基于“证据推理与模型认知”核心素养培养现状调查的教学设计研究

基于“证据推理与模型认知”核心素养培养现状调查的教学设计研究ADDINCNKISM.UserStyle摘要：作为高中化学学科核心素养的重要组成部分，“证据推理与模型认知”是化学教育领域目前的研究热点及核心议题之一。但是，目前对此的研究更多集中在对“证据推理”和“模型认知”内涵的阐释、两者间关联的探讨、培养的教学策略等方面，“证据推理与模型认知”这一核心素养该如何评价还有待进一步探索。因此，本文对前人提出的评价体系进行整合，将其运用至问卷调查，结合案例分析，研究成都市某校高2026届学生在“证据推理与模型认知”方面的培养现状，并提出相应的教学发展策略，提供教学设计参考案例。关键词：核心素养；证据推理；模型认知；教学策略ResearchonTeachingStrategiesBasedontheInvestigationoftheCurrentSituationofEvidenceReasoningandModelCognitionAbstract:Asafundamentalcomponentamongthefivecorecompetenciesinhighschoolchemistry,"evidencereasoningandmodelcognition"holdsapivotalpositionwithinthecurrentresearchlandscapeofchemistryeducation.Despitesignificantscholarlyattentionbeingdirectedtowardsclarifyingtheconnotationsof"evidencereasoning"and"modelcognition,"elucidatingtheirinterrelationship,anddevisingpedagogicalapproachestonurturethesecompetencies,theevaluationoftheassociatedcoreliteracycontinuestobeanunder-exploredyetcriticalarea.Thisstudyendeavorstobridgethisgapbysynthesizingandintegratingexistingevaluationframeworksproposedbypriorresearchers,andapplyingthesewithinthestructuredcontextofaquestionnairesurvey.Throughtheutilizationofcaseanalysis,theresearchinvestigatestheprevailingstateoftrainingin"evidencereasoningandmodelcognition"amongseniorfirst-yearhighschoolstudentsinChengdu.Theempiricalinsightsgleanedfromthisinvestigationserveasthefoundationforformulatingtargetedstrategiesaimedatpedagogicalenhancement.Thesestrategiesnotonlyofferpracticalreferencesforinstructionaldesignbutalsocontributetoenrichingthepedagogicalrepertoirewithinthechemistrycurriculum.Byaddressingaprominentresearchlacuna,thisstudyprovidesanuancedperspectiveonoptimizingeducationalpractices.Throughameticulousandsystematicexamination,itaspirestoadvanceboththetheoreticalunderstandingandthepracticalapplicationofthesecorecompetencieswithinclassroomenvironments.Ultimately,thisresearchseekstomakeameaningfulcontributiontoenhancingeducationaloutcomes,therebyfosteringamorerobustandeffectivechemistryeducationsystem.ADDINCNKISM.UserStyleKeywords:Corecompetence;Evidencereasoning;Modelcognition;Teachingstrategy

绪论选题背景及研究意义选题背景“证据推理与模型认知”作为目前化学教育领域研究的核心课题之一，自2017年版化学课程标准第一次提出化学核心素养以来，相关研究数量呈逐年上升趋势REF_Ref14714\r\h[1]。而“证据推理”和“模型认知”作为化学学科重要的思维方法，对于发展学生的科学思维、提高学生的问题解决能力具有明显的促进作用REF_Ref14786\r\h[2]，在高中化学学科核心素养的培养中占重要地位。研究意义本研究旨在梳理“证据推理与模型认知”这一核心素养相关的国内外研究，以期对当前的研究现状有所了解。同时通过问卷调查、案例分析等方法对“证据推理与模型认知”培养情况进行测评，从而真实呈现学生“证据推理与模型认知”的实际能力水平，为今后在教学实践中提升学生的“证据推理与模型认知”核心素养提供了有效的理论依据。此外，本文将在分析调查结果的基础上，为进一步培养学生的“证据推理与模型认知”核心素养提供可行的教学策略，并给出相应的教学设计案例，有助于提高高中化学教学质量与效率、提升学生的科学思维与问题解决能力。国内外研究现状国外研究现状由于“证据推理与模型认知”是国内创造的合成词，在国外化学教育领域准确以该词作为主题进行搜索得到的研究较少。因此，以下对国外相关研究的梳理主要以“科学推理（Scientificreasoning）”和“建模教学（Modeling-basedlearning）”为主题。科学推理的相关研究国外学者对“科学推理（Scientificreasoning）”的研究主要包括科学推理的内在机制、能力评估和教学策略三方面。具体各方面的代表性研究如下REF_Ref6408\h表1.1所示。