基于證據(jù)推理視角下的高中化學(xué)教學(xué)策略

周春美 周青山

摘 要：剖析“證據(jù)推理”的內(nèi)涵與價(jià)值，揭示證據(jù)推理在教學(xué)中的現(xiàn)狀，以蘇教版模塊3《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》知識(shí)為例，從推理的廣度、推理的嚴(yán)謹(jǐn)度、降低推理的難度這三個(gè)點(diǎn)詮釋證據(jù)推理如何在化學(xué)課堂教學(xué)中實(shí)施的.關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;有機(jī)化學(xué);教學(xué)策略;高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????? 文章編號(hào)：1008-0333（2021）12-0078-02

收稿日期：2021-01-25

作者簡(jiǎn)介：周春美（1983.1-），女，江蘇省溧陽(yáng)人，中學(xué)高級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.周青山（1982.2-），男，江蘇省溧陽(yáng)人，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

一、引言

經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)、資料，目前關(guān)于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的研究很多.筆者從推理的廣度、嚴(yán)謹(jǐn)度、降低推理的難度這三個(gè)點(diǎn)詮釋證據(jù)推理在化學(xué)課堂教學(xué)中的實(shí)施.

二、提升化學(xué)教學(xué)中學(xué)生證據(jù)推理能力水平的有效策略

1.取證視角多樣，拓展證據(jù)推理的廣度

化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化是指按照知識(shí)間的邏輯關(guān)系形成的認(rèn)知圖示，知識(shí)結(jié)構(gòu)化的豐富程度將影響學(xué)生調(diào)取證據(jù)、進(jìn)行推理的廣度，可以說(shuō)，知識(shí)結(jié)構(gòu)化越豐富，取證越容易，取證的角度越廣.以“苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式”教學(xué)片段為例.

【情境】十八世紀(jì)四十年代，日拉爾確定了苯的分子式C6H6，請(qǐng)大家猜想苯可能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式？

【活動(dòng)】相對(duì)穩(wěn)定又符合分子式的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu).

【問(wèn)題】若用實(shí)驗(yàn)證明我們的猜想，你想到哪些方案？并說(shuō)明理由.

【活動(dòng)】學(xué)生先獨(dú)立思考，再分小組討論，或查閱資料分析，或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究.

學(xué)生找到證據(jù)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(jié)構(gòu)均否定.

學(xué)生找到證據(jù)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，常用苯來(lái)萃取溴水中的溴，以上結(jié)構(gòu)均否定.

教師提供苯的發(fā)現(xiàn)科學(xué)史話，1865年德國(guó)化學(xué)家睡夢(mèng)中夢(mèng)見(jiàn)蛇頭咬住蛇尾巴，形成環(huán)狀，受到啟發(fā)，畫(huà)出苯的封閉式結(jié)構(gòu)（如圖1所示），結(jié)構(gòu)Ⅲ合理嗎？

學(xué)生找到證據(jù)：?jiǎn)坞p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(fā)現(xiàn)科學(xué)史話，為推測(cè)苯的結(jié)構(gòu)還有很多科學(xué)家作過(guò)貢獻(xiàn)，苯曾今有過(guò)多種可能的結(jié)構(gòu)（如圖2所示），它們合理嗎？證據(jù)是什么？

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

【問(wèn)題】還有哪些方法證明苯不是單雙鍵交替的凱庫(kù)勒式？

學(xué)生提供證據(jù)④：1H核磁共振氫譜圖，均為1種氫，無(wú)法證明;

學(xué)生提供證據(jù)⑤：測(cè)苯的鄰位二溴代物，凱庫(kù)勒式有兩種產(chǎn)物，苯只有一種.

教師繼續(xù)提供一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，請(qǐng)大家思考這些數(shù)據(jù)說(shuō)明了什么？你有哪些啟示？

教師提供證據(jù)⑥：環(huán)己烯、環(huán)己二烯、苯分別與足量氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng).

教師提供證據(jù)⑦：涉及的碳碳單鍵、碳碳雙鍵、苯分子中碳碳鍵的鍵長(zhǎng)和鍵能.

教師提供證據(jù)⑧：2009年IBM科學(xué)家團(tuán)隊(duì)用原子顯微鏡給單個(gè)并五苯分子拍照（如圖3所示），我們直觀、清晰的看到了苯環(huán)平面正六邊形結(jié)構(gòu).

【思考】教師借助苯的結(jié)構(gòu)設(shè)定驅(qū)動(dòng)任務(wù)，學(xué)生主動(dòng)尋找證據(jù)，依據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)方法的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，豐富收集證據(jù)的渠道，拓展證據(jù)推理的廣度.

2.用好化學(xué)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化證據(jù)推理的嚴(yán)謹(jǐn)度

推理離不開(kāi)證據(jù)，證據(jù)即事實(shí)，事實(shí)即實(shí)驗(yàn)結(jié)果，化學(xué)學(xué)科用好實(shí)驗(yàn)證據(jù)能強(qiáng)化證據(jù)推理嚴(yán)謹(jǐn)度.以“苯酚的酸性”教學(xué)片段為例.

