培养高中生“证据推理与模型认知”的化学教学研究 ——以高中必修第二册“乙醇”为例

摘要：《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出了“以发展化学学科核心素养为主旨”的基本理念。培养高中生化学学科核心素养，特别是培养证据推理与模型认知素养，有利于提高学生独立思考、自主学习和探究的能力，形成化学学科独特的思维方式和思维习惯，为学生在化学学科的学习及以后的深入发展奠定了良好的基础。本文阐述了证据推理与模型认知的概念，对其内涵进行了详细的解读，详细论述了培养该核心素养的重要意义，主要采用了文献分析法、实践研究法和以皮亚杰、布鲁纳和维果斯基为代表的建构主义学习理论对培养证据推理与模型认知素养的教学策略展开了研究并进行了总结，并以高中必修第二册“乙醇”为例，进行了实践研究，证实所述教学策略的有效性。

　关键词：证据推理；模型认知 ；化学教学

绪论

一、选题依据与研究内容

（一）选题依据

“核心素养”一词早在20世纪一些发达国家或国际组织就提出并进行了研究，进入21世纪后，由于经济全球化的影响，各国都开始重视对核心素养的研究与培养。联合国教科文组织提出了核心素养模型[1]，欧盟提出了八个核心素养[2],而后X提出了适应时代和社会发展的“21 世纪型能力”的核心素养框架等等[3]。这说明了学生核心素养的培养与发展必定是当代教学的新趋势、新潮流。通过阅读文献和查阅资料，笔者发现国外对于“核心素养”的研究已经较为成熟，这为我国核心素养的研究与培养提供了丰富的理论知识和经验。我国在2014年首次提出“核心素养”一词，从那以后国家相关的教育部门或组织便开展了对核心素养的大力研究；2016年，教育部在北京师范大学发布了“中国学生发展核心素养”[4]的研究成果，提出以素质教育为主，培养全面发展的人才；2018年，教育部制定并颁布了《普通高中化学课程标准（2017年版）》，其中明确规定了化学学科核心素养，与2014年提出的相同，它包括五个维度,即“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”；“科学精神与社会责任”[5]。化学学科核心素养就是在化学的学习、教学或研究过程中所培养的核心素养，它带有化学学科独特的特征。随着国内各教育部门或组织对核心素养重视程度的提高，此课程标准也逐渐在部分中学实施开展。其实，在该化学五大核心素养正式提出之前，在化学学科教学和化学学科研发过程中，这些素养都或多或少的有所体现。比如我们常说的“物质的结构决定性质”就渗透了“宏观辨识与微观探析”素养，科学探究精神、社会责任感、学科观念、创新意识等也一直在课上有所倡导。而“证据推理与模型认知”这一核心素养在化学学习和教学中体现较少。不过，这也比较正常，“证据推理与模型认知”作为化学学科五大核心素养的思维核心[6]，理解起来较为抽象，致使一些教师都不太能正确理解和运用。故本文选取该核心素养进行了教学研究。希望能帮助阅读本文的教师或其他教学工作者理解和运用该核心素养并将该素养落实到课堂中去。

（二）研究内容

为了能更快地培养和发展学生证据推理与模型认知素养，本文先对证据推理、模型认知的概念进行了阐述，对证据推理与模型认知的内涵进行了详细地解读，提出了该素养内涵所涵盖的八大能力表现，并且分析了证据推理与模型认知的关系；明确的论述了培养该核心素养的重要意义；主要采用了以皮亚杰、布鲁纳和维果斯基为代表的建构主义学习理论充分地开展了对该素养教学策略的研究，并将教学策略运用到实际课堂上进行实践研究，证实了本文总结的教学策略在一定程度上的有效性。

二、文献综述

倡导核心素养的培养已经有五年多了，但是在课堂上真正落实培养学生核心素养的教师和学校并不多，就笔者在中国知网和万方数据上面搜索的关于证据推理与模型认知素养的文献来说，数量也不多，特别是学位论文只有几篇，更多的是期刊文章，搜到的基本上是近三年的文献。通过阅读并分析这些文献，笔者将从我国新课程标准对证据推理与模型认知培养的相关要求和该素养的相关研究两个方面进行文献综述。

（一）我国新课程标准对证据推理与模型认知培养的相关要求

新课程标准强调培养化学学科核心素养，让学生在学习的过程中形成正确的价值观念、必备品格和关键能力[7]，提高学生的低阶思维能力，发展学生的高阶思维[8]能力，培养国家所需要的全面发展的人才，体现化学学科的整体育人功能。培养高中生化学学科核心素养是培养德、智、体、美、劳等全面发展的综合型人才的前提，而培养证据推理与模型认知核心素养对发展高中生的自主、合作学习和探究思维能力起着无比重要的作用。可以促进教师与学生的交流，提升教师师范技能的同时，也促进了学生证据推理能力和动手探究能力的提升，促使学生学会建立和修正模型并进行模型迁移，形成化学学科独特解题的思维习惯并将此思维习惯运用到生活中。

