刊名: 教学与研究
Teaching and Research
主办: 中国人民大学
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 0257-2826
CN: 11-1454/G4
邮发代号: 2-256
历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953
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核心期刊:
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中文核心期刊(2008)
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化学教学中学生证据推理素养的培养
【作者】 刘凯凯
【机构】 (山东省安丘市实验中学)
【正文】摘 要:化学是一门追求科学事实的学科,化学学习离不开对证据的推理。“证据推理”是培养化学核心素养的基础途径之一,是学生学习化学的思维方式,也是学生认识客观世界必须具备的关键能力。在化学教学中要时刻渗透证据推理内容,引导学生搜集、分析证据,利用事实证据进行科学推理,逐步提升学生证据推理意识和能力,培养学生的化学学科素养。
关键词:证据推理;学科素养;寻证意识
“证据推理”对应的学科素养就表现为依据相关事实或材料推出新的判断或结论,从而实现问题的解决或获得新的知识。对于激发学生的学习兴趣、拓展学生的思维、提升教学质量都有极大的促进作用。因此,在化学课堂教学中,教师要帮助学生学会根据现有知识,通过比较分析、抽象概括和归纳演绎等推理形式进行证实和证伪,培养运用证据进行推理的能力。
一、创设问题情境,促进学生形成寻证意识
问题是思维的起点,是证据推理培养的阶梯和载体。科学探究的本质就是倡导“以事实为依据,对发现的问题进行解释”。问题解决就是寻找“证据”进行逻辑推理的过程。在课堂教学中,以问题为载体,使学生从未知达到已知的认识过程,通过证据进行推理,推测新情境下的化学现象产生的原因,使化学现象得以解释。
如:铁及其化合物知识中Fe2+转化为Fe3+的探究学习,教材中明确指出铁与较强氧化剂(如氯气、双氧水等)生成三价铁的化合物,并且常遇到Fe2+与双氧水反应生成Fe3+的内容,我在教学中用约6%的过氧化氢溶液加入FeCl2溶液中,结果观察到有大量的气泡迅速产生(这是意料之外的),滴加KSCN溶液变红,证明有Fe3+生成。面对意料之外的现象,引导学生不放弃找证据进行推理分析。设计问题:产生的气体中什么?如何证明?原理是什么?在教师的引导下,设计了一系列的实验方案,在寻找证据的过程中,不断形成认识上的冲突,获取、整合信息,获得科学的探究方法。
在高中化学学习的过程中,不但要强调学生对知识的储备,更重要的是培养学生关注事实,潜移默化地重视证据,不轻易下结论,搜寻、推导出充足的证据链再去判断。形成证据意识不但可以活化学生思维,也可加强学生求实、严谨精神,把讲证据作为化学学习的新型方式。
二、重视化学实验,培养学生证据分析能力
化学实验是化学探究的重要手段,能使学生通过实验验证或取得结论,更重要的是培养学生一种探究的能力,一种科学的精神,一种尊重事实的态度,一种科学研究方法的领悟。实验蕴含了丰富的感性知识和学生们的过程体验,引导学生做全面的观察,及时记录并尝试分析现象与导致原因的关系,对出现的异常情况不回避不放弃,学习多角度的搜寻证据,探寻其中的关系。不能只满足于找到某一个证据或得出一个科学结论,就宣告本实验完成,要培养学生寻求更多证据的意识,证据多样化恰恰是结论准确、完整的前提。
如:在钠的氧化物的性质教学时,学生普遍认为:钠的氧化物(氧化钠、过氧化钠)与水反应后所得溶液显碱性,滴加酚酞试剂显红色,对此结论从不会产生怀疑。但氧化钠与水反应后的溶液遇到酚酞试剂后,产生了先变红后褪为无色的现象。当学生看到这一实验现象时十分不理解(与自己现有的知识冲突),事实上酚酞是有机物,其溶液呈弱酸性,在pH高于8.2的碱性溶液中结构会被破坏,而生成羧酸盐,变成了无色,因此在上述反应中当生成的氢氧化钠溶液这pH超过8.2时溶液就会变成无色。少量的过氧化钠与水反应后的溶液也出现同样的先变红后褪现象,且褪色更快,猜想可能是氢氧化钠浓度过大造成的,也可能是反应过程中生成的过氧化氢(具有强氧化漂白性)所致。那么是由于NaOH溶液浓度过大,H2O2起漂白作用、还是两者共同作用使之褪色呢?学生在实验过程中非常认真仔细,利用所学知识设计了几个实验(采用控制变量法设计实验),进行了探究。
在教学过程中,立足教材,设计真实的情境与探究空间,在实践中使学生学会假设,学会证实或证伪,学会分析,培养学生严密的逻辑思维和证据推理能力,促进学生养成证据推理的核心素养。
三、凸显证据推理,提升学生证据推理能力
要提高学生的推理能力,首先要让学生明确要面对的问题,这是推理的前提和出发点。化学问题的设置要遵循化学学科的特点,提出有意义的问题,有助于解决问题的假设,能结合各种化学史实、实验探究等化学证据对提出的问题进行有的放矢的探索,实现知识的升华。
如:对苯分子结构的探究教学片段
问题提出:苯分子组成探究
化学史证:法拉第花了多年从煤油中提取并对苯作了较多的研究,他得出这种液体由碳氢两种元素组成,测出苯中碳氢元素质量比为12:1,法国化学家热拉尔等人在法拉第研究的基础上,测量了苯的相对原子质量为78,苯分子组成为C6H6。
实验证据:苯不能使酸性高锰酸钾溶液和溴水因发生反应而褪色。
结论:C6H6中不含碳碳不饱和键
问题假设:C6H6中通过形成碳环来满足不饱和度?
