沈国强

摘   要：首先分析化学学习过程中遇到的概念繁多、头绪杂乱、记忆困难、学习方法单一等问题，然后在此基础上阐述“证据推理与模型认知”化学教学策略的科学内涵，最后从巧用化学实验策略建构化学物质类别的认知模型、巧用物质类别的性质比较策略建构元素周期律的认知模型、巧用结构决定性质规律建构有机物学习的认知模型、巧用理论联系实际规律构建动态平衡模型四个方面重点论述基于“证据推理和模型认知”的化学教学策略，如此能使学生科学、系统、全面地掌握化学物质的组成、结构与性质、实验与探究，还能科学有效地培育学生”证据推理与模型认知”素养。

关键词：化学教学;证据推理;模型认知;策略探究

中图分类号：G633.8   文献标识码：A   文章编号：1009-010X（2021）20/23-0103-04

一、问题的提出

在日常的化学教学中，笔者发现高中生经常因为化学概念多、知识点散乱而产生厌学情绪，忽视化学知识之间的逻辑结构，只知道死记硬背各类化学方程式、化学概念、化学符号等。因为需要记、背的内容太多，所以即使花了很多时间记、背，也收效甚微，因此大部分学生都感到化学非常难学。特别是很多化学知识即使背得十分熟练了，但在化学考试中解决实际问题时，还是会屡屡碰壁，不知道如何根据试题情境提取关键信息，并对信息进行合理的加工和处理，然后应用其进行解答。

基于上述学生在化学学习中出现的问题，笔者认为在高中化学教学中，教师应着重指导学生自主建构化学知识的学习框架，并充分挖掘“证据推理与模型认知”化学教学策略在化学学习中的功能，只有这样才能让学生科学、系统、全面地掌握化学物质的组成、结构与性质等知识。

二、”证据推理与模型认知”的科学内涵

“证据推理与模型认知”是化学学科研究的思维与本质，主要包括以下五个方面的内涵：具有证据意识，能基于证据对物质的组成、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;建立观点、结论和证据之间的逻辑关系;知道可以通过分析、推理等方法認识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，并建立模型;能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

在化学教学中，“证据推理”包括实验论证和理论论证。实验论证是以实验现象作为证据，对物质的性质进行论证;理论论证是利用化学概念和原理从理论的角度论证物质的性质或反应规律的合理性，此类论证强调从微观角度建立物质的结构与性质之间的联系。

化学教学中的“模型认知”是指基于认识模型，形成对特定化学问题系统分析的思维过程。 学生面对一系列化学知识的时候，不应机械地记忆，而应基于固定的认识模型，将这些化学知识转化为某一认知模型，该模型包括重要的化学知识以及认识化学知识的角度和思路。

三、基于“证据推理和模型认知”的化学教学策略

在课堂教学中， 教师要不断引导学生收集证据进行逻辑推理，构建化学知识的认知模型，由此可顺利解决化学问题。

（一）巧用化学实验策略建构化学物质类别的认知模型

通过前面的学习，学生已经能从金属活动性顺序、原子结构、物质的类别、化合价等角度预测和解释钠的化学性质，也能设计实验对其进行验证。 因此，教师可以从物质的类别、化合价的角度出发进行教学设计，以帮助学生构建认识金属元素的性质与转化认知模型。例如在“金属钠与硫酸铜的反应”教学中可采用如下策略：

1.基于证据提出假设。以金属活动性顺序表为依据，以初中学过的铁与硫酸铜溶液反应的实验现象为证据，提出假设：钠和硫酸铜溶液反应会发生类似的置换反应。

2.实验演示证实真伪。学生演示钠和硫酸铜溶液反应的实验，观察到的实验现象是钠浮在水面上，并迅速熔化成一个小球，在水面上游动。同时有蓝色絮状沉淀生成，并有少量黑色物质出现。这一现象与假设完全不同，说明钠没有置换出铜，以上过程使学生形成了认知冲突，可激发学生的求知欲望。

3.分析推理模型的建构。根据实验现象，经推理可知将钠投入硫酸铜溶液中，其会先与水反应生成氢氧化钠和氢气，然后氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜沉淀，氢氧化铜在加热的条件下生成了氧化铜。由此可知钠与硫酸铜溶液反应的认知模型是钠先与水反应，再与硫酸铜溶液反应，并非简单的置换反应。

4.认知模型的运用。铝与氢氧化钠溶液的反应（铝先与水反应生成氢氧化铝，氢氧化铝再与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠）;铜与浓硫酸的反应（铜先与氧气反应生成氧化铜，氧化铜再与硫酸反应生成硫酸铜）等。

（二）巧用物质类别的性质比较策略建构元素周期律的认知模型

人教版高中化学教材中的元素周期律这部分内容都是以知识呈现的形式展开的，这些知识的学习让人感到枯燥乏味，缺乏生机。所以在教学时，教师应该从物质的类别出发，将金属和非金属进行分类研究，并通过“证据推理和模型认知”的方式开展探究性学习，如此可让学生体验探究知识的乐趣，促使其运用所学知识去探究新知，进而产生极大的兴趣，并最终掌握元素之间的规律性。

例如在“第三周期元素性质的递变规律”教学中可采用如下策略：

1.基于证据提出假设。根据物质的类别、金属活动性顺序表、原子核外电子的排布规律提出假设：钠、镁、铝的金属性依次减弱。

2.演示实验证实真伪。根据金属性强弱的判断方法（金属与酸或水反应置换出氢气的难易程度），设计钠与水反应、镁与水反应的对比实验来比较钠和镁的金属性强弱，再设计镁与盐酸反应、铝与盐酸反应的对比实验来比较镁和铝的金属性强弱。然后通过实验现象的比较得出钠的金属性强于镁，镁的金属性强于铝，与假设相符，由此最终得出金属性从左到右逐渐减弱的规律。

