基于案例的构建“证据推理”学科素养的研究

基于案例的构建“证据推理”学科素养的研究

张碧芬

广州市海珠外国语实验中学附属学校     

摘  要：纵观近几年的中考试卷可知，“证据推理能力”是“化学学科基本思想和基本方法”中一个非常重要的组成部分，所占分值比重较大。本文主要通过浙教版的《科学》七年级第四章《物质的构成》的课例来阐明构建“证据推理”学科素养的基本框架，然后再结合本人的课例人教版九年级第三单元《原子的结构》来分析如何在课堂上建构“证据推理”学科素养，最后归纳出建构“证据推理”的教学模式。

关键字：证据推理；学科素养；案例分析；教学模式

一．学科核心素养——“证据推理”

近年来，学科能力和素养成为国际和国内基础教育领域共同关注的热点。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。化学学科核心素养包括“宏观辨积与微观探析”、“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”、“科学态度与社会责任”5个方面[12-16]。    

其中“证据推理与模型认知”指的是：“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪;建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。”

纵观这两年的中考卷可以发现，“证据推理能力”是“化学学科基本思想和基本方法”中一个非常重要的组成部分，所占的分值也占了总卷面的10%，如2019年广州市中考化学卷的第29题（见图1）。                             

二．基于案例的构建“证据推理”学科素养的基本框架

学科素养是学生经过学科学习逐渐形成的，面对陌生不确定的问题情境所表现出的关键能力和必备品格，对应知识经验的迁移创新能力表现水平，因此并不是一朝一夕能够形成的。那么该在课堂上培养“证据推理”的学科素养？在本次“基于核心素养的培训”活动中，我有幸听了杭州市第二中学的周校长的七年级科学第四章《物质的构成》，受益匪浅。首先，浙教版的《科学》与我们目前使用的人教版《化学》有较大的差距，上图是七年级上册《科学》的主要编排（图2），从图中可以看出《物质的构成》是七年级上册的内容，《科学》综合了地理、生物、物理和化学的内容，而七年级涉及到化学的部分就是这个课题。

周校长在上课前，给了学生一张学案，乍一看这一份学案，我大吃了一惊，为何呢？请看周校的学案（见图3），跟我们平时用的学案不一样的地方就在于这种学案是一种“空白”的学案，那么学生在这样一种空白学案上，可以碰撞出怎样的火花呢？

带着极大的疑问，进入了周校的课堂。首先，周校提出一个问题：“世界是由物质所构成的，那么物质是由什么构成的？请同学们提出自己的猜测，但猜测不是瞎猜，要有支撑的理论依据。”问题抛出后，学生的反应非常的积极，争先恐后地发表自己的看法，大致可以分为以下几类：

猜测                        依据

1. 类似细胞样的细小颗粒        生物课上学习过细胞是组成物质的最小单元
2. 很小很小的颗粒                   生物上可以用显微镜看到肉眼看不到的东西
3. 分子                         可以通过扫描隧道显微镜来看到

.......                                   ..............

     在这个环节中，学生充分发挥自己的想象，但是这个想象并不是天马行空的，因为周校明确了要求：必须有依据。因此学生会充分结合自己生活中的经验和以往学习的知识来进行猜想，并且学生讨论得很激烈，大家都迫不急待地表达自己的想法。可见，这就是在课堂上培养学生“证据推理”学科素养一个很重要的做法，首先要给学生明确的要求，猜想并不是乱想，应该是有理有据的猜想；然后要不断地在各种能够创造学生猜想的机会上大胆地让学生尝试，逐渐形成表达自己的意愿和习惯，在周校课堂上呈现出来学生踊跃发言的现象并不是一朝一夕可以形成的，必然是平时有大量的练习机会才能够形成的习惯。

接着，猜想过后，周校总结了学生的想法，然后，提供一些实验素材，通过阅读课本（见图4），学生自行设计实验来验证自己的猜想。在这个环节中，学生通过小组合作，对桌面上的“蔗糖”用一些方法不断地进行分解，直到用水溶解蔗糖后发现蔗糖的颗粒消失了。此时，老师的角色是观察者，适时对学生进行一些点评，同时老师将学生的实验过程用课堂上的一体机现场直播到大屏幕中，让全班同学一起分享。在每展示一组学生的实验时，就

请该学生描述实验的步骤以及可以得出的相应的结论。最后师生共同得出实验的过程和结论：

这个过程就是培养“证据推理”能力的另一个重要环节，让学生学会对自己的有依据的猜想进行设计实验，并且从相关的实验现象得出相应的结论，这个结论可以证“实”，同样也可以证“伪”，因此猜想不一定跟事实是相符合的，这才是真正意义上的“猜想”。

三．课堂上构建“证据推理”学科素养的案例分析

受周校这节课的启发，我深深地对自己平时的教学进行了反思。其中，最近在教学到人教版九年级第三单元《原子的结构》这个课题时，我发现学生掌握得并不好，于是我课后与几位同学进行了交谈，以下是交谈的主要内容：

师：学完了《原子的结构》这节课的内容，你理解的原子是怎么样的？

生：圆的...球形的...里面有原子核和核外电子...原子核在正中间...电子在不断运动...

