DIKW模型在乙烯與有機高分子材料中的教學設計

摘" 要" 以“乙烯與有機高分子材料”為例，運用DIKW模型從數據導入、信息理解、知識應用和智慧素養化四個方面展開教學設計。通過導入實驗數據，討論和解決未知有機化合物氧化反應反應式，經過分析和數據處理，理解乙烯與氧氣反應的本質，將所得信息應用于實踐，解決有機化合物燃燒綜合問題，實現信息到知識的進階，討論交流乙烯與氧氣反應的社會因素和實驗因素，拓展延伸能力，培養學生科學探究與創新意識的化學學科核心素養。

關鍵詞" DIKW模型；化學學科；核心素養；乙烯

中圖分類號：G633.8" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）09-0-05

1" 問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中提出“以發展化學學科核心素養為主旨，立足學生適應現代化生活和未來發展的需要，充分發揮化學課程的育人功能”[1]。通過創新教學模式，可有效培養學生化學學科核心素養[2]。

DIKW知識管理模型是數據（Data）、信息（Infomation）、知識（Knowledge）和智慧（Wisdom）的進階模型，數據是用來表示對象和事件的符號；信息是用來提升實用性的被處理的數據組成；知識是對所傳達和操作方法的回答；智慧則是提升有效性和判斷性的價值觀[3]。DIKW模型常運用于數學教學[4]和信息技術教學[5]等，而化學是一門以實驗為基礎的科學，通過利用化學實驗數據展開對信息和知識的理解和應用，綜合運用拓展智慧，有望促進學生化學學科核心素養的培養。

2" 教學主題內容分析

“乙烯與有機高分子材料”位于人教版高中化學必修二第七章第二節[6]。主要內容包括：認識不飽和烴乙烯與氧氣的氧化反應及其計算。學生需要學習甲烷的結構和性質，認識烷烴的學習方法，了解碳原子之間的成鍵特點，具備運用氧化還原反應和離子反應去分析問題的能力等。在本節課中，通過收集數據、整理信息、知識運用和智慧素養化的學習流程，實現數據和信息向知識的進階，循序漸進掌握知識的內在邏輯，分析知識中的數據和信息，解決知識問題，提升有關對問題解決所需要的探究能力和執行決策意識，培養學生科學探究與創新意識核心素養。

本課時的教學目標包括：通過代入有關烯烴數據，分析和整理得出關鍵信息，理解乙烯與氧氣反應的本質，認識乙烯在生活中的重要作用；通過設計乙烯制取和乙烯與氧氣的實驗流程，分析乙烯實驗數據因素、信息因素和知識因素，提升自主學習能力和問題解決能力；通過知識拓展延伸、科學預測和討論，體驗乙烯制取和乙烯與氧氣反應的實驗流程設計，養成收集數據與信息和整合知識內容的學習思維方式。

3" 教學流程設計

本節采用DIKW模型的教學模式，包括數據導入、理解信息、知識應用和智慧素養化四個步驟。在數據導入環節，根據實驗數據，通過計算求得未知有機化合物反應式，分析和討論實驗數據的作

用；在理解信息環節，分析有機反應式，思考反應數值之間的關系，通過計算驗證最初實驗數據結果，理解乙烯和氧氣的氧化反應；在知識應用環節，綜合應用乙烯信息，分析知識中的數據和信息，通過計算解決混合烴與氧氣的燃燒問題；在智慧素養化環節，將數據、信息和知識建構聯系，展開綜合科學探究，創設乙烯生活化情境，思考實驗涉及的數據因素所帶來的信息，探究設計乙烯的制取和乙烯與氧氣的氧化反應實驗流程，培養科學探究與創新意識的核心素養。教學流程如圖1所示。

4" 教學實錄

4.1" 數據導入

【教師活動】有機化合物在人類社會中有著重要的作用，那么請根據以下數據求出x、y，在一定條件下實驗的數據見表1。

【數據分析】從橫向和縱向查詢和搜索已知表格中的數據，代入化學反應方程式，展開數據的處理：

根據比例式代入，x=2，y=4。

【教師活動】根據化學方程式數據的計算和處理數據獲取的結果，引導學生思考關鍵數據有哪些？

【討論數據】計量單位、化學方程式中前后的未知量x與y和在一定條件下的實驗數據。通過數據的代入，經過計算得出結果，從而知道原方程式中的信息。

【教師活動】通過分析和討論數據處理的過程，啟發學生思考數據之間的聯系。

【學生活動】一個大的數據是由幾個小的數據所構成，化學方程式是一個大的數據，由一些化學式、條件和符號構成，小數據是大數據的基礎，處理和整理小數據有助于理解大數據。

【設計意圖】引導學生關注和分析化學數據，包括化學實驗現象、化學方程式、化學反應條件和化學實驗數據等，培養學生從細節把握整體，以細節抓住數據之間的邏輯，從而向有效信息轉變。根據實驗數據代入未知有機化合物氧化反應反應式，通過計算求得所需要的數據結果，根據討論與交流得該有機化合物為乙烯，引導對數據進行分析和討論，理解烯烴氧化反應的計量關系，明確數據的重要作用。

