证据推理微讲座1029

证据推理——由数据、现象到结论湖南省长沙县实验中学罗鹏程对新高考的思考与教学创新的思考证据推理:从数据、现象到结论主讲人罗鹏程证据推理与模型认知的核心素养壹中学化学学科核心素养思考1：怎么教？五个方面之间的关系图1化学核心素养五个方面之间的关系化学教育观念的转化图2课标、教材、教学设计、教学、考试评价的转化实验探究活动实验事实以实验为基础实验科学方法实验史实——郑长龙,梁慧姝试论以实验为基础中“实验”的含义中学化学教学参考,19953化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。——著名化学家傅鹰先生《普通高中化学课程标准》（2017版）《普通高中化学课程标准》（实验版）学科核心素养内容标准（必修:化学科学与实验探究）学业要求1.2科学探究过程认识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。了解科学探究过程包括提出问题和假设、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等核心要素。理解从问题和假设出发确定研究目的、依据研究目的设计方案、基于证据进行分析和推理等对于科学探究的重要性。2.具有较强的问题意识，能提出化学探究问题，能做出预测和假设。能依据实验目的和假设，设计解决简单问题的实验方案，能对实验方案进行评价。主题2化学实验基础1.体验科学探究的过程，学习运用以实验为基础的实证研究方法。4.能够独立或与同学合作完成实验，记录实验现象和数据，完成实验报告，并能主动进行交流。1.3化学实验认识化学实验是探究和学习物质及其变化的基本方法，是科学探究的一种重要途径。初步学会物质的检验、分离、提纯和溶液配制等化学实验基础知识和基本技能。学习研究物质性质，探究反应规律，进行物质分离、检验和制备等不同类型化学实验及探究活动的核心思路与基本方法。体会实验条件控制对完成科学实验及探究活动的作用。3.能运用实验基本操作实施实验方案，具有安全意识和环保意识。能观察并如实记录实验现象和数据，进行分析和推理，得出合理的结论。能与同学合作交流，对实验过程和结果进行反思，说明假设、证据和结论之间的关系，用恰当形式表达和展示实验成果。5.初步认识实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。1.4科学态度与安全意识发展对化学实验探究活动的好奇心和兴趣，养成注重实证、严谨求实的科学态度，增强合作探究意识，形成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神。树立安全意识和环保意识。熟悉化学品安全使用标识，知道常见废弃物的处理方法，知道实验室突发事件的应对措施，形成良好的实验工作习惯。4.能根据不同类型实验的特点，设计并实施实验。能预测物质的某些性质，并进行实验验证；能运用变量控制的方法初步探究反应规律；能根据物质性质的差异选择物质分离的实验方法；能根据物质的特征反应和干扰因素选取适当的检验试剂；能根据反应原理选取实验装置制取物质。2.初步学会物质的检验、分离、提纯和溶液配制等实验技能。3.树立安全意识，能识别化学品安全使用标识，初步形成良好的实验工作习惯。1.5学生必做实验●配制一定物质的量浓度的溶液。●完成各主题的必做实验（见各个主题）。安全意识科学态度、社会责任科学探究与创新意识证据推理与模型认知宏观辨识与微观探析铁及其化合物的性质；不同价态硫物质的转化；粗盐中杂质离子的去除；同周期、同主族元素性质的递变；化学反应速率的影响因素；化学能转化成电能的实验（原电池）；搭建球棍模型认识有机分子结构特点；乙醇、乙酸的主要性质一、解读课标要求、挖掘学科核心素养“证据推理与模型认知”是化学学科学习乃至科学研究中要求学习者思想上需要建立的一个强大武器。“宏观辨识与微观探析”是学科特点决定的对学习基本的要求。“变化观念与平衡思想”是对学习者思想观念上的一种更深入的要求。“证据推理与模型认知”是对学习者进入更高级层次，提升研究性学习能力以及独立思考、独立分析问题能力的一种素养要求。证据推理“证据”就是要求学生具有获取证据、筛选证据的能力。