【情境】苯酚軟膏使用說(shuō)明書(shū) （節(jié)選）：①用后擰緊瓶蓋，當(dāng)藥品性狀發(fā)生改變時(shí)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(qǐng)大家猜測(cè)苯酚可能具有的化學(xué)性質(zhì)？

【推理】色澤變紅→與空氣中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)→主要是水和O2

不能與堿性藥物并用→具有酸性

【問(wèn)題1】苯酚是與空氣中的H2O還是O2反應(yīng)？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)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(shù)小時(shí)，溶液無(wú)明顯現(xiàn)象，說(shuō)明苯酚與水不反應(yīng)，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(wèn)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(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而說(shuō)明苯酚在水溶液中呈酸性為自身電離產(chǎn)生的結(jié)果）.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)②：苯酚溶液中滴加石蕊試劑，溶液不變紅.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)③：苯酚濁液中滴加氫氧化鈉溶液，溶液變澄清.

【結(jié)論假設(shè)1】苯酚有酸性，實(shí)驗(yàn)中氫氧化鈉與苯酚發(fā)生中和反應(yīng)，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(shè)結(jié)論2】苯酚沒(méi)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(yīng)導(dǎo)致的.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)④：用pH試紙測(cè)NaOH溶液與苯酚反應(yīng)前后溶液pH的變化，pH明顯下降，實(shí)驗(yàn)證明NaOH中的OH-確實(shí)被中和，苯酚是弱酸性物質(zhì).

【問(wèn)題3】如何比較苯酚與碳酸的酸性強(qiáng)弱？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)⑤：苯酚鈉溶液中通二氧化碳，溶液變渾濁.

【問(wèn)題4】書(shū)寫(xiě)苯酚鈉溶液中通二氧化碳的化學(xué)方程式？

【學(xué)生】甲：生成苯酚和碳酸鈉

乙：生成苯酚和碳酸氫鈉

【問(wèn)題5】以上兩個(gè)化學(xué)方程式均正確嗎？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)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(shuō)明苯酚能與碳酸鈉溶液反應(yīng).

學(xué)生實(shí)驗(yàn)證據(jù)⑦：或者向渾濁的苯酚溶液中滴加碳酸鈉溶液，溶液變澄清，也說(shuō)明苯酚能與碳酸鈉溶液反應(yīng).不管哪個(gè)方法都說(shuō)明化學(xué)方程式甲不正確，乙正確，酸性：HCO-3<苯酚<H2CO3.

【問(wèn)題6】設(shè)計(jì)方案證明苯酚與鈉反應(yīng)并評(píng)價(jià)？

【學(xué)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(tài)下不電離，沒(méi)有可自由移動(dòng)的氫離子存在，方案甲不可行.水和乙醇均能與金屬鈉反應(yīng)，鈉在含水或乙醇的苯酚混合液中的反應(yīng)并不能證明一定是鈉與苯酚的反應(yīng)，方案乙也不可行.

教師實(shí)驗(yàn)證據(jù)⑧：在苯酚的乙醚溶液中加入鈉.（已知乙醚與金屬鈉不反應(yīng).）劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)色氣體，比鈉與水的反應(yīng)還劇烈（將苯酚的酸性由電離理論拓展到質(zhì)子理論）.

【思考】基于實(shí)驗(yàn)的證據(jù)推理教學(xué)設(shè)計(jì)，需要幫助學(xué)生尋求實(shí)驗(yàn)的突破口，注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、質(zhì)疑與釋疑，這樣學(xué)生的證據(jù)推理思維才能不斷地得到升華.

3.有機(jī)解題看信息，降低證據(jù)推理的難度

有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)常常出現(xiàn)流程推斷題，該題型能很好的考查學(xué)生證據(jù)推理能力，它的主要呈現(xiàn)方式一般是：展示部分環(huán)節(jié)中主要物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式或分子式，即提供客觀事實(shí)來(lái)考查學(xué)生推理能力、信息提取與應(yīng)用等能力.

在解有機(jī)流程推斷題時(shí)可以分兩步走，審題后先檢索流程圖中的各物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，再分析流程圖下方的已知信息，結(jié)合試題情境和設(shè)問(wèn)確定認(rèn)識(shí)對(duì)象、認(rèn)識(shí)角度，從而獲得推理判斷的證據(jù)，建立問(wèn)題、證據(jù)和結(jié)果之間的邏輯關(guān)系是基于推理判斷的關(guān)鍵.根據(jù)這種思維模型解答試題，可以突破一些認(rèn)識(shí)誤區(qū)，減少和避免犯錯(cuò)誤.

參考文獻(xiàn)：

[1]肖中榮.證據(jù)推理在化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐與思考[J].教學(xué)參考，2018（7、8）：55.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2020：4.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]