（二）证据推理与模型认知的相关研究

近几年的相关文献对于证据推理与模型认知的概念和内涵已经阐述的非常详细和确切了，但是在该素养实施策略的研究上面还不算充分，许多文献阐述的是以某一课为例的教学实践，如王伟峰，罗兵[9]在教学设计研究期刊中进行了以“乙烯”为例的培养证据推理与模型认知的教学实践，在该课中以发展学生的高阶思维为主要目标进行了教学设计；李锦英[10]以“二氧化硫”为例，引导学生从物质组成、价态和特性三个维度建立认知模型进行认知，培养学生巧用证据推理建立模型进行认知的能力；刘鹏辉[11]以本文研究的核心素养为例阐述了培养该核心素养的教学步骤和教学实践，并论述了如何建立化学模型、理想模型进而建构最佳模型的步骤。

三、研究方法

（一）文献分析法

在进行论文撰写前，笔者在中国知网、万方数据库和维普网上查阅并浏览了大量的文献和书籍，把相关文献进行了整理、分析和归纳。

（二）实践研究法

将本文所述教学策略运用到实际课堂上，以课堂教学实践进行研究。

第一章“证据推理与模型认知”的概念及其内涵

一、证据推理的概念

“证据推理”（其英文：evidential reasoning）一词，是登姆普斯特于1967年提出的，后由其弟子谢弗总结得来，故证据推理又称登姆普斯特-谢弗推理(Dempster-Shafer reasoning)方法,简称D-S推理,它是一个不确定理论[12]。而化学是一门以实验为基础的学科，化学学科的知识或理论都是由一代又一代的化学科研工作者经过反复实验和严密的逻辑推理并进行验证之后所得出来的确定的结论，是已经证实了其真实性的理论，与D-S推理完全不同。也就是说，化学学科核心素养中的“证据推理”指的并非D-S推理。

证据是用于证明某件事情、言语或信息的正确性或真实存在的依据。“推理”也可称为“推论”，证据推理，也就是基于证据所进行的推理[13]。笔者将证据推理理解为基于某些已知的与问题相关的真实性的信息通过有意识的收集整理归纳、类比、演绎等方法推演出新的判断或结果。也就是说要进行推理，得先有证据，即证据是推理的前提，它修饰并限制着推理的过程与结果。而推理是基于已有证据的一种有意识的思维反应。

二、模型认知的概念

保志明将模型认知定义为对研究的原型的特征、本质等方面的问题提出猜想或假设，由观察或实验得到的现象、数据等，通过构建简易的、形象具体的模型，模拟再现原型的内在特征、本质或规律等[14]，从而经过实验验证将模型进行修正和完善。

连佩利将模型理解为“模型是人们按照客观事实构建出来的对原型的一种简化的定性或定量描述，有些时候会采用实物来表示原型的特征，有些时候会直接以抽象的形式来表示”[15]。笔者将模型理解为在处理问题时，对应问题在时间或者空间上与处理者的感官差距太远（比如原型过于庞大或渺小，时间过于短暂或长久等等。）时，处理者通过简化、类比、演绎等抽象出来的能体现原型客体本质关系的一种概括性的描述。

提到模型，我们往往会想到小时候玩的“迪迦超人”、“手枪”、“小汽车”“芭比娃娃”等等的儿时玩具。虽然它也是模型，但显然我们这里说的模型指的是化学模型。化学模型是指在解决化学问题时所建构的与问题原型有一定相似性的能体现原型客观本质关系的模型。

我们可以根据模型的用途、制作材料、特点、构成形式、学科种类等进行分类。比如按照模型对原型的反映方式来分类，可以分为物质模型和思想模型。物质模型可以分为天然物质模型和人工物质模型。比如，矿物标本就属于天然物质模型，晶体的球棍模型就属于人工物质模型，它们均属于物质模型。而思想模型可以分为想象、数学和符号模型等[16]。例如，化学反应碰撞理论、杂化轨道理论、理想气体模型、电子云模型等就属于想象模型；浓度与密度关系的公式、化学平衡常数的表示式属于数学模型；化学方程式、化学元素符号、有机物的结构式等则属于符号模型。模型的分类是没有严格界限的，有些模型既可以说是属于物质模型，也可以说属于思想模型。就如原子结构模型，它既是对原子结构原型进行相似化的模拟，又是在大脑中抽象出来的虚拟的模型。

