基于证据推理与模型认知的高中化学概念教学实践

陆启坤

“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的重要组成部分。探究学习的深入开展、发挥证据推理的统摄作用、以模型认知搭建宏微联系等是培育该核心素养的前提条件。而化学概念作为化学知识的重要内容，运用证据推理与模型认知来对学生教授化学概念，可以帮助学生更好地掌握化学基础知识，为后续化学课程的学习，以及学生未来从事化学研究和开发工作奠定基础。因此，教师在日常教学中，应在“证据推理”的基础上，搭建“模型认知”的教学结构，以引导学生通过理论推理的方式，积极主动去探究知识并建立模型，培养化学思维，有效地促进核心素养的发展。

一、基本概念和理论

（一）证据的含义

证据是能够证明某事物真假性的有关事实或材料。化学家可以通过观察或实验得到证据，从而对事物的真假性做出判断。化学的许多理论，包括质量守恒定律、化学平衡常数、平衡移动原理等，都是在大量的事实证据中发现的。

证据又可以分为直接结论和间接结论。直接结论就是可以直接证明，不需要进行推理就能得到证据。如在观察氧化铜和铜的颜色时，可以直接看到氧化铜是黑色，而铜的颜色是红色，不需要用其他的试验证明就可以得到的结论。而间接结论就是需要通过化学实验、生活实践等方式进行推理才能得到的证据。例如，在研究氧化钠与盐酸溶液的反应方程式时，可以根据氧化钠与水反应的化学方程式进行推理，得到氧化钠与盐酸溶液的反应方程式的结论。

证据因是否能从肉眼看到而分为宏观证明和微观证明。在化学教学过程中，化学实验现象为宏观证明，在产生化学反应的过程中，分子、原子、离子中的变化则为微观证明。

（二）推理的含义

推理实际上就是人的思维推进的过程，推理的准确性关乎结论是否正确，它的含义是根据一个或者多个已经掌握的知识进行演算推理出全新的结论，从人的思维角度来说，也可以认为是根據现有的规律进行推理，根据现在掌握的内容进行判断得出新的结论，达到论证的目的。根据已有的内容进行推进运算判断出新的结论，就是推理的过程。

（三）模型认知的含义

模型可以分为理论模型和实物模型，实物模型是现实中可以看到或者通过观察能够发现的模型，比如化学中分子结构的模型。理论模型则是一种思维方式，根据研究一种或者多种理论知识推理从而得到变量质量的关系。在化学教学中，又可以将模型分为概念模型、物理模型以及数学模型。化学概念模型就是通过化学的现象和事实进行归纳整理，建立化学概念模型；物理模型就是把同样的事物按照一定的比例放大或者缩小制造模型，如原子结构可以制造物理模型；数字模型就是化学中根据数学公式绘制图像，方便掌握化学理论知识。

（四）化学概念的分类

“概念”就是人们在了解事物时，将感受到的相同事物的特点进行概括，是自我认识的一种概述并成了思维概念。在化学教学过程中，“概念”分为具体概念和定义概念。定义概念的内容就是了解化学事物中的方法，它表达的内容就是将化学中的问题和事物进行解决而变成一种概念。具体概念则是在化学抽象概念的基础上，通过分析和把握化学对象的内部矛盾，把特殊和普遍统一起来而形成的。反应对象的具体统一性和具体普遍性的概念，是化学内部联系和转化的一种概念。

二、证据推理与模型认知的高中化学概念教学研究的意义

通过化学实验探究活动培养学生收集信息、整理信息、分析信息的能力是“证据推理与模型认知”的目标。其在引导学生基于证据的推理、判断和探究建构模型，对提高学生的科学探究能力具有重要作用。

由于化学概念知识过于抽象，而且涉及的内容相对比较复杂，学生在实际学习知识的过程中，无法真正理解化学概念，而通过证据推理与模型认知，可以引导学生更全面地掌握重点知识，通过全面探究与推理利用模型的构建，使得知识更加清晰，促使学生充分了解重点。作为培养学生综合能力的组成部分，教师可以通过证据推理与模型认知了解当前学生的学习状况，以便“对症下药”，改进教学。新课程改革，对高中化学概念教学提出了较多要求，教师在实践教学中，必须要加强认识，确保可以通过合理引导，加深学生对概念的理解，并通过证据推理，引导学生积极主动参与探究，构建符合学生学习的理论模型，促进学生综合能力的提升。

