证据链：开启化学探究的“科学”之门

苗艳秋

摘要：素养为本的化学课堂更为关注科学探究。将“证据链”融入化学教学中，基于证据链设计问题导思，可以让科学探究的关键——启疑、猜想、验证、推理都有理有据，在真实而复杂的问题情境中促进知识“生根、发芽、开花、结果”，从而实现知识的自然生长，提升学生的化学核心素养。

关键词：证据链;化学教学;科学探究

文章编号：1008-0546（2019）01-0025-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.007

一、问题的提出

科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动 [1]。化学，作为一门基础科学，知识的习得依赖于科学探究。然而当前化学课堂中“证据缺位”现象普遍，导致探究“徒有其表、有形无神”。如何让化学探究更科学？笔者认为，将证据链融入科学探究中，将证据、问题、知识进行科学圆融，让推理和探究均有理有据，可以促进知识自然生长，提升化学素养。

二、基于证据链的高中化学教学模式建构

根据科学探究过程中的核心要素，即“提出问题和假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释或建构模型、形成结论及交流评价” [2]，笔者認为，基于证据链的化学教学在对某一个知识点的教学过程中遵循如下模式：

1.证据1：问题的孵化器

问题是思维驱动的催化剂，也是保证学生深层次参与的核心。课堂教学中，教师要提供证据，创设真实的问题情境，引发学生的认知冲突。源于生活的证据最直接，情理之中的生活常识却有意料之外的科学道理，这样的头脑风暴最能激发学生的探究欲望。

2.证据2：猜想的助产士

科学的猜想是获取科学知识必不可少的一步，学生猜想不是教师诱导和课前预习的产物，更不是凭空瞎猜、主观臆想，而是要有确凿的证据辅助。只有合理的猜想和假设才能让探究有科学意义。

3.证据3：探究的培养皿

获取证据，验证猜想，这是一个证实或证伪的过程，也是科学探究最为重要的一步，是学生不断触及知识本真的过程。化学学习中获取证据的最好方法是实验探究，通过实验方案的设计与优化、实验现象的观察与记录来获取直接证据，这是最有说服力的。

4.证据4：新知的建构梯

摆在眼前的事实证据，在经过科学地分析、严谨地推理之后，才能找到新旧知识的“衔接点”，新知识的建构才能顺理成章，水到渠成。这样获得的知识是思维碰撞孕育的产物，会根植入认知深处，不会轻易遗忘。

三、证据链在化学科学探究中的应用——以“氧化铝为两性氧化物”为例

1.启疑，让知识生根

（1）启在认知起点

新课程改革倡导“以学生为主体”，意味着课堂教学并非始于教师的备课，而应该从教师了解学生知道什么出发，让学生处于“课中央”。科学知识并非横空出现，学生的已有知识和日常生活经验早就埋下了“种子”，只要提供合适的土壤，这粒种子就会有发芽的欲望。

在“氧化铝是两性氧化物”的启疑过程中，教师首先提出这样的问题：如果将铝片放入硫酸铜溶液中，会出现什么现象？学生早就知道铝的活泼性比铜强，潜意识认为该问题非常简单，接着教师演示实验，并未出现预期的“有红色的铜析出”的现象，头脑中新知识的种子要萌动了。

（2）疑在思维痛点

孔子说过：“疑是思之始，学之端。”启疑的目的是引发认知冲突，刺激学生内在的学习动机，激发学生探究的欲望和热情。化学课堂中的每一个实验于学生而言都是新奇的，未知的。用实验的“神秘”引发头脑风暴，让思维“痛”一下，可以促进积极思维活动的产生。

在“氧化铝是两性氧化物”的启疑环节，教师用坩埚钳夹住一小块铝箔，在酒精灯上加热至熔化，轻轻晃动，观察到铝熔化但并不滴落，好像有一层膜兜着。据此提出问题：是什么物质兜住了熔化的铝？提供实验事实作为证据，让学生充分认识氧化铝的存在，那么氧化铝具有什么性质？对铝制品的使用造成什么影响？这样的问题自然冒出来，种子要生根了。

2.猜想，让知识发芽

（1）猜测要有理有据

著名科学家牛顿有句名言：“没有大胆的猜想，便不可能有伟大的发现和发明。”在科学发展的道路上，猜想和假说是通向真理的桥梁。折射到教学中，提出假设也是科学探究中至关重要的一步。

在“氧化铝是两性氧化物”的猜想环节，教师提供证据：①使用铝制高压锅后，应将食物及时取出，每次使用后应及时清洗擦干，以免残留的食物尤其是酸碱性物质腐蚀锅体。②清洗压力锅宜用热清水或热清水加清洁剂，不要用钢丝球等摩损性大的东西擦洗。 ③日常生活中，铝制品不宜长时间盛放咸菜等腌制食品。据此提出问题：你猜测氧化铝有什么性质？基于证据分析之后的猜想是深思熟虑的产物，是科学而理性的，也唯有这样的猜想是有科学意义的。

