基于“证据推理与模型认知”核心素养下的“乙烯”教学设计

基于“证据推理与模型认知”核心素养下的“乙烯”教学设计作者：龙冬梅梁永锋来源：《中学教学参考·理科版》2019年第12期[摘;;;要]以“乙烯”的教学设计为例，基于乙烯的性质，分析构建乙烯的结构，进而推测乙烯的用途，培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。

同时，教学的每一个环节都设计了评价方法和目标，整个教学过程体现了高中新课程理念。

[关键词]证据推理;模型认知;核心素养;乙烯;教学设计[中图分类号];;;G633.8;;;;;;;;[文献标识码];;;A;;;;;;;;[文章编号];;;1674-6058（2019）35-0073-03培养化学学科核心素养是以化学学科为出发点，重点培养学生学习化学学科知识和形成运用化学思维和化学技术解决生活实际问题的化学基本能力，促进学生形成终身发展的观念[1]。

在高中化学学科核心素养的5个维度中，“证据推理与模型认知”是实验探究的思维本质与基础，其内涵是“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设;通过分析推理加以证实或证伪;建立观点、结论和证据之间的逻辑关系;知道通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型;能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律”[2]。

在教学中利用证据背后隐藏着的事物发展规律构建模型，寻找规律，并在构建解释的过程中，用科学证据来支撑所持观点[3]，在交流中得到最佳答案。

这既能增强教学的趣味性，调动学生的学习积极性，又能不断培养学生收集信息、整理信息、分析信息的能力和创新思维。

现以课题“来自石油和煤的两种基本化工原料——乙烯”为例，谈谈如何在教学过程中落实“证据推理与模型认知”核心素养的培养。

一、教学背景本节课是人教版化学必修2第三章第二节《来自石油和煤的两种基本化工原料》的内容，位于烷烃之后，苯之前，是学生对不饱和烃的首次学习，为苯的学习起到了铺垫作用。

在本节课之前，学生已经学习了以甲烷为代表的简单烷烃的结构、性质等有机物的基础知识，对“结构—性质—用途”和“性质反映结构”的关系有了初步认识。

而且，学生还掌握了碳的四价理论，理解饱和烃的概念，这为本节课不饱和烃的引入做好了铺垫。

但学生尚缺乏相关的数理知识，故对有机物反应原理的理解有一定的难度，对新引入的“加成反应”这样的反应类型会有一定的认知困难。

二、教学设计（一）教学目标与评价目标1.教学目标（1）通过对乙烯结构的探究，初步形成从现象预测结果的思维模式;（2）通过实验探究乙烯的性质及用途，建立有机化合物“结构—性质—用途”的认知模型;（3）通过不良商贩利用乙烯催熟水果的案例，增强合理使用化学品的意识。

2.评价目标（1）通过学生对乙烯结构的分析和判断，诊断并发展学生对物质结构的认识进阶和认识思路的结构化水平;（2）通过学生对探究乙烯性质实验的交流与点评，诊断并发展学生的实验探究能力;（3）通过学生对不良商贩的行为的讨论和点评，诊断并发展学生对化学价值的认识水平。

（二）教学思路三、教学过程（一）结构探究，证据推理【情景导入】播放“乙烯为何如此重要”的视频报道，提示学生乙烯来自于石油化工，是重要的石油化工产品，乙烯的产量标志着一个国家石油化工的发展水平。

