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化学专题

表 2 “证据推理与模型认知”素养的水平划分 上的数据可进行定量计算。
此外，若采用多种传感器同
素养水平 证据推理与模型认知
时探测某体系中不同物理量
能从物质及其变化的事实中提取证据，对有关的化学问题提出假设，能依据 的变化，则收集的证据更充
水平 1 证据证明或证伪假设；能识别化学中常见的物质模型和化学反应的理论模
型，能将化学事实和理论模型之间进行关联和合理匹配 分。
“模型认知”中的模型
能从宏观和微观结合上收集证据，能依据证据从不同视角分析问题，推出合
水平 2 理的结论；能理解、描述和表示化学中常见的认知模型，指出模型表示的具 不仅包括实物模型，也包括
体含义，并运用于理论模型解释或推测物质的组成、结构、性质与变化
数学模型、图像模型等。随
能从原子、分子水平分析常见物质及其反应的微观特征，能运用化学符号和 着素养水平的不断提高，对
能从定性与定量结合上收集证据，能通过定性分析和定量计算推出合理的结
水平 3
论；能认识物质及其变化的理论模型和研究对象之间的异同，能对模型和原 学生建立模型意识和综合运
型的关系进行评价以改进模型；能说明模型使用的条件和适用范围
用不同类型模型的能力要求
能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据，能解释证据与结论之 越来越高。数学模型是对真
间的关系；能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模
水平 4 实世界或实物抽象程度最高
型，能选择不同模型综合解释或解决复杂的化学问题；能指出所建模型的局
限性，探寻模型优化需要的证据 的模型。考虑中学生的数学
基础和抽象逻辑思维水平的
认知”素养的主要内涵，并将素养水平分为四个不 实际，中学化学教学（教科书）回避了某些数学模型。
同层次，各水平的具体内容见表 2。 在教学过程中教师大多使用实物模型或图像模型，
以“证据收集的方式”为例，从水平 1 到水平 较少使用数学模型。教师通过数字化实验可以建立
4 要求不断提高，表中斜体字标识出了不同水平对 图像模型，同时利用软件强大的数据分析处理功能，
证据收集方式和途径的要求。水平 1 要求学生能从 可以对曲线做线性拟合、二次多项式拟合，计算切
物质及其变化的事实中提取证据，这是宏观和定性 线值、求导，能够有效地帮助学生建立数学模型。
的要求；水平 2 要求能从宏观和微观结合上收集证 “强酸与强碱的中和滴定”是 2017 版课程标
据；水平 3 进一步提高，需要从定性与定量结合上 准中提及的为数不多的定量实验之一，涉及中和反
收集证据；水平 4 则要求依据各类物质及其反应的 应、滴定曲线、滴定突跃、指示剂变色范围、化学
不同特征寻找充分的证据，不仅要求从定性、定量 计量点、滴定终点等概念。以 NaOH 与 HCl 反应
层面及宏观、微观层面收集证据，还要求寻找的证 为例，实验中教师大多使用酸碱指示剂判断滴定终
据是充分的，能够有效推理出相关结论。 点，而使学生困惑的是“为什么指示剂的变色点不
传统实验的特点是能够帮助学习者从宏观和定 是 7，但却可以用来判断滴定终点”——学生很难
性上收集证据，有时收集的证据并不充分，且一些 理解酸碱溶液中和过程中存在的突变。如何收集证
实验的证据收集工作耗时耗力。数字化实验最鲜明 据帮助学生认识突变并判断滴定终点，教科书给出
的特点是定量化、可视化，能够帮助学习者从定量 的是如下实验方案：用 pH 计测定体系的 pH，记
及微观的角度收集不同层次的证据，进而实现证据 录消耗的酸或碱的体积及相应的 pH，再描点作图
由点到面的转变。此外，因数字化实验能准确、方便、 得到滴定曲线。该实验过程比较复杂，耗时耗力，
快捷地采集数据，学习者可以减少采集证据的次数， 教师在实际教学中很少这么做，大多采用直接呈现
也可重复实验以采集更充分的证据。前面已经提及 中和滴定曲线的方法进行讲解。学生不能直观体会
数字化实验可从微观层面获得数据的功能，这里重 滴定过程中突变的形成，教学效果不理想。教师利
点分析如何利用数字化实验从定量角度收集证据。 用滴数计和 pH 传感器可以测定酸碱中和反应过程
学习者可以采用相应的传感器采集体系中某物理量 中 pH 的变化，并方便、快捷、实时地呈现滴定过
的变化，得到相关的数据和曲线。有了数据，学生 程中溶液 pH 的变化，使学生能够直观感受突变的
可从定量角度认识化学反应中的物理量变化，根据 形成，而使用摄像头录制实验过程，将实验现象和
曲线图可以分析不同物理量之间的关系，利用曲线 pH 变化图像同步实时呈现，便可以将 pH 的突变

6 2018 年第 7 期 中小学数字化教学

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