三、基于证据推理与模型认知的高中化学概念教学策略

化学基本概念是化学的基础，也是教学的重要内容。想要使学生充分理解化学概念，最佳的方式就是做化学实验，这样可以让学生在实验过程中通过对物质变化现象的分析、比较等形成概念，并将宏观现象与微观现象相联系，突出概念的本质特征，厘清易混淆概念的异同之处，使学生能够灵活运用基本概念。

（一）合理创设教学情境，运用直观教学让学生形成概念

化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。化学理论体系的形成是经过科学家反复实验和对大量资料进行严密的逻辑推理而来的。化学概念用语简明扼要，具有高度概括性，概念中的每一个字都有其内涵，有些甚至非常抽象，学生理解起来比较困难，继而会感到枯燥无味，对其丧失兴趣。所以，在教授化学概念时，教师要遵循学生的认识规律，尤其要重视概念的导入方式，要尽量利用直观的手段，通过观察、感受、分析、抽象概括而引出概念，或者引导学生联系生活经验，利用教具、模型、挂图、录像等直观教学去认识化学概念。

化学和生活息息相关，在生活中有很多化学素材，这些素材都能够运用到化学教学中去，教师应根据概念的内容、难度以及学生情况，合理创设情境，使概念理解由枯燥变活泼，由僵化教条的讲述概念变为生动有趣的生活实验，这样，学生才会更加积极地学习，课堂教学的效率才可能真正得以提高。

如讲授“化学反应原理”中的“化学平衡移动时”，通过实验探究温度、浓度和压强变化对化学平衡的影响是学生获得相关知识的必要手段。现实生活中有很多现象与化学平衡密切相关，教师可以联系生活实际，并以多媒体的形式为学生展示实验，这样可以让学生更清楚地看到实验中的化学反应现象。学生了解相关知识后，教师可以引导学生用黑枸杞进行探究实验。

在实验中，颜色多变的黑枸杞水能激发学生的探究兴趣，自然而然地将化学平衡移动的概念、影响因素等化学知识串联在一起。这样的实验既有助于理解和掌握化学概念，还可以有效激发学生的学习热情。

（二）注重问题的驱动

在高中化学概念教学的过程中，教师不仅需要加强对教学方法运用的重视，同时还应该通过合理的增设问题，引导学生积极参与探究。教师需要提出有价值的问题并给予学生思考与交流的时间，避免学生因无法理解概念而导致思维能力无法得到提高。教师在为学生进行概念引导时，还应该连续性地设计问题，这样可以引发学生思考。在实验教学时还应该加强对新旧知识联系的重视，通过问题驱动的方法使学生在学习新知识的过程中，复习旧知识，以便真正帮助学生理解化学概念。

（三）通过类比推理明确概念

学生在学习新概念前，通过认知结构的迁移与转型了解全新理论知识，所以通过证据推理可以更好地将新概念与原型联系，以便学生更加顺利地掌握概念。所以，为了更好地启发学生，教师在实验教学的过程中，可以通过类比推理的方式对学生进行启发，使学生不仅能够运用已知知识去理解新概念，还能提升学生预测事物的能力，从而实现更好的教学。如教授电离平衡概念，电离平衡的特征可概括为5个字：逆、等、动、定、变。“逆”即可逆反应；“等”即正逆反应速率相等；“动”即动态平衡；“定”即平衡混合物中百分含量一定；“变”：改变平衡条件，建立新平衡。

学生之前已经对化学平衡知识有了一定的了解。电离平衡与化学平衡一样，都可以运用勒夏特列原理解释平衡移动的方向。在教学过程中，教师可以让学生将电离平衡与化学平衡概念连接，进行类比推理，深层次地认识两者异同，并建立模型，从而能运用模型解释其中蕴含的化学现象，总结其规律，實现新旧知识的相互关联，形成良好的概念学习系统。

