基于“化學閱讀”活動發展證據推理素養

摘要：在發展證據推理核心素養目標統領下，以研究HI 分解反應相關真實問題為載體，將素材、知識整合，設計基于學情的精準化學閱讀活動，引導學生形成化學反應及速率變化的認知，建立問題的一般分析、解決思路，歷經證據推理過

程，發展證據推理核心素養，進而養成基于閱讀的終身學習方式。

關鍵詞：問題情境教學；化學閱讀；證據推理；HI分解反應；化學反應速率

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

現代漢語詞典認為，閱讀是指看（書報等）并領會其內容，［1］進一步拓展概念，可以是對各種知識的獲取、理解、內化到綜合運用，直至發現、創新的核心途徑和方法，是人類“學會學習”的基本方式，［2］與學生發展核心素養目標要求不謀而合。［3］化學學科的閱讀（以下簡稱化學閱讀）是指基于化學學科本質特征進行閱讀，同化舊知識，趨向知識結構化、系統化發展的閱讀，是化學學科核心素養培養的有效途徑，但在中學課堂中多以文史為主，缺失化學閱讀課堂，［4］造成學生學習上的“營養不均衡”，無法發揮出閱讀的素養培養的作用。“化學閱讀”的學習主張是將閱讀作為解決問題情境的途徑，更加突出培養學生的自主性和關鍵能力，很好地讓學生明晰“為什么學”“如何學”，提高自主學習動機和能力，實現化學學科核心素養的培養目標。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，幫助學生從微觀角度突破理論知識學習障礙，獲得速率問題的處理辦法，發展學生的證據推理素養，真正地從“學會”到“會學”，發展終身學習素養。因此，以“提高HI工業分解效率”為問題情境，進行一次教學嘗試，基于化學閱讀，研究HI分解反應及速率變化，達成知識、素養發展目標，發展學習力。

二、內容分析

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

從學科知識看，影響化學反應速率因素知識是速率角度解決生產實際問題的基礎，分解 HI制備 H2是開發氫能的未來方向之一，具有重要研究價值，研究 HI分解反應需要具備“簡單碰撞理論”、基元反應、活化能、活化分子等理論基礎，根植于豐富化學史和文獻的學習，配以分解HI微粒圖的實證研究，引導學生認識化學反應發生的深層次原因，逐步完善微觀視角下化學反應的認知體系。通過推理、歸納，建構出相應理論模型，用以合理闡釋外界條件改變影響化學反應速率的微觀原因，整合宏觀與微觀認識，形成系統性的速率知識，指導學生解決“分析工業數據選擇 HI 分解條件”的問題，發揮知識應用價值，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。

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

三、學情分析與學習目標的確立

1.學情分析

課前，借助智慧學伴平臺安排前測，檢測學生基礎情況。通過數據分析，發現90%學生已經對化學反應有一定微觀認識水平，如能從化學鍵與能量變化解釋化學反應過程，而從速率角度對化學反應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、碰撞理論等方面更深刻認識化學反應發生及速率變化規律原因，導致無法獨立解釋或解決陌生復雜問題。同時，應對復雜問題還要能處理大量資料，如文獻、抽象的微粒圖等。85%學生僅能做到單類型證據的收集與簡單推理，基于資料的有效收集（60%）、關聯推理（40%）等能力還需培養，追因溯源是學生學習能力有待提升，需要幫助學生掌握更好的學習方法。

2.學習目標

（1）以研究 HI 分解反應為例，認識簡單碰撞理論、基元反應、活化能、活化分子等概念，完善認識化學反應的知識體系，進而能夠對外界條件改變對化學反應速率的影響作出合理微觀解釋，完善化學反應速率知識體系，培養微觀探析核心素養。

（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的讀取、收集、分析、推理、歸納，形成證據收集的途徑與方法，建立基于證據的推理方法與規律，提升基于證據的收集與推理能力，培養和發展證據推理核心素養，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、總結整個學習過程，形成“基于閱讀學習新知識”的學習方式，提升學生化學學科學習力。

四、教學過程

1.整體教學思路

建構主義理論認為“學習要以學生為中心，在已有知識和經驗基礎上，學生在一定學習場景活動中自主完成知識與思維的建構，充分發揮學生內驅力”。以研究硫碘循環制氫中分解HI制備H2效率為問題情境，以微觀研究HI分解反應及速率變化為學習載體，設計化學反應認知發展的核心問題和內含完整證據推理過程的具體活動，引導學生通過自主閱讀完成知識學習和問題解決，發展對化學反應及速率規律的微觀認知模型。過程中，訓練閱讀技能，培養基于證據的收集與推理的方法，發展證據推理思維素質，課后活動構成連續性學習，鞏固提升素養水平和學習能力，具體見表1。

2.具體教學過程

創設問題情境：氫能是代替石油、環保的能源，硫碘循環中 HI 制 H2是技術方向之一。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。

學生：在化學鍵與能量變化的基礎上，學生推理出HI微觀分解過程。

活動2：閱讀文獻（基元反應概念和 HI 反應歷程），深度認識HI分解反應。

學生：學生提取基元反應的有效信息，解釋出 HI反應歷程：2HI→H2+2I ·、2I·→I2，發展新認知“化學反應是由基元反應組成的”。

活動3：閱讀文獻（1 mol/L 氣體在1cm3、1s 碰撞1028次），學生發現“碰撞可能是HI分解的關鍵”。

設計意圖：關聯新、舊認識，有效收集各方資料，基于同類證據進行合理推理，演繹HI 分解過程，引導學生梳理并完善化學反應的微觀認知體系，初步形成收集證據的途徑與方法與證據推理思維方式，培養微觀探析和證據推理能力。同時，引領學生提煉知識學習、問題解決的閱讀過程，清晰化學資料的閱讀重點，培養新信息的讀取、理解等能力，初步形成基于化學閱讀的學習方法。