化学史证:凯库勒梦中发现并提出了苯的环状结构。
实验事实:①苯在特殊条件下可与氢发生加成反应:
C6H6+3H2→C6H12
②苯与液溴在铁粉催化下发生取代反应:C6H6+Br2→C6H5Br+HBr
结论:凯库勒在1866年发表的“关于芳香族化合物的研究”一文中,提出两个假说:①苯的6个碳原子形成环状闭链,即平面六边形。②各碳原子之间存在单双键交替是不断在变化迁移的。
新证据:①1935年詹姆斯经X射线衍射法,证实苯分子平面正六边形(6个碳原子、6个氢原子均在同一平面上,各个键角都是120°),并测得苯分子中的碳碳键长是介于碳碳单键与碳碳双键之间。每个碳原子都有形成三个σ键,6个碳原子共同形成了一个6原子共同使用6电子的特殊化学键,称为π键。
②扫描隧道显微镜(STM)下拍摄的苯的图像(右图)
③氢核磁共振谱图只有一种峰。
总结:苯结构中6个碳原子和6个氢原子组成平面正六边形,所有的碳碳键都相同,是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊化学键。
通过对苯分子结构研究的史实过程,引导学生发现问题,通过证据链的推导进而解决问题。使学生亲身感受科学家严谨的治学态度和对真理不断追求的执着精神,培养学生证据推理的能力,同时也使学生形成了严谨求实的科学态度,崇尚科学,不怕困难,勇往向前的科学精神。
总之,“证据推理”的化学课堂教学,能让学生真正参与知识的形成过程,学习寻找证据、分析证据、使用证据,获得新知,使新旧知识融为一体,不但要知其然,还要通过证据推理知其所以然。这样的教学有助于提升学生的思维能力,增强学生的知识深度,同时也促进了学生学习方式的根本性改变,提高了学生的学习乐趣,活跃课堂气氛,促使学生主动学习,从而获得学科素养全方位提升。
参考文献:
[1]杜开颜.高三化学教学中“证据推理”素养的培养路径.福建基础教育研究,2020.5
[2]邵永平.基于证据意识的初中化学教学探索[J].中学化学教学参考,2016(10):4-6
[3]喻平发展学生学科素养的教学目标与策略,课程.教材.教法,2017.1
关键词:证据推理;学科素养;寻证意识
“证据推理”对应的学科素养就表现为依据相关事实或材料推出新的判断或结论,从而实现问题的解决或获得新的知识。对于激发学生的学习兴趣、拓展学生的思维、提升教学质量都有极大的促进作用。因此,在化学课堂教学中,教师要帮助学生学会根据现有知识,通过比较分析、抽象概括和归纳演绎等推理形式进行证实和证伪,培养运用证据进行推理的能力。
一、创设问题情境,促进学生形成寻证意识
问题是思维的起点,是证据推理培养的阶梯和载体。科学探究的本质就是倡导“以事实为依据,对发现的问题进行解释”。问题解决就是寻找“证据”进行逻辑推理的过程。在课堂教学中,以问题为载体,使学生从未知达到已知的认识过程,通过证据进行推理,推测新情境下的化学现象产生的原因,使化学现象得以解释。
如:铁及其化合物知识中Fe2+转化为Fe3+的探究学习,教材中明确指出铁与较强氧化剂(如氯气、双氧水等)生成三价铁的化合物,并且常遇到Fe2+与双氧水反应生成Fe3+的内容,我在教学中用约6%的过氧化氢溶液加入FeCl2溶液中,结果观察到有大量的气泡迅速产生(这是意料之外的),滴加KSCN溶液变红,证明有Fe3+生成。面对意料之外的现象,引导学生不放弃找证据进行推理分析。设计问题:产生的气体中什么?如何证明?原理是什么?在教师的引导下,设计了一系列的实验方案,在寻找证据的过程中,不断形成认识上的冲突,获取、整合信息,获得科学的探究方法。
在高中化学学习的过程中,不但要强调学生对知识的储备,更重要的是培养学生关注事实,潜移默化地重视证据,不轻易下结论,搜寻、推导出充足的证据链再去判断。形成证据意识不但可以活化学生思维,也可加强学生求实、严谨精神,把讲证据作为化学学习的新型方式。
二、重视化学实验,培养学生证据分析能力
化学实验是化学探究的重要手段,能使学生通过实验验证或取得结论,更重要的是培养学生一种探究的能力,一种科学的精神,一种尊重事实的态度,一种科学研究方法的领悟。实验蕴含了丰富的感性知识和学生们的过程体验,引导学生做全面的观察,及时记录并尝试分析现象与导致原因的关系,对出现的异常情况不回避不放弃,学习多角度的搜寻证据,探寻其中的关系。不能只满足于找到某一个证据或得出一个科学结论,就宣告本实验完成,要培养学生寻求更多证据的意识,证据多样化恰恰是结论准确、完整的前提。
