基于“證據推理與模型建構”探究苯的結構課程的教學設計

譚夢玉 趙 穎

（洛陽師范學院<化學化工學院>，河南 洛陽 471934）

1 核心素養與化學核心素養

核心素養是實現個人成功和良好的社會運作，滿足個人和社會需要的一種基本素養，具備這種素養才能迎接21世紀網絡信息時代的教育挑戰。核心主要有兩層含義：一是在學習過程中習得的基本技能和基礎的知識；二是在解決問題時所獲得的基本方法[1]。核心素養具有鮮明的特征，即教學目的的綜合性、主體性和時代性，旨在培養學生用習得的知識與技能去解決現實中的問題。在當代教學中，教授學生獲取知識的同時，培養學生的核心素養也成了教師教學的基本任務。

化學學科核心素養是在三維目標的基礎上進一步的提升和發展，包含5個方面，這5大方面相輔相成，各有側重?；瘜W學科核心素養有3個方面的含義，一是落實核心素養；二是系統地優化高中化學課程標準；三是促進教、學、考的有機銜接[2]。本文從證據推理與模型認知這一角度深入分析對這一核心素養的認識和應用。鄧小平說過“實踐是檢驗真理的唯一標準”，檢驗真理的同時也需要有力的證據，化學學科作為一門科學，在學習這門科學時更是離不開“證據推理”這一要素，主要過程為：給學生提出問題，發展學生的思維，引導學生提出“假說猜想”，讓學生通過尋找證據進行證實，培養學生科學探究的能力[3]。而素養中的模型認知則是讓學生學會建立模型和應用模型，通過模型認知來解釋一些化學現象，揭示規律和本質[4]。這兩者既有區別又有聯系，缺一不可。

2 教學研究現狀

雖然化學學科核心素養早已提出，也倡導將證據推理和模型認知這一素養應用到教學中，但在實際教學過程中，教師往往會忽略培養學生的核心素養，而是一味地以傳授知識為主。在傳統的苯的教學過程中，教師通常跳過證據推理這一部分，直接告訴學生苯結構中的碳碳鍵是一種介于單鍵和雙鍵之間的特殊的鍵，這就意味著學生不理解，只能死記硬背知識點，不會獨立思考，自然也就不能培養學生的思維能力；在模型認知上往往會忽略模型的建構和應用，容易把教學的重心放在苯的化學性質上，而忽略了苯分子結構的模型建構，即使引導了模型建構，但并不在意學生是否建構成功；是否能夠應用這些模型來解釋苯的化學現象。只有讓學生成功建構模型并能夠形成自己的化學理論解釋系統，這樣的教學才是有價值的，才能滿足現代的化學學科核心素養的基本要求[5]。基于此，本文將運用化學學科素養中的證據推理與模型認知的方法探究苯的結構，從而提高學生這一方面的能力。

3 學情分析

苯是人教版化學必修二第三章第二節中的內容，在此之前，學生已經學習了烷烴和烯烴、炔烴的性質，對有機化合物有了一定的了解，也清楚碳碳單鍵、雙鍵和三鍵具有的化學特性，為苯的學習打下了一定的理論基礎。學生可根據知識的遷移對苯分子的結構進行假設和證據推理，得出其分子結構從而推理苯的化學性質[6]。

4 教學設計

4.1 史話導入、激發興趣

科學家的魅力在于能在人們習以為常的現象中產生好奇心，并帶著這份好奇去揭開浩瀚宇宙中的種種奧秘。英國科學家法拉第就是這樣一個充滿好奇心的人，19世紀初，他對生產煤氣的原料殘留下的一種油狀液體產生了濃厚的興趣，為了揭開它神秘的面紗，他用5年時間來研究這種物質，得出了它的一些物理性質，并把它命名為“氫的重碳化合物”。后來，德國的科學家米希爾里希將其命名為苯。法國有機化學家日拉爾確定了它的相對分子質量為78，分子式為C6H6。下面就一起來學習苯的一些性質。

