基于“证据推理与模型认知”素养的深度学习活动设计——探究温度、压强对化学平衡移动的影响.pdf
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1、33化学教与学2 0 2 3 年第12 期化学教与学教学研究基于“证据推理与模型认知”素养的深度学习活动设计探究温度、压强对化学平衡移动的影响卢文静!周海欧2(1.佛山市顺德区华侨中学广东佛山528300;2.佛山市顺德区教育发展中心广东佛山528300)摘要:以“探究温度、压强对化学平衡移动的影响”为例,通过设置问题情境,设置实验探究、结合手持技术实验和理论证据,从定性和定量以及实验和理论角度,培养收集证据、分析证据、证据推理、建立模型、完善模型、运用模型的能力,发展“证据推理与模型认知”的化学核心素养。关键词:证据推理与模型认知;深度学习;平衡移动文章编号:10 0 8-0 5 46(2
2、0 2 3)12-0 0 3 3-0 0 5中图分类号:G632.41文献标识码:Bdoi:10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.007一、教学背景分析普通高中化学课程标准(2 0 17 年版2 0 2 0 年修订)提出要发展化学核心素养,即“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5 个维度”。“证据推理与模型认知的内涵”是指能够收集化学事实、信息等证据并提出假设,通过正确的化学思维过程进行推理和分析,得出结论,并构建证据与结论之间完整的逻辑关系,从而形成一般的认知思维与方法,建立认知模型,并且能
3、够运用模型的一般思维方法去解决化学问题。2 “证据推理与模型认知”这一核心素养需要建立在科学探究的基础上,是一种区别于“死记硬背”的表层学习的深度学习方法,有助于学生认识知识是如何构建的,对知识形成深刻的理解,并且对知识进行迁移与应用,以及形成强烈的知识学习内驱力与学习情感,发展高阶的化学思维与综合应用能力。1976年,FerenceMarton和RogerSaljo首次提出深度学习和浅层学习的概念,深度学习是相对于简单记忆的浅层学习而提出来的,是内在特征的理解和联系。3 近几十年研究,大体上深度学习被认为是一种学习的方式、过程和结果。4在高中化学学习中,深度学习是以提高学生认知目标为前提,培
4、养学生批判性思维能力,注重学习过程中的积极情感投人及学习结果的核心素养和终身发展能力建构,是一个知识迁移的过程,是在理解基础上联结原有知识并通过迁移解决问题的学习行为。目前我国普通高中化学教学中对于“证据推理和模型认知”素养的培养正在探索阶段,尤其是对于“模型认知”的理解与培养不够重视,许多教师对证据推理以及模型认知之间的内在联系理解不透,学生对化学知识的学习停留在浅层的记忆理解层面,所以需要构建基于深度学习指向化学核心素养的课堂教学活动设计。本文选择2 0 19 年人教版普通高中化学选择性必修一的“温度、压强对化学平衡移动的影响”为主题,进行基于“证据推理与模型认知”素养的深度学习活动设计。
5、二、教学内容分析温度与压强对化学平衡移动的影响为2 0 19 年人教版普通高中化学选择性必修1第二章第二节的教学内容。新课标要求“了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。通过实验探究,了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学*本文系广东省教育科学规划课题“中学化学深度学习的课堂学习活动设计与实施研究”(2 0 GDJY-BO19)、广东省教育科研规划2 0 2 3 年度重点科研项目“高中化学主题式命题设计与应用指南(2 0 2 3 ZQJK052)的阶段性研究成果。34化学教与学2 0 2 3 年第12 期化学教与学教学研究
6、研究中的重要作用”。在进行本节课学习之前,学生已经学习了影响化学速率的因素以及浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系,学生对平衡移动有了初步认识,具备了一定的平衡思想,结合新课标的内容要求和学业水平要求,制定了以下教学目标:(1)通过手持技术实验探究从定性角度归纳压强和温度对化学平衡的影响规律,从中体验科学探究的艰辛和喜悦;培养变化观念与平衡思想、证据推理与科学探究的化学核心素养。(2)学会用浓度商和平衡常数大小比较判据,定量判断压强和温度影响平衡移动的方向。(3了解控制反应条件在生产、生活和科学研究中的意义,落实科学精神与社会责任的化学核心素养。三、教学设计思路证据推理与模型认知需
7、要建立在情境问题以及科学探究收集证据的基础上,证据推理需要从情境中发现问题,根据已有的知识、数据进行假设,再收集证据,根据已经有的数据、现象等进行证据的组合、证据表达、证据推理从而证实或者证伪假设,获得结论,模型认知需要在证据推理的基础上形成一般的认知方法、规律模型,并且以证据不断修模型,应用模型去解决实际化学问题。5 本文的设计思路(如图1所示)是在科学探究中贯穿证据推理,在证据推理的基础上构建和应用模型从情境中形成实验探究得出结论构建模型应用模型发现问题假设及证据收集推理:根据情境中推理:根据实验证据归纳推理:根据一般事实,已有事实证据对问推理分析,对假设进分析证据、结论与模型之题进行初步
