基于“证据推理与模型建构”探究苯的结构课程的教学设计

谭梦玉 赵 颖

（洛阳师范学院<化学化工学院>，河南 洛阳 471934）

1 核心素养与化学核心素养

核心素养是实现个人成功和良好的社会运作，满足个人和社会需要的一种基本素养，具备这种素养才能迎接21世纪网络信息时代的教育挑战。核心主要有两层含义：一是在学习过程中习得的基本技能和基础的知识；二是在解决问题时所获得的基本方法[1]。核心素养具有鲜明的特征，即教学目的的综合性、主体性和时代性，旨在培养学生用习得的知识与技能去解决现实中的问题。在当代教学中，教授学生获取知识的同时，培养学生的核心素养也成了教师教学的基本任务。

化学学科核心素养是在三维目标的基础上进一步的提升和发展，包含5个方面，这5大方面相辅相成，各有侧重。化学学科核心素养有3个方面的含义，一是落实核心素养；二是系统地优化高中化学课程标准；三是促进教、学、考的有机衔接[2]。本文从证据推理与模型认知这一角度深入分析对这一核心素养的认识和应用。邓小平说过“实践是检验真理的唯一标准”，检验真理的同时也需要有力的证据，化学学科作为一门科学，在学习这门科学时更是离不开“证据推理”这一要素，主要过程为：给学生提出问题，发展学生的思维，引导学生提出“假说猜想”，让学生通过寻找证据进行证实，培养学生科学探究的能力[3]。而素养中的模型认知则是让学生学会建立模型和应用模型，通过模型认知来解释一些化学现象，揭示规律和本质[4]。这两者既有区别又有联系，缺一不可。

2 教学研究现状

虽然化学学科核心素养早已提出，也倡导将证据推理和模型认知这一素养应用到教学中，但在实际教学过程中，教师往往会忽略培养学生的核心素养，而是一味地以传授知识为主。在传统的苯的教学过程中，教师通常跳过证据推理这一部分，直接告诉学生苯结构中的碳碳键是一种介于单键和双键之间的特殊的键，这就意味着学生不理解，只能死记硬背知识点，不会独立思考，自然也就不能培养学生的思维能力；在模型认知上往往会忽略模型的建构和应用，容易把教学的重心放在苯的化学性质上，而忽略了苯分子结构的模型建构，即使引导了模型建构，但并不在意学生是否建构成功；是否能够应用这些模型来解释苯的化学现象。只有让学生成功建构模型并能够形成自己的化学理论解释系统，这样的教学才是有价值的，才能满足现代的化学学科核心素养的基本要求[5]。基于此，本文将运用化学学科素养中的证据推理与模型认知的方法探究苯的结构，从而提高学生这一方面的能力。

3 学情分析

苯是人教版化学必修二第三章第二节中的内容，在此之前，学生已经学习了烷烃和烯烃、炔烃的性质，对有机化合物有了一定的了解，也清楚碳碳单键、双键和三键具有的化学特性，为苯的学习打下了一定的理论基础。学生可根据知识的迁移对苯分子的结构进行假设和证据推理，得出其分子结构从而推理苯的化学性质[6]。

4 教学设计

4.1 史话导入、激发兴趣

科学家的魅力在于能在人们习以为常的现象中产生好奇心，并带着这份好奇去揭开浩瀚宇宙中的种种奥秘。英国科学家法拉第就是这样一个充满好奇心的人，19世纪初，他对生产煤气的原料残留下的一种油状液体产生了浓厚的兴趣，为了揭开它神秘的面纱，他用5年时间来研究这种物质，得出了它的一些物理性质，并把它命名为“氢的重碳化合物”。后来，德国的科学家米希尔里希将其命名为苯。法国有机化学家日拉尔确定了它的相对分子质量为78，分子式为C6H6。下面就一起来学习苯的一些性质。

