基于“证据推理与模型认知”的高中化学教学实践1——以“元素周期律的应用”教学为例

基于“ 证据推理与模型认知” 的高中 化学教学实践1 ——以“ 元素周期律的应用” 教学为例

宋海清 赵慧

人大附中深圳学校 518119

摘要：培养学生的化学学科核心素养是化学教育研究的热点和难点。“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，也是重要的化学学科思维方法。“证据推理与模型认知”贯穿于科学探究的过程，所以教学工作中需要“基于证据推理与模型认知”能力培育的教学内容进行设计与规划。本文以“元素周期律的应用”教学为例，探索在高中化学教学中如何通过有效的教学设计促进学生“证据推理与模型认知”核心素养的落实。

关键词：证据推理；模型认知；元素周期律

在课改全面启动和核心素养教育深入实施的大背景下，明确课程改革的具体方向，界定化学学科的核心素养目标，对于教学工作的具体开展有突出现实意义。化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”5个方面^[1]。元素周期律是高中化学课程的核心概念之一，对学生认识元素性质和物质性质及其变化规律、化学基本原理均有重要的指导作用。“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的思维核心，在“元素周期律的应用”教学中让学生体验证据推理的过程,帮助学生建立相应的认知模型，指导学生学会应用模型解决实际问题,以确保"证据推理与模型认知"核心素养的真正落地。

1. “证据推理与模型认知”概述

作为化学学科核心素养的思维核心，“证据推理与模型认知”是学生获得科学知识的重要方法，是学生在化学学习活动和解决化学实际问题中表现出来的关键素养。“证据推理与模型认知”是化学学科学习乃至科学探究中要求学习者思想需要建立的强大思想武器。《普通高中化学课程标准(2017年版)》从三个层次对“证据推理与模型认知”进行了阐释。一是设计、推理，即“能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪”； 二是建立逻辑，即“建立观点、结论和证据之间的逻辑关系”； 三是建模、应用，即“建立认知模型，并能应用于解释化学现象，揭示现象的本质和规律”。

结合科学发展进行分析可知,所谓的科学发展过程实际上就是不断的进行科学模型的构建，然后再应用新的模型不断的对旧模型或者是不合理的模型进行替代的过程。在模型构建与完善的过程中，非常重要的一种思维方式便是证据推理，即对已经掌握的信息进行加工和分析。

结合核心素养的相关理论进行分析可知,所谓的证据推理具体指的从化学变化的过程入手对相关的理论或者是知识进行推断。而模型认知则指的是基于自身总结获取某种知识框架模型，并掌握模型的特点以及具体的用法。在化学学习的实践中，学生可以基于不同的角度对化学实验或者是理论内容进行分析，并得出相应的结论。在获得结论后基于自身的认知做逻辑解释，这样能够实现化学知识的内化与掌握。学生在学习实践中，可以从复杂的化学事实当中进行相关问题或者是关键要素的提取，并对其加以分析，从而构建起认知模型，并对模型做综合解释，同时利用其进行化学实际问题的解决。

简言之，在证据推理与模型认知的过程中通常都会应用到化学的规律、模型、观念、思想和方法，因此化学学科中证据推理与模型认知便有了化学学科的特色。证据推理与模型认知在内涵和实践层面上都不可机械割裂，它们常常融合于探究和问题解决的思维过程之中。

2. 基于“证据推理与模型认知”核心素养的教学设计

在核心素养背景下，培育学生的核心素养是极其重要的。“证据推理与模型认知”作为化学核心素养内容之一，对学生的知识结构构建和问题解决思维方法培育有突出的现实意义，因此需要基于“证据推理与模型认知”的具体要求对课堂教学进行设计，并在此基础上对教学方式和策略进行探讨，这样，“证据推理与模型认知”教学效果会显著提升。通过对化学必修二的“元素周期律的应用”的教学案例进行设计，研究元素周期规律的核心问题，引导并推动学生的证据导向论证活动，培养学生进行科学探究和数据分析的过程。基于证据和数据推理以及实证研究，提高了学生的推理和论证能力与意识，从而培养学生的“证据推理与模型认知”的核心素养。 以下是基于实践总结的教学设计思路：

第一，教学背景分析

结合目前的教育实践，教学背景分析主要强调2方面的内容：

1.教学指导思想分析。就现阶段的化学教学来看，不管是元素周期表还是周期律，都是学生化学学习实践中广泛利用的工具。就元素周期表和周期律的具体应用分析来看，其在问题判断或者是模型获取的时候，主要强调的是元素的“位置-结构-性质”，学生基于这几个方面进行判断与推理，这样可以实现对陌生元素的认知。基于“位置-结构-性质”确定了陌生元素的特征之后，结合已知的相似元素，学生能够对陌生元素的递变性等特征进行研究。通过本节课的教学，目的在于培养学生如何应对未知元素，如何运用周期表及周期律来指导学习。

2.学生情况总结。当前教学强调针对性，所以在了解了学生的基本情况之后进行教学设计，教学设计的针对性会更加的突出。结合实践可知，高一学生对元素周期表以及周期律已经有了一定的认知，但是其认识角度存在着单一性，且对元素的位置、性质以及结构之间的推理关联也有清楚的认知，所以在问题解决实践中，学生的元素周期表和周期律利用较为机械。基于此，在教学实践中需要帮助学生整理和归纳元素周期表和周期律的相关知识，帮助其构建应用元素周期表和周期律的认知模型。

