證據推理與模型認知素養在高中化學教學中的滲透
——以苯的教學為例

文/朱 霞

引 言

當前，高中化學關于苯的教學不能滿足于讓學生掌握課本知識，而是應認真分析該部分內容與證據推理及模型認知素養有哪些契合點，通過合理設計教學內容，給予學生學習上的有效指引，使其在牢固掌握該部分知識的同時，強化與提升證據推理與模型認知素養。

一、提升學生的證據意識

教師應在苯的教學中通過講解相關理論使學生認識到證據在推理過程中的重要性，同時要求學生對苯有關的知識點加以整理與整合，構建系統的知識網絡，儲存豐富的證據知識，使其在分析問題時能夠識別并迅速聯系所學知識，進行正確的分析推理[1]。例如，在講解苯的知識時，教師可要求學生基于對苯結構的理解分析如下習題。

使用如圖1裝置制取溴苯并驗證苯和液溴發生的是取代反應，回答相關問題。

圖1

（1）三頸瓶中制取溴苯的化學方程式為______；

（2）儀器A的名稱為_____，作用是________；

（3）三頸燒瓶反應結束后，將盛有NaOH溶液的滴液漏斗打開，向三頸燒瓶中加入NaOH溶液并充分反應。使用NaOH溶液的主要目的是_______，任意寫出一個相關的化學方程式_____________________。

（4）溶液B為____________，錐形瓶中的現象為______________________，由此可證明苯和液溴發生的是取代反應，而非加成反應。

題意為制取純凈的溴苯，需要使用NaOH溶液將未參與反應的液溴反應掉。為驗證苯和液溴發生的是取代反應，則溶液B應是能和HBr反應的溶液。如此推理，問題就迎刃而解。聯系所學的課本中的知識可知，三頸瓶中發生的反應為：+HBr；儀器A為冷凝管，其作用為冷凝回流未反應的溴蒸氣；加入NaOH溶液的目的在于將溶液中剩余的Br2和生成的HBr去除。其中一個發生的反應方程式為：2NaOH+Br2=NaBr+NaBrO+H2O。溶液B為AgNO3的水溶液和生成的HBr，反應生成淡黃色渾濁AgBr，即可證明苯和液溴發生的是取代反應。

以苯與溴的反應為背景進行設問，要求學生結合所學進行作答，不僅能很好地鞏固課本知識，還能啟發其在推理的過程中注重從題干描述、給出的圖形中尋找推理證據。

二、啟發學生嚴謹推理

教師在授課過程中應幫助學生構建觀點、結論與證據之間的關系，結合教學內容設計相關的問題，在課堂上提問學生，并要求學生詳細說明理由。如在課堂上教師可要求學生回答如下問題。

使用圖2實驗裝置做相關的實驗：（1）向試管中加入苯（密度為0.86g/cm3）；（2）拔出大頭針，使Na落入苯中（密度為0.97g/cm3）；（3）從長頸漏斗中加入MgCl2溶液（密度為1g/cm3），以下推理正確的是（ ）。

圖2

A.將MgCl2溶液加入苯中，MgCl2溶液在上層

B.Na一直停留在苯層不發生反應

C.Na在MgCl2溶液與苯界面處發生反應，并上下跳動至消失，下層產生白色沉淀

D.Na在MgCl2溶液底部四處游動，MgCl2溶液中產生白色沉淀

根據已知條件及實驗情境得出相關結論，需建立在對證據認真分析的基礎上。習題考查苯的相關物理化學性質，題干中給出的密度是推理的切入點。同時，還應牢固掌握苯的性質，苯不溶于水且不會和Na發生反應。當Na落入苯中，因Na的密度大于苯的密度，所以，鈉將在苯的底部。當向其中加入MgCl2溶液時，其密度大于Na的密度，處在試管的最底部。Na剛好處在苯和MgCl2溶液界面中間。但Na和MgCl2溶液中的水發生反應，產生NaOH和H2，其中的H2會使Na在反應的過程中在界面上下跳動，直至消失。而NaOH和MgCl2發生反應生產白色沉淀Mg（OH）2，綜上分析可知，正確選項為C。

在推理的過程中養成嚴謹的良好習慣可確保推理結論的正確性。學生只有牢固掌握基礎知識，才能在推理的過程中游刃有余，透過現象看本質，確保問題得以順利解決。

三、深化對研究對象的理解

在教學中滲透證據推理與模型認知素養時，教師應引導學生運用分析、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。在苯的教學活動中，教師要注重為學生講解、分析及推理問題的相關思路，即認識陌生的研究對象時應認真觀察其結構簡式，明確其含有的官能團，聯想苯的結構與性質并進行有理有據的推理，尤其應注重推理結論的得出應有充分的依據。例如，教師可在課堂上展示如下習題，要求學生聯系所學，分析有機物的相關性質。

苯并降冰片烯的結構簡式如圖3所示，則下面有關該有機物說法正確的是（ ）。

圖3

A.是苯的同系物

B.能使溴水和高錳酸鉀溶液褪色

C.一氯代物有6種（不考慮立體異構）

D.分子中含有4個碳碳雙鍵

解答該題需要結合苯的知識，運用分析、推理方法，得出該有機物的相關性質。苯的同系物僅含有1個苯環，其側鏈為烷烴基的同類芳香烴，由圖3可知，其側鏈不是烷烴基。碳碳雙鍵能使溴水和高錳酸鉀溶液褪色。分析圖中有機物結構簡式可知，其結構上下對稱，含有5類氫原子對應的一氯代物有5種。苯環中不是單雙鍵交替，上述有機物僅有1個碳碳雙鍵。綜上所述，只有B項正確。