【提出问题】乙烯是什么？其结构怎样？（已知乙烯中含有碳、氢元素）【学生讨论，寻找证据】确定乙烯组成中碳、氢原子的数目。

定量取样进行充分燃烧，依次通过浓硫酸、碱石灰，分别测定反应前后的质量，计算物质中存在的元素及原子个数比。

【史话支持】介绍“李比希燃烧法”测定有机化合物中碳、氢元素的方法及贡献。

【思考计算，寻找证据】取2.8;g气体充分燃烧，将生成的气体依次通过浓硫酸、碱石灰，测得分别增重3.6;g和8.8;g。

从实验数据能推出哪些结论？【小组匯报，整理证据】以上实验数据的计算结果说明乙烯中只存在碳、氢两种元素，乙烯的相对分子量为28，碳氢原子个数比为1∶2。

【学生归纳，建立模型】确定分子式为C2H4;。

【提出问题】乙烯的结构是怎样的？【实验探究，寻找证据】（1）将气体通入酸性KMnO4溶液中，观察现象;（2）将气体通入溴的四氯化碳溶液中，观察现象。

【学生归纳，整理证据】（1）溶液分层;（2）酸性KMnO4的紫色和溴的四氯化碳溶液的橙红色均褪去。

【猜想假设】酸性KMnO4溶液和溴的四氯化碳溶液褪色，说明乙烯与甲烷的结构不同。

【验证分析，初建模型】请同学们试着动手制作乙烯分子的球棍模型和比例模型，并写出它的分子式、结构式、电子式和结构简式，进行交流汇报。

【汇报交流，优化模型】分子式：C2H4结构式：电子式：结构简式：CH2=CH2说明乙烯中含有C=C。

【史话支持】已知：断开1;mol;C-C平均所需能量约为345千焦，而断开1;mol;C=C平均所需能量约为610.9千焦。

【计算分析，寻找证据】通过断键时所需能量的数据分析发现，断开1;mol;C=C平均所需能量约为610.9千焦，并不是单键的2倍，而是比2倍略少，看来，只需要较少的能量，就能断开C=C中的一个价键;断开C=C中的两个键，需要的能量大小并不一样，其中有一个较小，容易断裂。

设计意图：通过创设情境引出乙烯这一物质，让学生感受乙烯在社会和生产生活中的重要价值，激发学生的学习兴趣;根据学生已有的相关知识设置问题，引导学生收集有关乙烯的组成元素、原子个数比、结构特征的证据，同时激发学生的探究欲望，形成对乙烯组成元素及结构的假设，继而由实验探究、史话信息及学生建立的数学模型、宏观模型（球棍模型、比例模型），确定乙烯的结构。

教学评价：诊断并发展学生认识物质的思路水平及实验探究能力。

（二）结构分析，性质猜想【问题思考】在以上一系列的学习过程中，你还有什么新的发现？【学生汇报】汇报1：从外观上看，乙烯没有颜色;用手轻轻扇动闻其气味，也没有刺鼻性气味。

汇报2：在乙烯与溴水、酸性KMnO4溶液的反应中，发现乙烯难溶于水，乙烯密度较空气小。

设计意图：自然地引出学生对乙烯物理性质的学习，培养学生自主运用观察以及实验去研究物质性质的方法。

【提出问题】乙烯的结构与双键的特点已清楚，那么乙烯有哪些化学性质呢？【小组汇报】通过乙烯燃烧，总结出乙烯能够发生氧化反应。

【假设猜想】乙烯使酸性KMnO4溶液褪色，可能的原因是高锰酸钾具有氧化性，发生氧化反应，将乙烯氧化为CO2。

【实验验证】将生成物通入澄清石灰水中，发现澄清石灰水变浑浊，证明生成的气体是CO2。

【小组总结】乙烯与强氧化剂，如酸性KMnO4溶液等发生氧化反应。

【提出问题】将气体通入溴水溶液中，溶液褪色，讨论分析其褪色原因。

【讨论交流】可能与乙烯中存在的双键有关。

【史话支持】提供乙烯与氢气、氯化氢、水反应的方程式。

CH2=CH2+H2;;[催化剂？;]C2H6CH2=CH2+H2O;[催化剂加热、加压];C2H6OCH2=CH2+HCl;;[催化剂];C2H5Cl【讨论交流】发现与甲烷发生的反应有所不同，呈现出“有上无下”的特点。

【假设猜想】乙烯中存在碳碳双键，其中的一个C-C键不稳定，易发生断裂。

【实验演示】演示乙烯与溴水发生反应的实验，动画模拟乙烯与溴水反应的原理。

【小组汇报】乙烯能够发生加成反应。

（有机物分子中双键两侧的碳原子分别与其他原子或原子团相连形成新的化合物的反应，叫加成反应）设计意图：本环节以乙烯使溴水褪色为思考点，激发学生思考“乙烯的双键究竟有什么特殊之处”，利用实验操作的宏观辨识以及动画模拟反应历程的微观探析相结合，进一步加强学生对加成反应的认识，后将乙烯化学性质的解释权交给学生，培养学生的证据推理意识，同时使学生建立起加成反应的模型，为后面探究苯等其他有机物的化学性质做好铺垫。

