基于“證據推理與模型認知”探究乙烯

婁心媛 陳未

摘 要：證據推理與模型認知是化學學科的核心素養之一，都是為了學生更好地理解性學習.以“乙烯”的教學設計為例，嘗試建立證據推理與模型認知促進探究學習的教學模式.

關鍵詞：證據推理;模型認知;乙烯;教學設計;高中化學

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）25-0140-03

1 問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中對于“證據推理與模型認知”素養的描述是通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質規律.乙烯是最簡單的不飽和烴，建立好正確的模型后為后面學習苯等奠定了基礎.通過對乙烯進行深度學習，進一步強化了化學中物質“結構決定性質，性質決定用途”的觀念，培養學生形成“宏-微-符”的思維方式，建立模型和證據推理的化學核心素養.2 教學過程實錄

教學環節一：創設情境，初識乙烯

引入：播放微視頻-專家介紹乙烯的催熟作用以及身邊的聚乙烯產品.

教師活動：了解了乙烯的生活用途后，帶領學生觀看“揚子石化”的宣傳片—乙烯來源于石油，是一種重要的化工原料.隨后，展示一瓶收集好的乙烯，讓學生觀察，并請學生代表進行操作驗證.

學生活動：學生歸納總結乙烯的物理性質（顏色、氣味，加水驗證溶解性等）.

設計意圖：基于生活中乙烯的用途，激發學生的學習興趣，學生感受到化學源于生活，又服務于生活.揚子石化就坐落在南京，是著名化工企業，而乙烯又代表了一個國家的石油化工水平，立足化工生產國情，喚起學生的愛國情和責任感.

教學環節二：建模乙烯，實驗驗證

教師活動：帶領大家回顧前面學習的甲烷的化學性質.

學生活動：甲烷化學性質很穩定，不與強酸、強堿、強氧化劑如高錳酸鉀反應，能燃燒，可初步推測乙烯能燃燒，不與高錳酸鉀反應，結合資料卡片，猜測乙烯可與溴水發生了反應.

資料卡片1：

①乙烯為易燃化學品，置于良好通風處保存，并遠離火源.

②水果采摘后會有大量乙烯產生，容易加快水果腐爛.果農用如下方法保鮮水果：在水果箱中放入經飽和高錳酸鉀水溶液浸過的磚塊或蛭石，密封保存，能延長水果的保質期.

③二溴乙烷（CH2Br-CH2Br）用作脂肪、油、樹脂等的溶劑，谷物和水果等殺菌劑、木材的殺蟲劑等.由乙烯與溴等量反應制得.

學生活動：學生對比甲烷性質并閱讀資料卡片，推測乙烯可能具有的化學性質：①燃燒產生淡藍色火焰;②不與高錳酸鉀反應;③使溴水褪色，并與乙烷作對比.

師生合作演示實驗，通過投屏展示給全班學生，學生完成表1.對比發現實驗1和2的實驗現象與預測的并不符合，實驗1乙烯燃燒有黑煙，是因為含碳量高，燃燒不充分;至于為什么能使高錳酸鉀溶液和溴水褪色，可能與乙烯的結構有關.

設計意圖：學生結合已有的烷烴知識以及提取資料信息大膽的預測乙烯的化學性質，通過客觀的實驗現象，形成了認知沖突，激發了學生的求知欲，強化了有機物中結構決定性質的重要性，為下面探究乙烯的結構作鋪墊.

教學環節三：分工合作，搭建乙烯

教師活動：利用碳價層電子4和氫價層電子1的理論事實，給出提示：價層電子對互斥理論，利用工具箱中的橡皮泥小球和棍子來搭建乙烷（C2H6）和乙烯（C2H4）的球棍模型，進行對比，并寫出乙烷和乙烯的分子式、電子式、結構式、結構簡式以及空間構型.

學生活動：小組分工合作，搭建模型，書寫表2.

通過構建實物模型（如圖1所示），學生發現與乙烷不同的是：乙烯是平面型結構;存在著一個碳碳雙鍵，碳碳雙鍵的存在使得乙烯能夠使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色.因此，可以利用酸性高錳酸鉀溶液和溴水來鑒別乙烯和乙烷.