在有機物的學習過程中，學生要靈活運用多種分析問題的思路與方法，更好地理解與把握新有機物的本質及相關規律。

四、引導學生建立認知模型

為使學生建立清晰的認知模型，把握苯及其同系物的性質及各原子之間的關系，教師應鼓勵學生動手制作苯及其同系物的實物模型，增加課堂趣味性，同時，深化其對苯及其同系物模型的理解。為檢驗學生對苯及其同系物模型的認識程度，教師可要求學生分析如下習題。

苯環與側鏈兩者相互影響，在下述的甲苯實驗中，表明苯環影響側鏈的是（ ）。

A.甲苯和濃硝酸、濃硫酸發生化學反應，生成三硝基甲苯

B.在酸性高錳酸鉀溶液中添加甲苯，可以使其褪色

C.甲苯在燃燒時可以產生帶有濃煙的火焰

D.1mol甲苯可與3mol H2發生加成反應

結合苯的結構以及所學苯的同系物可出現的相關模型，得知苯的碳氫原子均在同一平面，且能發生加成、取代反應。A項，苯和甲苯均能和濃硝酸、濃硫酸發生取代反應，錯誤；B項，苯不能夠使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但是甲苯可以，符合題意；C項，甲苯和苯在燃燒時，都可以產生帶有濃煙的火焰，1mol苯和甲苯均可與3mol H2發生加成反應，錯誤。綜上所述，選擇C項。

建立認知模型可降低所學知識的理解難度，更好把握所學知識的本質，尤其在分析問題時，能夠把握問題關鍵，提高問題分析效率。

五、提高學生的模型應用意識

在教學中滲透證據推理與模型認知素養時，教師應提高學生的模型應用意識，使其能夠運用模型解釋相關的化學現象，揭示現象的本質和規律。教師在課堂上應注重為其展示相關習題的分析過程，提高其運用模型解題的靈活性。

二苯乙烯的結構簡式如圖4，則以下說法正確的是（ ）。

圖4

A.二苯乙烯的分子式為C14H14

B.二苯乙烯能夠發生取代反應、氧化反應、還原反應、加聚反應

C.二苯乙烯所有原子不可能共面

D.1mol二苯乙烯最多可消耗6mol H2

學生對二苯乙烯結構較為陌生，但只要聯系苯的結構與性質，借助苯反應及原子共面模型，通過遷移所學，不難分析出所給選項的正誤。觀察可知，二苯乙烯的分子式為C14H12，二苯乙烯中含有苯環及碳碳雙鍵，因此，可發生取代反應、氧化反應、還原反應、加聚反應。由苯的結構模型可知，其各原子共面，雙鍵連接的碳原子可以共面，二苯乙烯所有原子可能共面。二苯乙烯含有兩個苯環可加成6mol H2，而一個碳碳雙鍵可加成1mol H2，1mol二苯乙烯共可加成7mol H2。綜上所述，選擇B項。

應用構建的模型解決問題可獲得事半功倍的良好效果，能夠讓學生體會到應用模型解題的便利，體會應用模型解題的成就感，對激發其應用積極性、鍛煉其解題能力有很大幫助。

六、鼓勵學生做好推理總結

為提高學生的證據推理能力，促進其證據推理與模型認知素養的有效提升，在教學實踐中教師應注重鼓勵學生做好推理總結，培養學生善于總結的良好習慣。

圖5是以苯為原料制備相關有機物的轉化關系圖。

圖5

已知R-NO2

（1）生成A的化學方程式為_______________；

（2）B中所有原子是否在同一平面上_____；

（3）生成C過程的另一種無機物是_________；

（4）D與氫氣的反應類型為________________；

（5）E環上一氯代物有______種。

該題為有關苯的推斷題，需要學生掌握相關的推理技巧。認真觀察轉化關系圖中的反應條件、反應物及生成物，聯系所學有關苯的知識，不難推出正確結果。由反應條件可知苯→A發生的是硝化反應，由此不難寫出對應的化學反應方程式為根據生成的產物及已知條件可知B為因苯環上存在-CH3，所以其所有原子不是在同一平面上。在有催化劑的情況下苯和溴發生反應，即另一無機物為HBr。根據反應物及最終的反應產物可推理出D的結構簡式為：其和H2發生加成反應。觀察E的結構簡式，由對稱性可知，E環上一氯代物有4種，分別為：。

做好推理總結可使學生認識到自身不足，提高學習的針對性。教師在苯的教學中應鼓勵學生多總結，這樣在以后推理時學生不僅能夠迅速找到切入點，而且能夠提高解題的正確率。

結 語

在苯知識的教學過程中，高中化學教師既要要求學生掌握課本中的知識，又要從證據推理與模型認知素養入手，圍繞教學內容設計相關問題，在課堂上給學生留出思考、討論的時間，深化其對所學知識的理解。教師要鼓勵其運用模型分析化學問題，在提高其學以致用能力的同時，提升其證據推理與模型認知素養。