王兆允将模型分为实物和形式模型，形式模型可分为数学、语义和图像模型等[17]。这一个分类与上文所述的思想和物质模型的分类有类似的地方。实物模型是指用实物进行展示的模型，比如有机物的比例模型和球棍模型；数学模型是用公式或方程等数学语言描述的模型，这个与上文所述数学模型一致，这里不再赘述。语义模型是用语言进行描述的模型，如化学教科书中的物质的分类、化学键的定义、摩尔量的定义、质量守恒定律、元素周期律等原理、概念、规律都属于语义模型；图像模型是用各种体现数学关系的图像描述的模型，如酸碱反应的Ph变化曲线、物质溶解度随温度的变化曲线等。在化学研究与学习过程中，笔者更倾向于王兆允对模型进行的分类，这个分类更为直观、简明，理解起来更容易些，同时有关化学学习和研究的模型更常见的也是这一个分类。

模型是对原型的一种模拟，模型不是原型，它与原型之间有一定的差距。模型可以对原型的特征、本质、规律等起到一定的解释和预测，能对原型的形状进行描述，使得抽象的问题得以形象具体化，从而促进问题的解决。所以模型具有抽象性、描述性、解释性、预测性、问题解决等功能[18]。而认知是一种思维活动，认知是指人类获取、应用和加工知识的最基本的思维活动[19]。简单来说，认知就是一个靠大脑获得并运用知识的过程。所以模型认知，就是基于模型进行认知，即基于所建构的模型进行的一系列认知思维活动。在化学学科中则是指基于为了解决原型的复杂性、抽象性等特点而构建的模型，对其进行一系列认知思维活动进而解决化学问题的过程。在化学研究或教学过程中，通过建构的模型，可以引导我们进行实验设计和实验研究，但要清楚，模型是不能直接用于实验研究的，他只是科研工作者或其他研究者在设计实验方案时提供灵感的工具，引导研究人员通过实验观察或得到的数据揭示化学问题的本质、特性和一般规律。

三、证据推理与模型认知的内涵

证据推理与模型认知核心素养的内涵共有五点，具体内容如下：

具有证据意识，且能根据证据对物质组成、结构和它的变化提出可能的假设；经由分析、推理用以证实或证伪；构建观点、结论和证据之间的逻辑联系；知道能经由分析、推理等方式认识到研究对象的本质特征、构成要素和它们的相互关系；进而建立认知模型；并能运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律[20]。前三个为证据推理的内涵，后两个为模型认知的内涵。从证据推理与模型认知内涵可以看出：该核心素养的培养要求教师和学生在化学教学、化学学习和化学研究的过程中，首先要培养发现并提出问题的能力，要有对与问题有关的证据的觉醒、提取和反应，即需要培养搜集证据的能力；然后再根据搜集的证据，对所研究的物质有可能的原子、分子组成、化学结构及其发生的化学反应历程进行大胆的猜想与假设，这要求研究者具有提出假设或猜想的能力；通过类比、推演等方法证明猜想或假设是正确的还是错误的，即培养证实或证伪假设的能力；同时建立证据与观点、观点与结论、证据与结论三者之间合理的逻辑关系，即培养逻辑思维能力；最后解决化学问题，培养解决问题的能力。如果所研究的对象过于复杂，难于理解，或难以想象时，在经过分析、推理等方式得知对象的本质特征、构成要素和它们的相互关系后，建立出可以反应或近似反应研究对象客观本质关系的模型，即培养构建模型的能力；在对模型进行多次修正之后，运用修正后的模型揭示化学反应现象，揭示现象的本质和规律，即运用模型解决问题，培养模型迁移的能力。由此可见，证据推理与模型认知素养在整个化学教学和化学研究过程中发挥着巨大作用，它涵盖着八大建构知识的能力，不仅仅只适用于化学学科，在遇到其他学科的问题对象时，也可以用同样的思维进行解决。

从以上五个内涵可以体现出证据推理与模型认知所表现出来的七个意识如图1-1所示。

四、证据推理与模型认知的联系

证据推理与模型认知有着相辅相成、不可分割的联系。证据推理与模型认知是先根据证据进行推理，再由证据推理得出的结论的关联性建立模型，由建立后修正的新模型来获得对研究对象的认知进而促进证明推理出的结论的真与假。当然，证据推理与模型认知两个过程并不是完全不能分开，如果已有的真实存在的经验或无误的的理论或材料，通过合理严密的逻辑推理，在不需要构建模型的情况下（也就是说对象的特征、客观本质关系等比较简单时）也能证实或证伪猜想或假设，则不需要建立模型并进行认知的过程，意思就是说有了证据推理过程，不一定有模型认知过程，但是有了模型认知过程，那么一定有证据推理过程。证据推理是模型认知的前提和条件，证据推理包含模型认知，而对于需要建立模型的对象而言，模型认知又是证据推理的直接目的，通过模型的建立从而利于实现间接目的，即利于揭示研究对象的本质和规律。

