。首先“基于证据的推理”是学生认知心理学层面的认知模型，正如初学者对化学语言的模型建立一样。一个化学方程式需要建立在质量守恒的基础之上，随着学习的不断深入，一个反应还存在能量守恒。因此，化学学习进阶过程中的“证据推理”就是按照“基于证据的推理”认知模型进行的认知过程。其次，通过实验探究得出的证据可以经过推理形成的化学特有的规律是一次简单的模型认知，如在学习氯、溴、碘及其化合物时，课堂上预设目标是让学生清楚知道漂白粉的有效成分是Ca(ClO)2，而不是CaCl2，所以，课堂上要创设明确CaCl2不能使有机物明显褪色的实验探究，通过证据推理得出次氯酸盐的漂白性模型认知。第二，模型认知需要基于证据推理的结论解释，但是，模型认知除了运用证据进行逻辑推理以外，常常需要收集大量实验现象证据进行比较分析、归纳概括，通过抽象和简化的方法建构模型，再现元素及其化合物变化的基本规律。如学习过氧化钠的性质时，通过课堂创设实验探究证明过氧化钠与水反应生成氧气(能使带火星的木条复燃)和NaOH(其溶液能使酚酞变红)，于是得出化学语言2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑的模型，但是，在学习进阶中过氧化钠与水反应过程中的转移电子情况还需要元素价态变化来确定。由此可见，证据推理的最高层面的思维是模型认知。

3 课堂教学中的实验探究促进模型认知对原型的精准认识

化学模型建构必须建立在实验观察、测定、研究所取得的现象、数据等信息的基础之上。化学模型如化学方程式就是概括、抽象和简化了的反应原理的原型，它的合理性需要通过逻辑推理和实验探究来检验。例如，在学习食品中的有机化合物知识中乙酸乙酯的制备，可以创设按教材方法分组制备乙酸乙酯并将所制备的乙酸乙酯进行提纯的课堂实验，然后完成下列问题：

(2018年全国I卷)在生成和纯化乙酸乙酯的实验中，下列操作未涉及的是( )。

创设这样的课堂实验目的在于让学生能够认知乙醇与乙酸反应的模型是建立在其实验探究层面之上的，通过高考试题的练习使他们进一步明确乙酸乙酯制备的实验与提纯方案的设计。在探究实验中，第一，认知实验装置模型，即在一个大试管里注入乙醇2 mL，再慢慢加入0.5 mL浓硫酸、2 mL乙酸，连接好制备乙酸乙酯的装置(习题中的AB装置，注意B装置中的位置是导管在3 mL饱和碳酸钠溶液的上方约2～3 mm处)。第二，认知乙酸乙酯的制备过程模型，用小火加热试管里的混合物(习题中的A)，并把产生的蒸气导入盛有饱和碳酸钠溶液的试管中，待有透明的油状液体浮在液面上，取下盛有碳酸钠溶液的试管，并停止加热。最后，认知乙酸乙酯的分离与提纯模型，振荡盛有碳酸钠溶液的试管，静置，溶液分层后……这样的实验探究的发展过程，就可以有效的促进模型认知对原型的精准认识。

总之，在学习进阶视角下培育“证据推理与模型认知”的教学实践研究表明，在教学中应遵循化学实验探究是学习进阶视角下培育“证据推理与模型认知”的基础；在课堂上采取证据推理与模型认知彼此渗透作为学习进阶中的重要的化学思维方法；将课堂教学中的实验探究作为促进模型认知对原型的精准认识，才能让化学课堂实验探究在学生学习进阶过程中发挥真正的作用。