表1.SEQ表1.\*ARABIC1国外“科学推理”的代表性研究Table1.SEQTable1.\*ARABIC1Representativestudieson"Scientificreasoning"internationally研究方向代表性研究科学推理的内在机制Osborne通过文献综述与实证分析，将科学推理划分为假设生成、实验设计、证据评估三个主要阶段REF_Ref14907\r\h[3]。科学推理的能力评估Moon以海洋酸化为例，利用写作的方式构建新的评框架来评估学生的推理水平REF_Ref1064\r\h[4]。培养科学推理能力的教学策略Lhardy利用纸牌游戏提高学生在课堂上的参与度与学习动力，进而提高学生的观察能力与推理能力REF_Ref1135\r\h[5]。建模教学的相关研究国外关于建模教学相关的研究涉及多个方面，包括模型的分类与功能、建模教学框架、建模能力评估等。具体各方面的代表性研究如下REF_Ref8129\h表1.2所示。表1.SEQ表1.\*ARABIC2国外“建模教学”的代表性研究Table1.SEQTable1.\*ARABIC2Representativestudieson"Modeling-basedlearning"internationally研究方向代表性研究模型的分类与功能Harrison提出将学校使用的科学模型分为概念过程模型、比例模型、理论模型、心智模型等十个种类，并强调不同的模型具备不同的功能REF_Ref1181\r\h[6]。建模教学框架Justi提出了模型建构的教学框架，强调模型建构过程中的观察、假设、验证和修订等步骤REF_Ref1230\r\h[7]。建模能力评估Schwarz将建模过程分为两个维度，通过课堂观察、学生访谈、书面评估等方式对学生在建模实践中的表现和理解水平进行分析REF_Ref1282\r\h[8]。从国外关于“证据推理与模型认知”的研究可以发现，越来越多的国外研究者开始关注将推理与建模整合到科学教育中，并且随着STEM（科学、技术、工程和数学）教育的兴起，研究者们开始从跨学科视角来探讨证据推理与模型认知的培养。国内研究现状以“证据推理与模型认知”为主题，在知网中共检索到887个结果，仅次于以“科学探究与创新意识”为主题检索的总数。具体各核心素养的文献总数如下REF_Ref9060\h图1.1所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC1高中化学各核心素养的文献数量统计Fig.1.SEQFigure1.\*ARABIC1Quantitativeliteraturereviewofcorecompetenciesinhighschoolchemistry检索出的887个结果中，包含学位论文330篇，学术期刊130篇，特色期刊416篇，会议成果9篇，学术辑刊1篇，图书1篇。发文年限则由2017年至今，基本呈现上涨的趋势。由此可见，“证据推理与模型认知”核心素养自提出以来，一直是国内的研究热点。具体每年发文量如下REF_Ref10144\h图1.2所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC2“证据推理与模型认知”主题逐年发文量统计Fig.1.SEQFigure1.\*ARABIC2Statisticsofpublicationforthe"EvidencereasoningandModelcognition"theme系统梳理现有文献可以发现，国内针对“证据推理与模型认知”这一核心素养的研究既注重理论层面的探讨，也兼顾实践层面的应用。进一步分析这些研究，可将其划分为“证据推理与模型认知”内涵与关联的探讨、有效培养“证据推理与模型认知”的教学策略的探究、科学合理的“证据推理与模型认知”素养评价体系的构建三个方面。具体各方向的代表性研究如下REF_Ref8214\h表1.3所示。表1.SEQ表1.\*ARABIC3国内“证据推理与模型认知”的代表性研究Table1.SEQTable1.\*ARABIC3Representativestudieson"EvidencereasoningandModelcognition"domestically研究方向代表性研究“证据推理与模型认知”的内涵与关联贾培东认为“证据推理”是基于“科学假设”有意识地去寻找最具价值的证据的过程，而“模型认知”是一种解释问题和解决问题的思维方式。二者的关联体现为：“模型认知”是在“证据推理”的基础上实现的能力进阶，而某些情境下“模型认知”包含的理论知识会直接构成证据体系中最有力的部分REF_Ref1387\r\h[9]。赵铭提出，“证据推理”是在学生进行科学学习的特定领域视角下，通过收集分析证据开展推理的认知活动过程，“模型认知”则主要指学生化学视角的思维发展，关注化学学科的模型本体和自我学习的模型理解REF_Ref1429\r\h[10]。有效培养“证据推理与模型认知”的教学策略闫银权以“苯”的教学实践为例，通过深入剖析知识背后所蕴含的学科观念、实践价值以及适配核心素养发展的教学策略，以此为重点突出对学生“证据推理与模型认知”的培养REF_Ref1472\r\h[11]。周正祥在进行《原子结构模型的演变》授课时，在物质结构理论建立过程中充分发挥模型的重要作用，为“证据推理与模型认知”提供了培养案例REF_Ref1511\r\h[12]。“证据推理与模型认知”评价体系的构建黎东桂提出包含“收集证据”、“推理论证”、“构建模型”、“模型认知”在内的四个维度评价量规，构建出“证据推理与模型认知”素养的表现性评价框架，并以《氯及其化合物》、《元素周期律》为例展开了测评REF_Ref1553\r\h[13]。孙妍将“证据推理”素养划分为“宏观证据”、“微观证据”、“定量证据”、“逻辑证据”四个水平，并开发出高中化学“证据推理”素养水平测评工具，对“常见的无机物及其应用”内容开展测评REF_Ref1602\r\h[14]。由此可见，国内对“证据推理与模型认知”的内涵和关联方面的研究较为透彻，基本形成了模型认知是以证据推理为基础达成的结果这一共识；培养“证据推理与模型认知”的教学策略方面目前还处于探索阶段，有待形成系统性的成果；“证据推理与模型认知”的评价体系方面的研究则刚刚起步，需要进一步进行探索REF_Ref16370\r\h[15]。研究思路与方法研究思路首先通过研读“证据推理与模型认知”核心素养相关的国内外文献资料，而后通过问卷调查、案例分析等途径了解高中学生“证据推理与模型认知”核心素养的培养现状，最后针对调查中发现的问题提出进一步培养的教学发展策略，形成具体的教学设计。