基于“三重表征”思維方式的乙烯教學實踐研究

牛麗明

摘 要：從“化學學科核心素養”出發，運用“宏觀—微觀—符號”的三重表征思維方法，在有機化合物課“乙烯”的教學實踐中，建立有機物“（組成）結構—性質—用途”的整體認識，使學生了解研究有機物的一般程序，形成有機物學習的一般模型。

關鍵詞：化學學科核心素養；三重表征；乙烯；烯烴

一、問題的提出

研究宏觀現象的微觀本質是化學學科的核心任務之一。在有機化學教學中，對有機反應微觀本質的理解，一直是學生認知的難點。本文從“化學學科核心素養”出發，運用“宏觀—微觀—符號”的三重表征思維方法，在有機化合物課“乙烯”的教學實踐中，建立有機物“（組成）結構—性質—用途”的整體認識，使學生了解研究有機物的一般程序，形成有機物學習的一般模型。

二、教學理念與設計

獲取乙烯的“三重表征”有很多種不同的處理，最終目的是讓學生掌握乙烯的結構、方程式書寫、實驗現象等。本文以化學學科核心素養為指導，運用三重表征思維方式設計教學：（1）加強實驗教學，增加宏觀表征的體會，利用石蠟油分解實驗引入乙烯；（2）通過微觀模擬，使微觀世界可視化，更好地認識乙烯的結構和乙烯與Br2的加成過程；（3）強化符號表征，能正確書寫乙烯反應的化學方程式，強化在不同表征間轉化的意識和能力。

三、教學問題解決與實施

1.加強實驗教學，增加宏觀表征的體會

實驗是為學生提供宏觀體會的最好手段，是三重表征學習的基礎。因此，教師在教學中應該加強實驗教學，增加學生宏觀表征的體會，充分發揮實驗教學的價值。

先回憶甲烷的化學性質，再利用石蠟油分解實驗引入乙烯，引起學生的認知矛盾，獲取學習乙烯的切入口。石蠟油分解實驗的重點不在實驗裝置的討論，而是由酸性高錳酸鉀溶液和溴的四氯化碳溶液褪色的現象，得出石蠟油分解產物中含有與烷烴性質不同的氣體產物。研究表明，該氣體產物為烯烴，乙烯則是最簡單的烯烴，由此讓學生產生新的認知，引入乙烯的學習。具體采用問題組引領學生思維，如下所示：

問題1：閱讀科學探究石蠟油的分解實驗，實驗目的是什么？

問題2：實驗中哪些現象與烷烴性質相同，哪些不同？

問題3：你認為生成的氣體都是烷烴嗎，原因是？

問題4：你對石蠟油分解產物的性質有何結論？

對乙烯性質的研究建立在甲烷性質的基礎上，通過實驗探究獲取烯烴不同于烷烴的化學性質，鼓勵學生通過對比分析推測乙烯的化學性質。通過對比甲烷和乙烯的性質，激發學生進一步探究乙烯結構的興趣。

2.合理使用微觀模擬，增強微觀世界的可視化

合理使用微觀模擬，使微觀世界可視化，有助于學生對抽象概念的理解。

（1）乙烯結構的認識

在做完石蠟油分解實驗之后，學生已獲取了烯烴的部分反應事實，但還不清楚烯烴的微觀結構。利用教材中的“學與問”，從學生已知甲烷分子中碳原子最外層的4個電子分別與4個氫原子形成4根C-H共價鍵出發，讓學生對照乙烯和乙烷的球棍模型，分析乙烯的結構特點。通過以下3個問題的討論，讓學生知道由于乙烯分子中碳碳雙鍵的存在，乙烯表現出較乙烷活潑的化學性質，說明分子結構對物質性質的決定作用。

問題1：給出乙烷的球棍模型和乙烯的分子式，去掉2個H原子如何構成乙烯？

問題2：對照模型寫出乙烷和乙烯分子的電子式和結構式，填寫在學案上。

問題3：由教材圖3-8、3-9分析乙烯的性質與乙烷比較，誰更加活潑？

學生能初步從組成和結構的角度認識甲烷的性質，但需要對“結構與性質”的關系進一步深化，乙烯的教學就能起到這個作用。有甲烷的結構與性質做鋪墊，通過與乙烷結構與性質的對比，使學生對乙烯結構的推導非常順利，并利用推導出的結論解決新的問題。

