證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)在高中化學(xué)教學(xué)中的滲透

摘 要：新一輪課程改革將培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)列為重點(diǎn)，各學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)內(nèi)容已被詳細(xì)列入課程標(biāo)準(zhǔn)中。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)共包括五個(gè)方面，其中，證據(jù)推理與模型認(rèn)識素養(yǎng)是重要構(gòu)成部分。文章以苯的教學(xué)為例，就如何在教學(xué)中滲透證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);證據(jù)推理;模型認(rèn)知;核心素養(yǎng);素養(yǎng)滲透

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-9192（2022）12-0076-03

引? 言

當(dāng)前，高中化學(xué)關(guān)于苯的教學(xué)不能滿足于讓學(xué)生掌握課本知識，而是應(yīng)認(rèn)真分析該部分內(nèi)容與證據(jù)推理及模型認(rèn)知素養(yǎng)有哪些契合點(diǎn)，通過合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，給予學(xué)生學(xué)習(xí)上的有效指引，使其在牢固掌握該部分知識的同時(shí)，強(qiáng)化與提升證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

一、提升學(xué)生的證據(jù)意識

教師應(yīng)在苯的教學(xué)中通過講解相關(guān)理論使學(xué)生認(rèn)識到證據(jù)在推理過程中的重要性，同時(shí)要求學(xué)生對苯有關(guān)的知識點(diǎn)加以整理與整合，構(gòu)建系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)，儲存豐富的證據(jù)知識，使其在分析問題時(shí)能夠識別并迅速聯(lián)系所學(xué)知識，進(jìn)行正確的分析推理[1]。例如，在講解苯的知識時(shí)，教師可要求學(xué)生基于對苯結(jié)構(gòu)的理解分析如下習(xí)題。

使用如圖1裝置制取溴苯并驗(yàn)證苯和液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)，回答相關(guān)問題。

（1）三頸瓶中制取溴苯的化學(xué)方程式為______;

（2）儀器A的名稱為_____，作用是________;

（3）三頸燒瓶反應(yīng)結(jié)束后，將盛有NaOH溶液的滴液漏斗打開，向三頸燒瓶中加入NaOH溶液并充分反應(yīng)。使用NaOH溶液的主要目的是_______，任意寫出一個(gè)相關(guān)的化學(xué)方程式_____________________。

（4）溶液B為____________，錐形瓶中的現(xiàn)象為______________________，由此可證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)，而非加成反應(yīng)。

題意為制取純凈的溴苯，需要使用NaOH溶液將未參與反應(yīng)的液溴反應(yīng)掉。為驗(yàn)證苯和液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)，則溶液B應(yīng)是能和HBr反應(yīng)的溶液。如此推理，問題就迎刃而解。聯(lián)系所學(xué)的課本中的知識可知，三頸瓶中發(fā)生的反應(yīng)為：+Br2+HBr;儀器A為冷凝管，其作用為冷凝回流未反應(yīng)的溴蒸氣;加入NaOH溶液的目的在于將溶液中剩余的Br2和生成的HBr去除。其中一個(gè)發(fā)生的反應(yīng)方程式為：2NaOH+Br2=NaBr+NaBrO+H2O。溶液B為AgNO3的水溶液和生成的HBr，反應(yīng)生成淡黃色渾濁AgBr，即可證明苯和液溴發(fā)生的是取代反應(yīng)。

以苯與溴的反應(yīng)為背景進(jìn)行設(shè)問，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)進(jìn)行作答，不僅能很好地鞏固課本知識，還能啟發(fā)其在推理的過程中注重從題干描述、給出的圖形中尋找推理證據(jù)。

二、啟發(fā)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)推理

教師在授課過程中應(yīng)幫助學(xué)生構(gòu)建觀點(diǎn)、結(jié)論與證據(jù)之間的關(guān)系，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)相關(guān)的問題，在課堂上提問學(xué)生，并要求學(xué)生詳細(xì)說明理由。如在課堂上教師可要求學(xué)生回答如下問題。

使用圖2實(shí)驗(yàn)裝置做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)：（1）向試管中加入苯（密度為0.86g/cm3）;（2）拔出大頭針，使Na落入苯中（密度為0.97g/cm3）;（3）從長頸漏斗中加入MgCl2溶液（密度為1g/cm3），以下推理正確的是（ ）。

A.將MgCl2溶液加入苯中，MgCl2溶液在上層

B.Na一直停留在苯層不發(fā)生反應(yīng)