第二章“证据推理与模型认知”对培养核心素养的意义

证据推理与模型认知处于第三个化学学科核心素养，可以说是五大核心素养中理解起来最为抽象，培养运用起来最为困难的一个素养，在五大核心素养中起着承上启下的作用。在培育该核心素养的过程中，往往就体现了科学探究与创新意识的觉醒过程，通过科学探究过程又能够促进学科科学精神的培养，从而让学生领悟到自己的社会责任。通过宏观辨识与微观探析以及变化观念与平衡思想的培养作为基础，对于证据推理与模型认知的培养才有事半功倍的效果，所以证据推理与模型认知对培养核心素养有着重要意义。

五大核心素养不是独立存在的，在化学学习、教学及化学研究过程中，五大核心素养往往同时发挥着作用。比如高一学习乙烯的性质时，教师询问学生为什么表皮还是青色的芒果和苹果放在一起，第二天芒果皮大部分就变黄了呢？以此引起学生的好奇心和求知欲，从而从乙烯的性质去探究，再引导其从乙烯结构去探究。这里就体现了宏观辨识与微观探析、科学探究、科学精神素养的培养。当然有的学生可能没有苹果能够催熟芒果的这个常识，课下就会自主去进行实验，并且会思考苹果是否只能催熟芒果呢？对其他的水果有没有催熟作用呢？或者只有苹果能催熟水果吗，其他的水果可不可以用于催熟呢？基于好奇心，学生会自主设计实验进行探究，这里就培养了学生的自主创新意识，同时促进了证据推理与模型认知素养的培养。笔者将“证据推理与模型认知”培养的意义主要归纳为以下几个方面。

一、提升学生化学学习兴趣

兴趣是一个人获得新知识过程中最好的老师。而化学是一门以实验研究为基础的学科，在进行化学实验探究过程中最容易实现证据推理与模型认知素养的培养，在这个过程中可以极大地提高学生的化学学习兴趣，激发学生的内部动机。

在高中阶段，化学这门课往往安排在上午的三四五节或者是在下午，不管是在上午的三四五节还是在下午，这两个时间段都是学生最容易产生困倦的阶段，在这段时间，想让学生能学好化学知识，就一定要让他们打起精神，显然，被动的打起精神对于化学的学习是痛苦的而且是不见成效的。布鲁纳的发现学习理论[21]认为，学习是学习者积极主动地发现并建构知识的过程。教师通过引导学生进行实验的设计和探究，可以极大程度的提起学生的兴趣，试想想，在你做自己喜欢的事情的时候，你会容易困倦吗？答案当然是否定的。在进行实验的设计和探究过程中，无不渗透着证据推理与模型认知素养，学生在愉悦地、积极地进行知识获取的同时,进行着证据推理与模型认知的培养。一个人在与考试环境相同的条件下进行知识的获取，那么在相同的环境中回忆所获取的知识时更容易将知识提取成功。这里的相同环境可否理解为相同的心理环境呢，笔者认为是可以的。这句话可以类比为在学习新知或复习旧知时的心境与回忆或应用知识的心境相同，特别是当心境处于积极的愉悦的状态时，更有利于知识的成功提取。在实验设计和探究过程中，教师引导学生进行证据推理与模型认知的培养，并且指出这个素养的内涵和实施步骤，那在下一次遇到问题时，他们就能很快的对该素养进行觉醒，就会知道解决问题的步骤，知道了问题的解决步骤还愁问题解决不了吗？把发现和解决问题当做兴趣之一，不仅对学科核心素养的养成有利，对学生养成终身学习的习惯也是颇有益处的。如果能让学生把学习当成自己的内部动机，我相信这不仅有益于学生对化学知识的理解、掌握以及运用，对以后学生在各方面知识或能力的培养也是有益的。

二、体现化学学科在日常生活中的重要作用

化学学科与我们的生活息息相关，只是很多时候我们没有意识到而已。大到国防科技领域，小到食品添加剂，都与化学学科有着密切联系。而化学学科核心素养的培养有利于人们意识到这一点。喝酒爱好者也许会想酒越陈越香的原因是什么，学生们可能也会有这样的疑问，那么他们就会应用已有的知识、经验、或真实性的理论或材料进行猜想，通过合理的推理，经过建立模型、进行认知等过程得到结论。最后他们会领悟化学学科在生活中的重要作用。

