基于“化學(xué)閱讀”活動發(fā)展證據(jù)推理素養(yǎng)

摘要：在發(fā)展證據(jù)推理核心素養(yǎng)目標統(tǒng)領(lǐng)下，以研究HI 分解反應(yīng)相關(guān)真實問題為載體，將素材、知識整合，設(shè)計基于學(xué)情的精準化學(xué)閱讀活動，引導(dǎo)學(xué)生形成化學(xué)反應(yīng)及速率變化的認知，建立問題的一般分析、解決思路，歷經(jīng)證據(jù)推理過

程，發(fā)展證據(jù)推理核心素養(yǎng)，進而養(yǎng)成基于閱讀的終身學(xué)習(xí)方式。

關(guān)鍵詞：問題情境教學(xué)；化學(xué)閱讀；證據(jù)推理；HI分解反應(yīng)；化學(xué)反應(yīng)速率

文章編號：1008-0546（2023）11-0020-05" 中圖分類號：G632.41" 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.004

一、問題提出

現(xiàn)代漢語詞典認為，閱讀是指看（書報等）并領(lǐng)會其內(nèi)容，［1］進一步拓展概念，可以是對各種知識的獲取、理解、內(nèi)化到綜合運用，直至發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)新的核心途徑和方法，是人類“學(xué)會學(xué)習(xí)”的基本方式，［2］與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)目標要求不謀而合。［3］化學(xué)學(xué)科的閱讀（以下簡稱化學(xué)閱讀）是指基于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)特征進行閱讀，同化舊知識，趨向知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化發(fā)展的閱讀，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的有效途徑，但在中學(xué)課堂中多以文史為主，缺失化學(xué)閱讀課堂，［4］造成學(xué)生學(xué)習(xí)上的“營養(yǎng)不均衡”，無法發(fā)揮出閱讀的素養(yǎng)培養(yǎng)的作用?！盎瘜W(xué)閱讀”的學(xué)習(xí)主張是將閱讀作為解決問題情境的途徑，更加突出培養(yǎng)學(xué)生的自主性和關(guān)鍵能力，很好地讓學(xué)生明晰“為什么學(xué)”“如何學(xué)”，提高自主學(xué)習(xí)動機和能力，實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標。研究 HI 分解效率是典型的速率問題，蘊含豐富的閱讀素材，基于各類資料的讀取、加工、整合去解決問題，幫助學(xué)生從微觀角度突破理論知識學(xué)習(xí)障礙，獲得速率問題的處理辦法，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理素養(yǎng)，真正地從“學(xué)會”到“會學(xué)”，發(fā)展終身學(xué)習(xí)素養(yǎng)。因此，以“提高HI工業(yè)分解效率”為問題情境，進行一次教學(xué)嘗試，基于化學(xué)閱讀，研究HI分解反應(yīng)及速率變化，達成知識、素養(yǎng)發(fā)展目標，發(fā)展學(xué)習(xí)力。

二、內(nèi)容分析

在選擇性必修課程模塊1化學(xué)反應(yīng)原理中，影響化學(xué)反應(yīng)速率因素知識屬于“化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率”主題下化學(xué)反應(yīng)速率這一專題中的內(nèi)容，新課標的要求為“了解溫度、濃度、催化劑等對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，認識基元反應(yīng)活化能對化學(xué)反應(yīng)速率的影響”，相應(yīng)的學(xué)業(yè)要求為“能用一定的理論模型說明外界條件改變對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，并能運用溫度、濃度、催化劑等對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化等實際問題”。可見課標對這部分內(nèi)容要求較高，需要達到“微觀分析、解釋、應(yīng)用”的層次。