如:在钠的氧化物的性质教学时,学生普遍认为:钠的氧化物(氧化钠、过氧化钠)与水反应后所得溶液显碱性,滴加酚酞试剂显红色,对此结论从不会产生怀疑。但氧化钠与水反应后的溶液遇到酚酞试剂后,产生了先变红后褪为无色的现象。当学生看到这一实验现象时十分不理解(与自己现有的知识冲突),事实上酚酞是有机物,其溶液呈弱酸性,在pH高于8.2的碱性溶液中结构会被破坏,而生成羧酸盐,变成了无色,因此在上述反应中当生成的氢氧化钠溶液这pH超过8.2时溶液就会变成无色。少量的过氧化钠与水反应后的溶液也出现同样的先变红后褪现象,且褪色更快,猜想可能是氢氧化钠浓度过大造成的,也可能是反应过程中生成的过氧化氢(具有强氧化漂白性)所致。那么是由于NaOH溶液浓度过大,H2O2起漂白作用、还是两者共同作用使之褪色呢?学生在实验过程中非常认真仔细,利用所学知识设计了几个实验(采用控制变量法设计实验),进行了探究。
在教学过程中,立足教材,设计真实的情境与探究空间,在实践中使学生学会假设,学会证实或证伪,学会分析,培养学生严密的逻辑思维和证据推理能力,促进学生养成证据推理的核心素养。
三、凸显证据推理,提升学生证据推理能力
要提高学生的推理能力,首先要让学生明确要面对的问题,这是推理的前提和出发点。化学问题的设置要遵循化学学科的特点,提出有意义的问题,有助于解决问题的假设,能结合各种化学史实、实验探究等化学证据对提出的问题进行有的放矢的探索,实现知识的升华。
如:对苯分子结构的探究教学片段
问题提出:苯分子组成探究
化学史证:法拉第花了多年从煤油中提取并对苯作了较多的研究,他得出这种液体由碳氢两种元素组成,测出苯中碳氢元素质量比为12:1,法国化学家热拉尔等人在法拉第研究的基础上,测量了苯的相对原子质量为78,苯分子组成为C6H6。
实验证据:苯不能使酸性高锰酸钾溶液和溴水因发生反应而褪色。
结论:C6H6中不含碳碳不饱和键
问题假设:C6H6中通过形成碳环来满足不饱和度?
化学史证:凯库勒梦中发现并提出了苯的环状结构。
实验事实:①苯在特殊条件下可与氢发生加成反应:
C6H6+3H2→C6H12
②苯与液溴在铁粉催化下发生取代反应:C6H6+Br2→C6H5Br+HBr
结论:凯库勒在1866年发表的“关于芳香族化合物的研究”一文中,提出两个假说:①苯的6个碳原子形成环状闭链,即平面六边形。②各碳原子之间存在单双键交替是不断在变化迁移的。
新证据:①1935年詹姆斯经X射线衍射法,证实苯分子平面正六边形(6个碳原子、6个氢原子均在同一平面上,各个键角都是120°),并测得苯分子中的碳碳键长是介于碳碳单键与碳碳双键之间。每个碳原子都有形成三个σ键,6个碳原子共同形成了一个6原子共同使用6电子的特殊化学键,称为π键。
②扫描隧道显微镜(STM)下拍摄的苯的图像(右图)
③氢核磁共振谱图只有一种峰。
总结:苯结构中6个碳原子和6个氢原子组成平面正六边形,所有的碳碳键都相同,是一种介于碳碳单键与碳碳双键之间的特殊化学键。
通过对苯分子结构研究的史实过程,引导学生发现问题,通过证据链的推导进而解决问题。使学生亲身感受科学家严谨的治学态度和对真理不断追求的执着精神,培养学生证据推理的能力,同时也使学生形成了严谨求实的科学态度,崇尚科学,不怕困难,勇往向前的科学精神。
总之,“证据推理”的化学课堂教学,能让学生真正参与知识的形成过程,学习寻找证据、分析证据、使用证据,获得新知,使新旧知识融为一体,不但要知其然,还要通过证据推理知其所以然。这样的教学有助于提升学生的思维能力,增强学生的知识深度,同时也促进了学生学习方式的根本性改变,提高了学生的学习乐趣,活跃课堂气氛,促使学生主动学习,从而获得学科素养全方位提升。
参考文献:
[1]杜开颜.高三化学教学中“证据推理”素养的培养路径.福建基础教育研究,2020.5
[2]邵永平.基于证据意识的初中化学教学探索[J].中学化学教学参考,2016(10):4-6
[3]喻平发展学生学科素养的教学目标与策略,课程.教材.教法,2017.1