利用科學(xué)探究培養(yǎng)“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

摘要：“科學(xué)探究”是化學(xué)課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主陣地，“證據(jù)推理”離不開探究實驗課堂教學(xué)。如何在探究實驗課堂教學(xué)中落實新課標(biāo)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)目的？本文以新課標(biāo)課程內(nèi)容“物質(zhì)的化學(xué)變化”學(xué)生必做實驗及實踐活動“燃燒條件的探究”為課例，積極探索在課堂講解化學(xué)知識的同時，能夠充分利用探究實驗對培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進行了有效探索。關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)初中化學(xué)探究實驗課堂教學(xué)實驗探究和證據(jù)推理是提升學(xué)生認(rèn)知的重要方法，是學(xué)生通過自身經(jīng)歷獲取、解決化學(xué)有關(guān)問題的重要實踐活動，它對培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)具有非凡意義。因此，為了更好地推動新課標(biāo)落地，在課堂教學(xué)中積極開展科學(xué)探究實驗，培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，促進學(xué)生全面發(fā)展，必將以學(xué)科知識為核心?；瘜W(xué)學(xué)科課堂教學(xué)的特點是以科學(xué)探究實驗為主，學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)和提出有價值的問題，并提出自己的猜想與假設(shè)，從而依據(jù)科學(xué)探究實驗的目的，自主、合作、交流設(shè)計出可行性實驗方案。學(xué)生通過科學(xué)探究實驗、觀察現(xiàn)象、收集證據(jù)和推理，提高了學(xué)習(xí)興趣。利用“科學(xué)探究”提升學(xué)生的“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，已成為教師在化學(xué)課堂教學(xué)中所關(guān)注的焦點?！叭紵龡l件的探究”屬于《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）課程內(nèi)容中的學(xué)生必做實驗及實踐活動。筆者以“燃燒條件的探究”為例，淺析“科學(xué)探究”實驗課堂教學(xué)對初中學(xué)生進行“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。一、創(chuàng)設(shè)真實情境，作出合理假設(shè)真實情境是學(xué)生認(rèn)識的橋梁，是知識轉(zhuǎn)為核心素養(yǎng)的橋梁。真實、生動、直觀而又富有啟迪的學(xué)習(xí)情境，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。用真實情境引發(fā)學(xué)生的思考，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)核心概念，促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。這是構(gòu)成“證據(jù)推理”推理的第一環(huán)節(jié)。教學(xué)片段1：燃燒的條件是什么？[教師]：請一位同學(xué)到講臺，用玻璃棒蘸取少量老師已配制好的藥品，然后用玻璃棒去接觸酒精燈芯。同學(xué)觀看會產(chǎn)生什么現(xiàn)象。[學(xué)生]：酒精燈即被點燃，酒精燃燒有火焰。[教師]：火的使用是化學(xué)認(rèn)識的開端，人類在長期的觀察、實踐和探索中認(rèn)識了火。人類最早利用燃燒可追溯到遠(yuǎn)古時代，就會取火、用火（圖1）；現(xiàn)在燃燒對你來說確是非常熟悉的，每個家庭都需要利用燃燒做出美味可口的飯菜（圖2）；然而燃燒在現(xiàn)代科技領(lǐng)域又是一個深奧的問題，例如2023年杭州舉辦亞運會圣火的點燃有關(guān)鍵步驟設(shè)計以及如何利用燃燒將火箭送上太空這些都是我國科學(xué)家要攻克的難題（如圖3）。