從學(xué)科知識看，影響化學(xué)反應(yīng)速率因素知識是速率角度解決生產(chǎn)實際問題的基礎(chǔ)，分解 HI制備 H2是開發(fā)氫能的未來方向之一，具有重要研究價值，研究 HI分解反應(yīng)需要具備“簡單碰撞理論”、基元反應(yīng)、活化能、活化分子等理論基礎(chǔ)，根植于豐富化學(xué)史和文獻的學(xué)習(xí)，配以分解HI微粒圖的實證研究，引導(dǎo)學(xué)生認識化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的深層次原因，逐步完善微觀視角下化學(xué)反應(yīng)的認知體系。通過推理、歸納，建構(gòu)出相應(yīng)理論模型，用以合理闡釋外界條件改變影響化學(xué)反應(yīng)速率的微觀原因，整合宏觀與微觀認識，形成系統(tǒng)性的速率知識，指導(dǎo)學(xué)生解決“分析工業(yè)數(shù)據(jù)選擇 HI 分解條件”的問題，發(fā)揮知識應(yīng)用價值，進而建立解決速率問題的一般思路與方法，提升實際問題解決能力。

從證據(jù)推理素養(yǎng)發(fā)展看，證據(jù)推理核心素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科的思維特征，［5］包括證據(jù)的收集與推理過程。證據(jù)推理思維需把握和監(jiān)管證據(jù)推理過程的方向和質(zhì)量，這與閱讀過程中的有效獲取、吸收、加工、歸納等學(xué)習(xí)行為高度吻合。遵循學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律，協(xié)調(diào)融合素材、知識以及素養(yǎng)，構(gòu)建閱讀中證據(jù)推理的思維過程，設(shè)計易到難的核心問題和具體活動，優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，可使得目標有效落地。以提高 HI 工業(yè)分解效率的問題解決為情境，首先是透徹研究 HI 分解反應(yīng)，通過閱讀文獻史料、實驗資料、HI分解微粒圖示等，引導(dǎo)學(xué)生有效收集各類證據(jù)，運用多種方法進行推理，深刻地解讀 HI 微觀分解過程，理解相應(yīng)知識，在反思與總結(jié)中，整理思維邏輯，建構(gòu)理論模型，形成證據(jù)收集的途徑和方法，初步掌握基于證據(jù)的推理規(guī)律，錘煉高階的思維品質(zhì)，其次，理論指導(dǎo)設(shè)計并選取HI分解條件，學(xué)生以證據(jù)推理思維為指導(dǎo)，正確、高效地基于收集的證據(jù)進行靈活邏輯推理，給出經(jīng)過理論評估通過的方案，過程中促使速率知識系統(tǒng)化，完善證據(jù)收集的途徑與方法和證據(jù)推理的規(guī)律，提升證據(jù)推理能力與思維品質(zhì)，最后，以課后作業(yè)——制定催化劑選擇標準——診斷并提升素養(yǎng)水平，見圖1。反思、梳理4個問題解決過程，引導(dǎo)學(xué)生逐漸養(yǎng)成基于化學(xué)閱讀的學(xué)習(xí)方式，提升終身學(xué)習(xí)能力。

三、學(xué)情分析與學(xué)習(xí)目標的確立

1.學(xué)情分析

課前，借助智慧學(xué)伴平臺安排前測，檢測學(xué)生基礎(chǔ)情況。通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)90%學(xué)生已經(jīng)對化學(xué)反應(yīng)有一定微觀認識水平，如能從化學(xué)鍵與能量變化解釋化學(xué)反應(yīng)過程，而從速率角度對化學(xué)反應(yīng)的認識處于宏觀記憶（89%）、簡單分析水平（76%），尚不能從基元反應(yīng)、碰撞理論等方面更深刻認識化學(xué)反應(yīng)發(fā)生及速率變化規(guī)律原因，導(dǎo)致無法獨立解釋或解決陌生復(fù)雜問題。同時，應(yīng)對復(fù)雜問題還要能處理大量資料，如文獻、抽象的微粒圖等。85%學(xué)生僅能做到單類型證據(jù)的收集與簡單推理，基于資料的有效收集（60%）、關(guān)聯(lián)推理（40%）等能力還需培養(yǎng)，追因溯源是學(xué)生學(xué)習(xí)能力有待提升，需要幫助學(xué)生掌握更好的學(xué)習(xí)方法。

