基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的有機(jī)化學(xué)教學(xué)

牛彩霞

摘要：以高中選修有機(jī)化學(xué)“醇的化學(xué)性質(zhì)”為例，以“模型初建、模型修正、模型應(yīng)用與證據(jù)推理”為主線，逐步構(gòu)建“結(jié)構(gòu)=性質(zhì)=應(yīng)用”的基本觀念，形成基于官能團(tuán)、化學(xué)鍵與反應(yīng)類型認(rèn)識有機(jī)化合物的一般思路，發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：醇;化學(xué)性質(zhì);證據(jù)推理與模型認(rèn)知

文章編號：1008-0546（ 2020）08-0043-03

中圖分類號：C632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.08.013

一、教學(xué)設(shè)計思路

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)反映了化學(xué)學(xué)科育人的基本要求，對學(xué)生未來發(fā)展具有重要價值[1]。其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”旨在培養(yǎng)學(xué)生“基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實或證偽，建立并運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”的能力[2]。

人教版《化學(xué)選修5》“醇的化學(xué)性質(zhì)”在高中有機(jī)化學(xué)體系中起著承上啟下的作用，是必修階段中乙醇性質(zhì)的深入和延續(xù)，也為后續(xù)醛、羧酸、酯的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[3]。設(shè)計“看、憶、析、猜、推”五個教學(xué)環(huán)節(jié)，層層深入，建立已學(xué)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)形成認(rèn)知模型，進(jìn)一步應(yīng)用該模型根據(jù)結(jié)構(gòu)推測物質(zhì)性質(zhì)，逐步構(gòu)建“結(jié)構(gòu)=性質(zhì)=應(yīng)用”的基本觀念，逐步發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)（圖1）。

二、教學(xué)實施過程

1.模型初建

（1）看

[教師]發(fā)布任務(wù)：觀察演示實驗，思考從中得到的生活啟示。

演示實驗：將乙醇加入雞蛋清中

[學(xué)生]觀察現(xiàn)象：產(chǎn)生白色沉淀;得出結(jié)論：乙醇能夠使蛋白質(zhì)變性。

生活啟示：飲酒要適量，利用酒精消毒等。

（2）憶

[教師]發(fā)布任務(wù)：回憶曾經(jīng)學(xué)過的乙醇的化學(xué)性質(zhì)以及應(yīng)用，進(jìn)行展示。

[學(xué)生]匯報、展示乙醇化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用

[教師]點評、補(bǔ)充、梳理、匯總學(xué)生展示結(jié)果（表1）。

設(shè)計意圖：通過觀察實驗和回憶舊知兩個活動，喚起學(xué)生對乙醇化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用的記憶，初步建立有機(jī)化合物的認(rèn)知模型“性質(zhì)=應(yīng)用”。

2.模型修正——析

[教師]發(fā)布任務(wù)：從結(jié)構(gòu)角度分析乙醇具有以上這些化學(xué)性質(zhì)的原因。

提供資料：乙醇中各原子電負(fù)性數(shù)值：C-2.55，H-2.2，O-3.44。

[學(xué)生]小組活動：寫出乙醇結(jié)構(gòu)式，根據(jù)化學(xué)鍵不同將其進(jìn)行編號，并對化學(xué)鍵的極性大小進(jìn)行分析（表2）。

[學(xué)生]小組活動：結(jié)合資料及乙醇結(jié)構(gòu)，從化學(xué)鍵角度對乙醇化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，并匯報展示成果（表3）。

[學(xué)生]完成任務(wù)，從結(jié)構(gòu)角度分析乙醇和水與Na反應(yīng)劇烈程度不同的原因，并匯報成果（圖2）。

[教師]點評，總結(jié)，乙基是推電子基團(tuán)，因而乙醇是O-H鍵的極性小于水中O-H鍵的極性。在有機(jī)物中，即使有相同的化學(xué)鍵，化學(xué)性質(zhì)也不完全相同，化學(xué)鍵的活潑性會受到臨近基團(tuán)的影響。