設(shè)計意圖：通過玻璃棒點燃酒精燈實驗和三幅與燃燒有關(guān)的圖片創(chuàng)設(shè)真實情境，讓學(xué)生感受到生活中利用燃燒化學(xué)知識的地方很多；同時也感受到祖國的繁榮富強，以及燃燒對促進人類社會發(fā)展的積極作用，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和探究欲得以激發(fā)；增進學(xué)生對“物質(zhì)的化學(xué)變化”這一概念的建構(gòu)和理解，發(fā)展了學(xué)生化學(xué)觀念和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。[教師]：課堂上老師做的炭、硫、鐵絲、鎂帶、等燃燒的實驗，結(jié)合日常生活中同學(xué)已接觸過燃燒，想一想，燃燒是化學(xué)變化還是物理變化？[學(xué)生]思考、交流、研討回答：燃燒是化學(xué)變化。[學(xué)生]：化學(xué)變化一般說都需要在一定的條件下才能發(fā)生。那么，燃燒需要哪些條件呢？[教師]：這位同學(xué)問得很好！物質(zhì)是否能隨時隨地都能發(fā)生燃燒？它需要滿足那些條件才能燃燒？以實驗小組為單位，依據(jù)已學(xué)過的知識和已有的生活經(jīng)驗，通過交流、討論后，提出你們實驗小組的假設(shè)。[學(xué)生]：各個實驗學(xué)習(xí)小組經(jīng)過討論、交流、整理，對燃燒應(yīng)具備的條件提出三種假設(shè)，如表1所示。設(shè)計意圖：假設(shè)是運用思維和豐富的想象，對所研究的對象進行初步推測。學(xué)生通過回顧課堂觀察物質(zhì)燃燒的現(xiàn)象，對燃燒所需要條件做出推測，為后續(xù)實驗等求證過程做好鋪墊。二、培養(yǎng)自主，設(shè)計實驗方案假設(shè)只是一種猜測，對問題的答案進行推測。之后，要根據(jù)自己的假設(shè)設(shè)計實驗，通過實驗證明假設(shè)的合理性。這也是科學(xué)探究培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)核心素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)片段2：依據(jù)假設(shè)，設(shè)計實驗方案筆者首先采用教材中的演示實驗，目的是讓學(xué)生在設(shè)計燃燒條件探究實驗時，能夠自主選擇合適的藥品和器材，設(shè)計出可行的實驗方案，從而提升學(xué)生思維的品質(zhì)。[教師]：在探究分解過氧化氫制取氧氣中需要控制變量而設(shè)置了對比實驗。你們在設(shè)計科學(xué)探究實驗需要考慮利用控制變量的方法探究燃燒需要的條件。[學(xué)生]：以實驗學(xué)習(xí)小組為單位交流探討，根據(jù)表1假設(shè)自行設(shè)計實驗方案，并將小組設(shè)計的實驗方案在班內(nèi)交流研討，對三種假設(shè)進行研討，選出最佳設(shè)計方案如表2所示。設(shè)計意圖：實驗是化學(xué)的“最高法庭”，實驗是化學(xué)教學(xué)中有效的“事件發(fā)生器”。以教材內(nèi)容“立點”，以實驗設(shè)計“立意”，老師積極引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，經(jīng)班級交流研討，形成實驗設(shè)計方案。在這一過程中強化了學(xué)生科學(xué)探究意識，促進了學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。三、合作探究，觀現(xiàn)象、集證據(jù)新課標(biāo)明確指出：義務(wù)教育階段的化學(xué)教育，要引導(dǎo)學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力；理解科學(xué)本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。探究實驗結(jié)論離不開收集到的證據(jù)，證據(jù)推理是研究問題的“魂”?！叭紵龡l件的探究”過程就是一個學(xué)生大膽假設(shè)、小心探究的過程。在這一過程中，學(xué)生利用收集到的證據(jù)來驗證自己的假設(shè)正確與否，不但學(xué)習(xí)到了化學(xué)知識、開拓了自己的思維，也學(xué)會了用觀察的方法和收集到證據(jù)來驗證自己的假設(shè)，自然形成尊重事實的科學(xué)態(tài)度。這也是培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)必要環(huán)節(jié)。