基于证据推理与模型认知的高中电化学教学模式研究

时间：2024-05-04

姜阳

（甘肃省武威第一中学，甘肃武威 733000）

在现今科学教育中，教学方法的创新和优化对于提高学生学习效果和培养科学思维能力至关重要。尤其在高中电化学教学中，如何激发学生的兴趣、提高他们的分析能力和问题解决能力是一个值得探讨的重要问题。近年来，基于证据推理与模型认知的教学方法备受关注，其强调培养学生的实践能力、推理能力和综合分析能力，有助于学生将所学的知识与实际问题相结合。因此，展开基于证据推理与模型认知的高中电化学教学模式研究具有重要意义。

一、证据推理与模型认知在高中电化学教学中的应用意义

基于证据推理与模型认知的教学模式在高中电化学教学中的应用意义是多方面而丰富的。

第一，这种教学模式能够培养学生的科学思维能力。在电化学学习过程中学生需要运用逻辑思维和科学论证能力，通过提出合理的假设和理论，进行观察、实验和数据分析，从实际证据出发进行推理和解释并用实验证据来支持自己的推理过程，在整个过程中学生能够更好地理解和应用电化学概念。

第二，基于证据推理与模型认知的教学模式能够激发学生的探究兴趣。在学习中学生通过实验操作和数据分析来获取有关电化学的实际证据并据此构建模型，通过实践探究的方式，学生能够主动参与到电化学学习中，并与同伴进行交流和合作。这种参与式的学习方式能够激发学生的探究兴趣和好奇心，培养学生的学习动机和独立思考能力。

第三，基于证据推理与模型认知的教学模式也能显著提升学生的实验设计能力和问题解决能力。学生被鼓励设计自己的实验方案，提出问题并制定实验步骤，选择合适的实验条件和仪器，收集和分析实验数据。通过这个过程，学生需要运用电化学的知识和理论，确定合适的变量和控制条件并考虑实验的可重复性和准确性，从而解决复杂的电化学问题，这个过程学生能够更好地解决实际问题和应对复杂情境，有效提升自己的实验设计能力。

第四，基于证据推理与模型认知的教学模式还能够促进学生跨学科学习和综合分析能力的发展。在电化学学习过程中，学生需要运用化学、物理、数学等多学科知识和技能进行数据处理和模型构建，从而深化对电化学概念和原理的理解。电化学涉及许多化学概念和原理，如电解过程、电位差、电子传递等。学生需要运用化学知识来解释和理解这些概念，从而揭示电化学现象背后的化学反应和物质转化过程。电化学也涉及物理学中的一些基本原理，学生需要了解这些物理概念，以理解电化学现象的物理机制，还需要运用物理学的欧姆定律和电场理论分析方法来解释和预测电化学实验中的观测结果，并进一步应用于模型构建和问题解决［1］。数学在电化学学习中也起着重要作用。学生需要应用数学统计方法和数据分析技巧，从实验数据中提取有关电化学的趋势和关联性。通过基于证据推理与模型认知的教学模式，学生在电化学学习中将跨越多个学科领域，整合化学、物理和数学的知识和技能，从而更全面地理解电化学的本质和原理，培养自己的综合学科素养和综合分析能力。

二、基于证据推理与模型认知的高中电化学教学策略

（一）夯实基础，做好证据积累

在高中化学的授课过程中，《化学反应原理》中电化学部分，是氧化还原反应的应用和延伸，是高中化学的核心知识之一，其特点是概念原理抽象而集中，对学生的认知能力要求高，是大多数学生学习的难点。高中电化学作为一门复杂的学科，涉及众多的概念和原理。学生只有掌握了充分的基础知识，才能够真正理解电化学现象和原理，并能够进行有意义的推理和模型构建。同时，电化学又是一门实践性很强的学科，需要学生具备实验和数据分析的能力。而传统的教学方法往往偏重于理论知识的传授，学生容易陷入被动接受的角色，难以将理论知识与实际应用相结合，缺乏实践和探究的机会。因此，为了克服这些问题，夯实基础、做好证据积累成为重要的教学方式。在夯实基础的过程中，教师需要以系统性和渐进性的方式引导学生学习电化学的基本概念和原理。