8、假设行证实或者证伪。间的逻辑关系,构建模型图1基于“证据推理与模型认知”素养的教学设计思路本文设置了两个教学情境,以“当打开汽水瓶盖会涌出大量气泡”为情境,提出问题:“为什么会涌出大量气泡?”,收集证据“市场上销售的汽水,大约是1体积水中溶有1 4.5 体积二氧化碳,制备时在4和2-4个大气压下将CO2注入原浆中。”形成假设:压强对化学平衡移动有影响,提出问题:“压强怎样影响化学平衡移动?”,通过手持技术实验探究得出压强对NO,与NO4平衡体系的时间压强图像,从定性角度对图像证据进行合理推理,从定量角度浓度商与平衡常数相对大小推理分析,得出结论,联系宏观与微观构建压强对化学平衡移动原理的模型。
9、通过设置情境“饮用冰镇汽水会打隔”,收集证据“人的体温较室温高”,从而提出假设“温度对化学平衡移动有影响”。通过搭建脚手架设计温度对NO2与N.04平衡体系的影响,收集定性的颜色变化证据以及理论证据范特霍夫方程,得出结论,联系宏观与微观构建温度对化学平衡移动原理的模型。最后,结合温度以及浓度对化学平衡移动的模型构建勒夏特列原理模型,并运用该模型分析解决工业制备硫酸的反应条件调控问题。相关的教学分析思路如图2 所示。四、教学过程1.压强对化学平衡移动的影响【情境引人】教师现场展示打开一瓶可乐,观察瓶内现象。【问题引导】瓶中怎么会有大量气泡?【展示】资料卡片:市场上销售的汽水,大约是1体积水中溶有
10、1 4.5 体积二氧化碳,制备时在4和2-4个大气压下将注CO2人原浆中。瓶内二氧化碳存在平衡:CO,(ag)-CO2(g)【学生讨论】根据打开汽水瓶盖产生气泡现象以及资料卡片证据,推理打开瓶盖,压强变小,推测平衡:CO2(aq)气CO(g)往正向移动,即体积增大方向移动。【提出假设】压强对化学平衡移动有影响,压强减小朝着体积增大的方向移动。设计意图:创设生活化情境CO2的溶解平衡,提出问题,引导学生根据资料证据,提出假设,激发学生兴趣,体会化学与生活的紧密联系。【实验探究】讲解用压强传感器探究改变压强对NO,与N2O4平衡体系的影响实验(如图3 所示),请预测并画出压缩和拉伸注射器过程中注射
11、器内压强随35化学教与学2 0 2 3 年第12 期化学教与学教学研究任务一:压强对化学平衡移动的影响任务二:温度对化学平衡移动的影响情境情境:打开汽水瓶盖会涌出大量气泡情境:饮用冰镇汽水会打隔问题问题:为什么会涌现大量气泡?问题:为什么饮用冰镇汽水会打隔?证据1:汽水存在平衡CO(a q)-C O(g)证据2:查阅资料市售汽水,1体积水溶有1证据1:汽水存在平衡CO,(aq)-CO(g)收集4.5体积二氧化碳,制备时在4和2-4个大气证据2:查阅资料,体温较室温高证据压下将CO2注人原浆中推理:饮用汽水,汽水在体内温度较高,COz逸出推理:打开瓶盖,压强减小形成假设:压强对化学平衡移动有影响
12、,压强减小假设:温度对化学平衡移动有影响,温度升高朝假设朝着体积减小的方向移动着吸热方向移动实验实验:手持技术探究压强改变对NO,与N2O.平实验探究:温度对NO,与NO.平衡体系的影响证伪衡体系的影响温度对CoCl溶液平衡影响实验证据:压强一时间图像收集实验证据:体系颜色变化证据体系颜色变化4.H.1理论证据:计算Q和K理论证据:范特霍夫方程InK=+CRT推理:分析体系内压强、体系颜色变化跟气体推理:分析体系内温度与体系颜色变化,吸热与证据分子数的逻辑关系放热反应的逻辑关系推理分析改变压强时Q和K的关系分析范特霍夫方程K与T的关系结论:增大压强使化学平衡向气体体积缩小的得出结论:升高温度,
13、平衡吸热方向移动;降低温度,方向移动;减小压强,使平衡向气体体积增大结论平衡向放热方向移动的方向移动建立勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件如浓度、压强或温度等,平衡向能够减弱这种改变的方向模型移动运用工业制硫酸中2 SO(g)+O(g)一2 S0,(g)H=-19 6 k J mol-理论上应该怎么控制温度和压强?模型图2教学设计思路时间变化曲线,并给予解释。【学生】预测并画出压缩和拉伸注射器过程中注射器内压强随时间变化曲线。【实验演示】教师现场演示手持技术实验,使用压强传感器探究改变压强对NO,与N2O4平衡体系的影响。图3实验装置图【问题引导】注射器中体系颜色深浅跟什么有关?注射器中
14、颜色变化是怎样?能否观察清楚?【收集证据】证据1:压强与时间的关系如图4所示。BA时间图4改变压强对NO,与N.O.平衡体系的影响证据2:压缩体积,体系颜色先变深后稍有变浅;增大体积后,体系颜色先变浅后稍有变深。【问题引导】AB压强迅速增大,CD压强迅速减小的原因是什么?为什么B点后压强略有减小?平衡向哪个方向移动?请说出你的判断依据。D 点后压强又略有增大,说明了什么?NO,平衡向哪个方向移动?36化学教与学2023年第12 期化学教与学教学研究【证据推理】AB压强迅速增大原因是压缩注射器使得体积变小,C一D压强迅速减小是体积增大。B点后压强略有减小是因为平衡向体积变小的方向发生移动,也就是
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