三、提高学生应用该核心素养解决问题的能力

这一点其实与第二点的例子是相关联的，通过证据推理与模型认知之后便可以解决酒越陈越香的问题。在生活中遇到其他问题或困难时，可以促进学生理解和运用该素养解决问题，多运用、多练习，便能提高学生应用该核心素养解决问题的能力，然后将该之运用到生活中去，不断发展学生的高阶思维能力。这与国家所倡导的大力培育有能力，特别是有创新能力人才的要求相适应。

四、促使学生养成化学学科解决问题的思维习惯

化学是一门重理论更重实践的学科，化学教科书上的一切理论、规律的总结都是在无数科研工作者通过实验进行多次验证之后得出的结论。在化学教学过程中，让学生理解并运用核心素养，提高团队合作探究的能力，促进学生各方面素质的发展，实现学生的全面发展。习惯的力量是巨大的，巴金曾经说过，“孩子的成功教育从养成好的习惯开始”。培养作为化学学科核心素养的思维核心“证据推理与模型认知”，促进学生形成化学学科独特的解决问题的思维习惯。好的思维习惯，在面对任何问题时无畏不惧，坐下来慢慢思考，这不仅对学生在化学学习和生活中大有益处，在参加各种智力型考试时提升考试成绩也是有利的。

五、促进学生动手实践能力和实验探究能力的提升

实践是检验真理的唯一标准。新课程标准要求教师在备课时注重学生实践能力的培养，进行实验探究是最好的方法，也是检验假设或推理正确与否的主要途径。进行实验探究式教学，可以充分的满足学生强烈的好奇心，培养学生对化学学习的兴趣，提高学生学习化学的积极性，激发他们的创新潜能，引导学生超越最近发展区[22]。教师通过正确引导学生进行积极主动地思考、学习、探究等过程促进学生实践能力和探索能力的提升。

第三章 培养“证据推理与模型认知”的教学策略

新一轮基础教育课程改革倡导“以促进学生的发展为本”，促进学生综合素质的全面发展。要促进学生的全面发展，培养“证据推理与模型认知”核心素养至关重要。体现在化学教学中，就是通过化学学科的学习在教师的引导下促进该核心素养的养成，这就要求教师要有强烈的学科核心素养理念以及能熟练地运用核心素养解决问题。新课程教学改革能否成功的关键，绝大程度地取决于教师在教学过程中是否积极乐观地践行对学生核心素养的培养。建构主义学习理论认为，学习是学习者积极主动地建构自己的经验、解释和假设的一个意义建构的过程[23]。要求学习者在学习时有意识的把新知与旧知联系起来进行同化或是顺应，以达到新的认知平衡。该学习理论充分体现了学生为主体，教师为主导的教学理念，说明了教师在学生的学习过程中发挥着引导者的作用，在学生学科核心素养的培养过程中也同样发挥着引导者的作用。

一、合理设问，引导学生寻找证据

证据推理要基于证据进行推理，那么寻找证据就显得尤为重要，这不仅要求教师有高度的对证据的觉醒，还要求教师能熟练的掌握和运用证据进行推理，更要求教师在备课时要注意创设问题情境，合理的设置问题。教师在设问时往往设置的问题都与学生原有的知识或经验不符，使学生形成认知冲突，学生据此发现并提出问题，形成问题意识，教师再正确引导，促使学生寻找证据，培养学生收集证据的能力。比如在氧化还原反应的教学中，教师可以先让学生上黑板书写初中学过的常见氧化反应和还原反应，再让学生们共同回忆还原反应的定义是什么，再选择黑板上的一个还原反应化学方程式进行教学，假设用木炭还原氧化铜的反应，学生们都知道它是还原反应，因为氧化铜失去了氧。再让学生回忆氧化反应的定义，让同学们观察木炭还原氧化铜的反应方程式，此时教师进行追问，碳得到了氧发生的是氧化反应？学生们就会觉得奇怪，认为老师是不是搞错了，从而形成认知冲突，认知冲突的形成不仅有利于课堂上一些精神涣散的学生集中精神，也有利于后续引导学生寻找证据。教师再紧接着问刚刚我们明明说木炭还原氧化铜是还原反应，现在怎么又变成了氧化反应了，是氧化反应和还原反应的概念出错了吗，还是单单木炭还原氧化铜这个反应比较特殊呢？让学生对黑板上其他的氧化反应和还原反应按照得氧和失氧进行分析，促使学生主动地进行探究，寻找和收集证据。

