基于文献阅读的新型化学作业设计实施及反思

摘要： “双新”背景下的课程改革对作业设计提出了新要求。基于对沪科版必修教材中的文献阅读型作业的分析，指出该新型作业在培养学生科学素养及化学学科核心素养中的价值。以“海带提碘”为情境设计基于文献阅读的新型作业，以及对作业实施的情况和过程进行评价，同时特别关注学生在完成此类新型作业过程中的想法与困惑，为后续进一步开展新型作业的设计提供有效的依据。

关键词： 新型作业设计； 文献阅读； 科学素养； 学科核心素养； 海带提碘

文章编号： 10056629（2023）05007306

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

作业的设计与布置是教师教学活动的一个重要环节，是学生学习的主要方式和重要组成部分。为进一步推进高中育人方式的改革，国家提出在2022年前全国普通高中全面实施新课程、使用新教材（以下简称“双新”）。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）提出立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，充分发挥化学课程的整体育人功能，构建全面发展学生化学学科核心素养的高中化学课程目标体系［1］。

在推进“双新”改革的热潮中，广大教师把目光投向了课堂教学的创新。他们立足课堂架构的探索，关注学生在课堂中的融入，提升学科核心素养在课堂教学中的落实，形式多样的教学展示与创新活动令人耳目一新。与此同时，对应“课程标准”的创新作业的设计也受到人们的重视。如何巧妙地设计新型作业，充分发挥作业的育人功能，大力发展学生的学科核心素养值得深究。

1 新型作业的需求

传统作业的功能往往定位于“知识的巩固”与“技能的强化”上，较少关注对学生科学兴趣的启迪、科学思维的培养以及合作精神和创新意识的发展，应试训练色彩比较浓重。这种重知识轻能力的作业以求得“标准答案”为目标，远离学生的生活和社会实际，评价功能过于狭隘，评价手段趋于单一［2］，忽视学生思维结构、认知范围、表达方式的个性化差异，使学生深陷机械刷题的泥沼，容易使其产生厌烦和倦怠的心态，敷衍应付，不求甚解［3］。

同时，以选择题或填空题为题型的书面作业在传统作业中占据大多数，偶有阅读型、实验设计型的开放性作业，很少有合作探究型、实践操作型、调查走访型、跨学科交叉等综合运用性作业。“课程标准”提出，教师既要发挥课堂练习对学生化学学科核心素养的诊断作用，又要发挥课后作业对学科核心素养的发展功能，从而使“教、学、评”活动有机结合，同步实施，形成合力。当科学素养被窄化为学科知识，并在评价过程中被进一步窄化为机械背诵与解题能力时，科学探究与创新意识等化学学科核心素养的培养就无从谈起。

2 文献阅读在发展学生核心素养中的作用

传统的科学教育，往往是以教师教授科学概念与知识，学生被动接受与记忆的形式开展，这些知识有的是二手、甚至是多手的知识，在层层转述的过程中掺杂了解读人的主观理解，有时会与第一手的文献所表达的科学含义出现偏差。文献是前人的知识积累，是用来描述他们在某些关心的问题上的发现与研究成果的文本，其内容一般比较全面且准确，是获取信息的可靠来源。科学研究是在继承和借鉴他人研究和发现的基础上不断进行新探索的过程，而文献阅读在这个过程中具有重要意义。

“课程标准”鼓励教师增加学生查找文献资料、深入阅读分析文献资料的活动。对科学文献的阅读理解和分析以及用科学语言逻辑严谨地表述等能力都是科学认知能力与科学素养的基础要素，也是学生学习能力的重要组成部分。根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，以及能用数据、图表、符号等处理实验信息的能力是科学探究与创新意识这一学科核心素养的水平要求。所以设计基于文献阅读的新型作业并将其融入日常教学与评价，有助于培养和评价学生的科学阅读能力、逻辑推理能力及科学表述能力。

3 基于文献阅读的新型作业设计示例

新型作业应紧密联系学生的学习和生活实际，体现科学、技术、社会和环境发展的成果，注重真实情境的针对性、启发性、过程性和科学性。根据测试任务和情境需要，系统地梳理解决问题所要运用的化学知识与方法，注重考察学生灵活运用结构化知识解决实际问题的能力。基于文献阅读的新型作业设计，首先需基于“课程标准”制定科学合理的作业目标，从课时到单元，落实学科知识与核心素养；其次是检索、筛选符合作业目标和学生认知水平的文献，对英文原版文献进行译制；最后结合文献与作业目标，设计、编制若干题目，在题目设计时要关注难度、梯度与知识结构，并融入合作探究、实践操作、调查走访及跨学科交叉等类型的问题。