2.學(xué)習(xí)目標

（1）以研究 HI 分解反應(yīng)為例，認識簡單碰撞理論、基元反應(yīng)、活化能、活化分子等概念，完善認識化學(xué)反應(yīng)的知識體系，進而能夠?qū)ν饨鐥l件改變對化學(xué)反應(yīng)速率的影響作出合理微觀解釋，完善化學(xué)反應(yīng)速率知識體系，培養(yǎng)微觀探析核心素養(yǎng)。

（2）在解決提高 HI分解效率問題過程中，能夠進行各類型證據(jù)的讀取、收集、分析、推理、歸納，形成證據(jù)收集的途徑與方法，建立基于證據(jù)的推理方法與規(guī)律，提升基于證據(jù)的收集與推理能力，培養(yǎng)和發(fā)展證據(jù)推理核心素養(yǎng)，同時，建立速率問題的分析、解決思路與方法，提升問題解決能力。

（3）整理、總結(jié)整個學(xué)習(xí)過程，形成“基于閱讀學(xué)習(xí)新知識”的學(xué)習(xí)方式，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)力。

四、教學(xué)過程

1.整體教學(xué)思路

建構(gòu)主義理論認為“學(xué)習(xí)要以學(xué)生為中心，在已有知識和經(jīng)驗基礎(chǔ)上，學(xué)生在一定學(xué)習(xí)場景活動中自主完成知識與思維的建構(gòu)，充分發(fā)揮學(xué)生內(nèi)驅(qū)力”。以研究硫碘循環(huán)制氫中分解HI制備H2效率為問題情境，以微觀研究HI分解反應(yīng)及速率變化為學(xué)習(xí)載體，設(shè)計化學(xué)反應(yīng)認知發(fā)展的核心問題和內(nèi)含完整證據(jù)推理過程的具體活動，引導(dǎo)學(xué)生通過自主閱讀完成知識學(xué)習(xí)和問題解決，發(fā)展對化學(xué)反應(yīng)及速率規(guī)律的微觀認知模型。過程中，訓(xùn)練閱讀技能，培養(yǎng)基于證據(jù)的收集與推理的方法，發(fā)展證據(jù)推理思維素質(zhì)，課后活動構(gòu)成連續(xù)性學(xué)習(xí)，鞏固提升素養(yǎng)水平和學(xué)習(xí)能力，具體見表1。

2.具體教學(xué)過程

創(chuàng)設(shè)問題情境：氫能是代替石油、環(huán)保的能源，硫碘循環(huán)中 HI 制 H2是技術(shù)方向之一。分解 HI 制 H2效率如何提高？

問題1：你對HI分解反應(yīng)有什么認識？

活動1：閱讀文獻（分解 HI 的能量變化），分析 HI 的分解過程。

學(xué)生：在化學(xué)鍵與能量變化的基礎(chǔ)上，學(xué)生推理出HI微觀分解過程。

活動2：閱讀文獻（基元反應(yīng)概念和 HI 反應(yīng)歷程），深度認識HI分解反應(yīng)。

學(xué)生：學(xué)生提取基元反應(yīng)的有效信息，解釋出 HI反應(yīng)歷程：2HI→H2+2I ·、2I·→I2，發(fā)展新認知“化學(xué)反應(yīng)是由基元反應(yīng)組成的”。

活動3：閱讀文獻（1 mol/L 氣體在1cm3、1s 碰撞1028次），學(xué)生發(fā)現(xiàn)“碰撞可能是HI分解的關(guān)鍵”。

設(shè)計意圖：關(guān)聯(lián)新、舊認識，有效收集各方資料，基于同類證據(jù)進行合理推理，演繹HI 分解過程，引導(dǎo)學(xué)生梳理并完善化學(xué)反應(yīng)的微觀認知體系，初步形成收集證據(jù)的途徑與方法與證據(jù)推理思維方式，培養(yǎng)微觀探析和證據(jù)推理能力。同時，引領(lǐng)學(xué)生提煉知識學(xué)習(xí)、問題解決的閱讀過程，清晰化學(xué)資料的閱讀重點，培養(yǎng)新信息的讀取、理解等能力，初步形成基于化學(xué)閱讀的學(xué)習(xí)方法。