二、适当激励，促进学生根据证据进行推理

培养学生证据推理核心素养是进行模型认知的前提和条件。高中阶段的学生处于皮亚杰认知发展阶段理论[24]的第四个阶段，即形式运算阶段，在这个阶段，学生的演绎、归纳和类比推理能力能够得到迅速地发展。学生具有了一定收集证据的能力之后，教师适当激励学生，正确引导，促使学生根据收集到的证据进行大胆地猜想和假设，培养学生提出猜想或假设的能力；鼓励学生为自己的假设寻找支撑材料，进行分析推理，从而促进证实或证伪假设能力的形成；通过基于证据的证实和证伪过程，建立证据与结论间的逻辑联系，培养逻辑思维能力。

上一个教学策略中提到氧化还原反应，学生通过自主探究黑板上的化学反应方程式之后，再进行小组讨论得出结论（他们的猜想），让小组代表在课堂上分享，学生会说黑板上的反应既是氧化反应也是还原反应，它们统一叫做氧化还原反应。教师追问支撑猜想的依据，这个过程就可以促使学生从大脑中收集之前进行小组学习时寻找的材料，体现了证实猜想或假设能力的培养。同时要求该学生给全班同学讲述自己是如何得出这个结论的，锻炼了学生的逻辑思维能力。教师可以在该同学回答完问题之后继续询问有没有其他想法的同学。学习基础较差的学生猜想的由来可能是教师布置的课前预习，就算学生直接说自己是因为看了教科书才得出这样的结论，教师也不要批评学生，而要鼓励学生课前预习做得很棒，同时鼓励同学们向这位学生学习，在面对无法解决的问题时要积极地翻阅各种相关资料寻找答案，倡导同学们在课前预习的过程中，按照发现并提出问题、寻找并收集证据、提出猜想或假设、建立猜想与证据之间的逻辑关系、对猜想进行证实或证伪的顺序进行学习进而解决问题，如果问题解决不了，再带着问题专心听课，达到解决问题的目的。这个过程与布鲁纳发现教学法[25]所倡导的学习步骤极为相似，体现了学生自主建构知识的过程。这对之后模型认知的培养奠定了基础。

三、展示模型，促进学生树立建模意识

陈进前[26]认为培养证据推理与模型认知，要从事实出发，在化学学习和探究中，认识和理解物质组成、结构及其变化往往需要借助化学模型，要依据所研究的对象与模型之间的内在联系，帮助学生建立解决化学问题特有的基本思维方式。这表现在化学教学活动中，就要求学生具有建模意识，建模意识的培养依赖于学生在教师的引导下自主学习、合作和探究。为了更好地促进学生树立建模意识，培养构建模型的能力，教师需要紧跟科技发展的步伐，提升自己的课堂创新能力和信息技术操作能力，充分利用Flash、ChemDraw、Origin等教学工具，在课堂上向学生展示各种化学模型，加快促进学生培养建模意识，毕竟要先认识了解和运用已有模型，才能进行模型建构，形成建模意识。同时采用模型展示可以极大地培养学生化学学习兴趣，使化学教学高效率的进行。比如在共价键的教学中，教师可以使用Flash创建氯化氢分子中氯原子与氢原子共价键形成过程的动态图，使用图像模型加深学生对共价键形成方式的理解。在基础有机化合物的教学中，可以用球棍模型或比例模型模拟有机物的结构从而帮助理解有机物的空间结构，弥补了学生空间想象能力的欠缺。

四、提供原型，引导学生自主构建合理模型

高中化学内容繁杂，部分内容深奥难懂，传统照本宣科的讲授性课堂只会使学生对化学学科产生厌烦和恐惧，这使得教师不得不改变传统的教学模式，改变教学思路和方法，制造创新型课堂教学。

学生树立建模意识，是为了主动构建化学模型用以解决问题。教师提供适当的问题原型（化学反应现象、文字描述材料、类比原型等），合理引导，促进学生自主建构认知模型，培养构建模型的能力。在化学反应与电能一节的教学中，教师可以提供一个家中常用的电池作为原型，提供水果、锌片、铜片、铁片、导线等让学生自主探究水果电池或简易电池的制作，自主建构电池模型。在有机化合物同分异构体的书写教学中，可以让学生根据有机物的结构式自己拼接各个同分异构体的球棍模型。在钠的性质的教学中，教师在课堂上提供钠与水反应的实验现象原型，引导学生分析实验现象并指出实验现象的本质，让学生自主构建钠与水反应的化学方程式模型。

教师的建模意识与能力直接影响学生的建模意识与能力。处于高中阶段的学生大脑思维的发展水平已近乎成年人，他们具有对教师行为和表现的模仿倾向，所以教师在授课中要经常建构和使用模型进行教学，近朱者赤，学生也会在自主学习过程中多次模仿进行模型建构。