教學(xué)片段3：分組探究，觀察實驗現(xiàn)象實驗小組根據(jù)本組設(shè)計方案進行實驗，通過觀察現(xiàn)象、收集證據(jù)進行論證，然后分享其他實驗小組觀察到的實驗現(xiàn)象和收集到的證據(jù)（如表3、表4、表5、圖4、圖5、圖6）。設(shè)計意圖：假設(shè)只是一種可能性，不一定是科學(xué)的，它需要經(jīng)過具體實驗操作，由觀察到的現(xiàn)象和收到的證據(jù)作為佐證，才能證明假設(shè)的真?zhèn)?。在分組實驗的過程中讓學(xué)生體會到科學(xué)探究實驗并不只是按照實驗設(shè)計方案進行簡單的操作，順理成章地得到想要的結(jié)論來驗證假設(shè)的成立，而是要用在實驗過程觀察到的現(xiàn)象和收集到的證據(jù)，再經(jīng)過大腦仔細(xì)分析得出合理結(jié)論作為佐證，并對現(xiàn)象、證據(jù)進行分析。四、師生互動，提煉升華教學(xué)片段4：總結(jié)概括，形成火“三角”[教師]：實驗小組通過實驗產(chǎn)生的現(xiàn)象和收集證據(jù)，進行深入討論交流、分析推理，你們得出怎樣的結(jié)論？[第一實驗小組]：我們認(rèn)為燃燒需要可燃物，如在相同條件下小木塊燃燒；玻璃塊不燃燒。[第二實驗小組]：可燃物燃燒需要氧氣，在相同條件下，白磷在80℃熱水中，若沒有通入氧氣，白磷只熔化而不燃燒；而在80℃熱水中通入氧氣白磷立即燃燒。[第三實驗小組]：可燃物燃燒需要一定的溫度，如相同條件下裹在未加水試管外壁的濾紙燃燒，而裹在加水試管外壁的濾紙始終沒有燃燒。[教師]：三個實驗小組根據(jù)實驗產(chǎn)生的現(xiàn)象分析得出燃燒條件的結(jié)論都是合情合理的。由此得出的結(jié)論是：[學(xué)生齊聲回答]：燃燒需要三個條件：（1）可燃物；（2）氧氣（或空氣）；（3）達(dá)到燃燒所需要的最低溫度（也叫著火點）。[教師]：那么，物質(zhì)燃燒這三個條件是同時具備還是具備其中之一呢？在實驗中同學(xué)已經(jīng)看到小木塊燃燒，玻璃不燃燒；在80℃熱水白磷只熔化不燃燒，在80℃熱水中通入氧氣白磷立即燃燒；裹在未加水試管外壁的濾紙燃燒，裹在加水試管外壁的濾紙始終沒有燃燒。這就足以證明燃燒三個條件要同時具備，缺一不可，只有同時滿足上述三個條件，物質(zhì)才可以燃燒。如果把每個條件看成一個等長線段，三個等長線段看成角形的一個邊，這樣就構(gòu)成一個等邊三角形構(gòu)成燃燒火三角模型（圖7）設(shè)計意圖：通過討論分析由同一實驗方案產(chǎn)生不同實驗現(xiàn)象，使學(xué)生對物質(zhì)的著火點、燃燒應(yīng)具備條件這個學(xué)習(xí)難點得以突破，順?biāo)浦鄣亟?gòu)了燃燒的火“三角”，從而達(dá)到利用科學(xué)探究培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。五、教學(xué)反思（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，探究實驗成為課堂教學(xué)主線化學(xué)可以給學(xué)生以知識，探究實驗可以給學(xué)生以智慧。學(xué)生通過自身實驗、觀察、收集證據(jù)、討論交流、分析論證、分享收獲等過程，實驗操作、語言表達(dá)、課后反思等能力都得以提高。只要教師能在課堂教學(xué)中讓科學(xué)探究實驗成為課堂主線，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)的主體地位就能得以實現(xiàn)，創(chuàng)新能力就能得以提升。（二）積極創(chuàng)設(shè)真實情境，彰顯學(xué)科養(yǎng)育人價值創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的目的是給學(xué)生一個針對本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容貼近實際的學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助學(xué)生深刻理解教學(xué)重點知識，能夠應(yīng)用新學(xué)的知識從化學(xué)的視野認(rèn)識周圍世界。本節(jié)課通過教師的演示實驗、學(xué)生的科學(xué)探究實驗、圖片展示等教學(xué)活動，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，彰顯了化學(xué)學(xué)科育人價值。（三）只有設(shè)計重“過程”，才能課堂教學(xué)易“生成”在