基于“證據推理與模型認知”的高階思維引領的教學實踐

王偉峰 羅兵

摘要：基于“證據推理與模型認知”核心素養的角度對“乙烯”主題進行教學設計，創設情境，采用任務驅動的方法，通過小組合作、探究學習、搭建模型等學生活動促進學生利用圖像、圖表、數據、文本等證據推出合理結論，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系并構建有機推斷認知模型，發展化學核心觀念和高階思維。

關鍵詞：證據推理;模型認知;乙烯;教學案例

文章編號：1008-0546（2019）07-0061-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.018

一、研究背景

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力[1]。普通高中化學課程標準（2017年版）提出了五個方面的核心素養：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識和科學態度與社會責任。其中，證據推理與模型認知要求學生具有證據意識，能夠充分利用分析推理來建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系，進而認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型。布盧姆教育目標分類中，將“知道、理解、運用”稱為低階思維，而將“分析、綜合、評價”稱為高階思維[2]。從化學思維角度來說，證據推理與模型認知正是一種化學高階思維，旨在培養學生的創新能力、問題求解能力、決策能力和批判性思維能力。高中階段的學生正處于心智趨于成熟的關鍵時期，已經具備一定的低階思維能力，而高階思維的匱乏使得他們缺乏一定的批判性、創新性和深刻性，作為培養人的教師而言，實施培養化學高階思維能力的教學具有重大的意義。

二、教學思路和設計

1.教材分析

“石油化工的龍頭——乙烯”位于滬教版第十一章《認識碳氫化合物的多樣性》中的第二節，是烷烴教學的結束同時也是不飽和烴教學的開始，在教材結構上有承上啟下的功能。在掌握以甲烷為代表的烷烴的結構和性質的基礎上，進一步建立物質結構（官能團）和性質之間的關系，深化“組成、結構決定性質，性質反映結構”[3]的有機化學核心觀念，乙烯作為首個體現官能團特性的有機物其重要性不言而喻。而搭建球棍模型是學生學習有機化學最好的活動方式，是體驗證據推理、模型認知、科學探究等核心素養的最有效的平臺，更是培養邏輯思維、創新意識和科學精神的化學高階思維的重要載體。

2.教學目標

（1）書寫乙烯的分子式、結構式、結構簡式、電子式，描述乙烯的空間構型[4]。

（2）說出乙烯加成反應的反應機理，書寫相關反應的化學方程式。

（3）知道可以通過分析、推理等方法認識乙烯結構和性質的關系，建立認知模型。

（4）了解推測有機物結構的一般方法，感受證據推理的嚴謹性、科學性。

3.教學策略

以建構主義學習觀為理論基礎，將證據推理和模型認知素養設定為引領整個教學的核心觀念，通過圖像、圖表、數據、實驗、文本、信息等引導學生利用合適的證據推測乙烯加成反應的機理。在提出假設一建立模型一搜集證據一修正模型的過程中深入認識乙烯的組成和結構，建構完整的探究烯烴特征反應機理的歷程，應用模型完成有機推斷拓展探究并形成解決有機推斷問題的一般思路，深刻體會基于證據的推理和模型的建構來解決實際問題的一般過程。

4.教學流程

以任務驅動的方式達成學習目標，有意識地培養化學學科核心素養。具體過程如表l所示。

三、教學過程

1.創設情境，初嘗證據推理

引入：乙烯的“龍頭”地位

[教師提問]石油化工產品之一的乙烯為何能被冠以“龍頭”稱號？地位之高何以見得？

[各抒己見]乙烯用途廣泛，乙烯年產量高。

[資料介紹]①乙烯是合成纖維、合成橡膠、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，還可用作水果和蔬菜的催熟劑，是一種已證實的植物激素（圖1）。②乙烯是世界上產量最大的化學產品之一，乙烯產品占石化產品的75%以上，在國民經濟中占有重要的地位。中美乙烯產能在全球舉足輕重（圖2）。

設計意圖：聯系生產生活提出問題，利用圖表數據分析并尋找合理解釋乙烯“龍頭”地位的原因，由此引入課題，不但提供了學生嘗試證據推理的機會，同時還通過中關乙烯產能的對比激起學生的愛國心，社會主義核心價值觀得以體現。

2.利用舊知，搭建新知模型

任務1：初識乙烯分子結構

[教師講解]通過一定量的乙烯燃燒后產生的C02和H20的質量可推測乙烯的分子式為C2H4，乙烯是由2個碳原子和4個氫原子組成的，請同學們利用球棍模型拼裝模型（以下簡稱拼裝模型）搭建乙烯可能的分子結構。

[小組合作拼裝]展示乙烯的球棍模型，只有一種，如圖3。

[觀察模型]乙烯的空間結構？書寫乙烯的電子式、結構式、結構簡式。

設計意圖：證據的基本類型包括圖像、圖表、數據、文本信息和已有經驗（知識、原理和規律），學生利用已有經驗，在舊知的基礎上建立新知，完成乙烯球棍模型的搭建，是模型認知的第一階段——收集證據并提出初步模型。

3.證據推理，修正初步模型

任務2：探究乙烯加成反應機理

[演示實驗]將乙烯通入溴水中，溴水褪色。

[教師提問]可能發生的化學反應有哪些？聯系烷烴的化學性質和乙烯的結構從舊鍵的斷裂和新鍵的形成角度利用拼裝模型推測該反應可能的產物并說明理由。

[小組討論]四人一組，根據拼裝模型寫出可能的反應方程式。匯報結果。

[反應1：取代反應]乙烯與溴單質發生取代反應，乙烯中碳氫鍵發生斷裂，溴原子取代了其中一個氫原子，生成溴乙烯和溴化氫。（根據取代反應的特點，該反應還可以繼續進行，生成多種溴代產物。）化學反應方程式如下：CH2= CH2+ Br2→CH2=CHBr+ HBr，產物的球棍模型如圖4。