基于證據(jù)推理的高中化學實驗探究教學

【摘要】實驗教學是高中化學教學的重要組成部分，能夠幫助學生開展實驗，由感性認識上升為理性認識，有利于學生概念的形成與鞏固，培養(yǎng)學生的證據(jù)推理以及探究能力。為發(fā)揮實驗教學的優(yōu)勢，讓學生在實驗探究中發(fā)展證據(jù)推理素養(yǎng)，教師可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境、組織小組討論、指導(dǎo)學生科學歸納、總結(jié)實驗結(jié)果、完善總結(jié)評價等方式開展實驗探究教學，構(gòu)建有益于學生發(fā)展的智慧化課堂，助力學生全面發(fā)展?！娟P(guān)鍵詞】高中化學；證據(jù)推理；實驗探究教學“具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系”是《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中提出的全新要求。由此不難發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學生的證據(jù)推理素養(yǎng)儼然成為時下要點。因此，教師需要及時更新教育理念，在組織實驗教學期間，以挖掘?qū)W生證據(jù)推理潛力為核心組織相關(guān)活動，促使學生在搜集證據(jù)、論證分析的過程中發(fā)展核心素養(yǎng)，為學生后續(xù)深度學習高中化學知識奠定基礎(chǔ)。一、證據(jù)推理的概述及使用價值為更好地設(shè)計教學方案，教師需要了解證據(jù)推理的具體內(nèi)涵及其在高中化學實驗探究教學中的使用價值，這樣才能做到有的放矢，提高教學活動設(shè)計的有效性。對此，筆者進行深入分析，總結(jié)如下。（一）概述“證據(jù)”即能夠分析、確認案情，明辨真相的事實或材料。證據(jù)推理與模型認知是化學學科核心素養(yǎng)之一。證據(jù)推理指根據(jù)觀察和實驗等方面獲取的物質(zhì)及其變化的信息，通過基于證據(jù)推理的方法掌握理論知識，形成科學、嚴謹?shù)奶骄恳庾R與能力［1］。（二）使用價值高中階段化學學習難度攀升，許多學生會在此期間產(chǎn)生較大的心理壓力。實驗是高中化學的重要組成部分，學生通過實驗?zāi)軌颢@得化學知識，實現(xiàn)學習目標。在實驗探究教學中，關(guān)注學生證據(jù)推理素養(yǎng)的培育，具有以下價值。第一，核心素養(yǎng)的提出是為了打破傳統(tǒng)壟斷式的教學模式?；谧C據(jù)推理素養(yǎng)培養(yǎng)要求，教師需要根據(jù)學生的個性化發(fā)展需求合理設(shè)計教學方案，指導(dǎo)學生根據(jù)實驗內(nèi)容自主整理資料，搜集證據(jù)，并在班級中分享。這樣的學習方式能充分突出學生的學習主體地位，促使學生克服學習恐懼，在實驗中感受化學的魅力，促進化學課堂教學的改革［2］。第二，在教育改革背景下，教師不僅要關(guān)注學生的知識掌握情況，而且要重視學生對知識的遷移與運用。根據(jù)證據(jù)推理素養(yǎng)培養(yǎng)要求，教師需要指導(dǎo)學生結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)，以辯論的方式進行交流，鍛煉學生的邏輯推理能力，提升學生的化學學習思維。久而久之，學生能夠養(yǎng)成良好的學習習慣，發(fā)展個性，提升核心素養(yǎng)。第三，受到傳統(tǒng)教育理念的影響，部分教師在組織高中化學實驗探究教學的過程中，沿用傳統(tǒng)的教學方法，缺乏反思以及改進的意識。將證據(jù)推理作為高中化學實驗探究教學的方向，有助于促進教師專業(yè)能力的提升與發(fā)展。由此可見，落實證據(jù)推理素養(yǎng)的培育能夠優(yōu)化實驗教學設(shè)計，形成以學生為主、以教師為輔的教學模式。因此，為推動高中化學教學的可持續(xù)性發(fā)展，教師需要及時變更教學理念，基于證據(jù)推理開展化學實驗探究教學，提升學生的核心素養(yǎng)。二、基于證據(jù)推理的高中化學實驗探究教學策略目前，在高中化學實驗探究教學的具體實踐中，部分教師對證據(jù)推理素養(yǎng)的解讀不夠深刻，導(dǎo)致在培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)時陷入困境。筆者結(jié)合多年教學經(jīng)驗，總結(jié)基于證據(jù)推理的高中化學實驗探究教學策略，以供廣大教師參考借鑒，幫助教師突破教學困境。（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，鍛煉學生思維能力新課標倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)真實問題情境，指導(dǎo)學生將化學知識用于解決生活問題中［3］。