详细研究思路如下REF_Ref9448\h图1.3所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC3研究思路Fig.1.SEQFigure1.\*ARABIC3Researchideasofthisarticle研究方法文献研究法依托中国知网、WebofScience、万方等平台查阅有关“证据推理与模型认知”的文献，了解国内外研究现状，为后续研究形成切实可行的研究方案提供理论基础。问卷调查法根据文献设计框架，编制《“证据推理与模型认知”素养培养现状情况调查》调查问卷，通过对成都市某校高2026届8个选科含化学的班级进行随机抽样调查（每班测查15人），了解此阶段学生“证据推理与模型认知”核心素养的培养情况。案例分析法对成都市某校高2026届2024年3月至5月新授课教学案例进行分析，了解具体教学内容中“证据推理与模型认知”核心素养的培养情况，找出进一步发展的教学策略。

相关概念与理论基础相关概念化学学科核心素养“核心素养”一词最早见于经济合作与发展组织（OECD）于1997年启动的“素养的界定与遴选：理论和概念基础项目”（DeSeCo），指一系列跨多个生活、工作领域，对个人实现成功生活以及推动社会发展具有关键意义的能力REF_Ref1674\r\h[16]。而教育部在借鉴不同国家高中化学课程标准的基础上，融入中国本土特色REF_Ref1674\r\h[16]，于2017年颁布的《普通高中化学课程标准》（以下简称新课标）中首次提出了化学学科“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”、“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“科学态度与社会责任”REF_Ref1775\r\h[17]五大核心素养。其中，“科学探究与创新意识”占据了化学核心素养的关键，而“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”是基于科学探究形成的化学观念的表达，“证据推理与模型认知”则是以科学探究形成的化学思维的代表，“科学态度与社会责任”则是科学探究在价值观层面的集中反映REF_Ref1720\r\h[18]。图2.SEQ图2.\*ARABIC1高中化学学科五大核心素养的关系Fig.2.SEQFigure2.\*ARABIC1Interrelationshipsamongthefivechemistrycorecompetencies证据推理与模型认知依据新课标对“证据推理与模型认知”的相关阐述可以发现，“证据推理与模型认知”素养着重强调运用有效证据对问题展开假设、推理与论证，注重构建能反映本质和规律的认知模型REF_Ref1775\r\h[17]。其中“证据推理”为“模型认知”的必要不充分条件，即“模型认知”过程一定涵盖“证据推理”，而“证据推理”不一定形成“模型认知”REF_Ref1815\r\h[19]。理论基础建构主义学习理论建构主义（Constructivism）最早可追溯到皮亚杰（J.Piaget）的教育思想中，当代建构主义认为：（1）知识本质上呈现为一种动态的假说或者解释体系；（2）学习是由学习者主动参与并自主构建知识的过程；（3）学校教育要做的是重新构建学生在生活中已经积累了的知识、经验，以形成发展所需要的深层知识；（4）在教学过程中，教师是帮助学生获取知识、完成意义建构的引导者、协助者REF_Ref1867\r\h[20]。总体来看，建构主义教学模式提倡以学生为主体，注重学生在教学活动中的实践，这与“证据推理与模型认知”核心素养的培养要求是高度契合的。因此，教师在针对“证据推理与模型认知”素养的发展进行教学设计时，可以融入建构主题教学模式，通过问题驱动，引导学生在解决问题的过程实现知识的自主建构。有意义学习理论美国心理学家奥苏贝尔（Ausubel）提出的有意义学习理论将学习分为机械学习与有意义学习，其中有意义学习的本质在于建立新、旧知识之间的实质性联系REF_Ref1919\r\h[21]。有意义学习体现在高中化学中的具体要求为：学生对化学学科具备充足的兴趣和学习动机、化学学科对学生具有潜在意义、学生要在认知结构中具备适当的观念来同化新知识，这与“证据推理与模型认知”的培养要求是统一的REF_Ref1975\r\h[22]。因此，需充分挖掘情境的积极效用，有效调动学生的学习兴趣，进而达成“证据推理与模型认知”这一核心素养的培养目标。

“证据推理与模型认知”素养的培养现状研究培养现状调查调查目的通过此研究对“证据推理与模型认知”培养现状进行了解，以期为进一步发展学生的“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养提出教学策略。调查对象与研究方法本次研究采用问卷调查和案例分析的研究方法，调查对象为成都市某校高2026届选科组合中含有化学学科的班级，具体涵盖6个“物理+化学+生物”（以下简称“物化生”）组合班级、1个“物理+化学+地理”（以下简称“物化地”）组合班级、1个“物理+化学+政治”（以下简称“物化政”）组合班级，共计8个班。本研究对各班均随机抽取15名学生发放问卷，共抽取120人，男生57人，女生59人。此次调查时间为2024年6月3日至6月5日，即该年级高一下学期。调查采取发放纸质问卷的形式，由各班级的化学任课教师进行分发和集中回收，最终相关的数据处理在问卷星平台完成。本次调查得益于年级组四位化学教师的帮助，共计发放120份问卷，成功回收116份，回收率达96.7%，其中所有回收问卷均为有效问卷，有效率达100%。具体各班次回收情况如下REF_Ref15287\h表3.1所示。表3.SEQ表3.\*ARABIC1问卷回收情况Table3.SEQTable_3.\*ARABIC1Collectingresultsofthequestionnaire班次2567891011组合物化生物化生物化生物化生物化政物化地物化生物化生发放问卷1515151515151515回收问卷1515141515151512无效问卷00000000为了了解更真实的“证据推理与模型认知”素养培养的课堂教学情况，本研究对该校高2026届，2024年3月至5月共计29节新授课教学案例展开分析，并选取11班《乙烯》课堂作为典型进行说明。收集的教学案例情况详见附录一，《乙烯》的课堂记录详见附录二。