新课标下培养化学证据推理与模型认知素养的研究

陶良玉

【摘要】在新课标背景下，核心素养的培养、渗透受到广泛的重视。在高中化学教育中渗透证据推理与模型认知素养、发展学生的证据意识对于学生综合素养的提升有着重要的意义。从学生的心理特点出发，结合实际教学案例，分析高中化学教育中培养学生证据推理与模型认知素养的教学策略和途径，以供参考。

【关键词】高中化学；证据推理与模型认知；核心素养

证据推理与模型认知素养是化学学科核心素养的一个维度。证据推理与模型认知素养的培养应注重学生的主体地位，从情境出发，引领学生经历“假设—探究—验证”这一完整的学习过程，助力学生掌握科学的知识学习方法，培养学生的化学思维方式，提升学生的理解能力和创新创造能力。

一、基于心理特点，秉持证据推理与模型认知素养培养的原则

证据推理与模型认知素养的渗透过程具有较强的逻辑性和抽象性，这容易导致有的学生遇到一些困难。针对这一问题，教师应结合学生的心理认知特点，遵循证据推理与模型认知素养培养的趣味性、渐进性和应用性原则，从而降低和减轻学生的理解难度和学习压力，让学生通过由浅入深的学习过程实现证据推理与模型认知素养的提升。

（一）遵循趣味性原则，调动内驱力

学科学习的过程有时是枯燥无味的，但是教师在发展学生思维能力的同时又要保证学生思维的活跃性。这就要求教师在进行课程设计时应遵循趣味性原则，为学生的课堂学习过程增添活力，从而有效地调动学生的内驱力以及课堂气氛，助力学生在精神高度集中的条件下体验知识形成的过程。

化学实验现象是营造趣味学习环境的基础素材，展示化学实验现象可以有效地调动学生的积极性。比如，在教学“金属钠和水的反应”的相關内容时，教师可以利用多媒体设备播放关于钠与水反应的视频，引导学生对视频中呈现的现象进行总结，并用“浮熔游响红”进行趣味性的描述。之后，教师可以引导学生结合已有的化学基础知识，对现象产生的原理进行推理分析。其中：“浮”表示钠漂浮在水面上（因为钠的密度小于水）；“游”表示反应过程中生成的气体使钠在水面上游动；“红”表示生成物中包含碱性元素，使酚酞溶液变红。学生通过对上述现象的总结，可以推理出化学方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑，通过观看实验视频，可以对实验中的化学反应形成清晰直观的认知，从而促进自身内驱力的调动，在积极主动的学习中经历化学推理过程。

（二）遵循渐进性原则，建构逻辑体系

学生证据推理与模型认知素养的发展离不开学生逻辑思维能力和认知能力的发展。因此，教师在课堂教学中应注重渐进性原则，基于化学知识的内在逻辑体系和学生认知发展的过程，设计具有梯度性和渐进性的教学内容，助力学生建构化学逻辑体系。

在总结复习课程中基于渐进性原则，引导学生逐步运用在不同阶段所学的化学知识，可以实现完善的化学思想模型的建构。比如，在教学“化学平衡状态”这一部分时，教师可以讲解可逆反应的特性，再引导学生联系已学的有关化学反应速率的知识，分析在可逆反应中各种物质的化学反应速率的关系，然后引入化学平衡状态的概念，让学生分析氮气和氢气合成氨的反应处于初始状态、平衡状态时各物质化学反应速率之间的关系，进而得出结论：当反应处于平衡状态时，正逆反应速率相等。可见，随着学生的认知发展，教师逐步提出相关概念，帮助学生从化学反应速率的变化过程这一角度建立化学平衡状态认知模型，有利于促进证据推理与模型认知素养的落实［1］。

（三）遵循应用性原则，解决实际问题

应用性原则需要教师培养学生理论联系实际的能力，让学生在掌握化学知识的同时了解化学知识在实际生活中的应用场景，并且通过实际问题的解决进一步深化对于化学知识的理解，在应用的过程中强化证据推理和模型认知能力。