4.2 展示實物、直觀感受

教師活動：通過觀察苯的形態、顏色及課前預習，能夠總結苯有哪些物理性質呢？

學生活動：學生回答苯是一種無色透明且略有香味的易揮發的液體。它的密度比水小，且不溶于水，是一種良好的有機溶劑。

4.3 創設問題，提出假設

了解了苯的物理性質，知道苯的分子式是C6H6，那么，苯又具有哪些化學性質呢？結構決定性質，要了解苯的化學性質就必須弄清楚苯的結構是怎樣的，請根據苯的分子式寫出苯可能存在哪些結構呢？設定以下典型例子進行探究：

4.4 實驗探究、驗證假設

學生活動：學生根據已有經驗，通過知識遷移知道若苯含有碳碳雙鍵和碳碳三鍵則可以與酸性高錳酸鉀溶液和溴水反應。并展開實驗驗證：（1）將苯和溴水混合、振蕩，觀察實驗現象；（2）苯與酸性高錳酸鉀溶液混合、振蕩，并觀察記錄。

實驗結果：（1）苯與溴水發生了萃取，上層為苯和溴，下層為水，沒有發生化學反應；（2）高錳酸鉀溶液不褪色，得出酸性條件下苯與高錳酸鉀溶液不發生反應。

4.5 得出結論、證實偽證

學生活動：小組討論得出結論苯中不含有碳碳三鍵和碳碳雙鍵，苯并非為鏈狀結構。

4.6 修改假設、合理推理

教師活動：根據以上實驗，證明苯并不具備不飽和烴的特點，那么，苯的結構究竟是什么樣的呢？直到19世紀時，德國化學家凱庫勒提出苯環結構為： ，苯的結構才有了突破性的進展。圖1為凱庫勒式的苯分子的球棍模型和堆積模型。

圖1 凱庫勒式的苯分子的球棍模型和堆積模型

雖然凱庫勒認為苯中的鍵是單雙鍵交替在后來被證實是錯誤的，但他提出的苯的環狀結構給后續的研究提供了新思路。

證據1：1935年，詹斯通過X射線衍射的方法測得苯分子中C-C鍵長在碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間，苯分子是平面正六角形的結構，所有原子都是共面的，且鍵角為120°

證據2：根據分子軌道理論來分析，苯分子里6個碳原子都以SP2雜化方式分別與兩個碳原子形成碳σ鍵、又與1氫原子形成碳氫σ鍵。苯分子中碳碳鍵和鍵長是完全相同的。

證據3：大量研究證明，苯的鄰二取代物只有一種結構。

4.7 分析結構、建模應用

教師提問：苯的這種特殊結構決定了它具有特殊的性質，這是不是意味著苯同時具有烷烴和烯烴的化學性質呢？請同學們思考討論一下苯具有哪些化學性質呢？

學生活動：苯能在鐵或者溴化鐵的催化下和液溴發生取代反應生成溴苯，也可以和濃硝酸在濃硫酸的催化下，控制溫度為50～60℃，反應生成硝基苯；還可以與氫氣在催化劑和高溫的作用下發生加成反應生成環己烷。由以上總結，苯具有烷烴和烯烴的通性，表現為易取代，難加成。

5 教學反思

本節課是基于“證據推理和模型認知”來探究苯的結構，旨在培養學生尋找證據，創建模型的能力，從而將這種能力應用于解決實際的問題。在新課程改革的背景下，高中學生的學習不僅僅為知識層面的增長，還需要培養學生能夠自主學習、合作學習；培養學生學會收集證據，利用證據來進行分析問題，建立各種模型來解決復雜的問題。學生能達到這樣的水平必然離不開教師的充分準備，在教學之前，教師要非常清楚化學學科核心素養的內容以及要求，根據核心素養進行教學設計，更新教育理念；其次，還需要教師把理論與實際相聯系起來?；瘜W學科核心素養徹底融入課堂不是一蹴而就的，它需要長時間的實踐與摸索，落實學生“證據推理和模型認知”這一核心素養還需要一段時間，培養學生“證據推理和模型認知”的意識更是需要漫長的實踐[7]。