调查问卷设计笔者在综合参考了王文婷REF_Ref2082\r\hREF_Ref2082\r\h[23，REF_Ref2151\r\hREF_Ref2151\r\h24]、刘子忠REF_Ref2151\r\h[24]、耿淑玲REF_Ref2641\r\h[25]等人对于“证据推理与模型认知”的评价量表后，从学习情况、学习理解证据和模型、应用实践证据和模型、迁移创新证据和模型四个维度进行问卷设计，设计出的问卷共包括17道单选题。具体问卷详见附录三，问卷的理论框架与问题分布详见下REF_Ref15447\h表3.2。表3.SEQ表3.\*ARABIC2问卷框架设计Table3.SEQTable_3.\*ARABIC2Questionframeworkdesigninquestionnaire一级指标二级指标具体问题对应题号学习情况学习兴趣在所选科目中，我对化学非常感兴趣4学习习惯课前我会主动预习了解新课内容5在课堂上，我喜欢主动参与课堂并积极回答提问6遇到疑惑和困难时，我会主动请教老师或同学7学习理解证据和模型识别筛选证据在分析问题时，我会注意收集相关信息作为推理的证据8在分析问题时，我能筛选出有用的证据并进行分类9在分析问题时，我能根据收集的证据提出合理的假设10认识理解模型我知道常见的化学模型及其与事实原型之间的关系11我能解释化学模型所代表的具体含义12应用实践证据和模型直接推理论证分析问题时，我能对某个证据进行简单的推理，初步得出结论13分析问题时，我能运用多个信息进行综合推理，得出正确的结论14运用分析模型我能根据化学模型预测未知物质的组成、结构、性质、反应的条件等等15我能说明模型的使用条件和适用范围，并选择合适的化学模型解决实际问题16（续REF_Ref15447\h表3.2）一级指标二级指标具体问题对应题号迁移创新证据和模型间接推理论证分析问题时，我能根据收集的证据来推理论证结论17分析问题时，我能说明证据与结论之间的关系，并进行归纳整合18优化创新模型我能用文字描述的方式表达模型的构建过程19我能通过不断的学习丰富化学模型，并利用完善的模型解决陌生情境中的问题20调查问卷结果学习情况图3.SEQ图3.\*ARABIC1问题4结果数据Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC1数据显示，在所有调查学生中，总人数的选择了符合和非常符合的占了，的学生则是选择不确定，选择不符合和完全不符合仅占。所调查的学生在高一上学期末刚完成预选科，选择化学的学生中大部分都对化学感兴趣。图3.SEQ图3.\*ARABIC2(1)问题5结果数据(2)问题6结果数据(3)问题7结果数据Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC2(1)问题5、问题6、问题7是对学生学习习惯的调查。由REF_Ref1341\h图3.2（1）可知，在课前预习方面，65.52%的学生会主动提前了解新授课内容，而其余34.48%的学生尚未形成自主预习的习惯。由REF_Ref1341\h图3.2（2）可知，在课堂参与方面，有66.38%的学生会主动参与课堂的学生，选择不确定是否会参与课堂讨论占总人数的25%，剩余8.62%的学生基本不会参与课堂讨论。由REF_Ref1341\h图3.2（3）可知，在课后疑难问题解决方面，有84.48%的学生能够主动请教进行解决，剩余15.52%的学生多为等待教师进行统一解答或者不懂装懂。总体来看，学生的学习习惯较好，但仍需加强课前预习习惯的养成、提高课堂讨论的参与度。学习理解证据和模型图3.SEQ图3.\*ARABIC3(1)问题8结果数据(2)问题9结果数据(3)问题10结果数据Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC3(1)问题8、问题9、问题10分别对应二级指标中“识别筛选证据”的能基于化学问题收集相关证据、能以对证据的辨别为依据提取有用可靠的证据并加以分类、能基于证据提出假设三种层次水平REF_Ref2082\r\h[23]。数据显示，78.45%的学生具备基于化学问题收集相关数据的能力，对应REF_Ref15650\h表3.3中的水平一；有82.76%的学生能基于对证据的辨别提取有用、可靠的证据并对其进行分类，对应REF_Ref15650\h表3.3中的水平二；有80.03%的学生能基于证据提出合理的假设，对应REF_Ref15650\h表3.3中的水平三。由此可见，学生都具有较高的“收集分类证据”能力，但是依次比较水平一、水平二、水平三的百分比数值发现呈先增后减的趋势，与预期中依次降低的趋势不同，说明学生虽然具有筛选证据、作出假设的能力，但在收集证据时往往会忽略某些信息，导致推理无法展开或无法顺利进行。表3.SEQ表3.\*ARABIC3“识别筛选证据”水平及描述Table3.SEQTable_3.\*ARABIC3Proficiencylevelsanddescriptionsof"EvidenceidentificationandScreening"水平层次描述水平一能基于化学问题收集相关证据水平二能以对证据的辨别为依据提取有用可靠的证据并加以分类水平三能基于证据提出假设图3.SEQ图3.\*ARABIC4(1)问题11结果数据(2)问题12结果数据Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC4(1)问题11和问题12分别对应二级指标“认识理解模型”中的两种水平：能认识常见的化学模型、能解释化学模型的具体含义REF_Ref2151\r\h[24]。从调查结果分布上看，有91.38%的学生知道常见的化学模型，对应REF_Ref15937\h表3.4中的水平一；有90.51%的学生能解释化学模型的具体含义，对应REF_Ref15937\h表3.4中的水平二。由此可见，绝大部分学生都能认识理解化学模型。表3.SEQ表3.\*ARABIC4“认识理解模型”水平及描述Table3.SEQTable_3.\*ARABIC4Proficiencylevelsanddescriptionsof"ModelrecognitionandComprehension"水平层次描述水平一能认识常见的化学模型水平二能解释化学模型，并说明模型代表的具体含义应用实践证据和模型图3.SEQ图3.\*ARABIC5Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC5(1)对某个证据进行简单的推理，并初步得出结论，对应REF_Ref16107\h表3.5中的水平一；有74.14%的学生能运用多个信息进行综合推理，并得出正确的结论，对应REF_Ref16107\h表3.5中的水平二。