4.2" 理解信息

【教師活動】保持x和y取值保持一致，思考x和y之間的關系和有機物反應式的表示。

【信息分析】根據乙烯與氧氣的反應，y是x的二倍，進一步表示。

【教師活動】乙烯與氧氣的氧化反應，解釋表1中編號4的數據，求反應前的數據。

【信息分析】

通過分析反應前后數據變化可知，這是一個正在進行的一個反應。x=2+1，y=6+3，最初的數據是乙烯3 mol/L，氧氣9 mol/L。

【教師活動】引導學生思考該過程中成分的變化，展開具體數據分析從而獲取信息。

【學生活動】由反應物向生成物轉變。

【測評調試】如何體現該過程？請根據上述數據進行說明。

【學生活動】反應物從最初的數據到反應后，生成物濃度上升，反應物濃度降低。

【教師活動】乙烯與氧氣的反應中，碳元素在反應的過程經過了怎樣的轉化？碳元素在反應前后的化合價發生了改變，思考該過程是什么反應？

【信息理解】由乙烯中的碳原子向二氧化碳中的碳原子轉變。碳元素化合價的升高，并且反應生成了二氧化碳，說明發生了氧化反應。

【教師活動】乙烯的氧化反應就是乙烯與氧氣的反應，該說法是否正確？還有哪些有機物與氧氣反應的氧化反應？

【學生活動】不正確，這是乙烯在氧氣的燃燒反應。乙醛與氧氣反應和環氧乙烷與氧氣反應等。

【設計意圖】引導學生把握信息的內容，一個有效的化學信息需要體現化學符號之間的聯系、化學符號的意義和化學實驗現象與符號之間的聯系，而找出有效信息可以有助于知識的應用環境和智慧素養拓展的情境。根據有機化合物氧化反應反應式進一步具體求得所需要的數據結果，代入最初數據驗證反應式是否正確，提升數據處理能力。分析乙烯與氧氣氧化反應前后成分，思考碳元素變化過程，理解其本質。

4.3" 知識應用

【教師活動】乙烯與氧氣在點燃的條件下會發生氧化反應，這樣的信息如何應用？請完成下述問題。

2n（mL）的三種混合的氣態烴與足量的氧氣混合點燃發生爆炸后，將其恢復到原來的常溫和常壓下，其體積在原來的基礎上共縮小了4n（mL），那么這三種烴可能是（" "）

A.CH4、C3H6、C4H8

B.C2H4、C2H6、C3H8

C.C2H4、C3H4、C4H10

D.CH4、C2H4、C3H4

【知識分析】題干中獲取的內容有三種混合的氣態烴和足量的氧氣混合點燃、恢復原來的條件和體積縮小，選項中的數據有不同的有機物，包括甲烷、乙烯和丙烷等。

【知識理解】題干和選項中的數據相互結合，要關注體積變后縮小的數值和恢復原來的狀態，抓住關鍵知識信息，明確混合烴與氧氣的燃燒反應前后的條件變化，仔細辨識選項的不同。

【知識應用】設混合氣體為CxHy。

則根據彼此體積比可知1+1/4y=2。

計算結果下來，y取4，則在混合氣體分子中，氫原子應該含有4個，因此答案選D。

【設計意圖】引導學生分析知識中的數據和信息，展開對知識問題的逐步分析，達到對知識的內在邏輯的掌握，理解知識背后的本質。

信息知識的獲取需要經過實踐的驗證才能證明是否真正理解信息的內涵，通過應用解決混合烴氧化燃燒的問題實現信息進階為知識，解決知識需要分析其中包含的數據和信息，理解知識的內在邏輯。實踐的效果可以反饋信息的理解程度，從而在教學的過程做出改善。

4.4" 智慧素養化

【教師活動】乙烯作為一種重要的石油化工產品，在化工領域中占有巨大的作用。乙烯與氧氣的氧化反應作為其重要反應之一，可以有效地運用在工業領域中，其產生的能量可以作用于一些重要的過程，比如可以運用于沖壓發動機的運行過程中。引導思考乙烯與氧氣的燃燒在生活中的應用價值需要考慮的數據因素，從多角度獲取文字數據。