3.1 沪科版必修教材中的文献阅读型作业

沪科版高中化学必修教材每一章末的“本章复习”内都设置了基于文献阅读的新型作业，现以第2章“海洋中的卤素资源”章后文献阅读作业（如图1所示）为例进行分析。

3.1.1 作业目标分析

氧化还原反应知识贯穿整个中学化学学科知识体系。文献第一段简述了化学发光反应的原理，第二段以鲁米诺试验中的发光过程为例对化学发光反应背后的氧化还原过程进行了阐释。

通过分析化学发光氧化还原反应的原理，学生能认识到化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，知道化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关，除了燃烧反应中的热能形式和原电池中的电能形式以外，化学发光反应中的能量变化也可通过光能形式实现。通过分析鲁米诺在接触血红蛋白中的亚铁离子时发生的氧化还原反应，考察学生依据氧化还原反应原理分析、解释有关实验现象的能力，发展学生“能运用化学变化的规律分析说明生产、生活实际中的化学变化”这一变化观念与平衡思想素养。

3.1.2 文献文本分析

教材所选文献以英文原版形式呈现，并规范标注了文献来源，营造文献阅读的真实感。科学文献以原貌呈现表明文献非编者杜撰，学生在阅读中可以体会真实性与科学性的文献阅读原则。教材编者特意选择有一定科普性的文本，而非专业性特别强的学术论文，其中虽包含部分专业名词，但对于英语阅读能力较好的高中生，在课下借助网络等资源检索相关背景知识和专业名词，或通过小组讨论，是能够理解文献所要说明的科学现象或科学原理的。而对于专业英文阅读比较吃力的学生，教材配套的教参中也给出了对应的中文译文，方便教师进行分层教学。

3.1.3 作业实施建议

鲁米诺反应实验是一个常见的趣味化学实验，教师可以在文献阅读活动前先组织学生试做鲁米诺反应，以激发学生对反应发光背后科学原理的探究兴趣，再以文献阅读的形式解决学生的疑惑，引导学生感悟完整的科学探究过程。由于该作业中的文献文本仅节选了两段，对于有进一步探究兴趣的学生，教师可辅助他们查阅完整的文献，或通过检索关键词等方式，查阅其他与化学发光氧化还原反应和鲁米诺反应相关的中英文文献，丰富、拓展学生的知识体系，并可布置实践、展示型的作业，学生可通过制作科普短视频、科普海报或演示文稿展示等形式，分享自己在动手实验和文献阅读中的收获。

3.1.4 作业题目分析

在文献之后，教材编者精心设计了若干开放性作业，以评价学生是否具备文献阅读的科学素养及信息定位、理解、评价和反思等高阶阅读策略，以及在情境中通过科学而严谨的语言文字准确地表达主张的能力。

问题（1）：鲁米诺又称发光氨。你知道鲁米诺与亚铁离子接触时为什么会发出蓝绿光？

回答该问题，需要综合文献中的两个信息，一是鲁米诺被氧化时会发出蓝绿色的冷光，二是血红蛋白中的亚铁离子可以氧化鲁米诺。

问题（2）：你了解化学发光反应的原理吗？在你所学的化学反应中，哪些也伴随光能的释放？

化学发光原理即文献第一段所阐述的内容，学生只要基于对文献内容的理解，准确定位所需信息，通过自己的语言组织阐明即可完成作答；第二问并不限制“标准答案”，鼓励学生发散式思考，学生既可依据课内所学知识作答，如燃烧这一发光发热的氧化还原反应，也可通过查阅其他资料进行作答。

3.2 基于“海带提碘”情境的文献阅读新型作业设计

“海带提碘”来自于沪科版高中化学教材必修第一册第2章的第3节，之所以可以从海带中提取碘，教材仅用一句话进行说明：“海洋中的海带等海藻类植物具有富集碘的能力，海带或海带灰在水中浸泡时，所含的I－进入水中”。在日常教学中发现，学生常常对于海带中碘元素的存在形式，以及仅通过浸泡是否能有效地将海带中的碘元素提取出来等问题产生疑问。针对这一问题查阅到相关文献［4］（如图2所示）。为便于学生阅读，将英文原版文献译成中文，并设计了如下作业。