五、举出实例，引导学生运用模型解决问题

高中生化学学科核心素养能且只能在化学问题解决过程中养成和发展[27]。教师举出运用所建构的模型进行认知从而得到表达的例子，让学生领悟到模型的构建在化学学习中的优点和重要性，促使学生积极主动地进行模型认知，培养解决问题的能力。

培养证据推理与模型认知素养最好的方式是在探究性实验中落实，让学生进行自主探究。在化学反应速率的影响因素的学习中，让学生小组合作自主设计实验分别探究浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。学生在进行实验前，通过已有的知识和经验，对影响效果或程度进行假设，通过设计合理的实验方案，从观察到的实验现象或收集到的可靠数据进行推理验证假设，从而解决化学问题。再让小组代表分享实验设计思路、实验过程和结论。可以将这个结论运用到日常生活中，进行模型迁移，培养模型迁移的能力，比如洗碗的时候，多放点洗洁精（增加了洗洁精的浓度）、水的温度较高时碗上的油渍容易洗干净些。这个教学过程极大地培养了学生的内部学习动机，上课也较为轻松，没有传统教学模式下的学习压迫感和课堂紧张感，是学生积极主动地建构知识的过程，促进了学生证据推理与模型认知的养成。

第四章 基于“证据推理与模型认知”的“乙醇”教学案例

以高中必修第二册第七章有机化合物第三节乙醇与乙酸的乙醇[28]部分为例，这一节课分为两个课时，着力体现如何在该节课中落实“证据推理与模型认知”的核心素养。

一、学习内容分析

本节课分为两个课时对乙醇的性质和结构进行讲解，这节课处于烷烃、烯烃以及有机高分子材料的学习之后，乙酸、官能团与有机化合物的分类之前，是学生进入高中阶段首次学习和探究烃的衍生物，也是首次接触官能团的概念，对烷烃的典型衍生物乙醇的学习可以进一步加深对烃知识的理解和掌握，同时为下一节乙酸与乙醇发生酯化反应的学习奠定了基础，所以本节课起着承上启下的作用。

本节课的教学重点是通过对乙醇结构和性质的探究性学习，能说出乙醇的化学性质和相应反应的实验现象，能写出所涉及的反应方程式。教学难点是探究有机物性质和结构的基本思路和方法以及乙醇催化氧化反应的实质。

通过本节课的学习，笔者期望学生能达到以下几个教学目标：

通过新闻事件和自制花露水的学习，体验化学学习的趣味性和实用性。通过小组合作探究乙醇的性质和结构，锻炼自主、合作学习和动手探究的能力，培养科学探究精神与创新意识;形成对有机物结构进行探究的思维习惯，学会自主探究结构简单的有机物。通过学习乙醇的结构、物理化学性质以及用途，形成“性质反应结构，结构决定性质，性质决定用途”的化学理念。通过实验探究，培养证据推理与模型认知的核心素养。通过花露水致燃和酒驾检验原理的学习，培养科学精神与社会责任的素养。

二、学习者分析

学生在初中已经对乙醇的易燃性有了一定的了解，前面又学习了烷烃和烯烃相应的知识，已经初步形成了结构决定性质的化学理念，充分利于本节课乙醇的学习。

高中生正处于身体和心理发展最快的阶段，通过新闻情境导入教学，产生认知冲突，激发学习的内部动机。将乙醚和乙醇的沸点进行比较，通过简单的分析推理得出乙醇的结构，学生易于接受和理解。通过建立乙醇催化氧化反应的实质模型，通过课堂练习，进行模型迁移并对模型的适用性加以修正，加深对模型的认知和运用。

三、教学方法和用具

本课主要采用小组合作学习法、实验探究法、视频展示法、PPT展示法以及教师讲授法。使用了多媒体技术、黑板、200ml烧杯、小试管、火柴、尖嘴导管、橡胶塞、酒精灯、滤纸、镊子、乙醇、钠、澄清石灰水等教学用具。