由此可见，大部分学生具有良好的直接推理能力。表3.SEQ表3.\*ARABIC5“直接推理论证”水平及描述Table3.SEQTable_3.\*ARABIC5Proficiencylevelsanddescriptionsof"Directdeductivereasoning"水平层次描述水平一水平二图3.SEQ图3.\*ARABIC6(1)问题15结果数据(2)问题16结果数据Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC6(1)问题15和问题16分别对应二级指标“运用分析模型”的两种水平：能以模型为依据预测物质的性质、结构、组成等信息；清楚模型的适用条件，并选择合适的化学模型解决实际问题REF_Ref2151\r\h[24]。数据显示，能根据化学模型预测未知物质的结构、性质等的学生占总人数84.48%，对应REF_Ref16303\h表3.6中的水平一；有78.45%的学生清楚模型的适用条件，并选择合适的化学模型尝试解决实际问题，对应REF_Ref16303\h表3.6中的水平二。由此可见，大部分学生具有良好的运用、分析化学模型的能力。表3.SEQ表3.\*ARABIC6“运用分析模型”水平及描述Table3.SEQTable_3.\*ARABIC6Proficiencylevelsanddescriptionsof"Analyticalmodelapplication"水平层次描述水平一能以模型为依据预测物质的性质、结构、组成等信息水平二清楚模型适用条件，并选择合适的化学模型解决实际问题迁移创新证据和模型图3.SEQ图3.\*ARABIC7Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC7(1)能依据复杂隐性的证据开展推理论证；能表达证据与结论之间的关系REF_Ref2082\r\h[23]分析问题时，能根据收集的证据来推理论证结论，对应REF_Ref16486\h表3.7中的水平一；有的学生能进一步说明证据与结论之间的关系，对应REF_Ref16486\h表3.7中的水平二。由此可见，大部分学生具有良好的间接推理论证能力，但是对比水平一和水平二的百分比数值发现呈升高趋势，与预期的降低趋势不同，说明学生虽然能理解证据与结论的关系，但是难以独立完成复杂推理和由证据推理结论的过程。表3.SEQ表3.\*ARABIC7“间接推理论证”水平及描述Table3.SEQTable_3.\*ARABIC7Proficiencylevelsanddescriptionsof"Indirectdeductivereasoning"水平层次描述水平一能依据复杂隐性的证据开展推理论证水平二能表达证据与结论之间的关系图3.SEQ图3.\*ARABIC8(1)问题19结果数据(2)问题20结果数据Fig.3.SEQFig.3.\*ARABIC8(1)问题和问题分别对应二级指标“优化创新模型”中的两种水平：能用文字表达输出模型的构建过程、能对所学模型进一步优化并用其解决陌生情境中的复杂问题REF_Ref2151\r\h[24]。从调查结果分布上看，有79.31%的学生能用文字描述的方式表达化学模型的构建过程，对应REF_Ref16672\h表3.8中的水平一；有71.55%的学生能通过不断的学习丰富化学模型，并利用完善的化学模型解决陌生情境中的问题，对应REF_Ref16672\h表3.8中的水平二。由此可见，大部分学生具有良好的建构优化模型的能力，但是对比认识理解模型能力、运用分析模型能力仍有差距。表3.SEQ表3.\*ARABIC8“优化创新模型”水平及描述Table3.SEQTable_3.\*ARABIC8Proficiencylevelsanddescriptionsof"Modeloptimizationandinnovation"水平层次描述水平一能用文字表达输出模型的构建过程水平二能对所学模型进一步优化并用其解决陌生化学中的复杂问题一线教学案例分析创设情境，提出问题表3.SEQ表3.\*ARABIC9环节一的教学活动Table3.SEQTable_3.\*ARABIC9Thefirstphaseofinstructionalactivities教师活动学生活动资料1：香蕉和苹果放在一个袋子中，香蕉会更快地成熟。问题1：这是为什么呢？从资料1中可以得出什么结论？答：苹果能释放一种可以催熟香蕉的物质。简要介绍乙烯。资料2：相同条件下，乙烯与氢气的相对密度之比为14∶1；乙烯中碳元素的质量分数为约为85.7%，氢元素的质量分数约为14.3%。问题2：从资料2中可以得到哪些结论？答：乙烯的相对分子质量为28，属于烃类。问题3：能根据资料2写出乙烯的分子式吗？答：C2H4。问题4：那么乙烯具有哪些性质呢？思考、推理：乙烯是无色气体，难溶于水。在该环节中，教师通过苹果催熟香蕉这一生活经验进行引入，激发学生的学习兴趣，并且提供乙烯的组成相关信息作为证据，引导学生推理乙烯的分子式。而后提出问题，引导学生初步思考乙烯的性质，自然地进入问题驱动的探究环节，调动学生的学习积极性。但此环节创设的“苹果催熟香蕉”情境在后续环节中没有继续延续，情境利用不够充分。探究乙烯的物理性质表3.SEQ表3.\*ARABIC10环节二的教学活动Table3.SEQTable_3.\*ARABIC10Thesecondphaseofinstructionalactivities教师活动学生活动展示西林瓶中的乙烯。问题5：通过观察乙烯，能得出什么结论？答：乙烯是无色、稍有气味的气体。资料3：乙烯的密度为1.178kg/m3，难溶于水。问题6：根据资料3，用什么方法收集乙烯最佳？答：排水集气法。在该环节中，教师主要运用了问答法，通过引导学生观察乙烯，初步推理出乙烯的物理性质，然后给出乙烯的密度以及溶解性作为证据，引导学生推理乙烯的收集方法，进一步总结乙烯的物理性质。此环节教师充分调动学生的主观能动性，引导学生初步构建出“乙烯”的认知模型。探究乙烯的分子结构表3.SEQ表3.\*ARABIC11环节三的教学活动Table3.SEQTable_3.\*ARABIC11Thethirdphaseofinstructionalactivities教师活动学生活动问题7：能不能由乙烯的分子式推测它的结构式、结构简式以及电子式？现场进行乙烯球棍模型的搭建操作，同步展示其空间填充模型。阐述乙烯的特殊结构特征——碳碳双键，介绍其属于不饱和烃中的烯烃。