問題2：HI分子發生碰撞一定會反應嗎？

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。

學生：分析各類資料，收集研究所需的各類證據，辨析出正確的 HI 反應微粒圖，歸納出簡單碰撞理論內涵：正確取向和足夠能量。

活動5：閱讀文獻（活化能、活化分子、過渡態理論），概括分子發生反應的過程。

學生：總結模型“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，促使發生反應。”

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

設計意圖：基于各類證據進行多類推理，剖析 HI 分解過程，完善證據收集的途徑與方法，在分析、推理、歸納、演繹中建構化學反應發生的模型，逐步完善化學反應認識體系，建立基于證據推理的認識方式，發展思維品質，發展微觀探析和證據推理核心素養。問題2閱讀類型和難度增加，豐富化學資料的閱讀重點和技巧，增加閱讀理解能力，內化基于化學閱讀的學習方式。

問題3：HI分解速率如何提高？

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

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

活動7：結合已學成果，閱讀HI反應微粒圖，評估方案可行性。

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

學生2：增大 HI 濃度，單位體積內活化分子數增大、百分數不變，單位時間內有效碰撞次數增加，分解速率加快，方案可行。（正確）

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

討論：學生互駁觀點，達成統一認識“濃度不能改變單位體積內活化分子百分數”，并總結反應條件選擇的評價角度與標準（見表2）。

學生：回顧學習過程，總結出陌生問題的分析、解決框架（見圖3）。

設計意圖：基于各類證據進行關聯推理，綜合進行“HI 分解條件”方案的設計與評估，學會控制變量法，進一步完善證據收集的途徑與方法。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，完善基于證據推理的方法，升華高階思維方式，深化對微觀探析和證據推理核心素養的理解。總結反思新學法在問題3中應用經驗，提升學習能力。

課后診斷：在智慧學伴平臺上，發布課后問題“作為催化HI分解的催化劑應具備什么標準？”

設計意圖：課后問題是與課堂內容一體化設計的，一方面，借助平臺數據化檢測學習情況（見圖4），通過前、后測數據對比，發現教學成與敗，為后續精準教學做鋪墊；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、教學反思

踐行化學閱讀的問題情境教學，貫徹基于閱讀培養證據推理化學素養的學習方式，教師要基于學情，選取閱讀素材豐富的教學內容，創設有意義的問題情境，整理閱讀技巧、策略，厘清基于化學閱讀的教學思路，融合設計活動，使得學生知識水平、證據推理素養螺旋上升發展，構建并驗證學習新模式，提升核心學習力。通過前、后測數據對比，95%學生從微觀角度對化學反應及速率變化有更為深刻的認識，80%學生能較好獨立完成閱讀問題，證據推理核心素養和學習能力明顯提升，是一次成功的教學實踐。具體有以下幾方面的體會。

1.開展基于大數據的精準教學

基于學情的教學是高效課堂的基石。大數據技術能更好地幫助教師定好基準和把握好方向，通過量化數據分析，精準定位學生基礎與問題，利于制定直擊弱點、目的清晰的學習目標，從而逆向設計解決學生問題的活動。因此，借助智慧學伴平臺，精心選取問題，進行精準前測，發現學生在化學反應及反應速率認知水平、證據推理核心素養、學習方式方面的提升點，通過本節課學習，學生各項素質得到有力發展，更加高效地實現教學目標。

2.形成基于閱讀的學習方式

閱讀是人類接受新知識的重要途徑，建立于以閱讀基礎的學習過程，巧妙地將化學資料與知識、素養發展過程統一來設計問題和活動，按照讀取、收集、分析、推理、解釋、歸納等流程進行閱讀學習，自主學會新知識，處理好陌生問題，養成學習新方式。歷經3個問題環節，循序漸進地建立、固化、發展基于閱讀的學習方式，改進學習機制，80%學生基于閱讀的學習能力得到有效培養。

3.提升學生的認知水平

開展素養為本的教學要關注學生建構結構化的學科知識，強調在真實情境中應用。［6］厘清散碎知識內在聯系和邏輯，溯源學科本質，再自上而下擴散學科核心概念與學科素材和內容有機組合，在具體問題解決中，學生自下而上摸清知識脈絡，生成有意義的知識結構，同時衍生相應的應用功能，進而加深學生對化學觀念的理解與應用，95%學生的認知水平顯著提升。

4.提升學生的證據推理核心素養水平

證據推理核心素養是化學學科核心素養的思維核心，［7］本課中，基于化學閱讀的學習過程，內核是證據推理的思維過程。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，逐級形成證據的收集與推理的思路與方法，發展了高級思維素質，學生的證據推理核心素養水平都有提高。

參考文獻

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［5］顏肖肖，林海斌，葉躍娟.基于證據推理建構理性課堂——以“氨基酸”的教學為例［J］.化學教學，2021（12）：30-35.

［6］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［7］王磊，于少華.對高中化學課程標準若干問題的理論闡釋及實踐解讀［J］.中學化學教學參考，2018（13）：3-9.