基于“证据推理与模型认知”的实验活动设计　　.doc

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1、基于“证据推理与模型认知”的实验活动设计　　作者：胡巢生 作者简介：胡巢生，江苏省宿迁市钟吾国际学校，高级教师。原文出处：教育与装备研究内容提要：在认真分析义务教育化学课程标准（2011版）的基础上，尝试基于“证据推理与模型认知”的视角，设计了“定量研究石灰石中碳酸钙的含量”的实验活动，利用数字化实验作为证据推理的起点，从测定二氧化碳的体积入手，引领学生分析实验误差、设计并改进实验。从而建构并优化模型，以实现培育并发展学生的化学学科核心素养之目标。期刊代号：G37分类名称：中学化学教与学复印期号：2019年11期关键词：证据推理与模型认知 初中化学 定量研究 实验活动设计       一

2、、问题的提出      “证据推理与模型认知”是高中化学核心素养体系中的关键要素之一，是化学探究形成结论的思维方式。笔者认为，理解基于证据的推理是探究的核心。适合于初中化学“模型认知”应该是根据原型进行建模，其建构过程是“原型-模型-新型”。该过程将客观事物的原型抽象为认识论上的模型，通过对模型的研究，解释化学现象和规律，预测可能的性质、结果，并能展示自己对化学事实的理解和解释的能力，获得对客观事物原型的更加本质和深刻的认识[1]。而化学学习中的“证据推理”则可以看作是按照“基于证据的推理”的认知模型进行的认知过程，应该是解释证据与结论之间的关系，确定科学结论所需要的证据和寻找证据的途径

3、。      化学知识是化学核心素养形成的主载体，学科活动是学科核心素养形成的主路径，具有情境性、体验性、过程性和开放性的化学问题解决学习是培养学生化学核心素养的最有效途径。因此，作为学习方式，学生应能发现有意义的、值得探究的化学问题，形成假设，并用收集真实的、合理的、严谨的证据说明自己的观点，构建自己的逻辑推理，获得观点结论。而基于“证据推理与模型认知”的实验活动设计，应着眼于学生实验创新意识的培养，从知识循环、实践循环两个视角出发，通过选取基于真实问题的、贴近生活实际的、紧密结合课程知识的“情景素材”，设置“核心问题”、安排“学生活动”、落实“知识方法”，使学生养成能够满足特定现实需

4、求的相关能力和综合性品质[2]。这也要求教师应从单纯以学科知识体系为依据的路径，转向兼顾以促进学生核心素养的形成为依据的路径，也即转向能够最大程度促进和提升核心素养的那些知识。这对学生发展的价值更大、更明确、更有保障[3]（图1）。            二、教学流程      基于以上分析，笔者认真分析义务教育化学课程标准（2011年版）“课程资源的利用和开发建议”中的“山中之宝——石灰石”内容[4]，以数字化实验作为“证据推理”的起点，从实验原理、实验方案设计、装置的选择与优化等维度，提出了“定量研究石灰石中碳酸钙的含量”这一真实问题。从思维的起点开始，帮助学生发现有探究价值的化学问

5、题，让学生初步学会依据探究目的设计并优化实验方案，有效提高了学生通过实验探究解决与化学相关实际问题的能力和创新意识，促进了学生化学学习、科学思维和心智模型的改进。从而，循序渐进地构建化学模型，融合物质性质及其变化的规律知识与化学模型，以着力探索在初中化学课程教学中培养学生“证据推理与模型认知”能力的方法和途径。教学基本流程见图2。            三、教学过程      钙片和牙膏摩擦剂的主要成分都是碳酸钙，是由石灰石为原料制得的。我们以石灰石为原料，设计实验方案，测定其中碳酸钙的含量。      学生利用石灰石中碳酸钙的性质，针对化学反应生成的二氧化碳气体的不同处理方式，设计了四

6、套实验方案：①与稀盐酸反应，利用减重法测定反应体系在反应前后的质量差值，得出产二氧化碳的质量；②与稀盐酸反应，用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，利用增重法测定二氧化碳的质量；③与稀盐酸反应，测定产生二氧化碳的体积；④煅烧石灰石，测定反应前后固体质量的差值。      （一）以数字化实验作为证据的起点，演绎推理      数字化实验通过各种传感器采集实验数据，使实验现象规律可视化、实验过程数字化和结果呈现实时化，可以很好地揭示反应的实质，拓展学生对化学实验三个走向的认识——从传统走向现代、从静态走向动态、从定性走向定量[5]。从而激发学生的学习兴趣，促进学生概念认知发展，提高学生的图像表征能力，

7、以实现培育并发展学生的化学学科核心素养的目标。      笔者分别利用气压传感器测定相同时间内，等质量的颗粒状和粉末状石灰石与等体积、等浓度的稀盐酸反应时，体系内气压的变化情况（图3），再利用温度传感器探究粉末状石灰石与稀盐酸反应过程中温度的变化情况（图4）。                  通过对图像变化趋势和数据的分析得出，无论是从提高反应效率的角度，还是从让碳酸钙完全反应的角度，都应该选择粉末状的石灰石。同时，该反应是放热反