培养学生证据意识的化学教学策略

      中国学生发展核心素养对科学精神素养提出如下要求：“尊重事实和证据，有实证意识。”[1]其中包含了对学生证据意识的要求。在心理学中，意识指人的认识活动，所谓“意识到”，也就是“认识到”。意识既是一种认识形式，也是一种反映形式。证据意识指学生在学习过程中对证据的作用和价值的一种觉醒和知晓的心理状态，是学生在面对学习问题和说服他人时重视证据并自觉运用证据的心理觉悟，包括收取、保存和运用证据的意识。[2]

      新版普通高中物理和生物学课程标准都在科学思维素养中提出了尊重事实和证据的要求，化学课程标准更是在证据推理与模型认知素养中明确提出“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”[3]。强调证据意识，是因为科学结论大都是建立在一定的证据基础之上的。帮助学生树立证据意识，既是对科学结论的尊重，又能使他们保持对结论的谨慎态度，还有助于培养他们的质疑精神，让他们学会凡事“讲证据”。在这样的课堂文化影响下，学生能更好地体悟科学知识是有“理”的。

      一、辨析结论与证据，唤醒证据为本意识

      证据就是证明的依据，是人们在从未知达到已知的认识过程中用来推理的材料。在化学学科中，证据已经成为一个专业术语，即在探究活动过程中用来验证猜想是否科学的事实性材料，包括科学史料、实验现象、生活现象、调查数据等。对证据进行严格的推理以得出新的结论，既有利于学生理解和记忆推理结果，又有利于培养他们的逻辑思维能力。培养学生的证据意识，首先要使他们明确什么是结论、什么是证据、什么是推理，以及三者之间的逻辑关系如何（见图1）[4]。

      

      所谓结论，是通过推理得出的结果，是对事物作出的总结性判断。它是一种肯定或否定某种事物的存在，或指明某种事物是否具有某种属性的陈述。[4]结论多表现为化学实验事实、化学基本概念、化学基本规律、化学基本观念、化学实验操作、科学学习方法等，如“氯气与铜在点燃条件下反应生成氯化铜”“氯化氢溶于水后发生电离”“有离子参加的化学反应称为离子反应”“元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物酸性越强”等。可以看出，结论多表现为教材上的知识点，也就是所谓的“考点”。要唤醒证据为本意识，应引导学生从“为什么”“怎么样”“如何检验”“如何证明”等角度思考如何得出结论，由此使学生萌发收集证据的意识。例如，要得出“氯气与铜在点燃条件下反应生成氯化铜”的结论，教师可以引导学生思考“如何检验反应生成物是氯化铜而非氯化亚铜”，使他们利用实验收集“反应的产物能溶于水且其水溶液呈蓝色”的证据，由此得出结论。化学教学中得出结论的方法主要包括比较、分类、归纳、概括和体验等。

      二、史实再现与体验，渗透证据加工范式

      科学史实际上就是科学研究的证据线，教材编者在设计教材整体框架时已经充分考虑了科学史的融入。教学中，应借助化学史上的理论分析与实验探究，为学生树立典范，让他们感悟、体验科学家在提出问题到解决问题的过程中展现出来的智慧，领略科学家追求真理的严谨态度和不懈探索的科研作风。

      例如，对于“原子结构”的教学，可以根据化学史梳理出一条围绕“原子结构模型”这一核心概念和“原子结构模型是如何变化的”这一核心问题的认识主线。认识主线上的每个内容节点都有重要的实验证据作为支撑，由此形成的证据主线展现出原子结构模型的发展是“讲证据”的（见图2）。又如，对于“化学能与电能”的教学，可以再现伏打还原伽伐尼“解剖青蛙实验”的历史，利用控制变量、对比等实验方法获得关键证据，由此说明青蛙腿的痉挛并不是由其自身造成的，而是由两种不同的金属同时接触蛙腿造成的，从而确定“动物电”是不存在的。[6]当然，受特定历史时期科学理论和实验条件的限制，早期科学家的研究结论可能会被不断推翻。这也正反映出随着科学和技术的进步，人类对物质世界及其变化的认识会更加接近真实。前期的错误结论被否定或修正，正是“求真”精神在科学研究过程中的体现。

      三、开展猜想与假设，拓宽证据收集广度

      “假设—检验”的论证框架认为，科学家的思考是从提出假设开始的，而假设需要通过实验来检验，这一过程就是一种论证。科学探究能帮助学生澄清自己的固有认识，修正自身在认识、判断上的不足。[7]在探究过程中充分开展科学论证，鼓励学生评价相异观点，对现象进行多样化的假设和解释，能提升学生建构科学观点和形成科学态度的可能性，帮助他们养成怀疑意识，发展理性思维和批判性思维。

      例如，大多数关于氯气性质的教学都是直接给出氯气能和非金属单质、酸、盐等物质发生反应。对于学生来说，这只是一种浅层次的学习。为了培养学生的证据意识，教师应让学生思考以下问题：氯气可能具有哪些化学性质？能与哪些物质发生反应？可能生成什么产物？会观察到什么现象？学生可以根据氯气所属的物质类别来初步猜想其化学性质。例如，氯气和氧气一样都是非金属单质，根据氧气的化学性质，可以初步预测氯气能与哪些类别的物质发生反应。至于预测是否准确，则要以实验事实为准。以“铁在氯气中燃烧会生成什么物质”这一问题为例，可以结合铁有+2、+3两种化合价，猜想产物可能为。相比直接进行实验，上述猜想与假设的过程有助于学生掌握根据物质类别及元素化合价来预测物质化学性质的程序与方法。