問題2：HI分子發(fā)生碰撞一定會反應(yīng)嗎？

活動4：閱讀史料（碰撞理論）、飛秒實驗、HI分解微粒圖，重新解讀HI分解反應(yīng)。

學(xué)生：分析各類資料，收集研究所需的各類證據(jù)，辨析出正確的 HI 反應(yīng)微粒圖，歸納出簡單碰撞理論內(nèi)涵：正確取向和足夠能量。

活動5：閱讀文獻（活化能、活化分子、過渡態(tài)理論），概括分子發(fā)生反應(yīng)的過程。

學(xué)生：總結(jié)模型“普通分子獲得超過活化能的能量變成活化分子，進行取向正確的碰撞，形成有效碰撞，促使發(fā)生反應(yīng)?！?/p>

師生：結(jié)合資料，糾正與演繹對 HI 分解的認識，學(xué)生自主提煉出圖示模型（見圖2）。

設(shè)計意圖：基于各類證據(jù)進行多類推理，剖析 HI 分解過程，完善證據(jù)收集的途徑與方法，在分析、推理、歸納、演繹中建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的模型，逐步完善化學(xué)反應(yīng)認識體系，建立基于證據(jù)推理的認識方式，發(fā)展思維品質(zhì)，發(fā)展微觀探析和證據(jù)推理核心素養(yǎng)。問題2閱讀類型和難度增加，豐富化學(xué)資料的閱讀重點和技巧，增加閱讀理解能力，內(nèi)化基于化學(xué)閱讀的學(xué)習(xí)方式。

問題3：HI分解速率如何提高？

活動6：設(shè)計提速方案，閱讀圖表（不同溫度、濃度對HI分解的影響），選取合適條件。

學(xué)生：依據(jù)控制變量思想，學(xué)生運用速率知識，提出方案“升溫、增大 C（反應(yīng)物）等”，并分析圖表變化，選出合適溫度和濃度。

活動7：結(jié)合已學(xué)成果，閱讀HI反應(yīng)微粒圖，評估方案可行性。

學(xué)生1：增大HI濃度，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)、百分數(shù)增大，單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加，分解速率加快，方案可行。（錯誤）

學(xué)生2：增大 HI 濃度，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增大、百分數(shù)不變，單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加，分解速率加快，方案可行。（正確）

學(xué)生3：升高分解溫度，分子獲取充足能量，使得單位體積內(nèi)活化分子數(shù)、百分數(shù)增大，單位時間內(nèi)有效碰撞次數(shù)增加，分解速率加快，方案可行。

討論：學(xué)生互駁觀點，達成統(tǒng)一認識“濃度不能改變單位體積內(nèi)活化分子百分數(shù)”，并總結(jié)反應(yīng)條件選擇的評價角度與標準（見表2）。

學(xué)生：回顧學(xué)習(xí)過程，總結(jié)出陌生問題的分析、解決框架（見圖3）。

設(shè)計意圖：基于各類證據(jù)進行關(guān)聯(lián)推理，綜合進行“HI 分解條件”方案的設(shè)計與評估，學(xué)會控制變量法，進一步完善證據(jù)收集的途徑與方法。建立速率問題的分析、解決框架，在分析、推理、解釋、反駁過程中，拓展速率的認識體系，完善基于證據(jù)推理的方法，升華高階思維方式，深化對微觀探析和證據(jù)推理核心素養(yǎng)的理解?？偨Y(jié)反思新學(xué)法在問題3中應(yīng)用經(jīng)驗，提升學(xué)習(xí)能力。

課后診斷：在智慧學(xué)伴平臺上，發(fā)布課后問題“作為催化HI分解的催化劑應(yīng)具備什么標準？”

設(shè)計意圖：課后問題是與課堂內(nèi)容一體化設(shè)計的，一方面，借助平臺數(shù)據(jù)化檢測學(xué)習(xí)情況（見圖4），通過前、后測數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)教學(xué)成與敗，為后續(xù)精準教學(xué)做鋪墊；另一方面，催化劑是影響速率因素之一，進一步完善速率知識體系，豐富速率問題解決手段。