C.Na在MgCl2溶液與苯界面處發(fā)生反應(yīng)，并上下跳動(dòng)至消失，下層產(chǎn)生白色沉淀

D.Na在MgCl2溶液底部四處游動(dòng)，MgCl2溶液中產(chǎn)生白色沉淀

根據(jù)已知條件及實(shí)驗(yàn)情境得出相關(guān)結(jié)論，需建立在對證據(jù)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上。習(xí)題考查苯的相關(guān)物理化學(xué)性質(zhì)，題干中給出的密度是推理的切入點(diǎn)。同時(shí)，還應(yīng)牢固掌握苯的性質(zhì)，苯不溶于水且不會和Na發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)Na落入苯中，因Na的密度大于苯的密度，所以，鈉將在苯的底部。當(dāng)向其中加入MgCl2溶液時(shí)，其密度大于Na的密度，處在試管的最底部。Na剛好處在苯和MgCl2溶液界面中間。但Na和MgCl2溶液中的水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生NaOH和H2，其中的H2會使Na在反應(yīng)的過程中在界面上下跳動(dòng)，直至消失。而NaOH和MgCl2發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)白色沉淀Mg（OH）2，綜上分析可知，正確選項(xiàng)為C。

在推理的過程中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧己昧?xí)慣可確保推理結(jié)論的正確性。學(xué)生只有牢固掌握基礎(chǔ)知識，才能在推理的過程中游刃有余，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，確保問題得以順利解決。

三、深化對研究對象的理解

在教學(xué)中滲透證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系。在苯的教學(xué)活動(dòng)中，教師要注重為學(xué)生講解、分析及推理問題的相關(guān)思路，即認(rèn)識陌生的研究對象時(shí)應(yīng)認(rèn)真觀察其結(jié)構(gòu)簡式，明確其含有的官能團(tuán)，聯(lián)想苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)并進(jìn)行有理有據(jù)的推理，尤其應(yīng)注重推理結(jié)論的得出應(yīng)有充分的依據(jù)。例如，教師可在課堂上展示如下習(xí)題，要求學(xué)生聯(lián)系所學(xué)，分析有機(jī)物的相關(guān)性質(zhì)。

苯并降冰片烯的結(jié)構(gòu)簡式如圖3所示，則下面有關(guān)該有機(jī)物說法正確的是（ ）。

A.是苯的同系物

B.能使溴水和高錳酸鉀溶液褪色

C.一氯代物有6種（不考慮立體異構(gòu)）

D.分子中含有4個(gè)碳碳雙鍵

解答該題需要結(jié)合苯的知識，運(yùn)用分析、推理方法，得出該有機(jī)物的相關(guān)性質(zhì)。苯的同系物僅含有1個(gè)苯環(huán)，其側(cè)鏈為烷烴基的同類芳香烴，由圖3可知，其側(cè)鏈不是烷烴基。碳碳雙鍵能使溴水和高錳酸鉀溶液褪色。分析圖中有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡式可知，其結(jié)構(gòu)上下對稱，含有5類氫原子對應(yīng)的一氯代物有5種。苯環(huán)中不是單雙鍵交替，上述有機(jī)物僅有1個(gè)碳碳雙鍵。綜上所述，只有B項(xiàng)正確。

在有機(jī)物的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要靈活運(yùn)用多種分析問題的思路與方法，更好地理解與把握新有機(jī)物的本質(zhì)及相關(guān)規(guī)律。

四、引導(dǎo)學(xué)生建立認(rèn)知模型

為使學(xué)生建立清晰的認(rèn)知模型，把握苯及其同系物的性質(zhì)及各原子之間的關(guān)系，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手制作苯及其同系物的實(shí)物模型，增加課堂趣味性，同時(shí)，深化其對苯及其同系物模型的理解。為檢驗(yàn)學(xué)生對苯及其同系物模型的認(rèn)識程度，教師可要求學(xué)生分析如下習(xí)題。

苯環(huán)與側(cè)鏈兩者相互影響，在下述的甲苯實(shí)驗(yàn)中，表明苯環(huán)影響側(cè)鏈的是（ ）。

A.甲苯和濃硝酸、濃硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成三硝基甲苯

B.在酸性高錳酸鉀溶液中添加甲苯，可以使其褪色

C.甲苯在燃燒時(shí)可以產(chǎn)生帶有濃煙的火焰

D.1mol甲苯可與3mol H2發(fā)生加成反應(yīng)

結(jié)合苯的結(jié)構(gòu)以及所學(xué)苯的同系物可出現(xiàn)的相關(guān)模型，得知苯的碳?xì)湓泳谕黄矫?，且能發(fā)生加成、取代反應(yīng)。A項(xiàng)，苯和甲苯均能和濃硝酸、濃硫酸發(fā)生取代反應(yīng)，錯(cuò)誤;B項(xiàng)，苯不能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但是甲苯可以，符合題意;C項(xiàng)，甲苯和苯在燃燒時(shí)，都可以產(chǎn)生帶有濃煙的火焰，1mol苯和甲苯均可與3mol H2發(fā)生加成反應(yīng)，錯(cuò)誤。綜上所述，選擇C項(xiàng)。