首先，教师可以通过讲解和演示，向学生介绍电池的结构和工作原理，让学生理解电池是如何将化学能转化为电能的。教师要重点强调电池中的正负极反应、电子流动的方向和电动势的定义，使学生对电池的基本概念有清晰的认识。

其次，教师还应引导学生学习电解质溶液的性质和电解过程。学生应理解电解质溶液中的离子是如何在电场作用下进行迁移和反应的，并能够运用电解质的溶解度和电导性质解释电解过程中的现象。教师可以通过实例和实验示范，帮助学生更好地理解电解质的作用和电解过程的关键步骤。电极是电化学反应中的重要组成部分，教师应当引导学生了解电极的类型、构成和特点，了解电极的功能是提供反应场所和电子的传输，以及不同电极材料对电化学反应速率和方向的影响［2］。通过实验，学生可以亲自操作和观察电极在电解质溶液中的反应，加深对电极作用的理解。

再次，教师应当设计一系列与电化学相关的实验，使学生能够熟练掌握实验操作技巧，并能够准确收集和记录实验数据。教师可以引导学生进行电解实验，通过控制电流强度、电解质浓度等变量，观察电解过程中气体产生、电极质量变化等现象，并记录相关数据。通过实验，学生能够直接观察和体验电化学现象，加深对电化学概念的理解，并积累实验数据作为后续证据推理的依据。

最后，教师还应鼓励学生进行反思和总结。教师可以组织小组讨论或学生展示，让学生分享自己的学习心得和体会，回顾和分析电化学学习中遇到的问题、困惑以及解决方法。通过反思和总结，学生能够加深对电化学知识的理解，发现自己的学习差距，并能够提出改进和调整的建议。

（二）注重引导，注重科学推理

1.引导学生观察和收集证据。教师应设计精心的实验，确保实验具有明确的目的和预期结果，并能够有效引导学生关注实验变量和操作步骤，使学生能够观察和记录不同电化学条件下的实验现象和实验结果。同时，教师还可以提供辅助工具和技术，帮助学生整理和分析收集到的数据。教师可以引导学生使用数据记录表格来系统地记录实验数据，使用图表和图像来展示数据的趋势和变化，以便学生能够更全面地观察和分析实验结果［3］。通过提供这些工具，教师能够帮助学生更好地组织和可视化实验数据，使其更易于观察和分析。此外，教师还应引导学生进行数据解读和分析，帮助学生发现实验数据中的规律和趋势。通过指导，学生能够通过比较不同实验条件下的数据，寻找变量之间的关系，并根据数据进行初步的推理和解释，从而从实验数据中提取有关电化学现象的证据，并为后续的科学推理提供支持。

2.引导学生进行推理和解释。在基于证据推理与模型认知的高中电化学教学中，教师应鼓励学生从宏观和微观层面思考，运用适当的理论框架进行推理，之后学生通过应用化学反应、离子迁移、电荷传递等相关概念，构建合理的解释模型，以合理解释观察到的现象和实验结果。教师还应帮助学生形成逻辑严谨的推理链条，确保学生的推理过程符合科学推理的逻辑。教师通过问题引导，帮助学生思考数据与假设之间的关系，进行因果推断和推理的补充，学生从实验数据和观察结果出发，提出合理的假设和解释，并进行逻辑推理和论证。另外，教师要不断强调科学论证的重要性。教师可提供实验数据的分析和比较，引导学生关注数据的一致性和趋势，从而形成科学论证的基础，然后鼓励学生运用合适的证据和例证解释实验现象和推断结论，形成科学论证的合理性和可靠性。通过教师的引导，学生不仅能够在高中电化学学习中理解概念和原理，而且能够培养出批判性思维、科学推理的能力。