小组讨论：乙烯的结构式为：乙烯的结构简式为：乙烯的电子式为：资料4：乙烷中键角约为109.5°乙烯中键角约为120°。问题8：对比乙烯与乙烷，他们最多有多少原子共平面？小组讨论：乙烷最多4个原子共平面，而乙烯是所有原子共平面。资料5：断裂1mol乙烷中碳碳单键需要约1382.4kJ能量，断裂1mol乙烯中碳碳双键需要约615kJ能量。问题9：从资料7中可以得出什么结论？答：碳碳双键的键能数值低于两个碳碳单键的键能之和，表明碳碳双键中存在一个不稳定的键，该键容易断裂。问题10：所以，单烯烃的分子通式应该怎么表达？答：CnH2n（n≥2）。在该环节中，教师以探究式学习为导向，系统设计了基于实证推理的认知建构活动。通过组织学生小组讨论、搭建球棍模型等活动，初步推理出乙烯的分子结构，并给出乙烯的键角、键能相关信息作为证据，引导学生推理出乙烯的化学性质以及以乙烯为代表的单烯烃分子通式，进一步构建“乙烯”的认知模型。探究乙烯的化学性质表3.SEQ表3.\*ARABIC12环节四的教学活动Table3.SEQTable_3.\*ARABIC12Thefourthphaseofinstructionalactivities教师活动学生活动实验1：乙烯与高锰酸钾酸性溶液的反应。问题11：从实验1中观察到了什么现象，能得到什么结论？答：高锰酸钾溶液紫红色褪去，说明乙烯与高锰酸钾发生了反应。资料6：乙烯与高锰酸钾反应过程中用手持技术CO2传感器检测到的CO2含量变化。问题12：从资料6中可以得出什么结论？答：乙烯与高锰酸钾反应被氧化生成二氧化碳。实验2：乙烯分别与溴水、溴的四氯化碳溶液反应。问题13：从实验2中观察到了什么现象，能得到什么结论？答：溴水和溴的四氯化碳溶液均褪色，说明乙烯能与溴单质反应。小结本节课内容，提出课后思考乙烯与溴单质的反应机理是怎样的？与取代反应相比有什么不同？回顾本节课所学知识，思考。在该环节中，教师以严谨的实证研究范式为指导，系统开展了乙烯化学性质验证性实验。通过分别演示乙烯与酸性高锰酸钾溶液、溴水、溴的四氯化碳溶液实验并展示手持传感器检测的乙烯与高锰酸钾反应过程中CO2含量的变化曲线，引导学生验证上一环节中对乙烯化学性质的推测，将宏观实验现象与微观分子结构联结起来，构建出“乙烯”的认知模型，最后进行本节课的总结，引导学生思考加成反应的机理。调查结果分析通过学生调查问卷以及一线课堂案例可以发现：经过高一一年的学习，学生已基本养成了良好的学习习惯，初步具备了“证据推理与模型认知”意识；教师在教学中已经有意识地进行“证据推理与模型认知”核心素养的培养，注重对学生的引导。但是，相较于理想的高中化学“证据推理与模型认知”核心素养培养情况，此次调查反映出以下两方面的问题：学生独立思考的思维层次较低，“证据推理与模型认知”意识还需提高。在学习情况方面，多数学生学习热情较高，学习习惯较好，但仍需加强个别学生学习习惯的培养。问卷调查结果显示：在“证据推理”能力方面，大部分学生已经具备了基本的“证据推理”意识，但部分学生识别、挖掘证据的能力仍有待提高；比起完成简单的直接推理过程，大部分学生更难完成复杂的间接推理。在“模型认知”能力方面，大部分学生能够理解化学模型、能够应用合适的化学模型解决问题，但对模型进行文字表达、优化完善模型、利用复杂模型解决问题的能力仍有待培养。因此，在教学中应当以学生为主体，充分考虑学生情况、发挥学生独立思考的能力，以便进一步落实“证据推理与模型认知”素养的培养。教师的教学仍以知识为主，“素养为本”的课堂模式有待继续探索。通过分析一线课堂案例可以发现，教师在教学时已经开始通过创设情境、实验探究等方式有意识地培养学生“证据推理与模型认知”核心素养，注重引导学生生成认知模型。但在本研究分析的29篇案例中，普遍存在情境使用不充分、证据链不够明确、模型构建浅显等问题，导致课堂呈现出在传授知识的主线下培养学生核心素养的效果。因此，教师要想真正将核心素养的培养落到实处、促进学生全面发展，需要寻找一种兼顾知识掌握和核心素养培养的教学策略。

“证据推理与模型认知”素养培养的教学策略与教学设计“证据推理与模型认知”素养培养的教学策略基于笔者此前就“证据推理与模型认知”这一核心素养培养现状所开展的详尽调查与深度剖析，为解决调查发现的学生“证据推理与模型认知”意识略薄弱、“素养为本”的课堂模式有待开发等问题，提出以下四点教学策略：开展科学探究，提升核心素养“证据推理与模型认知”素养的核心在于运用证据开展合理的推理活动，并据此构建出科学的认知模型。二者作为科学探究的基本思维方法，其培养方式离不开科学探究的学习方式REF_Ref1815\r\h[19]。通过科学探究的学习方式，学生能够深刻体会到证据的重要性，学会从复杂的信息中筛选出关键证据，并进行逻辑推理，从而逐步构建起对化学概念和原理的科学认知模型。因此，教师应以科学探究为切入点REF_Ref1975\r\h[22]，指导学生逐步形成核心素养。设置有效情境，激发学习兴趣在教学改革不断推进的当下，情境教学法已成为教学中备受瞩目的重要方法。对于培养“证据推理与模型认知”核心素养来说，有效情境有助于将抽象的知识具象化，让学生在熟悉的情境中发现问题、收集证据，进而开展逻辑推理、构建认知模型。值得注意的是，有效的情境不应局限于课堂引入环节的使用，更应当作为课堂的背景贯穿始终，全程支撑教学活动的展开REF_Ref2850\r\h[26]。因此，在培养“证据推理与模型认知”核心素养的过程中，应当立足整体，充分利用有效的情境。明确证据链条，强化推理能力从逻辑学角度来看，提取的证据真实有效且建立正确的推理关系才能得到真实的推理结论REF_Ref2889\r\h[27]。而在推理过程中，单一的证据往往具有局限性，容易造成片面或错误的认知。一条完整的证据链却能够从多个角度、多个层面为推理提供支持，引导学生按照合理的方向进行思考，最终形成一个逻辑严密的整体。通过追问结论与证据之间的关系REF_Ref1815\r\h[19]，引导学生梳理证据链，能够让他们学会系统地收集、整理和分析证据，运用推理思维对证据进行筛选和整合，深入理解化学概念和原理的本质，提高对化学知识的理解和应用能力。完善建模过程，深化模型认知模型作为一种科学思维方法下产生的抽象、概括的工具REF_Ref1181\r\h[6]，能够以直观、形象的方式反映研究对象的本质，从而克服研究对象非直观化带来的认知困难REF_Ref3418\r\h[28]。当学生能够成功构建出一个模型时，说明他们已经对所学知识进行了系统的整合和深入的理解，能够将零散的知识点串联起来，形成一个完整的知识体系。通过进一步引导学生修正、完善、表达模型，能够让他们学会从不同角度审视问题，从而进一步提升自身的科学素养和创新能力。