設(shè)計意圖：此環(huán)節(jié)是本節(jié)課的中心環(huán)節(jié)，通過關(guān)聯(lián)乙醇的結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)一步完善修正有機(jī)化合物的認(rèn)知模型“結(jié)構(gòu)=性質(zhì)=應(yīng)用”，結(jié)構(gòu)重點關(guān)注化學(xué)鍵的種類、飽和度、極性大小。進(jìn)一步通過分析乙醇和水與Na反應(yīng)劇烈程度不同的原因，讓學(xué)生深刻體會結(jié)構(gòu)分析中還應(yīng)關(guān)注臨近基團(tuán)的影響。

3.模型應(yīng)用與證據(jù)推理

（1）猜

[學(xué)生]完成任務(wù)，從結(jié)構(gòu)角度分析乙醇還可能有哪些性質(zhì)，匯報成果。

[學(xué)生]化學(xué)鍵②，即C-O鍵，會發(fā)生斷裂，可能會發(fā)生取代反應(yīng)。 化學(xué)鍵②④斷裂，即C-O鍵和p-C-H鍵斷裂，發(fā)生消去反應(yīng)。

[教師]點評，補(bǔ)充，乙醇可以和HX在加熱條件下發(fā)生取代反應(yīng);乙醇在濃硫酸加熱到170℃時發(fā)生消去反應(yīng)。

[學(xué)生]完成方程式C2H5OH+HBr-△→C2H5Br+H2O，C2H5OH 濃H2SO4 170℃〉 CH2=CH2↑+H2O。

[教師]點評，乙醇與HX反應(yīng)可以制鹵代烴，乙醇的消去反應(yīng)可以用于實驗室制乙烯。

[學(xué)生]設(shè)計實驗發(fā)生裝置為液體加熱裝置，篩選出用酸性高錳酸鉀溶液或溴水檢驗乙烯，用排水法收集乙烯。

[學(xué)生]觀看視頻，記錄實驗現(xiàn)象為，反應(yīng)燒瓶中溶液變黑。

[學(xué)生]小組活動，討論變黑原因為濃硫酸將乙醇碳化，與此同時，碳可能與濃硫酸反應(yīng)生成SO2和CO2，其中SO2會與酸性高錳酸鉀溶液或溴水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而干擾乙烯的檢驗，選用氫氧化鈉溶液進(jìn)行乙烯氣體的除雜。

[教師]乙醇還能被酸性高錳酸鉀溶液或酸性重鉻酸鉀溶液直接氧化為乙酸，并演示實驗。

[學(xué)生]觀察、記錄實驗現(xiàn)象

[教師]補(bǔ)充實際應(yīng)用，曾用于查酒駕過程中的酒精測試儀。

（2）推

[學(xué)生]完成任務(wù)，從結(jié)構(gòu)角度分析醇類物質(zhì)可能有哪些性質(zhì)，匯報成果（表4）。

[教師]總結(jié)，梳理學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的基本思路和方法（圖3）。

設(shè)計意圖：作為上一環(huán)節(jié)的延續(xù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系，進(jìn)一步猜想乙醇還可能具有的化學(xué)性質(zhì)以及實際應(yīng)用。乙烯消除實驗的雜質(zhì)分析充分培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。在推測醇類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)“結(jié)構(gòu)=性質(zhì)=應(yīng)用”這一模型的高階應(yīng)用，學(xué)生以乙醇為基礎(chǔ)，充分關(guān)注醇類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而推出化學(xué)性質(zhì)，高階思維得到了體現(xiàn)。

三、教學(xué)反思

教師聚焦有機(jī)化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生逐步提高證據(jù)推理和模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。在分析過程中，學(xué)生經(jīng)過模型初建和修正，形成“結(jié)構(gòu)=性質(zhì)=應(yīng)用”的有機(jī)化合物認(rèn)知模型，并將其用于乙醇其他性質(zhì)，以及醇類化學(xué)性質(zhì)的預(yù)測，學(xué)生的高階思維得到了培養(yǎng)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部，普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年 版）[M].北京：人民教育出版社，2018：33-36

[2]戴雨濛，吳新建，張賢金，基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的對話教學(xué)評析——以“乙烯與加成反應(yīng)”教學(xué)為例[J].化學(xué)教學(xué)，2019（7）：51-54

[3]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書：有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修5），第2版[M].北京：人民教育出版社，2007：48-52