（四）通过证据论证概念

化学教学中的“证据推理”是基于基本理论和化学实践的推理。为了有效引导学生积极主动参与问题的探究，通过证据推理可以让学生在推理阶段有据可依，更好地完成重点知识的解答。而且学生根据自己的经验或知识，或者通过查阅相关的资料，在头脑中已经形成了一个解决问题的初步猜测或设想，这就是科学的假设。在体验探究过程中，这种猜想与假设可以使学生将概念融会贯通，建立自主学习思维模型，更好地培养学生的化学学科核心素养。

（五）以模型构建深化概念

化学概念具有抽象且复杂的特点，而各个概念之间也有着非常密切的联系。学生一旦无法建立学习模型，则会导致知识混淆，无法准确掌握化学概念知识。所以，教师在实践教学中，需要通过模型构建引导学生掌握更多专业知识，以便更加有效地解决传统教育所面临的问题，从而发挥不可替代的作用及价值。例如，“氧化还原反应”中氧化还原与还原反应的关系，在化学概念学习的过程中，教师必须在概念完善后构建相应的模型，这样可以更好地归纳重点知识，使学生通过认知模型的建立，更透彻地了解理论知识，而且教师在构建概念图形与表格等模型的过程中，还应该帮助学生梳理概念，从而使得学生更好地掌握知识。需要注意的是，在探究重点知识的过程中，所包含的内容相对较多，教师还应该呈现符合学生学习的知识体系，以形成层次化的结构。学生只有建立正确的逻辑思维基础，才能通过模型的构建掌握重点知识。

四、证据推理与模型认知高中化学概念教学实践

在日常教学中，教师应在“证据推理”的基础上，搭建“模型认知”的教学结构，以引导学生通过理论推理的方式，积极主动地去探究知识并建立模型，培养学生运用正确的推理思维分析问题，建构出科学合理的认知模型，帮助学生掌握化学学科的思维方式和解决问题的思路和方法，从而最大化地提升教学质量。下面以“氧化还原反应”教学为例，来分析探讨基于证据推理与模型认知教学模式的效果，为后续教学优化与改进提供保障。

（一）教材分析

氧化还原反应，学生在初中时已有所涉猎，可以为本节课知识的学习提供铺垫。而且氧化还原反应在生活中很常见，教师可将实验探究与实际生活相联系，对教材内容进行全面科学的分析，以更好地帮助学生掌握重点知识。

（二）学情分析

为了帮助学生更透彻地掌握重点知识，教师必须对学生的学习情况有一定了解，在本节课第一章第一节知识学习的过程中，通过“物质的分类及转化”学习，让学生形成初步的分类观，在第二节课知识学习时主要涉及“离子反应”，可以让学生更加深入地建立宏观与微观模型，并初步了解化学重点知识，以使学生从化合价的角度认识反应。

模型是化学学习的关键，能否熟练地建立或运用模型直接影响着学生学习的效率。所以化学教学要引导学生进行模型认知。一堂高效的、渗透核心素养的课应该是这样的：师为导、生为主，围绕“提出假设、分析推理、证明或修改假设、模型构建、解决问题”来进行。这样的课堂，才能让学生的化学学科素养得到真正的升华！

（三）教学目标

化学概念教学中，主要就是帮助学生从宏观角度了解氧化还原反应，并通过化学反应生活实例，引导学生充分了解分类知识，在实验探究阶段还应该通过知识拓展让学生了解氧化还原反应的实践应用，从而体会其价值。

证据推理与模型认知是相互依存、不可分割的关系，也是学生学习化学学科的关键素养。化学教师要不断地学习提升自己，进行自我修养，从“证据推理”入手，探索实践各种教学模式，构建“模型认知”的教学结构，以教材为抓手，设计针对性的探究活动，与学生一起动手进行实验，帮助学生更好地领悟化学学科的魅力所在。

【本文系2021年度宿迁市中小学教学研究微型课题“基于证据推理与模型认知的高中化学概念教学研究”，项目编号：SQWK2021-109】