在指導(dǎo)學生基于證據(jù)推理開展化學探究實驗之前，教師需要為學生指明實驗的方向，巧妙利用生活中的自然現(xiàn)象、工業(yè)生產(chǎn)過程等創(chuàng)設(shè)情境，并依據(jù)情境導(dǎo)入化學問題，在激發(fā)學生學習興趣的同時，幫助學生發(fā)現(xiàn)生活與化學知識的密切關(guān)聯(lián)，在實驗探究中解決問題，積累經(jīng)驗，為后續(xù)教學活動的開展奠定基礎(chǔ)。以蘇教版高中化學必修第一冊“海洋化學資源的綜合利用”一課的教學為例。在本課的學習中，學生需要了解海洋化學資源的分布，能依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)及其變化綜合利用資源，認識化學理論與技術(shù)在資源利用中發(fā)揮的積極作用。在講解“從海帶中提取碘”這部分知識時，教師可以利用生活常識創(chuàng)設(shè)情境，向?qū)W生分享相關(guān)資料：碘是人體必需的微量元素，是維持人體甲狀腺正常功能所必需的元素。當人體缺碘時就會患甲狀腺腫大，人們主要從飲水、糧食、蔬菜和周圍環(huán)境中獲取碘。多食海帶、海魚等含碘豐富的食品，對于防治甲狀腺腫大很有效。在我國缺碘地區(qū)，人們主要通過食用加碘鹽來補充碘元素。結(jié)合教師所提供的材料，部分思維相對敏捷的學生能快速聯(lián)系生活，表示自己曾在家中看到碘鹽。根據(jù)學生的回答，教師可提出問題：“加碘鹽中是否含有碘元素？”接下來，教師可以順勢引入本課中學生需要自主完成的探究實驗，鼓勵學生利用試紙和生活中常見的物質(zhì)檢驗加碘鹽中碘的存在，并指導(dǎo)學生通過多種途徑探究人體攝取碘元素的方法，讓學生在探究中樹立健康的生活理念。教師創(chuàng)設(shè)問題情境，充分考慮學生現(xiàn)有的知識水平與思維能力，有助于學生理解實驗探究問題與方向，促使學生在問題的推動下收集證據(jù)，思考問題本質(zhì)。（二）組織小組討論，收集有效事實證據(jù)掌握各種證據(jù)的收集方法，是培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)的重要保障。受到傳統(tǒng)教育觀念的影響，部分教師在組織實驗活動前往往為學生準備好相關(guān)材料，并耐心講解各個項目的實驗方法。這樣雖然能幫助學生順利完成實驗，但不利于其思維的發(fā)展。因此，為實現(xiàn)培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)的目標，教師應(yīng)學會適度“放手”，給予學生自主分析、搜集資料的機會，開展小組合作，營造良好的學習氛圍［4］。以蘇教版高中化學選擇性必修1“弱電解質(zhì)的電離平衡”一課的教學為例。本課的重點知識是強電解質(zhì)與弱電解質(zhì)，需要學生在理解化學平衡基本原理的基礎(chǔ)上，從宏觀和微觀兩方面認識弱電解質(zhì)的電離平衡。為培養(yǎng)學生的證據(jù)推理素養(yǎng)，教師可以在班級內(nèi)組織探究實驗，指導(dǎo)學生分析不同電解質(zhì)在水溶液中的電離程度是否存在差異。在實驗活動前，教師根據(jù)學生的學習能力將學生分成不同小組，引導(dǎo)學生以小組為單位搜集有效的事實證據(jù)。在這一過程中，有的小組成員結(jié)合生活經(jīng)驗進行推理，根據(jù)潮濕的手觸摸正在工作的電器可能會發(fā)生觸電事故這一生活常識，得出在電解水的實驗中需要在水中加入一定量的氫氧化鈉溶液或硫酸溶液這一結(jié)論。還有部分小組成員閱讀教材，從中搜集證據(jù)，提出可以利用鹽酸、醋酸進行實驗，并做出假設(shè)，為后續(xù)實驗活動的開展做好鋪墊。由于證據(jù)推理素養(yǎng)較弱，許多學生可能會存在信息提取能力不足的問題。針對這一情況，教師需要帶領(lǐng)學生整理證據(jù)信息鏈，指導(dǎo)學生從多角度分析、思考問題，提升學生的核心素養(yǎng)。同時，考慮到部分學生的學習能力較弱，在指導(dǎo)學生搜集證據(jù)的過程中，教師需要進行適當?shù)闹笇?dǎo)，防止學生出現(xiàn)掉隊的情況。（三）基于證據(jù)推理，指導(dǎo)學生科學歸納在學生完成小組探究、整理證據(jù)等項目后，教師需要充分發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，指導(dǎo)學生按照知識線索進行推理，驗證自己在探究實驗中的假設(shè)與猜想，得出結(jié)論，從而達成教學目標，提高整體教學質(zhì)量。以蘇教版高中化學選擇性必修1“金屬的腐蝕與防護”一課的教學為例。