建立認(rèn)知模型可降低所學(xué)知識的理解難度，更好把握所學(xué)知識的本質(zhì)，尤其在分析問題時(shí)，能夠把握問題關(guān)鍵，提高問題分析效率。

五、提高學(xué)生的模型應(yīng)用意識

在教學(xué)中滲透證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)時(shí)，教師應(yīng)提高學(xué)生的模型應(yīng)用意識，使其能夠運(yùn)用模型解釋相關(guān)的化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。教師在課堂上應(yīng)注重為其展示相關(guān)習(xí)題的分析過程，提高其運(yùn)用模型解題的靈活性。

二苯乙烯的結(jié)構(gòu)簡式如圖4，則以下說法正確的是（ ）。

A.二苯乙烯的分子式為C14H14

B. 二苯乙烯能夠發(fā)生取代反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加聚反應(yīng)

C. 二苯乙烯所有原子不可能共面

D. 1mol二苯乙烯最多可消耗6mol H2

學(xué)生對二苯乙烯結(jié)構(gòu)較為陌生，但只要聯(lián)系苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，借助苯反應(yīng)及原子共面模型，通過遷移所學(xué)，不難分析出所給選項(xiàng)的正誤。觀察可知，二苯乙烯的分子式為C14H12，二苯乙烯中含有苯環(huán)及碳碳雙鍵，因此，可發(fā)生取代反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加聚反應(yīng)。由苯的結(jié)構(gòu)模型可知，其各原子共面，雙鍵連接的碳原子可以共面，二苯乙烯所有原子可能共面。二苯乙烯含有兩個(gè)苯環(huán)可加成6mol H2，而一個(gè)碳碳雙鍵可加成1mol H2，1mol二苯乙烯共可加成7mol H2。綜上所述，選擇B項(xiàng)。

應(yīng)用構(gòu)建的模型解決問題可獲得事半功倍的良好效果，能夠讓學(xué)生體會到應(yīng)用模型解題的便利，體會應(yīng)用模型解題的成就感，對激發(fā)其應(yīng)用積極性、鍛煉其解題能力有很大幫助。

六、鼓勵(lì)學(xué)生做好推理總結(jié)

為提高學(xué)生的證據(jù)推理能力，促進(jìn)其證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的有效提升，在教學(xué)實(shí)踐中教師應(yīng)注重鼓勵(lì)學(xué)生做好推理總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生善于總結(jié)的良好習(xí)慣。

圖5是以苯為原料制備相關(guān)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。

已知R-NO2R-NH2

（1）生成A的化學(xué)方程式為_______________;

（2）B中所有原子是否在同一平面上_____;

（3）生成C過程的另一種無機(jī)物是_________;

（4）D與氫氣的反應(yīng)類型為________________;

（5）E環(huán)上一氯代物有______種。

該題為有關(guān)苯的推斷題，需要學(xué)生掌握相關(guān)的推理技巧。認(rèn)真觀察轉(zhuǎn)化關(guān)系圖中的反應(yīng)條件、反應(yīng)物及生成物，聯(lián)系所學(xué)有關(guān)苯的知識，不難推出正確結(jié)果。由反應(yīng)條件可知苯→A發(fā)生的是硝化反應(yīng)，由此不難寫出對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為。根據(jù)生成的產(chǎn)物及已知條件可知B為，因苯環(huán)上存在-CH3，所以其所有原子不是在同一平面上。在有催化劑的情況下苯和溴發(fā)生反應(yīng)，即，另一無機(jī)物為HBr。根據(jù)反應(yīng)物及最終的反應(yīng)產(chǎn)物可推理出D的結(jié)構(gòu)簡式為：，其和H2發(fā)生加成反應(yīng)。觀察E的結(jié)構(gòu)簡式，由對稱性可知，E環(huán)上一氯代物有4種，分別為：。

做好推理總結(jié)可使學(xué)生認(rèn)識到自身不足，提高學(xué)習(xí)的針對性。教師在苯的教學(xué)中應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多總結(jié)，這樣在以后推理時(shí)學(xué)生不僅能夠迅速找到切入點(diǎn)，而且能夠提高解題的正確率。

結(jié)? 語

在苯知識的教學(xué)過程中，高中化學(xué)教師既要要求學(xué)生掌握課本中的知識，又要從證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)入手，圍繞教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)相關(guān)問題，在課堂上給學(xué)生留出思考、討論的時(shí)間，深化其對所學(xué)知識的理解。教師要鼓勵(lì)其運(yùn)用模型分析化學(xué)問題，在提高其學(xué)以致用能力的同時(shí)，提升其證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊紅英.依托核心素養(yǎng)開展高中化學(xué)有效教學(xué)的探索[J].高考，2021（16）：69-70.

[2]作者簡介：朱霞（1985.6-），女，福建莆田人，任教于福建省莆田哲理中學(xué)，中學(xué)一級教師，本科學(xué)歷。