基于“证据推理与模型认知”的高中化学教学实践

王飞 梁培培

以“乙烯与有机高分子材料”第1课时“乙烯”的教学设计为例，通过开展形式多样的教学活动、基于“可视化”的教学设计等教学環节，学习乙烯的结构和性质，从而促进学生核心素养的发展，形成学习有机化学的一般思路和方法。

一、教学思路

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，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，形成终身发展的理念。本节课将微观、抽象的有机化合物和有机反应“可视化”，通过大量的实验事实培养学生的证据推理意识；通过播放视频、搭建球棍模型等教学活动，调动学生的学习积极性，同时又可以培养学生的模型认知能力；通过乙烷与乙烯结构及性质的对比，帮助学生梳理烷烃和烯烃性质的不同及取代反应和加成反应的区别，培养学生的辩证思维能力。

乙烯是学生初次接触的含有官能团的有机物，从官能团和化学键两个角度建立与有机化合物化学性质之间的联系，从而培养学生从微观视角理解乙烯的特征反应，深化学生对“结构决定性质”这一化学学科基本概念的理解。

二、教学目标

1.通过搭建球棍模型，认识乙烯的结构特征。

2.多重表征，探究乙烯的加成反应与加聚反应。

3.通过了解乙烯的用途，体会化学的学科价值。

三、教材与学情分析

本节课是研究位于烷烃之后的一类重要的不饱和烃——乙烯的性质。乙烯在有机物的相互转化中处于核心地位，在有机化学学习主干线中起着桥梁的作用。从宏观和微观的角度分析研究乙烯的结构是如何决定乙烯性质的，加深学生对“乙烯分子中碳碳双键的特殊之处”的理解，从而了解加成反应和加聚反应中断键和成键的位置。

在此之前，学生已经掌握了碳的成键特点，尤其在学习了最简单的烷烃——甲烷的性质以后，对“结构决定性质”的认知模型有了初步的认识，但是学生还没有建立对有机物官能团结构和性质的认识，对有机反应的本质理解有一定的认知难度，这些对学生来说都是巨大的挑战。

四、主要教学环节和设计意图

（一）创设情境，引入新课

播放视频：乙烯的发现与发展。

师：通过视频可以发现乙烯有哪些物理性质呢？

【展示】观察乙烯的集气瓶，并观察其物理性质。

（设计意图：观看视频让学生感受身边的乙烯，了解乙烯的发现与发展，从而激发学生学习本节课的兴趣。再通过实物展示，归纳并总结其物理性质。）

（二）模型认知，探究乙烯的结构和性质

1.分析组成，推测结构

师：用李比希燃烧法获得下列数据：2.8 g乙烯在纯氧中完全燃烧，将生成的气体先通过装有浓H2SO4的洗气瓶，再通过装有碱石灰的干燥管，测得浓H2SO4质量增加了3.6 g，碱石灰质量增加了8.8 g。请问乙烯分子中含有哪些元素？试写出乙烯的分子式。

生：乙烯中只存在碳、氢两种元素，其分子式为C2H4。

动手时刻：两人一组，用给出的教具搭建C2H4可能的分子模型，判断乙烯的空间构型，写出它的分子式、结构式、电子式和结构简式，并与乙烷的结构进行对比。

生对比。

（设计意图：通过搭建乙烯的球棍模型，确定乙烯的结构，采用模型、符号对物质结构进行表征。在构模的过程中，强化学生对乙烯空间构型的认识，宏观化思考微观问题。通过与乙烷多角度的对比，体会因“碳碳双键”的存在导致结构上的不同，初建对“碳碳双键特殊性之处”的认识。）

2.设计实验，探究乙烯的性质

师：乙烯与乙烷组成及结构的差异，会不会导致它们化学性质上的差异呢？请设计实验方案，证明两者性质上的差异。

学生活动：学生讨论出合理的方案，通过实验验证自己的猜想，并把实验现象填于下表中。

交流与讨论：

（1）乙烯燃烧的现象为什么与乙烷不同？试分析可能的原因。

（2）乙烯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，那么乙烯可能发生了怎样的反应呢？体现了乙烯的什么性质？