【數據報告】乙烯與氧氣燃燒的經濟效益、燃燒是否充分和燃燒的原料能否改進。

【教師引導】數據因素在實驗中可以帶來哪些信息？

【信息分析】在實驗中需要考慮乙烯與氧氣反應的原料來源、經濟、安全和儀器的選擇等。

【教師活動】設計乙烯的制取和乙烯與氧氣反應實驗流程。

【知識方案運用】

小組A：取乙醇和濃硫酸以一定比例置于圓底燒瓶，加入沸石和碎瓷片，加熱，并將制取的氣體與氧氣進行點燃反應，觀察現象。

小組B：取乙醇和稀硫酸以一定比例置于圓底燒瓶中，同上按照相同步驟反應。

【教師活動】引導學生思考濃硫酸和沸石與碎瓷片的作用。

【學生活動】催化劑和脫水劑。防止反應的混合物暴沸。

【教師活動】上述方案哪一個可行？稀硫酸是否可以代替濃硫酸，濃硫酸與乙醇的比例是多少？

【知識理解】第一種方案可行。不可以替代，稀硫酸會使其消去反應不明顯。若濃硫酸比例過多，會使其乙醇碳化；過少，會使其稀釋濃硫酸，使其消去反應性質不明顯。乙醇和濃硫酸以1∶3進行反應。

【教師活動】溫度的變化會不會引起反應的不同？

【學生活動】乙烯的制取溫度在140 ℃，就會生成乙醚。

【教師活動】根據上述內容完善實驗方案。

【知識重組】取乙醇和濃硫酸以1∶3的比例

混合置于圓底燒瓶，加入沸石和碎瓷片，加熱至170 ℃，并將制取的氣體與氧氣進行點燃反應，觀察現象。

【教師活動】觀察乙烯制取和乙烯與氧氣反應的實驗視頻。

【信息記錄】見表2乙烯制取和乙烯與氧氣反應的實驗信息。

【測評調試】引導學生思考為什么要加氫氧化鈉溶液？為什么在尾部加溴的四氯化碳溶液和高錳酸鉀溶液？為什么會產生黑煙？

【信息總結】中和反應生成的二氧化碳和二氧化硫氣體。要驗證是否生成乙烯，乙烯與溴的四氯化碳溶液和高錳酸鉀溶液發生反應。在有機化合物中，含碳的量越高，其火焰與黑煙會明亮與濃（信息內容）。

【教師活動】總結獲取的信息。

【信息整理】反應的過程中需要考慮生成的其他物質，排除干擾，并且需要對生成的乙烯進行驗證。乙烯與甲烷相似，可以與氧氣在點燃的條件發生反應，生成二氧化碳和水。

【教師拓展】乙烯制取的反應中，原料中的催化劑還可以選擇草酸、磷酸和三氧化二鋁等。

【教師活動】乙烯作為重要的有機化合物，可以用來衡量一個國家的石油化工發展水平。從數據中獲取有關乙烯的信息，并應用于實踐中，從而達到知識的進階。

創設乙烯在生活中的應用，以數據、信息和知識三位一體的方式進行科學探究，實現知識逐步拓展延伸其他知識，建立已有知識和未有知識之間的聯系。

【設計意圖】以課標為依據，綜合運用數據、信息和知識，理解三者內在聯系，展開相關內容的科學探究。

通過對乙烯制取和氧氣反應的科學展開、討論、觀察和記錄，學生體驗知識的運用過程，實現知識走向實驗，實驗上升理性知識的認知，掌握實驗操作與總結實驗結論，培養學生科學探究與創新意識的核心素養。

5" 教學總結

通過乙烯與有機高分子材料的教學設計證實DIKW模型可以實現對化學信息和知識的深入理解，分析知識中的數據和信息，挖掘其內在邏輯，綜合運用三者展開科學探究，培養化學學科核心素養。

學生學習過程的落實需要圍繞目標、數據、信息和知識展開，通過導入數據解得有機化合物反應式，解釋數據之間的聯系，計算求得最初數據，逐步分析理解乙烯與氧氣的反應信息，并進一步展開知識的應用，通過計算解決混合烴與氧氣反應的問題，理解數據、信息和知識三者聯系，運用三者展開乙烯的制取和乙烯與氧氣反應的科學探究，培養學生科學探究與創新意識。

6" 參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]錢忠華.新課程新高考背景下化學教學模式探討[J].文理導航，2020（5）：2.

[3] Ackoff R L.From data to wisdom[J].Journal of Applied Systems Analysis，1989，16（1），3-9.

[4]許琳泓.基于DIKW模型的數學史料管理方法探索與應用[J].廈門科技，2020，27（3）：57-58.

[5]彭麗歐.DIKW視野下高中信息技術新課程教學實施策略[J].軟件導刊（教育技術），2018，17（6）：10-12.

[6]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.普通高中教科書化學必修第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019：67-68.

作者簡介：常朔、馬蕓、楊斯越、艾秋瓊，寧夏大學碩士研究生在讀；李冰，通信作者，博士，教授。