3.分析推理，模型建构。引导学生对每一周期金属元素的金属性递变情况进行分析，以此构建认知模型，即金属性从左到右是逐渐减弱的。

（三）巧用結构决定性质规律建构有机物学习的认知模型

“结构决定性质”是学习有机物知识最重要的规律。其内涵是根据有机物的分子式和化学性质去推断有机物的结构;反之，根据有机物的结构又可以预测有机物的化学性质。

结构是原因，性质是结果，经过相互推理论证，便可培养学生的模型认知能力。例如乙醇的结构教学可采用如下教学策略：

1.基于证据提出假设。根据碳、氢、氧原子的成键原理，结合乙醇的分子式C6H12O6，提出乙醇的结构可能有两种（如图1所示）：

2.根据规律进行推理。结构甲性质稳定，不能与钠反应，不能被酸性高锰酸钾氧化;结构乙具有羟基，能与钠反应放出氢气，能被酸性高锰酸钾氧化。

3.实验演示证实真伪。学生演示乙醇与钠的反应和乙醇与高锰酸钾的反应;观察到的实验现象分别是钠沉于乙醇底部，缓慢反应，产生气泡;高锰酸钾溶液褪色。实验证明乙醇中含有羟基，这说明结构乙是乙醇的结构式。

4.分析推理，模型建构。让学生掌握从乙醇的分子式出发，提出乙醇可能的结构模型，然后根据官能团的性质推理各结构模型可能具有的化学性质，最后通过实验现象来证明哪一种结构是正确的。让学生建构结构决定性质，性质反映结构的有机物学习模型，由此可使学生的“证据推理和模型认知”能力得到极大的提升。

又如苯的教学可以采用如下的教学策略：

1.基于证据提出假设。根据碳、氢、氧原子的成键原理，结合苯的分子式C6H6，提出苯的结构可能具有4种（如图2所示）。

2.根据事实进行推理。根据苯不与溴水和酸性高锰酸钾溶液反应，苯分子具有高度的对称性，可知结构乙和丁中含有碳碳双键或三键而被排除。又根据一溴苯只有一种;邻二氯苯只有一种的事实可以把丙排除。

3.层层推进，模型建构：剩下的甲能够解释很多苯的化学性质，但是无法解释邻二氯苯只有一种的事实，所以最终将甲（凯库勒式）改进为     ，并指出此结构中6个碳原子之间的化学键完全相同，是一种介于单键与双键之间特殊的键。

4.模型认知，问题解决：如苯与溴能发生取代反应：C6H6+Br2       C6H5Br+HBr，苯与氢气能发生加成反应C6H6+3H2      C6H12，这是因为苯分子的模型中具有介于单键与双键之间特殊的化学键导致的，其既有单键的性质（取代反应）又有双键的性质（加成反应）。

（四）巧用理论联系实际规律构建动态平衡模型

化学源自生活，所以化学中的很多理论如果直接采用教师讲授的方法就会显得空洞乏味，缺乏新意。但是如果将所学内容与学生生活中的点点滴滴联系起来，化抽象为形象，化被动为主动，就会使化学课堂变得生动活泼，丰富多彩，进而可提升化学教学的效率。

“氨气与水的反应”教学可以采用如下的教学策略：

1.情境引入，提出问题。教师在课前可提出问题：“从卫生间经过总是会闻到阵阵异味，那么同学们有没有想过这些异味的化学成分是什么呢？”

2.推理论证，追根溯源。闻一瓶氨气的气味，与厕所中气体的气味进行比较，可知厕所中的气体就是氨气。

3.逐层推进，模型构建。氨气是不是在水中的溶解度特别大？观看喷泉实验（如图3所示）——出现鲜艳的红色喷泉，如此学生的求知欲和探究欲望被迅速激发出来，通过探究推理，学生一致认可氨气极易溶于水。接着探究氨气易溶于水以及喷泉实验中酚酞溶液变红的原因：构建模型：NH3+H2O?NH3·H2O?NH4++OH-，此模型说明氨气溶于水是一个动态平衡的过程：NH3先与H2O反应生成NH3·H2O，然后NH3·H2O部分电离出NH4+和OH-。

4.模型认知，问题解决。厕所中的气味为什么久久不易散去，就是因为氨气极易溶于水，并与水反应生成了氨水。保洁员使用洁厕灵（含有HCl）来消除厕所中的异味，就是因为氨水具有弱碱性，能与酸性物质反应。

综上所述，在化学教学中，“证据推理与模型认知”教学策略的运用不仅锻炼了学生的逻辑思维能力，培养了学生良好的思维习惯，对于学生的终身学习也有极大的帮助，而且还拓展了学生学习化学的方法——从原来的机械记忆变成了意义记忆，把相互孤立的知识通过严密的逻辑推理紧紧联系起来，如此可使课堂氛围变得活跃，学生学习的积极性得到有效激发，也有力地提升了学生的核心素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.高中化学课程标准（2017 版）[S]. 北京：人民教育出版社出，2018.

[2]杜   博.基于“证据推理和模型认知”的元素化学教学——以氨和铵盐为例[J].化学教与学，2020，（10）：77～80.

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[4]黄爱民.关于证据推理与模型认知的一些思考[J].教学月刊·中学版（教学参考），2019，（4）：3～8.

[5]许佳宁.高中生化学概念原理学习中证据推理能力研究[D].沈阳师范大学，2019.