（3）乙烯和Br2可能发生什么反应呢？断的是什么键？请设计实验证明你的猜想。可供选择的试剂有蓝色石蕊试液、酸化的AgNO3溶液。

学生活动：

（1）因为乙烯的含碳量（约85.7%）比乙烷的含碳量（80%）高，燃烧不充分，所以有黑烟；火焰明亮是碳微粒受灼热而发光。

（2）因高锰酸钾是强氧化剂，乙烯发生了氧化反应。

（3）乙烯和溴可能发生了取代反应。乙烯断的是C-H键，Br2断的是Br-Br键，反应方程式如下所示。

实验验证：

①取少量反应后的溶液于试管中，向试管中加入几滴酸化的AgNO3溶液，没有淡黄色沉淀生成。

②取少量反应后的溶液于试管中，向试管中加入几滴蓝色石蕊试液，溶液不变红。

实验结论：CH2=CH2与Br2没有生成HBr，发生的不是取代反应。

（设计意图：通过观察比较乙烯与乙烷组成及结构的差异，设计实验方案，记录实验现象。通过交流与讨论，分析并得出合理的结论。其中CH2=CH2与Br2的反应与学生的已有认知相冲突，激发学生的求知欲，同时培养学生基于证据进行推理判断的能力，以及严谨求实的科学态度。）

3.多重表征，探究乙烯的加成反应与加聚反应

【补充材料】

（1）乙烯在冷的、稀的高锰酸钾溶液中被氧化为乙二醇；在浓的酸性高锰酸钾溶液中最终被氧化成CO2。

（2）在乙烯分子中，碳原子均采取sp2杂化，碳原子与氢原子之间均以单键（σ键）相连接，碳原子与碳原子之间以双键（一个σ键和一个π键）相连接。（如图1所示）

（3）已知：破坏1mol化学键时所需要的能量：碳碳单键：3484 kJ，碳碳双键：615 kJ，C－H：414 kJ。

师：根据实验现象，结合补充资料，可以看出，断开1 mol C－H键所需要的能量较大，不易断裂。请同学们思考CH2=CH2与Br2反应过程中可能断什么键呢？

学生活动：碳碳双键中的两个键的能量不相同，能量较小的共价键容易断裂。所以CH2=CH2与Br2反应过程中可能断的是碳碳双键中的一个键。

学生活动：观看CH2=CH2与Br2反应机理的动画，了解反应过程中的断键与成键，从微观的角度探究该反应的本质。

师：从动画中可以看出，CH2=CH2中C－H键未断裂，断裂的是C=C的一个键，双键两侧的碳原子分别结合一个溴原子，这种反应类型叫加成反应。

师：两个CH2=CH2分子间能否发生类似的加成反应呢？

学生活动：利用前面搭建的乙烯球棍模型，六人一组，利用模型进行乙烯分子间的加成反应。

师：在反应过程中，碳碳双键中的一个键断裂，两个碳原子形成一个新的碳碳单键。每组得到的球棍模型还可以组合在一起，得到相对分子质量更大的聚合物。

展示：播放乙烯加聚的微观模拟动画。

师：像乙烯这样由低分子量的有机化合物转化成高分子量的聚合物的反应叫作聚合反应。乙烯的聚合反应同时也是加成反应，所以这样的聚合反应又叫加成聚合反应，简称加聚反应。展示乙烯加聚的反应方程式：

学生活动：阅读课本，了解链节、单体、聚合度等高分子基本概念。

（设计意图：以补充材料为载体，结合动画演示及球棍模型的搭建，加强学生对“乙烯分子中碳碳双键的特殊之处”的理解，逐步建构加成反应的机理及模型。通过对乙烯的加成反应和加聚反应进行多重表征，发展学生“证据推理与模型认知”的学科核心素养。）

（三）回归应用，了解乙烯的用途

師：通过本节课的学习，思考乙烯有哪些用途。

学生活动：交流讨论，归纳总结乙烯的用途。

学生活动：观看“催熟剂对人体有什么危害？”的视频，树立合理正确使用有机化学品的价值观。

（设计意图：本环节丰富了学生对乙烯用途的认识，渗透“结构—性质—用途”这一主线；通过播放视频，感受生活与化学的密切联系，同时引导学生树立正确的价值观。）

五、实践感悟

在整个课堂教学环节设计中，始终贯彻“结构决定性质”这一化学学科核心素养，通过搭建乙烯分子的球棍模型、对比乙烷与乙烯结构及性质上的差异、了解“乙烯分子中键的信息”、利用搭建的模型模拟乙烯的加聚反应等一系列活动，将微观、抽象的有机化合物分子和有机反应“可视化”，把微观问题进行宏观化思考，发展学生“证据推理与模型认知”的学科核心素养。

（作者单位：浙江省衢州第二中学）

编辑：赵飞飞