师：为什么你会觉得原子是圆的或者是球形的？

生：因为课本上的图是圆的/球形的...

于是，我陷入了深深的反思：为何学生在学完本课题后依然会有这种认知上的错误？原来，这主要是两方面的原因：学生的“前认知”和“知识呈现方式”。学生学习本课题主要的困难是缺乏微观想象力，对原子构成粒子的种类、带电量和电性主要靠记忆，同时在物理课上，“电荷”概念的引入和学习是从原子构成开始的，物理课上没有学生认知的完整的建构过程，但又呈现了原子构成的部分内容，这样使得学生的认知是片面的，似懂非懂，而且容易出现“先入为主”的认知观。

基于这样的考虑，我对本课题的呈现方式进行了改进。首先，我要了解学生的“前认知”，在前面周校的课堂上，周校是通过上课时学生通过“有依据的猜想”来了解学生的前认知，这种方式对于层次较好的学生而言，是锻炼“证据推理”非常好的机会，但考虑到本校学生的层次较差，因此我采取了另一种方法。在课前，学生事先完成一张调查问卷，问卷内容如下（见图5）。通过这样的调查，发现学生有非常多的想法（见图6）

在这个调查的过程中，就是培养“证据推理”学科素养的第一步，让学生充分挖掘自己的前认知，提出有理有据的“猜想”，在上课的时候，让个别学生回答他们作出猜想的依据，初步形成“证据意识”。

接着是“证据推理”的第二步：收集证据来证“实”或证“伪”。这个课题是理论课，因此不可能通过实验来验证，此时我采用的方法是通过科学家发现“原子构成”的科学史来一步步对猜想进行证“实”或证“伪”。以下是教学片断：

【师】我们来看看科学家对原子结构探索的历程。

1803年，英国的科学家道尔顿认为物质是由原子构成的，解决了当时很多悬而未决的问题；同时认为原子是实心球体，有不可分割性，建立了“道尔顿原子模型”。这与大部分同学的想法是一致的。

后来，原子是实心球体，有不可分割性的观点受到了挑战。

【师】1897年，英国科学家汤姆生发现原子中存在电子。他认为原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好像一块“葡萄干布丁”，故名“枣糕模型”。 这跟某些同学的想法有点相似。

这个模型让人们认识到原子的可分性，不再是一个实心球体，而是有一定内部结构的。

 【师】1911年，英国科学家卢瑟福用一束带正电荷的α粒子轰击金箔时，观察到以下现象，请观看视频。（插播视频）

描述现象：

1.大多数α粒子能穿透金箔，而且不改变原来前进的方向。

2.有小部分α粒子改变了原来的运动路径。

3.有极少的α粒子被反弹了回来。

【思考】你能解释这些现象吗？

【分析】由第1个现象说明原子内部有很大的空间，并不是实心的。

由第2、第3个现象可推测α粒子碰到了不可穿透的坚硬质点，说明原子中有一个很小的核。

【讲述】卢瑟福根据这个实验，提出原子结构的“行星模型”：原子的大部分体积是空的，电子围绕着带正电荷的很小的原子核运转。这为人们进一步认识原子结构作出了贡献。其中这个想法与个别同学的想法是一致的。

【过渡】现代科学已经知道了原子的构成。现在我们来看原子的构成示意图。

【思考】你可以从中获得关于原子构成的哪些信息呢？（以下是部分学生的回答）

学生1：

学生2：

学生3：

学生4：

学生5：

讲述科学家对原子结构探索的历程，再有机地与学生的猜想结合，发现学生的思维与科学家的思维方式很吻合，符合认识事物的基本规律，使得学生在这个过程中不断地产生认知冲突，然后不断完善知识，这样对“原子构成”的认知是循序渐进的，而不是“填鸭式”的灌输。这个过程就是“证据推理”直关重要的一步：寻找证据对猜想进行验证。

四、总结与反思

知识只有变为自觉主动的认识角度和认识思路才能转化为学科能力和学科素养。因此构建“证据推理”学科素养，首先要在课堂上创造机会让学生思考和表达，然后再通过挖掘课本的素材让学生形成“寻找证据对于猜想进行验证”的思维方式，让知识变成自觉主动的认知思路，再逐渐转化为学科的素养。