先说证据的、课外书籍、网络资料、实验数据等形式。获取证据后，还要具有要筛选证据的能力。尽量选择比较权威的证据，证据如果有冲突需要进一步分析比对择取其中较可靠的数据。有些证据是正面证明的，同时注意也有些数据是证伪的，找寻逆向证伪的证据也是一个好的思路。有了证据还要建立观点与证据之间的逻辑关联以进行推理。一种方法是证据正向支持观点，此时最好多方证据从不同角度佐证观点。另一种方法是逆向驳斥观点，这种证伪的方法往往很具杀伤力，但基于化学的学科特点证伪并非意味着观点完全错误。模型认知模型含义是模式、样式的意思。分为实物模型和思想模型等类型。实物模型在化学上主要是用于分子结构、晶体结构等知识的认知与理解。因为此类微观的化学知识具有看不见、摸不着及其抽象的特点，借助于实物模型（3d计算机模型也可归入此类，实际上实物模型的虚拟化）可以更好地理解、认识相关知识。所以在此类教学中利用好实物模型，或教师制作精良的计算机3d模型、动画就非常有价值。思想模型是指解决问题的一种思维方式，包括概念原理模型、数学模型、复合模型等类型。模型认知对学生来讲是至关重要的，是建立学科理论框架的重要工作。教学中应该下大力气解决一些最基本的模型的认知与建立。模型认知教学主要包括以下几步：①模型初步认识，解决模型是什么的问题；②模型建立的证据，解决模型为什么的问题；③模型的运用，是理论联系实际，解决模型有啥用的问题；④模型的评价与重构，模型在运用过程中不可避免的会出现一些不适用的情况（尤其是化学学科），通过模型评价找出模型适用条件重构模型的内涵外延，甚至发展处高级的新模型。模型认知教学对于学生形成科学、完善的学科理论至关重要。所以教学中要下大力气解决。中学化学常见的模型认知1、元素化合物认知模型：性质预测（预测根据类别、价态）→证据获取（包括实验设计及实施）→通过证据推理，分析、对比、归纳出物质性质（通性与特性）；2、元素周期律认知模型：元素周期表位置→元素原子结构→性质规律（原子半径→元素金属性非金属性→元素化合价→最高价氧化物水化物酸碱性及气态氢化物稳定性、金属与酸或水反应难易等等）→特殊元素或规律；3、有机物认知模型：有机物结构简式→有机物官能团→官能团性质→有机物通性与特性；4、新型有机物探究模型：化学式确定（化学、物理方法）→分子式确定（密度法、质谱法）→官能团及碳架结构确定（化学法、波谱法）→综合分析、推测确定结构式；5、平衡移动方向判断模型：定量判断（知道或能计算Q与）→若无法获取Q、则进行定性判断→温度升降（向吸、放热方向移动）→增减压（向系数减、增分析移动）→升降浓度（向浓度降、升方向移动）→充惰气（恒温恒容，恒温恒压）；6、化工生产模型：原料预处理（从速率、平衡角度加以认识）→除杂过程（氧化还原、离子反应方法，温度、浓度、压强、pH等条件控制）→产品形成及纯化（氧化还原、离子反应原理，过滤、分液、蒸馏等物质分离手段）→产品纯度测定（滴定法、热重法等）。7、平衡、速率计算模型：三段式进行数据整理→根据第二行算系数或速率→根据第二行比第一行算转化率→根据第三行数据计算教学建构与实施路径问题1什么样态的知识有利于学科核心素养的发展？——只有学生建构和获得高质量的知识，才能培育学科核心素养。——引导学生建构和获得两个层面、五种类型和五个水平的知识（李松林等）。——学科中最广泛、最强有力的适应性观念——“学科本质”（布鲁纳）。“素养为本”的教学设计教学建构与实施路径“素养为本”的教学设计表学科知识分类学框架层面水平知识元知识举例经验水平经验性知识关于经验的知识操作经验、客观事实等概念水平概念性知识关于概念的知识概念、原理、定律等方法水平方法性知识关于方法的知识策略、方法、程序等思想水平思想性知识关于思想的知识平衡思想、守恒观念等价值水平价值性知识关于价值的知识知识的功能、作用及其情意。1.“素养为本”的教学设计学科本质一门学科相对于其他学科所具有的独特规定性，这种独特规定性主要表现在学科的研究对象、研究方法、理论体系和学科价值等方面。学科本质←→高质量的知识←→培育核心素养教学建构与实施路径“素养为本”的教学设计维度内涵举例1.知识的产生及来源引导学生理解知识的来龙去脉。“电子云”是怎样产生的？“元素周期表”产生背景是什么？2.事物的本质与规律引导学生透过现象把握本质特征和普遍规律。“氧化还原反应”的本质是什么？