基于證據推理視角下的高中化學教學策略
——以《有機化學基礎》為例

周春美 周青山

(1.江蘇省溧陽中學 213300;2.江蘇省溧陽市實驗初中 213300)

一、引言

經過查閱文獻、資料，目前關于“證據推理和模型認知”的研究很多.筆者從推理的廣度、嚴謹度、降低推理的難度這三個點詮釋證據推理在化學課堂教學中的實施.

二、提升化學教學中學生證據推理能力水平的有效策略

1.取證視角多樣，拓展證據推理的廣度

化學知識結構化是指按照知識間的邏輯關系形成的認知圖示，知識結構化的豐富程度將影響學生調取證據、進行推理的廣度，可以說，知識結構化越豐富，取證越容易，取證的角度越廣.以“苯的結構簡式”教學片段為例.

【情境】十八世紀四十年代，日拉爾確定了苯的分子式C6H6，請大家猜想苯可能的結構簡式？

【活動】相對穩定又符合分子式的結構如：CH2=CHCH=CH-C≡CH、CH3C≡C-C≡CCH3、CH2=CHC≡C-CH=CH2等帶有碳碳雙鍵、碳碳叁鍵，碳四鍵的結構.

【問題】若用實驗證明我們的猜想，你想到哪些方案？并說明理由.

【活動】學生先獨立思考，再分小組討論，或查閱資料分析，或設計實驗探究.

學生找到證據①：向高錳酸鉀水溶液中加苯，溶液不褪色，但分層，油層在上層，以上結構均否定.

學生找到證據②：向溴水中加苯，溶液不褪色，但分層，上層橙紅色，溴被萃取，未發生化學反應，常用苯來萃取溴水中的溴，以上結構均否定.

教師提供苯的發現科學史話，1865年德國化學家睡夢中夢見蛇頭咬住蛇尾巴，形成環狀，受到啟發，畫出苯的封閉式結構(如圖1所示)，結構Ⅲ合理嗎？

圖1

學生找到證據：單雙鍵交替，仍有雙鍵，加高錳酸鉀或溴水本該褪色，仍不合理.

教師提供苯的發現科學史話，為推測苯的結構還有很多科學家作過貢獻，苯曾今有過多種可能的結構(如圖2所示)，它們合理嗎？證據是什么？

圖2

教師提供證據③：近代物理方法(光譜法、射線法、偶極距的測定)證明，苯分子的6個碳原子和6個氫原子都在一個平面內，因此它是一個平面分子.

【問題】還有哪些方法證明苯不是單雙鍵交替的凱庫勒式？

學生提供證據④：1H核磁共振氫譜圖，均為1種氫，無法證明；

學生提供證據⑤：測苯的鄰位二溴代物，凱庫勒式有兩種產物，苯只有一種.

教師繼續提供一些實驗的結果，請大家思考這些數據說明了什么？你有哪些啟示？

教師提供證據⑥：環己烯、環己二烯、苯分別與足量氫氣發生化學反應中的熱效應.

教師提供證據⑦：涉及的碳碳單鍵、碳碳雙鍵、苯分子中碳碳鍵的鍵長和鍵能.

教師提供證據⑧：2009年IBM科學家團隊用原子顯微鏡給單個并五苯分子拍照(如圖3所示)，我們直觀、清晰的看到了苯環平面正六邊形結構.

圖3

【思考】教師借助苯的結構設定驅動任務，學生主動尋找證據，依據物質結構方法的知識網絡，豐富收集證據的渠道，拓展證據推理的廣度.

2.用好化學實驗，強化證據推理的嚴謹度

推理離不開證據，證據即事實，事實即實驗結果，化學學科用好實驗證據能強化證據推理嚴謹度.以“苯酚的酸性”教學片段為例.