“证据推理与模型认知”素养培养的教学案例设计基于上述提出的教学策略，结合人教版新教材必修2第八章第一节《自然资源的开发利用》的具体内容，对《金属矿物的开发利用》教学案例进行设计，详细内容如下。《金属矿物的开发利用》教学设计教材分析本节内容为“自然资源的开发利用”第一课时，教材以金属冶炼为重点，围绕金属冶炼的基本原理与常用方法展开，从而揭示化学在金属矿物开发利用中的作用，突出化学是开发利用自然资源的重要科学依据之一，化学只有不断创新和发展才能满足人类社会可持续发展的需求REF_Ref3010\r\h[29]。学情分析学生在之前的学习中已经了解了高炉炼铁的原理，已知利用还原剂从金属氧化物中获取金属单质的方法，同时通过对金属活动顺序的学习，知道金属与盐反应的一般规律。但是在解决化学问题时缺乏建立认知模型的意识，且并未完全掌握物质转化的化学原理REF_Ref3082\r\h[30]，需要教师进行引导。教学目标通过对金属矿物的开采利用进行探究，掌握常见的金属冶炼方法，构建金属冶炼的认知模型REF_Ref13280\r\h[31]，培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。通过深入学习金属冶炼的基本原理，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，培养学生“转化观念与平衡思想”的核心素养。通过系统梳理金属矿物开发利用领域的化学发展历程，了解化学方法对物质转化的作用与贡献，培养学生“科学精神与社会责任”的核心素养。教学重难点教学重点：金属冶炼所遵循的本质原理以及在实际应用中常用的冶炼方法。教学难点：金属冶炼方法的选择与金属活泼性之间的内在关联。教学设计思路基于以上分析，笔者采用“五线式”教学模式，以化学史为情境REF_Ref3310\r\h[32]，通过科学探究的学习方式，利用问题驱动引导学生进行推理，最终构建金属冶炼的认知模型并进行交流表达。具体如下REF_Ref26128\h图4.1所示。图4.SEQ图4.\*ARABIC1教学设计思路Fig.4.SEQFig.4.\*ARABIC1Instructionaldesignapproach教学过程表4.SEQ表4.\*ARABIC1教学过程Table4.SEQTable_4.\*ARABIC1Teachingprocess教学环节教师活动学生活动设计意图环节一：初识金属分布【播放视频】《荒野求生》探险节目片段。【提问】在不使用任何现代工具的情况下，如何在荒野中生存呢？【评价总结】概括起来就是充分就地取材。距今约250万年前的原始人也是这样制造生产工具的。【资料1】石器时代生产工具的图片。【提问】这些石器在制造和使用过程中可能会有哪些问题？【提问】能不能找到一种有良好的延展性、比较耐高温的材料来替代石头？【讲解】金属元素在自然界中的存在形式。【提问】如何开发利用金属矿物？【观看】观看视频，观察其中的求生工具。【回答】钻木取火；找山洞作为住所；用石头制作武器防身等。【聆听】【回答】易断裂，难加工；高温会开裂；携带不方便等。【回答】金属材料。【聆听】认真聆听，做好笔记。【思考】以荒野求生作为话题进行引入，激发学生的学习兴趣。创设化学史情境，提出“金属矿物如何开发利用”的问题，进而由问题驱动学生开展科学探究，调动学生学习的积极性。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节二：探秘金属冶炼烧砂成汞【引导】金属矿物是含有金属元素的化合物，而金属材料中的金属元素多以单质形态存在。因此，金属矿物开发利用的的关键在于将金属化合物转化为金属单质。【提问】怎样实现金属化合物到金属单质的转化？【资料2】《抱朴子》一书中有记载：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”。【提问】其中涉及到什么化学反应？用方程式表示。【讲解】金属冶炼的概念、热分解法。【提问】金属冶炼的本质是什么？【聆听并思考】【回答】利用氧化还原反应。【书写反应方程式】【聆听】认真聆听，做好笔记。【用符号表达】通过分析推理，得出金属冶炼的概念和基本原理，并根据资料进行证实，初步构建金属冶炼认知模型。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节二：探秘金属冶炼采石炼铜【过渡】所有的金属都能用热分解法冶炼吗？有没有其他金属冶炼的方法？【资料3】夏商周时期的青铜器图片。【回顾】根据之前学过的知识，有哪些方法可以用于铜的冶炼？【资料4】郑州小双桥遗址出土的孔雀石、炼炉残片、铜渣及陶范图片。利用孔雀石（其主要成分为Cu2(OH)2CO3）开展铜的冶炼工艺流程。【提问】上述过程涉及到哪些化学反应？【讲解】热还原法、火法炼铜、湿法炼铜。【聆听并思考】【小组讨论】木炭和CuO共热；用Fe和CuSO4溶液反应H2和CuO加热反应等。【书写反应方程式】【聆听】认真聆听，做好笔记。提出问题，引发学生思考，从而继续探究金属冶炼的方法。通过回顾所学知识推理铜的冶炼原理，并根据资料进行证实，形成铜的冶炼相关知识体系，进一步构建金属冶炼的认知模型。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节二：探秘金属冶炼化矿为铁【过渡】青铜器在制造和使用过程中可能出现哪些问题？【资料5】地壳中各金属元素的含量。【提问】能不能找到一种更好的金属材料代替铜？【提问】怎样炼铁？【资料6】汉代炒钢法制铁器。18世纪中叶欧洲高炉炼铁实现工业生产。【回顾】高炉炼铁的化学原理？属于哪种金属冶炼方法？【提问】热还原法中常用的还原剂有哪些？除此之外还有没有其他还原剂？【资料7】20世纪初用于焊接铁轨的材料。【提问】上述材料中是什么物质将氧化铁还原为铁？【播放视频】铝热反应的实验视频。【提问】铝热反应的化学方程式是？实验中镁条和氯酸钾的作用？【总结】热还原法常用的还原剂。【回答】不够锋利，不适合作为武器；地壳中含量较少等。【回答】铁。【回答】高炉炼铁。【书写反应方程式】【回答】热还原法。【回答】焦炭、CO、H2等。【回答】铝粉/镁条。【书写反应方程式】【回答】引燃剂、助燃剂。通过反思青铜器的不足，引出铁的冶炼，体验化学在人类文明的不断发展中的重要作用。回顾高炉炼铁相关内容，初步总结热还原法常用还原剂，再通过铝热反应的学习，形成铁的冶炼知识体系，进一步构建金属冶炼的认知模型。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节二：探秘金属冶炼取矿制铝【过渡】为什么现代仍然多用高炉炼铁而不是铝热法？