（2）乙烯與Br2的加成反應

有機物學習在于掌握官能團的化學性質，乙烯的化學性質重點是掌握加成反應。如何實現加成反應立體結構模型的建立，具體體現在如何將乙烯和烯烴的結構特點從外顯的球棍模型轉化為學生頭腦中的思維模型，幫助學生從斷鍵成鍵的角度認識加成反應。宏觀實驗現象得出，乙烯可使溴的四氯化碳溶液褪色，即乙烯與Br2發生反應；再請小組同學用模型拼接模擬乙烯與溴發生加成反應時斷鍵成鍵的微觀過程；最后要求學生寫出該反應的化學方程式，落實乙烯與Br2加成反應的符號表達。為了降低難度，可先讓學生落實結構式的表達，再過渡到結構簡式的書寫。

為了檢驗乙烯與Br2加成反應的學習效果，又列舉了乙烯與HCl反應的例子，讓學生練習書寫反應方程式，完成情況良好。完成練習后，讓學生口述什么是加成反應，教師總結提煉加成反應的定義，起到畫龍點睛的效果。最后的鞏固提升以乙烯與水加成制備酒精為例，讓學生先用模型拼接理解反應如何斷鍵成鍵，再落實化學方程式的符號表達，強調乙醇分子中C-O鍵的連接。

（3）理解化學用語的意義，強化符號表征的中介作用

化學符號的價值就在于有利于人們快速和準確地交流化學信息，而不是成為理解的障礙。學生只有理解化學用語的意義，強化符號表征的中介作用，才能完成三重表征的建構，使其內化為自己的思維方式。

為了鞏固學生對加成反應的理解，補充了丙烯和Br2的加成反應和乙烯加聚得到聚乙烯的例子，讓學生書寫化學方程式。丙烯和乙烯反應前都有碳碳雙鍵，反應后都變成了碳碳單鍵，不同點就是丙烯有甲基、乙烯沒有，兩個Br原子是分別加在了碳碳雙鍵的兩個碳原子上，而與甲基無關。與加成反應相似，在乙烯生成聚乙烯的加聚反應中，乙烯雙鍵中的一個π鍵也發生了斷裂，相互間通過碳碳單鍵結合，形成了高分子化合物聚乙烯。

必修教材中有機物的學習只是有機物典型代表的性質和應用，采用的是第一種有機物到第二種有機物的過渡，例如通過石蠟油分解實驗的討論實現甲烷到乙烯的過渡。選修教材則在必修教材的知識的基礎上，采用從典型代表物到同類物質的過渡，注意知識的銜接與提升。例如從必修教材中乙烯的性質過渡到選修教材中對烯烴的討論。關于烯烴的結構和性質，可通過化學方程式的書寫練習，幫助學生掌握烯烴的反應規律，以乙烯的聚合反應遷移到丙烯的聚合反應為例：

首先，讓學生觀察得出兩個反應的化學方程式的異同，相同點：反應前都有碳碳雙鍵，反應后都變成了碳碳單鍵；不同點：丙烯有甲基，乙烯沒有。其次，讓學生討論兩個反應中乙烯、丙烯發生了什么變化，變化點：雙鍵消失；不變點：丙烯中的甲基沒有變。最后，通過討論、對比的方式幫助學生理解烯烴反應的實質就是碳碳雙鍵官能團的變化，從而將乙烯的性質拓展遷移到烯烴的性質。

四、教學反思

化學學科核心素養指導下的有機物教學要從學生已有的認知出發，要重視知識呈現的邏輯關系和具體情境。化學不是散亂零碎的知識，研究物質的性質有一定的思維程序，要建立認知的基本模型。運用“三重表征”的思維方式可以更好地突破重難點。通過有效提問，創設具體的訓練情境，讓學生主動歸納有機物反應的基本知識，相較于不通過提問、直接由老師給出的歸納整理，是有機化學學習成敗的關鍵所在。

本文充分體現了核心素養中“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理和模型認知”的理念：采用實物模型探究教學，給學生創造了動手、動腦、自主探究的機會，將看不見、摸不著的微觀變化過程直觀化，讓學生在體驗探究中，感悟有機反應的微觀本質和變化規律，提升了教學效果，培養了科學素養。

參考文獻：

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