以生活实际问题作为课堂教学的切入点，可以让证据推理和模型认知的过程具象化，便于学生理解。比如，在教学“沉淀溶解平衡”时，教师可以提出具体问题：“污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。对此，可否加入硫酸钠溶液使其沉淀？”这一问题需要学生充分理解盐类的水解平衡以及电解质溶液中可能发生的置换反应等，来进行推理。在实际问题的解决过程中，学生需要通过实践检验自己对化学知识、原理的掌握情况，综合运用不同的化学知识、原理进行推理论证，从而建构化学问题模型，深化认知。

二、聚焦实验教学，创新证据推理与模型认知素养培养的策略

实验教学是高中化学教学的组成部分，许多实验均有利于培养证据推理与模型认知素养。因此，教师应聚焦化学实验教学环节，转变传统的实验学习方式，在实验过程中渗透有关猜想、创意设计以及数据分析的内容，促进学生核心素养的提升。

（一）合理猜想，捋顺情境线索

猜想是证据推理过程的第一个环节。在化学实验过程中，教师应根据直观的实验现象，让学生在脑海中形成相应的认知，在此基础上鼓励学生对每一种现象出现的本质原因进行猜测，捋顺实验情境线索，进而开展证据推理，实现化学实验模型的建构。

比如，在教学“氯及其化合物”时，教师通过多媒体设备展示实验（用水将一根有颜色的布条打湿后装入密闭容器内，向该容器内通入少量的氯气）。通过观察，部分学生发现有色布条颜色逐渐褪去，于是提出猜想：氯气可以与有色布条发生氧化反应，达到漂白的目的。在此基础上，教师展示将氯气通入装有干燥的有色布条的容器中的实验（此时布条的颜色不变）。对比上述两个实验，这部分学生修正自己的猜想，认为应是氯气和水反应的生成物与有色布条发生了氧化反应，并在教师的引导下得出氯气与水反应的化学方程式，其中的生成物HClO具有强氧化性。可见，学生亲身经历合理猜想和科学验证的过程，对于实验中的化学证据、推理过程中的逻辑思维可以形成直观深刻的认识，从而迅速地实现推理模型的建构。

（二）创意设计，发展思维能力

创意设计需要教师在实验教学中鼓励学生基于已有的化学认知，通过发散思维来创新实验方案或者实验过程，从而凸显实验现象和化学变化本质。因此，教师应有意识地引导学生进行创意设计，促进学生模型认知能力的形成［2］。

根据不同化学物质的性质，选用合适的试剂对其进行检验，可以有效地凸显实验现象，达到实验改良的目的。比如，传统的HCl的实验室制备的实验中缺乏对生成物性质的检测装置。因此，教师在讲解这一实验时可以引导学生对其进行改进，如让学生根据HCl可能具备的性质，分别利用AgNO3溶液以及紫色石蕊试液进行验证。当反应的生成物中存在HCl时，HCl会与AgNO3溶液发生反应，即HCl+AgNO3 =

AgCl↓+HNO3，产生白色沉淀，也会使紫色石蕊试液变红，这证明HCl可以溶于水，HCl溶液呈酸性。实验的创新设计可以让学生充分掌握利用已有化学试剂检测未知化学物质性质的方法，锻炼学生的化学逻辑思维，对于促进学生证据推理能力以及模型认知能力的提高也有着积极的意义。

（三）分析数据，得出具体结论

数据是证据推理和模型认知中的一个要素，也是逻辑推理最有力的证据。对化学反应过程中的数据进行统计分析，用数学的方法直观地展现其中的数量关系，可以方便学生得出具体的化学实验结论。因此，教师应注重学生数据分析能力的培养，提升学生的数据敏感性。

化学反应中的能量变化是学生从能量角度分析化学反应过程的主要内容，数据分析则是分析化学反应过程的基础。比如，在教学“能量变化”的相关内容时，教师可以通过多媒体设备展示氢气在氧气中燃烧的实验，并在实验场景中设置温度感知装置，让学生观察实验前后测量的温度变化。通过记录、分析实验的温度变化，学生可以得出“该反应是一个放热反应”的结论及该反应的热化学方程式；通过对反应过程的进一步探讨，可以归纳出反应的过程是原子的分离和结合过程，其中，原子结合成分子时会释放能量。可见，掌握化学实验数据分析方法，用数据感知化学反应过程，有利于深化学生对化学反应本质的理解，培养学生的证据推理与模型认知素养。