五、教學(xué)反思

踐行化學(xué)閱讀的問題情境教學(xué)，貫徹基于閱讀培養(yǎng)證據(jù)推理化學(xué)素養(yǎng)的學(xué)習(xí)方式，教師要基于學(xué)情，選取閱讀素材豐富的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)有意義的問題情境，整理閱讀技巧、策略，厘清基于化學(xué)閱讀的教學(xué)思路，融合設(shè)計活動，使得學(xué)生知識水平、證據(jù)推理素養(yǎng)螺旋上升發(fā)展，構(gòu)建并驗證學(xué)習(xí)新模式，提升核心學(xué)習(xí)力。通過前、后測數(shù)據(jù)對比，95%學(xué)生從微觀角度對化學(xué)反應(yīng)及速率變化有更為深刻的認識，80%學(xué)生能較好獨立完成閱讀問題，證據(jù)推理核心素養(yǎng)和學(xué)習(xí)能力明顯提升，是一次成功的教學(xué)實踐。具體有以下幾方面的體會。

1.開展基于大數(shù)據(jù)的精準教學(xué)

基于學(xué)情的教學(xué)是高效課堂的基石。大數(shù)據(jù)技術(shù)能更好地幫助教師定好基準和把握好方向，通過量化數(shù)據(jù)分析，精準定位學(xué)生基礎(chǔ)與問題，利于制定直擊弱點、目的清晰的學(xué)習(xí)目標，從而逆向設(shè)計解決學(xué)生問題的活動。因此，借助智慧學(xué)伴平臺，精心選取問題，進行精準前測，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)速率認知水平、證據(jù)推理核心素養(yǎng)、學(xué)習(xí)方式方面的提升點，通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，學(xué)生各項素質(zhì)得到有力發(fā)展，更加高效地實現(xiàn)教學(xué)目標。

2.形成基于閱讀的學(xué)習(xí)方式

閱讀是人類接受新知識的重要途徑，建立于以閱讀基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)過程，巧妙地將化學(xué)資料與知識、素養(yǎng)發(fā)展過程統(tǒng)一來設(shè)計問題和活動，按照讀取、收集、分析、推理、解釋、歸納等流程進行閱讀學(xué)習(xí)，自主學(xué)會新知識，處理好陌生問題，養(yǎng)成學(xué)習(xí)新方式。歷經(jīng)3個問題環(huán)節(jié)，循序漸進地建立、固化、發(fā)展基于閱讀的學(xué)習(xí)方式，改進學(xué)習(xí)機制，80%學(xué)生基于閱讀的學(xué)習(xí)能力得到有效培養(yǎng)。

3.提升學(xué)生的認知水平

開展素養(yǎng)為本的教學(xué)要關(guān)注學(xué)生建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的學(xué)科知識，強調(diào)在真實情境中應(yīng)用。［6］厘清散碎知識內(nèi)在聯(lián)系和邏輯，溯源學(xué)科本質(zhì)，再自上而下擴散學(xué)科核心概念與學(xué)科素材和內(nèi)容有機組合，在具體問題解決中，學(xué)生自下而上摸清知識脈絡(luò)，生成有意義的知識結(jié)構(gòu)，同時衍生相應(yīng)的應(yīng)用功能，進而加深學(xué)生對化學(xué)觀念的理解與應(yīng)用，95%學(xué)生的認知水平顯著提升。

4.提升學(xué)生的證據(jù)推理核心素養(yǎng)水平

證據(jù)推理核心素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，［7］本課中，基于化學(xué)閱讀的學(xué)習(xí)過程，內(nèi)核是證據(jù)推理的思維過程。編排類型豐富的閱讀素材，搭建思維階梯，隨著問題的層層推進，分析、推理完整的閱讀活動，逐級形成證據(jù)的收集與推理的思路與方法，發(fā)展了高級思維素質(zhì)，學(xué)生的證據(jù)推理核心素養(yǎng)水平都有提高。

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