原电池正、负极确定的规律是什么？3.学科的方法与思想引导学生领悟学科专家发现知识和解决问题的思想方法。元素“位”“构”“性”蕴含的思想方法；物质分类的思想方法。4.知识的关系与结构引导学生把握知识的三重关系：前后知识之间的顺序关系；左右知识之间的并列关系；上下知识之间的层次关系。化学键知识逻辑关系？“烃”与“烷烃”、“烯烃”——层次关系。5.知识的作用与价值引导学生理解知识的功能、作用及知识背后蕴含的情感、态度与价值观。利用氧化还原反应原理设计汽车尾气绿色化处理方案。1.“素养为本”的教学设计［案例］铝的重要化合物的教学设计（周业虹，王晶）图3突出“宏观辨识与微观探析”的教学流程2.“素养为本”的教学实施开展“素养为本”课堂教学的行动研究，总结和提炼发生学生学科核心素养的有效途径、方法和策略，提升发展“素养为本”课堂教学的能力。教学建构与实施路径“素养为本”的教学设计问题2什么样态的知识学习才有利于学生的学科核心素养的发展？满足两对条件证据结论（1）从知识的活化到知识的整合如果学生面对、建构和获得的是死板、空洞的学科知识，那么，这样的知识不仅难以触发学生的内源性学习力，而且难以帮助学生活学活用知识，学生最终难以发展出本身就具有广泛迁移力的学科核心素养。同时，如果学生不能综合运用各种知识去解决实际问题，也很难发展出本身就具有高度整合力的学科核心素养。问题解决学习（2）从知识的内化到知识的外化无论是学生学科素养还是学科核心素养，它们都是由学生自己修炼而成的素养。因此，如果学生不能将外在的知识转化为内化的知识，学生便难以发展出本身就具有高度个体化的学科核心素养。同时，即使学生充分内化了外在的知识，但如果不能通过表达与交流、迁移与运用等方式将知识外化出来，学生便难以发展出本身又具有强大实践力的学科核心素养。2.“素养为本”的教学实施表5问题驱动的整合式教学四环节环节一：核心目标—核心知识。问题驱动的整合式教学首先需要在分析教学目标和评价目标的基础上，明确地界定学科核心素养目标。环节二：核心知识—核心问题。将学科核心观念、思想方法作为本节课的核心知识，其实是定位了本节课的重点教学内容。环节三：核心问题—子问题群。设计好学科核心问题之后，教师需要根据学生解决问题的思维顺序，将学科核心问题分解成若干具有内在逻辑关联的子问题。环节四：子问题群—活动序列。根据分解出来的学科子问题，生成本节课的学习活动序列。根据子问题，相应的学习活动可以设计为：激趣生疑，提出问题；动手操作，尝试解决；分析办法，归纳方法；追究事理，领悟思想；整合生成，拓展应用。2.“素养为本”的教学实施案例“氧化还原反应”问题驱动整合式教学的流程图（1）宏观现象［学习任务1］实验探究食品脱氧剂的作用。［评价任务1］诊断并发展学生化学实验探究的水平（定性水平还是定量水平）。展示：月饼盒中的小包装袋。提问：为什么要放小包装袋，包装袋中有什么物质，它有什么作用？设计实验探究：小包装袋中物质的作用。讨论化学原理：书写反应的化学方程式真实情境素材引发探究问题实验探究符号表征［学习任务1］教学流程图2.“素养为本”的教学实施（2）微观本质［学习任务2］揭示氧化还原反应的本质。［评价任务2］诊断并发展学生对氧化还原反应本质的认识进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）。基于物质（O2）氧化还原反应［学习任务2］教学流程图基于氧元素氧化还原反应基于元素化合物氧化还原反应基于电子转移氧化还原反应物质元素微粒宏观微观2.“素养为本”的教学实施［学习任务3］建立氧化还原反应认识模型。［评价任务3］诊断并发展学生对氧化还原反应认识思路的结构化水平。元素视角：化合价有化合价变化代数和为0［学习任务3］教学流程图微粒视角：电子有电子转移代数和为0原因表现2.“素养为本”的教学实施（3）问题解决［学习任务4］运用氧化还原反应原理，设计并讨论汽车尾气绿色化处理方案。［评价任务4］诊断并发展学生对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。展示：汽车尾气污染处理视频。［学习任务4］教学流程图提问：如何应用氧化还原反应原理对汽车尾气进行绿色化处理？方案设计：尾气绿色化处理方案。真实情境素材引发探究问