【情境】苯酚軟膏使用說明書 (節選)：①用后擰緊瓶蓋，當藥品性狀發生改變時禁止使用，尤其是色澤變紅后；②不能與堿性藥物并用；③密閉，在30℃以下保存.請大家猜測苯酚可能具有的化學性質？

【推理】色澤變紅→與空氣中的物質發生反應→主要是水和O2

不能與堿性藥物并用→具有酸性

【問題1】苯酚是與空氣中的H2O還是O2反應？

學生實驗證據①：取試管，加蒸餾水煮沸，冷卻后加苯酚溶解，蓋上塞子保存數小時，溶液無明顯現象，說明苯酚與水不反應，而苯酚需要密封保存、否則色澤變紅的原因是易被空氣中的氧氣所氧化，此處可以播放一段苯酚在空氣中被氧氣氧化而變色的的微視頻.

【問題2】苯酚具有酸性嗎？(苯酚的酸性可用電離理論分析，前提是先要論證苯酚與水不發生反應，進而說明苯酚在水溶液中呈酸性為自身電離產生的結果).

學生實驗證據②：苯酚溶液中滴加石蕊試劑，溶液不變紅.

學生實驗證據③：苯酚濁液中滴加氫氧化鈉溶液，溶液變澄清.

【結論假設1】苯酚有酸性，實驗中氫氧化鈉與苯酚發生中和反應，所以溶液變澄清，但由于苯酚酸性弱，所以石蕊溶液不變紅.

【假設結論2】苯酚沒有酸性，石蕊不變紅，苯酚濁液中滴加氫氧化鈉溶液變澄清可能不是中和反應導致的.

學生實驗證據④：用pH試紙測NaOH溶液與苯酚反應前后溶液pH的變化，pH明顯下降，實驗證明NaOH中的OH-確實被中和，苯酚是弱酸性物質.

【問題3】如何比較苯酚與碳酸的酸性強弱？

學生實驗證據⑤：苯酚鈉溶液中通二氧化碳，溶液變渾濁.

【問題4】書寫苯酚鈉溶液中通二氧化碳的化學方程式？

【學生】甲：生成苯酚和碳酸鈉

乙：生成苯酚和碳酸氫鈉

【問題5】以上兩個化學方程式均正確嗎？

學生實驗證據⑥：向滴有酚酞試劑的碳酸鈉溶液中滴加苯酚溶液，紅色變淺，說明苯酚能與碳酸鈉溶液反應.

【問題6】設計方案證明苯酚與鈉反應并評價？

【學生】甲：直接加熱苯酚，待熔熔后加入鈉.

乙：用65℃以上熱水或用乙醇把苯酚溶解，形成苯酚溶液，再把鈉粒放入.

丙：由于苯酚為分子品體，熔融狀態下不電離，沒有可自由移動的氫離子存在，方案甲不可行.水和乙醇均能與金屬鈉反應，鈉在含水或乙醇的苯酚混合液中的反應并不能證明一定是鈉與苯酚的反應，方案乙也不可行.

教師實驗證據⑧：在苯酚的乙醚溶液中加入鈉.(已知乙醚與金屬鈉不反應.)劇烈反應，產生無色氣體，比鈉與水的反應還劇烈(將苯酚的酸性由電離理論拓展到質子理論).

【思考】基于實驗的證據推理教學設計，需要幫助學生尋求實驗的突破口，注重實驗環節的設計、實驗現象的觀察、實驗結果的分析、質疑與釋疑，這樣學生的證據推理思維才能不斷地得到升華.

3.有機解題看信息，降低證據推理的難度

有機化學基礎常常出現流程推斷題，該題型能很好的考查學生證據推理能力，它的主要呈現方式一般是:展示部分環節中主要物質的結構簡式或分子式，即提供客觀事實來考查學生推理能力、信息提取與應用等能力.

在解有機流程推斷題時可以分兩步走，審題后先檢索流程圖中的各物質轉化關系，再分析流程圖下方的已知信息，結合試題情境和設問確定認識對象、認識角度，從而獲得推理判斷的證據，建立問題、證據和結果之間的邏輯關系是基于推理判斷的關鍵.根據這種思維模型解答試題，可以突破一些認識誤區，減少和避免犯錯誤.