教学评价：发展学生探究物质性质的能力水平;诊断并发展学生对加成反应本质的认识进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）。

（三）认识用途，树立价值观【图片展示】重要的基础化工原料“乙烯”的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。

列举生活中的乙烯，如管材、无纺布、塑料、泡沫等。

【信息提供】[事件1]1864年，美国人发现一件奇怪的事情，煤气灯泄漏出的气体可使附近的树木提前落叶。

[事件2]1892年，在亚速尔群岛，有个木匠在温室中工作时，无意中将美人蕉的碎屑当作垃圾烧了起来，结果燃烧的烟雾弥漫开来后，温室中的菠萝一齐开了花。

[事件3]1908年，美国有些康乃馨的培育者将这种名贵的花卉移植到装有石油照明灯的温室中，结果花迟迟未开。

【小组汇报】乙烯可用作植物生长调节剂、催熟剂。

【视频播放】播放不良商贩注射催熟剂催熟水果的实例。

【讨论交流】谴责不良商贩的不道德做法，树立合理使用有机化学品的价值观。

设计意图：提供有关乙烯用途的信息，培养学生利用证据进行推理的能力，同时认识有机化学反应在实际应用中的重要意义，引发学生关注化学科学与社会生活的密切联系;渗透“物质—结构—性质”这一主线，形成完整的知识结构;让学生体验化学与生活密切相关，引导学生形成正确的价值观。

教学评价：诊断并发展学生对化学价值的认识水平（社会价值视角）。

（四）归纳知识，布置作业【归纳总结】对本节课所学知识进行归纳总结。

【小组汇报】以自己的理解表达所学习的内容。

【作业布置】（1）完成课本第72页第1、2、3题;（2）对甲烷和乙烯进行对比，要求以表格的形式来完成。

设计意图：通过归纳总结，实现本节课主要知识的整合;通过作业布置，巩固所学知识，培养学生类比推理的学习思维。

教学评价：诊断并发展学生整理归纳知识的能力。

【板书设计】[来自石油和煤的两种基本化工原料——乙烯][H∶C∶∶C∶H··;;;;;··H;;;;H][H;;;;;;HC=CH;;;;;;H]总之，证据推理与模型认知是相辅相成的，学生只有掌握充足的证据，进行合理的分析，才能形成模型化意识，从而提高构建模型的能力。

在“乙烯的结构”教学片段中，学生若无法从键能的角度分析出乙烯这一物质中含有的化学键有别于甲烷的话，就很难把握其结构，这直接影响对乙烯性质的学习。

因此，在教学过程中教师要注意培养学生发现问题、分析问题的能力和思辨能力。

此外，在本节课的教学中需要引导学生进行科学有序的思维[4]，培养学生证据推理的逻辑性，这要求教师设计的问题要逻辑严密、环环相扣，由乙烯具有的特殊的化学键到乙烯的比例模型、球棍模型，再到乙烯的电子式、分子式的引导，步步深入，由易到难，由简到繁。

若教学过程中出现跳跃性思维，就会影响学生结构模型的建立。

可见，在化学教学活动中通过不断渗透证据推理与模型认知相结合的教学思想，不仅有利于培养学生的思维与概括能力，而且有利于培养学生解决实际问题的能力。

[;;参;;;考;;;文;;;獻;;][1];;吴克勇，蔡子华.证据推理解读及教学思考：以化学学科为例[J].教育研究与评论（中学教育教学），2018（1）：79-83.[2];;中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.[3];;左頔.;“高中化学教学基本要求”中“模型认知”的分析与启示[D].上海：上海师范大学，2018.[4];;倪霞.基于证据推理与模型认知视角下的教学实践：以“配合物的形成和应用”为例[J].化学教与学，2018（7）：19-21.（责任编辑罗;;;艳）。