四、教学流程

五、教学总结与反思

本节课以培养和发展学生证据推理与模型认知核心素养为目标，以该素养的八个能力表现为线索，采用本文阐述的五大教学策略进行教学实践。以新闻导入，激发学生内部动机，使学生产生认知冲突，培养学生发现和提出问题的能力；引导学生先建立简单的乙醇结构式模型，以物质沸点为依据推理出乙醇的结构，培养证据推理能力；再建立复杂的探究乙醇与钠反应的实验模型，培养学生的动手探究能力、实验观察能力和归纳推理能力；学生自主构建乙醇完全燃烧的化学反应方程式，培养学生构建模型的能力，通过观察实验视频建构认知模型，培养学生模型认知能力；通过讲解乙醇催化氧化反应的实质，再进行课堂练习巩固，培养学生模型迁移的能力。通过本节课，笔者也切实感受到了化学学科的五大核心素养是相辅相成，相互促进的，每一个教学环节的设计不仅只体现了本文所研究的素养，往往同时体现了两个或多个核心素养。整节课学生参与度较高，改变了传统的讲授式教学，大体实现了以学生为主体，教师为主导的教学模式，取得的教学效果较为理想。乙醇这一节新课往往一个课时就够了，但是通过学生自己建构知识，花了两个课时，耗时明显增加，但是取得的教学效果是好的，学生的学习效率是高效的，课后作业的完成也是不错的，所以两节课花的值。但在进行探究的过程中，学生们激动地讨论、探究的课堂形式和纪律笔者控制的不太好，有少部分学生因为胆小或懒惰根本没有积极地动手实验，而是依赖于同组成员。下次遇到这种情况，笔者会在课上强调，动手探究最少的同学起来回答探究结果，应该能有所改善。本节课笔者对教材隐含的知识挖掘的不够充分，例如在乙醇的催化氧化反应的教学中，没有进行深入地思维拓展，铜丝在酒精灯外焰燃烧和内焰燃烧的现象是不同的，因为内焰含有未燃烧的乙醇，所以铜丝在外焰和内焰间交替燃烧时也会产生刺激性气味。对于课堂上学生的自主探究活动还可以适当增多一些，多多创建培养学生核心素养的机会。

结论

本文通过叙述证据推理与模型认知素养培养的重要意义，对该素养培养的教学策略进行了教学研究，并通过在课堂上的教学实践取得了较好的教学效果，从一定意义上证明了该教学策略的有效性。笔者认为本论文的创新有以下几点：

对证据推理和模型认知两个词汇进行了简单的定义，使之更易理解，并对证据推理与模型认知的内涵进行了详细地解读，阐述了该内涵涵盖的八大能力表现。对培养证据推理与模型认知的意义进行了详细明确的论述。对培养证据推理与模型认知的教学策略进行了总结并对每个策略的运用举出实例，以2019年审核通过的新教材为例，运用本文所述教学策略进行了实践研究。

由于笔者能力有限，虽然尽心竭力，但还是有许多的不足，本论文的不足如下：

教学策略的分析和内容不够深入具体，在教学策略中举出的实例较少。教学实践案例极少，只有乙醇这一部分。笔者在教学案例中对教材所隐含的知识挖掘的不够充分，深入挖掘教材，对证据推理与模型认知素养的培养更加有益。本文的教学策略虽然经过教学实践的检验，但是教学案例所取的成果没有明确的数据支撑，因为学生核心素养达到的水平还没有明确的检验标准。

虽然新课程改革倡导学生运用化学学科核心素养解决化学问题，但是许多中学生根本不知道什么是化学学科核心素养，或者知道了也不理解该怎么运用到化学学习中。许多学校并没有确切落实学生学科素养的培育，对于文科班而言，化学这门课一个周只有一节，有时候这仅有的一节课还会被其他的主科占去，高考是造成这种现象的罪魁祸首。这就导致了新课程改革虽然已经倡导五年多了，但是取得的教学效果却不是很可观。笔者希望各校都能正常开展化学课程，让学生多多进行探究性实验，完善实验器材和药品；教师在课堂上多使用模型进行教学，促进学生化学学科思维习惯的形成。我相信随着时代的发展，教育会朝着培养学生核心素养的方向迈步、朝着学生全面发展的方向迈步。

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致谢

在本次论文的撰写过程中，我得到了许多贵人的帮助。首先，对我帮助最大的是我的指导老师xxx，从论文的选题方向到确定题目，到论文的写作、修改和完善，最后到论文的定稿和查重，都是在文老师细心、耐心、专业地指导下完成的，老师给我的论文提出了许多有益和宝贵的建议，让我的论文从口水话的堆砌，到华丽辞藻的运用。老师在繁忙工作中依旧高效率仔细地阅读和指导我的论文，让我受益匪浅，在此，诚挚的感谢文老师在这一路上的细心指导和帮助。

其次，我要感谢与我同组的两个室友，在论文初稿撰写期间，在我感到压抑时对我的鼓励和帮助。

最后，我要感谢xxxx大学的图书馆给予我免费下载中国知网和万方数据库文献的资格，同时也感谢在疫情期间中国维普网打开网站提供免费下载文献的权限。

培养高中生“证据推理与模型认知”的化学教学研究 ——以高中必修第二册“乙醇”为例

价格 ¥9.90 发布时间 2023年5月16日

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