3.提供反馈和指导。教师在学生进行科学推理和解释过程中扮演着重要角色，提供反馈和指导是其中的关键环节。教师可以通过及时回馈学生的推理过程，指出存在的问题、不足或错误，并给予合适的解释和补充，促使学生进行修正和改进［4］。同时，教师引导学生思考实验数据的可靠性和局限性，帮助学生评估实验数据对推理和解释的支持程度，从而提高科学推理的质量。此外，教师应鼓励学生提出质疑和进一步探究的问题，促使学生深化对电化学现象的理解和认识，并激发学生进行独立的探索和研究。

（三）认真剖析，深化模型理解

通过深入分析模型的组成部分、应用范围和局限性、实验基础和数据支撑以及模型的发展和改进，学生可以更加全面、深入地理解电化学模型和现象。这种策略能够培养学生的批判性思维、科学推理和创新能力，提高其综合分析和解决问题的能力，为以后发展和综合能力的提升奠定基础。

首先，认真剖析电化学模型，要求教师引导学生对模型的组成部分进行逐步分析和解读，帮助学生仔细研究电化学模型中所涉及的各个要素，如电子流动、离子传递、电荷分布等，并深入理解它们之间的相互关系［5］。通过对这些要素的分析，学生能够逐渐建立对电化学模型的整体认识，并深入探究其中的原理和机制。

其次，认真剖析电化学模型需要教师引导学生关注模型的应用范围和局限性。让学生思考模型在不同条件下的适用性，并意识到模型所假设的前提和简化条件。通过深入思考模型的局限性，学生能够更加准确地理解电化学现象的复杂性，并在实际问题中进行合理的修正和调整。

再次，教师要引导学生深入探究模型的实验基础和实验数据的支撑，帮助其了解模型是如何从实验观察和数据分析中建立起来的，并理解实验数据与模型之间的关联，以便能够更好地理解模型的可靠性和适用性，并从中获取更多的实践经验和数据支持。

最后，认真剖析电化学模型还要求教师引导学生思考模型的发展和改进。指导学生探究模型的历史演变和相关的科学发现，了解模型的起源和发展过程，还要思考模型的局限性和不足之处，并要求他们提出改进和修正的建议，进而更好地培养其批判性思维和创新意识，为电化学领域的进步和发展做出贡献。

（四）设计问题，提升分析能力

1.问题设计要有挑战性和启发性。一方面，问题设计应具有挑战性，超越学生已有知识的范畴，这样的问题能够激发学生的学习动力和好奇心，使学生主动积极地投入到学习中并进行深入思考和探索。教师可以设计一个问题，要求学生探究不同金属在酸性溶液中的电化学行为，并解释其背后的原理，并通过进一步的探索和推理来理解金属在电化学反应中的行为规律。另一方面，问题设计还应注重启发性，启发性问题设计能够激发学生的思考和探究兴趣，促使学生独立思考、提出自己的观点和解决方案。教师可以设计一个问题，要求学生思考如何改进铜锌电池的性能，并提出他们自己的设想和实验方案，培养学生的创新思维和探索精神，进一步深化对电化学原理的理解和应用。

教师在进行问题设计时要注意与真实世界中的电化学应用相关，使学生能够将所学的知识应用到实际问题中，不断增强学生对电化学的实际意义和应用价值的认识。教师可以要求学生分析电池的工作原理并探讨如何优化电池性能以提高电动汽车续航能力。通过这样的问题设计，学生将意识到电化学不仅仅是理论知识，还有着广泛的应用领域，并能够将所学知识与实际问题联系起来。

2.问题设计要多样化和开放性。问题设计的多样性和开放性在基于证据推理与模型认知的高中电化学教学中扮演着重要的角色。多样化的问题设计能够促使学生从多个层次进行思考和分析，而开放性的设计则鼓励学生进行探究式学习和研究，培养学生的自主学习和创新能力。多样化的问题设计涉及不同的电化学现象和应用，要求学生运用不同的模型和理论从不同的角度和维度解决问题，从而深入理解电化学知识，并培养综合分析和整合知识的能力，更好地将所学的知识应用到实际问题中。开放性的问题设计可以提供一个开放的情境或挑战，让学生提出自己的问题，并设计实验方案、收集数据以支持他们自己的观点和结论。在开放性的问题设计下，学生可以在解决问题的过程中主动思考、发现和探索，培养自身的自主学习和创新能力。