在本課中，學生需要從電化學的角度合理分析金屬腐蝕現(xiàn)象，并能結(jié)合具體實例提出金屬防護的常用方法。在知識學習過程中，教師指導(dǎo)學生結(jié)合“金屬的電化學腐蝕”這部分內(nèi)容，完成分析鐵釘生銹的原因以及構(gòu)建金屬的電化學腐蝕的原電池模型兩項探究任務(wù)。在整理證據(jù)的過程中，有的學生提出“鐵釘在干燥的空氣中生銹最慢，在有水、有空氣的環(huán)境下生銹較快，在有電解質(zhì)的溶液中腐蝕最快”這一觀點。教師指導(dǎo)學生基于證據(jù)對這一觀點進行推理。學生得出結(jié)論：鐵釘生銹是和空氣中的氧氣、水等發(fā)生了化學反應(yīng)；在電解質(zhì)溶液中，鐵釘中的鐵和碳形成了微型原電池。教師指導(dǎo)學生自主歸納，可以有效幫助學生分析總結(jié)出影響鐵生銹速率的因素，聯(lián)系原電池知識，構(gòu)建完善的知識結(jié)構(gòu)。在實驗探究中，任何知識都并非憑空出現(xiàn)，教師需要增強學生的證據(jù)推理意識，讓學生通過對證據(jù)進行推理來得出相關(guān)結(jié)論，加深對化學理論的理解。（四）總結(jié)實驗結(jié)果，補充實驗學習資源培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)的最終目的是幫助學生順利實現(xiàn)知識的遷移與運用，提升學生的邏輯推理能力［5］。為有效提升教學效果，在基礎(chǔ)教學任務(wù)結(jié)束后，教師可以讓學生回顧所學內(nèi)容，對在實驗中積累的推理方法、證據(jù)搜集技巧等進行分析。結(jié)合學生的反饋，教師可以適當為學生補充學習資源，幫助學生加深對實驗現(xiàn)象的理解，從而順利達成學習目標。以蘇教版高中化學必修第一冊“物質(zhì)的分散系”一課的教學為例。本課的重點內(nèi)容是混合物，學生需要根據(jù)混合物的宏觀性質(zhì)分析其微觀組成，并按照標準進行分類。教師利用塞爾米的“真假溶液”實驗進行導(dǎo)入，并提出“此實驗中的假溶液是濁液嗎”的問題，指導(dǎo)學生對問題進行分析。學生完成任務(wù)后，教師可以引導(dǎo)學生建立觀點、證據(jù)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系，對實驗現(xiàn)象進行匯報。學生總結(jié)得出，塞爾米制得的“假溶液”是膠體，膠體分散質(zhì)粒子的直徑介于溶液和濁液之間。在學生完成交流匯報后，為進一步提高學生的問題解決能力，幫助學生了解化學知識在的應(yīng)用，教師可以補充學習資料，為學生分享生活中手電筒晚上產(chǎn)生的光影、三氯化鐵溶液應(yīng)急止血、三角洲的形成等相關(guān)生活現(xiàn)象，讓學生分析這些現(xiàn)象中所體現(xiàn)的膠體的性質(zhì)，并用證據(jù)證明自己的結(jié)論。教師讓學生總結(jié)實驗結(jié)果，補充學習資源，能夠讓學生了解更多與化學相關(guān)的知識內(nèi)容，在開放的課堂中提升學生的綜合素養(yǎng)，提高高中化學教學的有效性。（五）完善總結(jié)評價，實現(xiàn)教學評一體化新課標倡導(dǎo)教學評一體化發(fā)展，要求教師充分利用評價的導(dǎo)向優(yōu)勢，促進教學發(fā)展。在培養(yǎng)學生證據(jù)推理素養(yǎng)時，教師需要在學習任務(wù)結(jié)束后，針對學生在實驗探究中的具體表現(xiàn)進行分析，并按照學生的實際情況設(shè)計評價標準，指導(dǎo)學生進行學后反思，針對自己在搜集證據(jù)、分析推理過程中的問題進行總結(jié)，在良好的交流合作氛圍下逐漸完善、提升自我。以蘇教版高中化學選擇性必修3“蛋白質(zhì)”一課的教學為例。在本課的學習中，學生已經(jīng)掌握氨基酸和蛋白質(zhì)的關(guān)系，并通過實驗探究出蛋白質(zhì)的主要性質(zhì)和檢驗方法，體會到大分子的研究的重要意義。在本課實驗探究教學活動結(jié)束后，教師針對學生在課堂中的整體表現(xiàn)進行評價，在鼓勵學生積極的學習行為的同時，提出部分學生在證據(jù)搜集階段存在馬虎、搜集方法單一等情況，指導(dǎo)學生及時進行調(diào)整，為學生提供多樣化的證據(jù)搜集方法。在完成評價任務(wù)后，教師根據(jù)本課學生需要達成的不同水平設(shè)計如下評價標準，指導(dǎo)學生回顧學習過程，進行自主評價。水平1：能夠在不依靠外界幫助的情況下自主搜集證據(jù)，能基于問題，結(jié)合所學知識嘗試提出假設(shè)。水平2：能夠在搜集證據(jù)的過程中明辨是非，去偽存真，從不同角度對問題進行分析，根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化等諸多因素進行假設(shè)，具有明確的探究方向。水平3：能通過定量分析的方式有理有據(jù)地