4.2 展示实物、直观感受

教师活动：通过观察苯的形态、颜色及课前预习，能够总结苯有哪些物理性质呢？

学生活动：学生回答苯是一种无色透明且略有香味的易挥发的液体。它的密度比水小，且不溶于水，是一种良好的有机溶剂。

4.3 创设问题，提出假设

了解了苯的物理性质，知道苯的分子式是C6H6，那么，苯又具有哪些化学性质呢？结构决定性质，要了解苯的化学性质就必须弄清楚苯的结构是怎样的，请根据苯的分子式写出苯可能存在哪些结构呢？设定以下典型例子进行探究：

4.4 实验探究、验证假设

学生活动：学生根据已有经验，通过知识迁移知道若苯含有碳碳双键和碳碳三键则可以与酸性高锰酸钾溶液和溴水反应。并展开实验验证：（1）将苯和溴水混合、振荡，观察实验现象；（2）苯与酸性高锰酸钾溶液混合、振荡，并观察记录。

实验结果：（1）苯与溴水发生了萃取，上层为苯和溴，下层为水，没有发生化学反应；（2）高锰酸钾溶液不褪色，得出酸性条件下苯与高锰酸钾溶液不发生反应。

4.5 得出结论、证实伪证

学生活动：小组讨论得出结论苯中不含有碳碳三键和碳碳双键，苯并非为链状结构。

4.6 修改假设、合理推理

教师活动：根据以上实验，证明苯并不具备不饱和烃的特点，那么，苯的结构究竟是什么样的呢？直到19世纪时，德国化学家凯库勒提出苯环结构为： ，苯的结构才有了突破性的进展。图1为凯库勒式的苯分子的球棍模型和堆积模型。

图1 凯库勒式的苯分子的球棍模型和堆积模型

虽然凯库勒认为苯中的键是单双键交替在后来被证实是错误的，但他提出的苯的环状结构给后续的研究提供了新思路。

证据1：1935年，詹斯通过X射线衍射的方法测得苯分子中C-C键长在碳碳单键和碳碳双键之间，苯分子是平面正六角形的结构，所有原子都是共面的，且键角为120°

证据2：根据分子轨道理论来分析，苯分子里6个碳原子都以SP2杂化方式分别与两个碳原子形成碳σ键、又与1氢原子形成碳氢σ键。苯分子中碳碳键和键长是完全相同的。

证据3：大量研究证明，苯的邻二取代物只有一种结构。

4.7 分析结构、建模应用

教师提问：苯的这种特殊结构决定了它具有特殊的性质，这是不是意味着苯同时具有烷烃和烯烃的化学性质呢？请同学们思考讨论一下苯具有哪些化学性质呢？

学生活动：苯能在铁或者溴化铁的催化下和液溴发生取代反应生成溴苯，也可以和浓硝酸在浓硫酸的催化下，控制温度为50～60℃，反应生成硝基苯；还可以与氢气在催化剂和高温的作用下发生加成反应生成环己烷。由以上总结，苯具有烷烃和烯烃的通性，表现为易取代，难加成。

5 教学反思

本节课是基于“证据推理和模型认知”来探究苯的结构，旨在培养学生寻找证据，创建模型的能力，从而将这种能力应用于解决实际的问题。在新课程改革的背景下，高中学生的学习不仅仅为知识层面的增长，还需要培养学生能够自主学习、合作学习；培养学生学会收集证据，利用证据来进行分析问题，建立各种模型来解决复杂的问题。学生能达到这样的水平必然离不开教师的充分准备，在教学之前，教师要非常清楚化学学科核心素养的内容以及要求，根据核心素养进行教学设计，更新教育理念；其次，还需要教师把理论与实际相联系起来。化学学科核心素养彻底融入课堂不是一蹴而就的，它需要长时间的实践与摸索，落实学生“证据推理和模型认知”这一核心素养还需要一段时间，培养学生“证据推理和模型认知”的意识更是需要漫长的实践[7]。