第二，明确教学目标。

在教学设计中，教学目标是非常重要的设计内容，所以对教学目标的明确进行分析和讨论有突出的现实价值。结合教学实践，“元素周期律的应用”主要有4个教学目标：1.让学生理解元素位置、结构、性质三者之间的关系，且能够从这三个方面对模型元素进行认知，基于此，学生可以构建出属于自己的元素认知模型。2.结合元素周期表中的元素递变性规律推断陌生的元素以及含有元素的化合物，基于推断的讨论，学生可以掌握论证推理的核心思想。3.掌握认知陌生物质的有效方法。4.强调分组探讨合作教学的开展，培育学生的合作探究意识，并逐步形成学生的良好科学品质。

3. 明确教学的重点和难点。

就目前的分析来看，“元素周期律的应用”教学实践中，最为核心的内容是让学生对元素的位置、结构、性质进行掌握，并了解三者之间的关系，从而构建陌生元素认知模型。

3. 教学的过程设计。

在教学重点和难点明确的基础上对教学的过程进行设计，这对于组织开展具体的教学工作有突出的现实意义。就教学过程设计而言，其主要包括了3部分内容：1.通过情境的创设引导学生参与推理。结合目前的教育实践进行分析会发现在教学实践中，老师创设具体的情境，并在情境中进行引导，学生会在老师的引导下展开思考。通过一步步的引导让学生对具体的推理过程进行感知，这对于培育学生的证据推理能力有显著的价值。让学生结合推理的过程进行认知模型的总结与构建，这样，学生对认知模型的理解会更加的深刻。以“元素周期律的应用”教学为例，老师在教学实践中创设了“猜元素”这一情境，并引导学生积极探索，最终让学生体验了证据推理的过程，由此形成了初步的认知模型。2.深入推理，构建模型。以“元素周期律的应用”教学为例，老师让学生进行有关As元素信息的填写，同时写出含As物质的推测，这个过程使得学生对证据推理的体验有了显著加深。基于推理过程的理解，学生会形成一定的化学信息推理和论证能力，由此可以构建认知化学元素的基础认知模型。结合As元素，细化元素的性质、位置以及结构等内容，学生会掌握认知模型的二级维度。对物质认识角度进行整合，学生可以获得对陌生物质的认知模型。在小组合作的基础上，学生可以推测陌生元素可能会形成的典型性物质，这能够实现对学生合作学习能力的初步培养。3.应用模型解决问题。在学生获得了认知模型之后基于掌握的模型让学生进行具体问题的解决，并在问题解决的过程中加深对模型的思考和对模型运行的思考。这样，学生对认知模型的掌握会更加深刻，对“证据推理与认知模型”构建实效会显著加强。

三、基于“证据推理与模型认知”核心素养的教学反思

以“元素周期律的应用”为例对基于“证据推理与模型认知”的化学教学实践进行分析可知，教学设计以及教学组织的开展对最终的教学成效有显著的影响，而且对学生核心素养的培育实践也有显著作用，对此次的教学实践进行分析获得了3方面的经验，具体总结如下：

第一是“证据推理与模型认知”存在着统一性。在“证据推理”的基础上得出的结论便是“模型认知”的前身，而要构建“认知模型”，“证据推理”是必要的先决条件。基于此，在化学教学实践中必须要将“证据推理与模型认知”作为一个不可分割的整体在教学实践中进行强调。这样，“证据推理与模型认知”素养培养效果才会更加的显著。

第二是在化学教学实践中，为了让学生对“证据推理与模型认知”有更加深刻的领会，需要通过问题引导的方式让学生亲身参与到推理探究实践中。任何科学方法的习得都不可能凭空产生，而是需要通过实践，即亲身经历或者是体验来获得。在课堂上，老师需要建立能够让学生“动”起来的课堂模式，并基于问题引导让学生积极的参与到探究实践当中，这样，学生“证据推理”参与度会显著提升，其对“模型认知”的理解会明显加强。

第三是需要依托教学内容实现课堂的有效设计。在教学实践中，不同的教学内容会具备不同的特点，所以在教育实践中，具体采用的教学方式等也有所差别。在化学教学实践中，总结不同教学内容的特点，并在教学内容的基础上对课堂进行针对性设计，最终的课堂实践效果会更加的突出，课堂设计与课堂目标的匹配性效果也会明显提升。

结束语：

综上所述，在教学工作中要以“证据推理与模型认知”素养培育为主要目标之一。“证据推理与模型认知”的核心素养有助于培养学生建立化学现象和模型之间的联系，描述和解释化学现象，预测物质及其变化的结果，建立解决复杂化学问题能力，在培育创新人才培养中起着重要作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版) [M]北京.人民教育出版社，2018

[2]何清松. 基于证据推理与模型认知的教学实践——以高中化学苏教版必修模块的离子反应为例[J]. 名师在线, 2020(29):9-10.

[3]矫海玲. 基于"证据推理与模型认知"的探究性教学实践——以"化学能转化为电能"为例[J]. 高中数理化, 2019(16):67-67.

[4]丁玲杰, 王永臻, 李德前. 基于“证据推理与模型认知”的实验探究教学--以初中化学“探究Fe与Fe₃O₄的存在”为例[J]. 化学教与学, 2020(5):91-93.

课题信息： 广东省教育科学规划课题“基于‘证据推理与模型认知’素养下化学概念教学实践研究”

（课题编号：2019YQJK075）研究成果。

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