證據(jù)推理與模型認知教學策略研究

甘典華

傳統(tǒng)教學過于強調(diào)知識的重要性，教學過程重結論而輕過程，對學生能力的培養(yǎng)不夠重視，造成學生難以形成科學的探究精神和應用能力。目前高考側(cè)重考查考生分析問題和解決問題的能力，如果教師在日常教學中繼續(xù)沿用傳統(tǒng)教學方式，勢必造成學生解決問題能力不足。例如，有些學生能夠熟記相關知識，但在實際做題時卻找不到思路和突破口等。究其原因，是學生在學習過程中沒有形成基本的化學學科核心素養(yǎng)。

核心素養(yǎng)是學生在學習過程中逐步形成的適應個人發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。因此，我們的教學理念和教學方式要從以往的“知識為本”轉(zhuǎn)向“素養(yǎng)為本”。下面我們以“乙醇的結構和性質(zhì)”教學設計為例，探究學生證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、教學目標

1.通過探究乙醇的分子結構，初步發(fā)展學生的證據(jù)推理與模型認知能力、實驗探究能力，深化“結構決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結構”這一認知理念。

2.通過對乙醇催化氧化反應的實驗探究，進一步強化學生的證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)，引導學生從微觀視角分析化學反應，形成探究有機反應機理的意識。

二、教學設計

1.乙醇的結構分析

已知乙醇的分子式為C2H6O，試根據(jù)以下信息推斷乙醇的結構式是圖1中的A結構還是圖1中的B結構：①鈉可存放在煤油中，煤油的化學成分是烴;②水的結構式是H—O—H。

師：我們知道鈉和水反應放出氫氣，金屬鈉能置換出水中的氫;而煤油是烴類物質(zhì)，鈉可以保存在煤油中，這說明什么問題？

生：說明鈉與煤油不反應。

師：從結構上來看，鈉應該不與哪類氫反應？

生：應該不與烴基中的氫反應。

師：為了進一步探究乙醇的結構，我們來做一個實驗，看看鈉能否與乙醇反應，如可以，看看反應時會生成什么物質(zhì)。

實驗設計：向一支大試管中加入少量無水乙醇，然后再向無水乙醇中加入一小塊金屬鈉，立即用帶尖嘴玻璃管的膠塞塞緊試管口。收集到氣體后點燃，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。分析現(xiàn)象，得出結論。

實驗現(xiàn)象：有氣體產(chǎn)生，氣體點燃后呈淡藍色，倒扣在火焰上方的干燥燒杯有水珠生成，往燒杯中加入澄清的石灰水，石灰水沒有變渾濁。

師：根據(jù)實驗現(xiàn)象，我們可以推測出乙醇與金屬鈉反應的產(chǎn)物嗎？

生：可以，有氫氣生成。

實驗分析：金屬鈉與乙醇反應也能放出氫氣，說明乙醇和水在結構上有相似的地方。

師課件展示水的球棍分子模型和乙醇的兩種可能結構的模型（如圖2）。

師：請大家觀察三種分子的球棍模型，分析乙醇可能的結構。

生：金屬鈉能與水反應，而水分子的結構式是H—O—H，含氧氫單鍵，乙醇分子中也應存在氧氫單鍵，因此，乙醇的球棍模型應該為結構1，結構式為CH3CH2OH。

總結：學生根據(jù)證據(jù)推理與模型認知，通過直觀認識和邏輯推理，自己分析得出乙醇的結構式，在學習過程中形成了學習能力，促進了化學學科核心素養(yǎng)的形成。

2.乙醇的化學性質(zhì)

①乙醇與金屬鈉反應

師：根據(jù)前面對乙醇結構的研究，可知乙醇的結構應為CH3CH2OH，也就是說金屬鈉能將—OH中的氫置換出來生成氫氣。為了進一步證明這個結論，也為探究乙醇與金屬鈉的反應機理提供充分的理論依據(jù)，我們需要進行定量實驗。

實驗設計：取1mol乙醇（46g）與足量鈉反應，收集產(chǎn)生的氫氣并測量其體積。

實驗結果：通過定量實驗，我們發(fā)現(xiàn)，1mol乙醇（46g）與足量鈉反應，可產(chǎn)生0.5mol氫氣，即標況下11.2L的氫氣。

生：定量實驗結果顯示，乙醇分子中只有一個氫原子被置換生成氫氣，這個氫必然是羥基中的氫。

結論：通過定量實驗不難發(fā)現(xiàn)，乙醇（CH3CH2OH）中的6個氫只有1個被置換生成氫氣，除—OH中的氫接在氧上外，其他幾個氫都接在碳上，說明只有—OH中的氫被置換，發(fā)生了反應，放出了氫氣。

②乙醇的催化氧化反應

實驗設計：在試管中加入2ml乙醇，將銅絲放在火焰上加熱后插入乙醇中，觀察實驗現(xiàn)象并聞試管中產(chǎn)生的氣體的氣味。

師：請大家描述實驗現(xiàn)象。

生：銅絲加熱后，由紅色變成黑色。將灼熱的銅絲插入乙醇中，銅絲又變回光亮的紅色，并且可聞到刺激性的氣味。

師：銅絲加熱后變黑，黑色的物質(zhì)是什么？將變黑的銅絲插入乙醇中，為什么它又變紅？生成的有刺激性氣味的物質(zhì)是什么？

銅絲加熱后發(fā)生了下面的化學反應：2Cu+O2[ ? ? ? ? ?]2CuO。銅絲被氧化，由紅色變?yōu)楹谏谏奈镔|(zhì)為氧化銅;將變黑的銅絲插入乙醇中，反應如下：CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O。此時氧化銅被還原，故銅絲又由黑色變?yōu)榧t色，同時產(chǎn)生了具有特殊氣味的液體乙醛，這種液體具有揮發(fā)性，因此我們可聞到刺激性的氣味。

師：請同學們思考CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O這一反應發(fā)生的機理。

課件展示乙醇和乙醛的球棍模型（如圖3）。

師：同學們，請根據(jù)乙醇和乙醛的球棍模型，推理乙醇是如何變成乙醛并生成水的。

生：分析乙醇、乙醛球棍模型的結構差異，可知這應該是乙醇羥基中的氧氫鍵斷裂和羥基所接碳上的碳氫鍵斷裂所致。

師通過課件中的動畫模型演示，展示了乙醇斷鍵、成鍵的過程。

在以上演示中，學生可以直觀地看到，羥基所接碳原子必須要有氫原子才能脫氫被氧化。通過證據(jù)推理與模型認知，學生認清了乙醇催化氧化的反應機理，形成了相關的化學學科核心素養(yǎng)。

（責編 龍 飛）