基于证据推理的高中化学课堂教学实践——以《化学反应的速率和限度》为例

王秀英 余晓钟

根据化学课程对学生发展核心素养的贡献以及化学课程的特点，高中化学核心素养概括为五个方面。其中，“证据推理与模型认知”核心素养是化学特征的思维方法，特别是“证据推理”核心素养在必修2化学反应原理部分的教学中有非常普遍和至关重要的体现。

一、什么是化学学科“证据推理”核心素养

“证据推理”简单讲就是根据原有认知，对物质的性质及其变化提出可能的假设，再寻找证据并基于所有证据进行分析推理，对假设进行证实或证伪。化学科学中许多理论的建立，特别是中学化学课程中所涉及的化学理论和原理，都是建立在对大量实验事实、生活真实情景、资料文献记载等方面获取的信息基础上，展开比较分析、归纳概括以及逻辑推理进而形成科学结论的，其运用的主要探索模式就是“证据推理”。

以实验为基础的化学学科具有独特的学科特色，含有很多事实性化学知识和真实性化学情景，如果在课堂教学中，能将这些知识和情景上升为化学问题解决式教与学，不仅能在解决真实情境的问题中培养学生科学精神和社会责任感，还能更好的体现化学科学自身的内容逻辑主线。同时，化学问题解决式学习是一种体验性的学习过程，需要学生通过阅读、查阅资料、观察实验现象等途径获取和处理有关信息，进而通过自身的体验去感受和领悟数据推理等重要的科学方法。

二、“证据推理”核心素养在高中化学课堂教学中的探索实践

《化学反应的速率和限度》该节案例教学内容选自苏教版化学2专题2，教学设计定位在高一学考前复习课。本节教学内容属于必修阶段，课程标准中明确要求，通过实验认识化学反应速率，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用；通过实验探究浓度、催化剂等对过氧化氢分解反应速率的影响。综合考虑课程要求，内容量和重难点，确定本节复习课主要目标为回顾化学反应速率的概念，能准确进行简单计算，更清楚地了解影响化学反应速率的因素及化学平衡状态的基本特征。在对教材反复研读和对学生学情仔细分析的基础上，确定本节课以问题解决为引领，以“证据推理”为主要核心素养养成基调，通过真实情景、数据处理、科学归纳等方法的应用，教会学生运用史实和事实手段寻找证据并进行合理的推理论证，最终建构研究化学反应速率及限度的思维模型。

本节以“工业炼铁”为依托，贯穿课堂始终并逐渐展开，从生产实际发展历程的真实情景出发，结合模拟生产数据，用问题引领的教学方式展开。巩固落实双基的同时，重视培养学生证据推理核心素养，最终设计成了基于证据推理的高中化学课堂教学案例。

[教学环节1]展示炼铁工业发展历史过程图，以事实为依据进行对比分析。

教师(问题解决)：随着工业生产的不断完善和改进，由最初的直接自然通风到手动鼓风，再到自然通风燃烧，如今现代工业炼铁多数采用高炉炼铁装置，自然通风燃烧还原制得铁。分组讨论，以工业生产实际为载体，总结归纳所学化学知识在生产生活中的应用。

学生：4人为一小组，从影响化学反应速率角度讨论：高炉炼铁工业中有哪些措施可以提高该化学反应速率？

总结(教学目标)：影响化学反应速率的因素

(以真实历史进程为情景，为证据，进行逐步分析推理)

[教学环节2]以模拟数据为载体，再现化学反应速率的概念及表示方法。

教师(问题解决)：为了进一步探究冶炼铁的反应过程，在实验室模拟工业炼铁，在1100℃下，将Fe2O3与3molCO置于2L的密闭恒容容器中反应：

学生：根据表格数据计算0～3h用CO2表示的平均反应速率

总结(教学目标)：化学反应速率的意义及简单计算方法，认识化学学习的社会价值。(学生从生活经验或对身边事物的观察为出发点，通过数据处理获取化学知识，认识到化学反应有快慢之分且可定量研究)

[教学环节3]根据炼铁史实，结合所学知识进行证伪。

教师(问题解决)：技术人员发现在工业炼铁过程中，炼铁炉排出的尾气中含有一定量的CO，并认为是CO与原料接触时间不够导致，为此耗巨资增加高炉的高度来解决问题，但事实上并未减少高炉中CO的含量？

学生：分析产生此现象的真正原因是什么？

结论(教学目标)：该反应是有限度的，建立化学平衡状态后，各物质的浓度不随接触时间延长而变化。(培养学生科学严谨，有理有据，尊重事实的科学态度)

[教学环节4]以模拟数据形式进行计算推理，进一步体会化学反应限度的存在

教师(问题解决)：为了探究该反应过程出现的情况，在实验室中模拟工业炼铁，在1100℃下，将Fe2O3与3molCO置于2L的密闭恒容容器中反应，反应数据见下表：

学生：思考1：根据表格数据，如何说明该反应是有限度的？

思考2：根据表格数据大致绘制反应体系中CO、CO2浓度随时间变化的坐标图。

思考3：当达到化学平衡时，为什么反应物CO浓度保持不变？请同学们大致画出CO消耗速率、CO生成速率随时间变化的坐标图。

结论(教学目标)：化学平衡状态的概念及特征(数形结合，分析推理)

[教学环节5]反馈练习，巩固应用

教师(问题解决)：对于密闭体系中的反应Fe2O3(s)+3CO==2Fe(s)+3CO2判断下列说法能否证明反应一定处于化学平衡状态：

①单位时间内消耗3mol CO2同时生成3mol CO。②CO的消耗速率与CO2的生成速率之比为1∶1。③CO、CO2的浓度相等。④Fe2O3的物质的量不再变化。⑤条件一定时，体系中压强不再变化。⑥条件一定时，混合气体的平均分子量不再变化。

学生：思考，回答

结论(教学目标)：化学平衡状态的判断(教，学，评一致性反馈练习)

[教学环节6]发展性思维训练

教师(问题解决)：根据所学的知识内容能否继续从化学反应速率和限度的角度出发对高炉炼铁工艺Fe2O3(s)+3CO==2Fe(s)+3CO2进行改进，你能想到哪些需要改进吗？

学生：思考，讨论……

结论(教学目标)：思维拓展

(学生未来生活中所要面对的问题往往是复杂的，甚至是不可预测的，具有体系开放、结果不确定等特点，需要学生对信息进行处理和对证据进行选择，最终做出评价和决策。经常性地进行化学问题解决学习是培养学生化学核心素养的最有效途径。)

三、基于化学学科数据推理核心素养进行教学设计的几点反思

对于证据推理核心素养可大体分为三部分，一是搜集证据，二是演绎推理，三是证实或证伪。首先要明白的是哪些可以成为证据，实验是证据，数据是证据，文献等也是证据。接着要考虑通过什么途径寻找证据更有力有效，比如自己完成实验形成直接证据，也可以借鉴文献使用间接证据。而如何合理利用证据，要遵循学科逻辑关系，进行最有说服力，学生最容易接受的方式逐一展开证据推理。最后要以事实为依据，尊重科学结论，相信物质世界的存在都存在科学和理性。

各种核心素养在学科教学中是相辅相成的，不能完全割裂。教师在学生的学习过程设计时要根据学科特点和课堂知识载体的特点，有所侧重地、有意识地进行学科多种核心素养的培养，使学生在学习各种基础知识、掌握各种基本技能的同时，逐步形成未来自身发展和社会发展所需的必备品格和关键能力。