基于“证据推理与模型认知”的高阶思维引领的教学实践

王伟峰 罗兵

摘要：基于“证据推理与模型认知”核心素养的角度对“乙烯”主题进行教学设计，创设情境，采用任务驱动的方法，通过小组合作、探究学习、搭建模型等学生活动促进学生利用图像、图表、数据、文本等证据推出合理结论，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系并构建有机推断认知模型，发展化学核心观念和高阶思维。

关键词：证据推理;模型认知;乙烯;教学案例

文章编号：1008-0546（2019）07-0061-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.018

一、研究背景

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力[1]。普通高中化学课程标准（2017年版）提出了五个方面的核心素养：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识和科学态度与社会责任。其中，证据推理与模型认知要求学生具有证据意识，能够充分利用分析推理来建立观点、结论和证据之间的逻辑关系，进而认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。布卢姆教育目标分类中，将“知道、理解、运用”称为低阶思维，而将“分析、综合、评价”称为高阶思维[2]。从化学思维角度来说，证据推理与模型认知正是一种化学高阶思维，旨在培养学生的创新能力、问题求解能力、决策能力和批判性思维能力。高中阶段的学生正处于心智趋于成熟的关键时期，已经具备一定的低阶思维能力，而高阶思维的匮乏使得他们缺乏一定的批判性、创新性和深刻性，作为培养人的教师而言，实施培养化学高阶思维能力的教学具有重大的意义。

二、教学思路和设计

1.教材分析

“石油化工的龙头——乙烯”位于沪教版第十一章《认识碳氢化合物的多样性》中的第二节，是烷烃教学的结束同时也是不饱和烃教学的开始，在教材结构上有承上启下的功能。在掌握以甲烷为代表的烷烃的结构和性质的基础上，进一步建立物质结构（官能团）和性质之间的关系，深化“组成、结构决定性质，性质反映结构”[3]的有机化学核心观念，乙烯作为首个体现官能团特性的有机物其重要性不言而喻。而搭建球棍模型是学生学习有机化学最好的活动方式，是体验证据推理、模型认知、科学探究等核心素养的最有效的平台，更是培养逻辑思维、创新意识和科学精神的化学高阶思维的重要载体。

2.教学目标

（1）书写乙烯的分子式、结构式、结构简式、电子式，描述乙烯的空间构型[4]。

（2）说出乙烯加成反应的反应机理，书写相关反应的化学方程式。

（3）知道可以通过分析、推理等方法认识乙烯结构和性质的关系，建立认知模型。

（4）了解推测有机物结构的一般方法，感受证据推理的严谨性、科学性。

3.教学策略

以建构主义学习观为理论基础，将证据推理和模型认知素养设定为引领整个教学的核心观念，通过图像、图表、数据、实验、文本、信息等引导学生利用合适的证据推测乙烯加成反应的机理。在提出假设一建立模型一搜集证据一修正模型的过程中深入认识乙烯的组成和结构，建构完整的探究烯烃特征反应机理的历程，应用模型完成有机推断拓展探究并形成解决有机推断问题的一般思路，深刻体会基于证据的推理和模型的建构来解决实际问题的一般过程。

4.教学流程

以任务驱动的方式达成学习目标，有意识地培养化学学科核心素养。具体过程如表l所示。

三、教学过程

1.创设情境，初尝证据推理

引入：乙烯的“龙头”地位

[教师提问]石油化工产品之一的乙烯为何能被冠以“龙头”称号？地位之高何以见得？

[各抒己见]乙烯用途广泛，乙烯年产量高。

[资料介绍]①乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，还可用作水果和蔬菜的催熟剂，是一种已证实的植物激素（图1）。②乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有重要的地位。中美乙烯产能在全球举足轻重（图2）。

设计意图：联系生产生活提出问题，利用图表数据分析并寻找合理解释乙烯“龙头”地位的原因，由此引入课题，不但提供了学生尝试证据推理的机会，同时还通过中关乙烯产能的对比激起学生的爱国心，社会主义核心价值观得以体现。

2.利用旧知，搭建新知模型

任务1：初识乙烯分子结构

[教师讲解]通过一定量的乙烯燃烧后产生的C02和H20的质量可推测乙烯的分子式为C2H4，乙烯是由2个碳原子和4个氢原子组成的，请同学们利用球棍模型拼装模型（以下简称拼装模型）搭建乙烯可能的分子结构。

[小组合作拼装]展示乙烯的球棍模型，只有一种，如图3。

[观察模型]乙烯的空间结构？书写乙烯的电子式、结构式、结构简式。

设计意图：证据的基本类型包括图像、图表、数据、文本信息和已有经验（知识、原理和规律），学生利用已有经验，在旧知的基础上建立新知，完成乙烯球棍模型的搭建，是模型认知的第一阶段——收集证据并提出初步模型。

3.证据推理，修正初步模型

任务2：探究乙烯加成反应机理

[演示实验]将乙烯通入溴水中，溴水褪色。

[教师提问]可能发生的化学反应有哪些？联系烷烃的化学性质和乙烯的结构从旧键的断裂和新键的形成角度利用拼装模型推测该反应可能的产物并说明理由。

[小组讨论]四人一组，根据拼装模型写出可能的反应方程式。汇报结果。

[反应1：取代反应]乙烯与溴单质发生取代反应，乙烯中碳氢键发生断裂，溴原子取代了其中一个氢原子，生成溴乙烯和溴化氢。（根据取代反应的特点，该反应还可以继续进行，生成多種溴代产物。）化学反应方程式如下：CH2= CH2+ Br2→CH2=CHBr+ HBr，产物的球棍模型如图4。