設計意圖：用實物模型將微觀物質宏觀化，囿于思維限制，學生很難一下子搭出乙烯的模型.教師引導學生從熟悉的乙烷去入手，每個碳失去兩個氫原子后各有一個電子，又形成了一對共用電子對.整個探究過程中，學生興致高昂，積極主動參與到模型搭建中來，在歡快的氛圍中完成知識的建構.

教學環節四：證據推理，完善模型

教師活動：已知乙烯與酸性KMnO4溶液反應，生成CO2和H2O，標出反應前后碳元素的化合價，分析乙烯使酸性KMnO4溶液褪色的本質是發生了什么類型的反應？

學生活動：乙烯中碳-2價變為二氧化碳中的+4價，化合價升高，發生了還原反應，酸性KMnO4是強氧化劑，所以乙烯使酸性KMnO4溶液褪色的本質是發生了氧化還原反應.

教師活動：那么溴水為什么會褪色呢？請結合資料卡片分析，乙烯與溴反應的產物是什么？對比乙烯和產物的球棍模型，找出兩者區別.

學生活動：由資料卡片1可得：乙烯與溴水反應生成了1，2-二溴乙烷.對比乙烯和1，2-二溴乙烷的球棍模型，得出乙烯中的碳碳雙鍵變成碳碳單鍵，兩個溴原子分別加在了兩個碳上.

教師活動：乙烯中的碳碳雙鍵為什么變成了碳碳單鍵呢？反應又是如何發生的，嘗試著用球棍模型把這個反應演示出來，并寫出對應的化學方程式.播放乙烯與溴加成的微觀動畫.

資料卡片2：見表3

學生活動：觀看動畫，得出乙烯使溴水褪色是因為乙烯的碳碳雙鍵不穩定，雙鍵中的一根鍵易斷裂，溴分子中的溴溴單鍵斷裂，兩個溴原子分別加到斷鍵的兩個碳原子上形成了1，2-二溴乙烷.

1，2-二溴乙烷

教師活動：引出加成反應的定義.有機物分子中的不飽和鍵（雙鍵或三鍵）兩端的碳原子與其他原子或原子團直接結合生成新的化合物的反應叫做加成反應.

設計意圖：通過以往教學發現學生對乙烯使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色的原因易混淆.這里一開始引領學生運用舊知，分析乙烯使高錳酸鉀褪色是因為氧化還原反應;再提示資料卡片中乙烯與溴反應是生成1，2-二溴乙烷，讓學生利用手中工具探索形成過程，得出褪色是因為雙鍵中的一根鍵斷裂而發生的加成反應，更有利于學生參與到課堂中來，并利用多媒體輔助教學，使抽象枯燥的分子結構更加形象化，學生更易于理解接受，有效地突破本節課的重難點.

教學環節五：模型遷移，事實評價

教師活動：一定條件下，乙烯還能和H2、HCl、H2O 發生加成反應，寫出有關反應的化學方程式.（提示：可借助模型完成.）

學生活動：搭建模型并完成化學方程式書寫.

CH2CH2+H2

催化劑△CH3CH3（乙烷）

CH2CH2+HCl

催化劑△CH3CH2Cl（氯乙烷）

CH2CH2+H—OH

催化劑加壓加熱

CH3CH2OH（乙醇）

這些生活實例，你會解釋嗎？南方產的水果，多數在未成熟時采摘下來，運到北方后，向庫房中充入少量乙烯再銷售;反之，為了延長果實和花朵的壽命，方便遠距離運輸，人們在裝有果實或花朵的密閉容器中放置浸泡過高錳酸鉀溶液的硅土，用來吸收花朵或水果中產生的乙烯.

這些生活現象進一步讓學生對乙烯有了更深的了解.

設計意圖：學會模型遷移，舉一反三.

教師活動：介紹乙烯的用途并對乙烯知識點進行總結.

參考文獻：

[1]徐利治.徐利治談數學方法論[M].大連：大連理工大學出版社，2008.

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書化學必修2（2007年版）[M].北京：人民教育出版社，2017：68.

[責任編輯：季春陽]