（2）设想要有深度和广度

如果只有浅层的“猜”而没有深层次的“想”，猜就失去了意义。心中有了假设之后，该设计什么样的方案、通过什么样的方法来验证是更为重要的事情。在化学教学中，实验是检验真理的最高法庭，设计、讨论并优化实验方案可以避免不科学的操作，让实验成为获取真实可信证据的方法。

在“氧化铝是两性氧化物”的猜想环节，教师在学生给出假设后提出这样的问题：怎样设计实验证明？预测出现什么现象可以证实你的假设？学生分组设计实验方案，并通过小组之间的交流评价，对方案不断加以优化，最终制定科学可行的方法。正是在与同伴合作的过程中，学生的盲点得以逐渐明晰，知识的种子得以发芽。

3.验证，让知识开花

（1）实验取证要精细精确

开花，是植物绽放最美姿态的过程，同样的，实验验证在知识建构过程中也有举足轻重的作用。知识开花需要汲取“营养”，自主获取的证据就是最肥沃的养分。化学是一门以实验为基础的科学，学生自己动手获取的证据是最客观的。

在“氧化铝是两性氧化物”的验证环节，教师提供仪器和所需试剂，让学生小组合作进行实验，并观察记录实验现象。教师对实验操作的规范性进行个别指导，帮助学生完成实验。通过各個小组代表的展示，让实验事实证据逐渐明晰。提出问题：你的猜测正确吗？实验取证要“手动、眼动、心动”，才能获得最科学的证据。此时也要发挥集体的力量，在小组中分工，有“组代表”、“操作员”、“观察员”、“记录员”等，确保实验现象和数据的准确性。

（2）证实证伪皆尊重事实

既然是验证，实验结果可能与预测相符，即证实，也有可能与预期不符，即证伪。不管是证实还是证伪，都是在实验事实的基础之上的，都是基于证据开出的“花”，不过是形态或颜色不同而已。实验中遇到异常现象，得到与教材上所述不一致的结论时，也要深度反思原因，不能盲目篡改证据。

在“氧化铝是两性氧化物”的验证环节，教师让小组代表汇报实验结果时，有一个小组也是采取“将未打磨的铝片放入酸中”的方案，但是却未观察到有气泡产生的现象，这与其他小组不同。师生讨论后认为，问题应该出现在酸上，果然该小组看到试剂瓶上注明“浓硫酸”，才恍然大悟。教师当即表扬该小组尊重实验事实、不盲目照本宣科的精神。

验证环节，是学生带着疑问和猜想，逐步见证自己的实验方案得以实施，期待出现预想中的结果的过程。此时，学生是一个研究者，是追寻前人的脚步，不断抽丝剥茧、去伪存真，最终让知识再现的探索家。这不仅是获取证据，更重要的是体现了化学探究的精神。

4.推理，让知识结果

（1）凝炼证据，科学推理

通过实验获取的证据如果不经历思维活动加工，只是一盘散沙，基于证据进行深层次的推理才能在科学探究与知识建构之间架起桥梁。推理，是知识的种子经历萌芽、开花之后结出的果实，是顺着知识形成的藤蔓慢慢摸到的“瓜”。

在“氧化铝是两性氧化物”的推理环节，教师让学生回忆已经学过的酸性氧化物和碱性氧化物的概念，提出问题：氧化铝具备什么性质，应该归属哪一类氧化物？此时的推理建立在多层证据的基础之上，已经是一个简单的思维活动，“两性氧化物”的概念呼之欲出。历经分析、获取、推理证据的磨练，知识变得鲜活起来。

（2）研炼异常，敢于质疑

高中化学课程标准强调要培养学生“能尊重事实和证据，破除迷信，反对伪科学;养成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神”[3]。化学实验不是流水线上的产品，化学反应也有多变性，面对探究过程中的异常现象，不能轻易忽视，教师更不能置之不理，要鼓励学生敢于质疑，创造条件让学生能在课后进行更深入的研究。

在“氧化铝是两性氧化物”的推理过程中，有学生提出这样的问题：将打磨后的铝片放入硫酸铜溶液中，除了有红色物质析出，还看到了气泡，这是为什么呢？学生亲自尝试的实验出现“意外”的现象，产生了强烈的疑惑感。教师首先肯定了他实验的客观性，再教给他查阅文献资料的方法，最终获得正确结论。

四、结束语

布鲁纳曾说：“不经历真正获得知识的过程而单纯接受知识，不能成为生动的知识。”在课堂教学中，传递化学知识固然是化学学科价值的重要体现，但是化学的基本思想、观念和方法却必须在获取知识的过程中才能有深刻的领悟。“核心素养”时代的化学课堂，糅合“证据推理”有助于学生摆脱“纸上得来终觉浅”的困境，在“绝知此事要躬行”的科学探究中体会知识生命的涌动和成长。

参考文献

[1][2][3]中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：12，12，6