三、借助建构理论，拓展证据推理与模型认知素养培养的途径

证据推理与模型认知不只是一种化学学科核心素养，也是一种化学认知、思维方式。因此，教师应借助建构理论，拓展证据推理与模型认知素养培养的途径，助力学生在课堂中实现化学思想体系的建构。

（一）联系化学史，形成科学态度

在运用证据推理与模型认知这种严谨的化学思维方式时，学生需要培养科学的态度，对化学知识进行科学的探究和分析，得到准确的结论。因此，教师应注重对化学史的介绍，促使学生在学习中感受化学知识形成过程的科学性。

比如，在教学“原子结构模型”的相关内容时，教师可以重点介绍化学家对于原子结构模型认知的转变过程，其中涉及1803年的道尔顿原子模型、1904年的汤姆逊原子模型、1911年的卢瑟福原子模型、1913年的玻尔原子模型以及后来出现的电子云模型。通过对这一部分化学史的了解，学生能够深刻地感受到化学知识不断发展的过程，认识到证据推理在这个过程中的重要性，明白任何观点的提出都需要有充足的证据来支撑。

（二）学科融合，揭示本质规律

高中化学课程中包含学科之间的知识交叉的内容。教师应保持敏锐的洞察力，利用学科之间的关联，为学生创造学科融合的学习环境，让学生发现知识点的本质规律，提升学习深度和探究能力。

生物学涉及的诸多生命活动本质上是化学反应的过程。分析生物学与化学学科之间的关联，对于深化学生对化学本质的理解有着积极的意义。比如，在教学“化学反应速率与化学平衡”时，教师可以引导学生联想生物学中的酶这一物质，引入生物催化剂与无机催化剂的概念，并介绍两者的差异与共同点，提升学生思维的深度。又如，对于“生物大分子”中的糖类、蛋白质、核酸的概念，教師可以基于生物学中对这些物质的介绍进行讲解，让学生更快理解其结构、性质等。可见，教师通过学科之间的融合，不仅能提高学生的化学学习效率，而且能帮助学生更全面地认识物质，进一步激发探究知识点本质规律的兴趣，复习其他学科的知识点，起到融会贯通的作用［3］。

（三）项目式学习，组织深度探究

项目式学习需要教师在课堂教学中营造项目情境，提供知识框架，让学生在自主学习中完成知识体系的建构，实现深度探究。在项目式学习模式下，教师应细化教学内容，制订项目计划，为学生提供有效的引导。

学生以项目管理者的身份，了解问题的由来、分析问题的本质、进行解决方法的验证，可以清晰地感知化学知识的建构过程。比如，在教学“金属的腐蚀与防护”时，教师可以引入关于钢铁在潮湿环境下腐蚀的项目，提出项目背景，让学生了解金属腐蚀造成的危害，之后对相关的反应过程进行分析，探究其化学本质。学生通过分析可以明白，钢铁表面凝结的含有氧气的水膜与Fe、C形成了原电池，原电池中发生的反应导致钢铁腐蚀。然后，学生需要根据化学反应原理，提出对应的防护措施。可见，在项目式学习中，学生是学习的主人翁，可以有效地提升课堂探究的效率，快速实现化学知识体系的建构，从而提升自身的证据推理与模型认知素养。

结语

综上所述，新课标下证据推理与模型认知素养的培养需要发挥学生在课堂学习中的主体性。因此，教师应充分把握学生的心理特点以及化学学科的特性，通过优化实验教学、拓展教学途径的方式，为学生营造化学逻辑思维训练情境，真正落实证据推理与模型认知素养。

【参考文献】

［1］蒋桃艳.高中化学证据推理与模型认知的教学分析［J］.数理化学习（教研版），2021（10）：21-22.

［2］闫军基.证据推理与模型认知，培养化学核心素养［J］.中学课程资源，2021，17（1）：53-54.

［3］李兴武.核心素养视域下化学课堂教学观的重塑［J］.教学与管理，2021（22）：52-55.