【资料8】铝在生活生产中的广泛应用；铝土矿的主要成分为Al2O3，同时含有SiO2、Fe2O3等杂质。【提问】怎么从铝土矿中提取并制得金属铝？【提问】怎样将Al2O3变为Al？【资料9】1827年德国化学家韦勒用K与无水AlCl3制备得到高度不纯的Al。1845年法国化学家戴维尔用Na与NaCl+AlCl3的混合溶液反应得到Al。【提问】上述两种方法存在哪些不足？【提问】有没有更好的方法可以用来冶炼铝？【引导】从Al2O3到Al的本质是Al2O3中的Al3+被还原成Al，那首先应该释放出Al2O3其中的Al3+。除了转化为溶液中的Al3+，还可以转化为什么状态下的Al3+？【引导】那在熔融状态下，除了用更活泼的金属还原，还能改变什么反应条件来还原？【回答】成本高；反应剧烈，难以控制等。【小组讨论】【回答】用更活泼的金属还原。【回答】成本高、产物不纯等。【思考】【回答】熔融状态。【回答】通电。通过对比高炉炼铁和铝热法两种技术，引出以铝土矿作为原料进行铝的冶炼，体会如何设计化学工艺流程。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节二：探秘金属冶炼取矿制铝【资料10】1866年美国化学家霍尔通过电解熔融Al2O3制备得到Al。【提问】霍尔制备铝的化学原理是什么？【提问】冰晶石起什么作用？【讲解】电解法。【梳理小结】按时间线梳理代表性的金属材料、推理用到的证据、得到的冶炼方法。【提问】利用某种金属的时间和该金属的什么性质有关？【提问】第一个被冶炼的金属为什么是铜不是金或者铂？【总结】所以金属元素在自然界中的含量也会影响它的开发利用。【提问】金属活泼性与冶炼方法有何关系？依据金属活动顺序表，划分其中各种金属的冶炼方法。【书写反应方程式】【回答】降低熔点，减少成本。【回答】金属的活泼性。越不活泼越早被冶炼。【回答】地壳中金和铂的含量少。【小组讨论】通过初步假设铝的冶炼技术，结合资料反思改进，在此基础上进一步开展推理分析以深化理解，并再次根据资料进行验证。以此逐步形成完整的铝的冶炼知识体系，构建出金属冶炼的认知模型。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节二：探秘金属冶炼取矿制铝【提问】写出金属冶炼银、钠、镁的化学反应方程式。【提问】为什么不电解NaCl溶液或者MgCl2溶液？【提问】为什么不用熔融的Na2O和MgO来冶炼金属Na和Mg？【资料11】NaCl、MgCl2、AlCl3、Na2O、MgO、Al2O3的熔沸点。【提问】为什么不用熔融AlCl3进行电解？【提问】分享完善后的金属冶炼模型。【书写反应方程式】【回答】用NaCl溶液和MgCl2溶液电解无法得到单质Na和Mg。【回答】Na2O和MgO熔点高，能耗高，所需成本更多。【回答】熔融AlCl3中不存在Al3+。【小组汇报】将总结出的金属冶炼普遍规律应用于知识迁移，发现问题，进而改进和完善金属冶炼认知模型，最后进行表达。（续REF_Ref18235\h表4.1）教学环节教师活动学生活动设计意图环节三：畅谈金属利用【提问】回到最初的问题，如何开发利用金属矿物？开发利用金属矿物的一般步骤是？【资料12】地壳中剩余各金属资源可供使用年限。生产1mol铝至少要消耗1.8×106J的电能，而从铝制饮料罐中回收铝，相对从铝土矿中得到的铝，前者消耗的电能仅占后者约3%-5%。【提问】如何合理利用金属矿物资源？【评价总结】金属矿物资源开发利用的措施。【回答】矿物富集→金属冶炼→精炼。【小组讨论】节约开采、加强回收利用等。回归“如何开发利用金属矿物”的问题，了解合理利用金属资源的措施，感受化学在生产、生活中的价值。

结论与展望研究结论本研究针对“证据推理与模型认知”这一核心素养的培养现状开展调查，并基于调查结果，提出了旨在进一步培养和发展该核心素养的教学策略。为具体阐述这些教学策略，研究选取人教版新教材《必修2》第八章的部分内容作为教学案例，给出详细的教学设计，最终得到下列结论：一，本课题的研究真实体现了目前高中阶段培养学生“证据推理与模型认知”化学核心素养方面的情况。通过文献研究、问卷调查、案例分析等方法，本研究对成都市某校高2026届开展调查，发现学生已经初步具备“证据推理与模型认知”意识、教师注重引导学生进行推理和建模，但是学生间接推理、优化模型等能力较弱，“素养为本”的课堂有待进一步开发。由此可见，高中化学“证据推理与模型认知”核心素养的培养现状情况总体良好，但具体细节有待进一步落实。二，此次研究开发的教学策略以及给出的教学设计案例，为高中化学课程中“证据推理与模型认知”这一核心素养的培养提供了参考依据。通过结合相关理论，提出开展科学探究、设置有效情境、明确证据链条、完善建模过程的教学策略，并以《金属矿物的开发利用》相关内容为例，给出了有助于提高课堂教学效率与质量的教学设计。不足与展望由于笔者理论知识不足、缺乏教学经验、研究时间有限，本研究还存在许多问题，经过对整个研究过程的反思，总结出以下不足：一是研究对象的局限性。本研究选取的研究对象为成都市某省一级示范学校校高2026届选科组合包含化学的学生，其中大部分学习能力较强、中考成绩优秀，因此研究结果存在一定的偏差，无法代表“证据推理与模型认知”核心素养在欠发达地区、学习能力较差学生中的培养情况。另外，此次研究调查的学生选科组合多为“物化生”，无法充分说明其他选科组合的实际情况。因此，未来如果能对更多地区、不同层次开展调查，相信对高中“证据推理与模型认知”核心素养培养情况会有更全面的认知。二是研究结果的有效性。由于本研究缺乏与学生进行面对面授课的客观条件，无法对开发的教学策略以及教学设计案例进行实证，研究结果的有效性有待检验。因此，未来如果能对本研究结果进行实证，相信能够优化得到更加有效可行的教学策略，学生的科学思维与问题解决能力也能得以有效提升。在笔者看来，于高中化学教育领域，“证据推理与模型认知”这一核心素养的培养具有举足轻重的意义。但由于笔者能力有限，相关研究不够周全，期待在未来即将开启的教学生涯中不断学习、不断探索，让化学课堂更加生动有趣、丰富多彩。

参考文献:张雪.基于科学论证促进“证据推理与模型认知”素养发展的研究[D].芜湖:安徽师范大学,2021.刘李蒙.高中化学教学中学生证据推理能力的研究[D].扬州:扬州大学,2022.J.Osborne,The21stcenturychallengeforscienceeducation:Assessingscientificreasoning,ThinkingSk