多维度收集证据,建构与发展认知模型

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  摘  要:“证据推理与模型认知”,也是化学教学的重心。在复习课中,从不同维度寻找解决问题的证据,进而建构认知模型并不断完善认知模型,有利于知识体系结构化。在以“证据推理与模型认知”素养为基本线索的教学过程中,其他化学学科核心素养也得以发展。
  关键词:证据推理;建构;复习课
  发展学生核心素养,在新课程教育教学改革中占据重要的地位。将证据推理和模型认知融入到化学课堂教学活动中,进而内化为一种学习方式,是培养学生化学学科核心素养的重要途径,也是化学教学的重心。为此,以“真假白银”为主题的《金属的性质及其应用》专题复习课为例,谈谈在初中化学课堂教学中发展证据推理与模型认知素养的实践与探索。
  一、从物质及其变化的事实中提取证据,建构宏观认知模型
  引导学生在更宽广的学科背景下认识物质及其变化的规律,有利于发展学生的科学素养。在教学实践中引导学生收集相关的信息,从信息中提取关联证据从而解决问题。不仅可以提高学生信息收集与处理能力,也使学生充分认识化学科学的价值。
  如:在上“真假白银”为主题的专题复习课的课前,引导学生收集纯银及白铜的相关信息并在课堂上加以分享。学生收集到如下重要信息:纯银和白铜的组成;纯银与白铜在色泽上的差异性及其原因;白铜的分类及其各自的性质差异以及工业上对应的重要用途。基于以上信息经过逻辑推理讨论和关联思考,从物理性质视角和化学性质视角总结出了金属的共性及差异性,并对镍的性质提出猜想,设计实验方案,最后得出结论:镍是位于氢前面的金属。并基于此性质设计出鉴别纯银和普通白铜的方法。
  学生通过收集及处理信息、实验探究和解决问题的学习环节,逐渐建构起宏观认识金属的认知模型,如下:
  金属四个维度:用途、表征、结构、性质,其中性质包括物理性质和化学性质。物理性质维度包括:金属光泽、熔点、硬度、密度、导电性、导热性、延展性等。化学性质维度包括:与氧气反应生成金属氧化物;与酸反应生成盐和氢气;与盐反应生成新金属单质和新盐。
  建构模型的基础上,引导学生依据模型重新认识金属镍以及其它常见金属,进而归纳复习有关金属的性质及应用。
  二、从宏观和微观结合上收集证据,建构微观认知模型
  “宏观辨识与微观探析”是化学学科核心素养之一,要求学生从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的观念,从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。在此基础上,建构起微观认知模型。
  如:镍与盐酸反应,溶液颜色由无色变为绿色。教师引导学生结合实验现象分析反应前后溶液中存在的离子种类的变化,从而得出镍与酸反应的微观实质是镍原子变为镍离子,同时氢离子变为氢分子。在这个过程中,镍原子失去电子,氢离子得到电子。在此基础上,教师引导学生自主分析镍与盐溶液的反应,评价学生微观认识化学变化的认知水平。最后建构起金属在化学变化过程中的一般微观认知模型。
  反应条件:与金属活泼性相关;宏观:金属单质与氧气反应生成盐(金属氧化物)等;
  微观:金属原子失去电子生成金属阳离子。
  三、从定性与定量结合上收集证据,完善问题解决的认知模型
  化学分析法是以化学实验为基础的一类分析方法,包括定性分析和定量分析。定性分析法就是对研究对象进行“质”的方面的分析,定量分析法是指为了深入了解物质和自然现象的量的特征,揭露各因素之间的数量关系。借助定性研究确定所要研究的现象的性质,借助定性研究确定现象发生质变的数量界限和引起质变的原因。定性研究与定量研究配合使用,可以解释若干初中化学问题,从而完善有关问题解决的认知模型。
  例如:学生利用与酸反应的宏观现象,从定性分析的角度鉴别出银和普通白铜。在此基础上,教师引导学生进一步认识复杂白铜的名称和性质与其成分多少的关联性质,如:铁白铜中铁的加入量不超过2%以防腐蚀开裂,其特点是强度高,抗腐蚀特别是抗流动海水腐蚀的能力可明显提高,学生体会定量分析的重要性。教师设计两个教学任务:设计测定普通白铜中镍含量的实验方案;如何从定量分析的角度鉴别镍和铁。最后教师引导学生一起讨论金属与酸反应生成氢气的定量问题,培养了学生多角度寻找证据的意识。
  四、从物质类别及其反应的不同特征寻找充分的证据,反思建構模型的局限性
  运用分类的思想对复杂的物质及其性质进行学习,符合学生的认知规律。引导学生从物质类别及其反应的不同特征寻找证据,能够帮助学生更准确地把握物质的内涵,提高学生的科学素,从而反思建构模型的局限性。
  分类思想的建构与应用是一类物质复习的基本线索。在本专题复习时,基于金属的活泼性将金属分为两类:表氢前面的金属和氢后面的金属;另基于应用维度又将金属分为纯金属和合金。分类学习的中,认识到同一类物质的共性,同时也认识到物质的差异性。基于分类思想对金属的全面认识,学生发现上述模型有其局限性,如:铂和金很难与氧气反应生成对应的氧化物,难与盐溶液反应生成新盐;极活泼类金属钾、钠、钙不能与盐溶液发生类似上述模型中的反应。从而反思建构模型的局限,认识到认知模型的相对合理性。所以学习化学时既要掌握物质变化的一般规律,同时又不忽视变化规律中的特殊性,学会以全面认识事物的科学态度反思建构的认知模型。
  就金属而言,其相关知识分散在上、下册教材中的多个章节,因此本专题复习既要建构结构化知识体系,还应注重关键性能力的提升,还需要在复习课教学过程中加强学生化学科学核心素养的发展。在初中化学后期专题复习的过程中,注重化学学科核心素养的发展,不仅有利于学科核心知识体系的建构,也有利于学生形成关键性能力。
  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).人民教育出版社,2018:1-1
  [2]沈兆刚.基于证据的推理:内涵、意义及培养路径[J].化学教育(中英文),2019,40(15):48-52.
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