阅读文献，思考下列问题。

海带属海藻类植物，因其碘元素代谢过程中可以实现“碘的运输”而受到密切关注，其通过生产释放碘（I2）和有机碘化物（一碘甲烷和二碘甲烷）代谢掉体内的氧化性物质，以避免其带来的损伤（抗氧化作用）。研究发现一种钒碘过氧化物酶（V-IPO）在这个过程中起到了关键的作用。

大型海藻、细菌和除脊索类之外的动物会在V-IPO的催化下，利用从海水中吸收的碘离子（I－）与体内的过氧化氢（H2O2）反应转化为次碘酸（HIO），这一过程被称作“依赖性过氧化扩散”。生成的HIO可能会发生以下三种转化，即（1）扩散到细胞质中进行富集；（2）反应生成易挥发的有机碘化物；（3）在质外体与I－反应生成I2，进而转移到细胞质中储存或释放。图3部分说明了I－作为抗氧化剂的价值。碘化物可以作为细胞系统中的还原系统，一旦被氧化即可用于代谢或储存在细胞内，或者直接转化成有机碘化物挥发掉或是碘单质升华掉，以避免在体内过度富集。

（1） 海洋中的I－进入海带体内，可以起到抗氧化的生理作用，请你归纳这段文献中提到的三种价态的碘元素（I－、 I2和HIO）的物理、化学性质。

（2） 陆生植物体内没有像海带中的I－这样的抗氧化剂，但也可以通过产生诸如抗坏血酸、多酚类和类胡萝卜素等物质替代，你在生活中吃的什么食物可以起到类似的抗氧化作用？

（3） 请课后上网查阅本篇节选文献的英文原版，谈一谈碘元素在生命活动中的重要性。

答案：（1）I－可溶于水、有还原性，I2可以升华，HIO有氧化性等；（2）富含维生素C的水果、蔬菜等；（3）要点：碘是新陈代谢和生长发育必需的微量营养元素，是人体合成甲状腺激素的主要原料。而甲状腺激素参与身体新陈代谢，促进人体尤其是大脑的生长发育。碘可以降低某些癌症的发病几率。

本篇文献的选择基于“从海带中提碘”的教学目标，为学生提供海带富集碘的生物学背景知识，补上了碘元素循环的关键一环。基于文献设计了三个问题，落实能依据元素价态及变化分析氧化还原反应的过程及氧化剂和还原剂；能描述通常情况下碘单质的颜色、状态、在水或有机溶剂中溶解性等性质及碘易升华的特性；能以海带提碘为例，从化学角度分析从资源到产品的转化途径，分析碘元素在生产生活和生命活动中的意义等作业目标。第（1）问旨在巩固课内知识，如对不同价态碘元素的物理、化学性质的考查；第（2）问结合本章所学氧化还原的原理，考查学生寻找、应用相关原理解释生活中的一些现象的能力；第（3）问则是一道开放性的跨学科问题，旨在通过打破学科界限使学生明白要解决复杂问题就需要综合不同学科的知识协同解决［5］。

4 基于文献阅读的新型作业的实施情况分析

在本学年进行必修第一册第2章的教学时，我们将几道基于文献阅读所设计的新型作业放置于周末练习（由于文献阅读作业题目往往具有开放性，并需要学生上网查阅资料及文献原文，故不限制作业完成时间）中，并对高一年级392名学生进行问卷调查。以上述“海带提碘”作业为例对实施过程中得到的反馈作以下分析。

4.1 作答情况分析

对学生的作答情况进行了归类、统计，第（1）问的具体情况如表1所示。

该问与学生刚刚学习的碘及相关化合物的性质联系较大，结合上一节对氧化还原概念的认识，大部分学生能够作答，但也出现了因概念掌握不扎实而导致的若干错误。该问原本期望学生能在阅读文献之后，结合文中描述的海带通过吸收海水中的I－以实现消除自身代谢产生的氧化性物质（如H2O2）的过程分析其中涉及的含碘物质及表现出的物理、化学性质，但部分学生在作答时并没有仔细阅读、分析所给的文献文本，仍是从自身课内所学知识进行作答。这也反映出学生对此类基于文献阅读的作业的分析方式不熟悉，不知道该如何作答，凸显出在日常练习中增设此类基于文献阅读的新型作业的重要性。