基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”探究乙烯

婁心媛 陳未

摘 要：證據(jù)推理與模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，都是為了學(xué)生更好地理解性學(xué)習(xí).以“乙烯”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，嘗試建立證據(jù)推理與模型認(rèn)知促進(jìn)探究學(xué)習(xí)的教學(xué)模式.

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;模型認(rèn)知;乙烯;教學(xué)設(shè)計(jì);高中化學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1008-0333（2022）25-0140-03

1 問(wèn)題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對(duì)于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的描述是通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律.乙烯是最簡(jiǎn)單的不飽和烴，建立好正確的模型后為后面學(xué)習(xí)苯等奠定了基礎(chǔ).通過(guò)對(duì)乙烯進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，進(jìn)一步強(qiáng)化了化學(xué)中物質(zhì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的觀念，培養(yǎng)學(xué)生形成“宏-微-符”的思維方式，建立模型和證據(jù)推理的化學(xué)核心素養(yǎng).2 教學(xué)過(guò)程實(shí)錄

教學(xué)環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，初識(shí)乙烯

引入：播放微視頻-專(zhuān)家介紹乙烯的催熟作用以及身邊的聚乙烯產(chǎn)品.

教師活動(dòng)：了解了乙烯的生活用途后，帶領(lǐng)學(xué)生觀看“揚(yáng)子石化”的宣傳片—乙烯來(lái)源于石油，是一種重要的化工原料.隨后，展示一瓶收集好的乙烯，讓學(xué)生觀察，并請(qǐng)學(xué)生代表進(jìn)行操作驗(yàn)證.

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生歸納總結(jié)乙烯的物理性質(zhì)（顏色、氣味，加水驗(yàn)證溶解性等）.

設(shè)計(jì)意圖：基于生活中乙烯的用途，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生感受到化學(xué)源于生活，又服務(wù)于生活.揚(yáng)子石化就坐落在南京，是著名化工企業(yè)，而乙烯又代表了一個(gè)國(guó)家的石油化工水平，立足化工生產(chǎn)國(guó)情，喚起學(xué)生的愛(ài)國(guó)情和責(zé)任感.

教學(xué)環(huán)節(jié)二：建模乙烯，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

教師活動(dòng)：帶領(lǐng)大家回顧前面學(xué)習(xí)的甲烷的化學(xué)性質(zhì).

學(xué)生活動(dòng)：甲烷化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，不與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑如高錳酸鉀反應(yīng)，能燃燒，可初步推測(cè)乙烯能燃燒，不與高錳酸鉀反應(yīng)，結(jié)合資料卡片，猜測(cè)乙烯可與溴水發(fā)生了反應(yīng).

資料卡片1：

①乙烯為易燃化學(xué)品，置于良好通風(fēng)處保存，并遠(yuǎn)離火源.

②水果采摘后會(huì)有大量乙烯產(chǎn)生，容易加快水果腐爛.果農(nóng)用如下方法保鮮水果：在水果箱中放入經(jīng)飽和高錳酸鉀水溶液浸過(guò)的磚塊或蛭石，密封保存，能延長(zhǎng)水果的保質(zhì)期.

③二溴乙烷（CH2Br-CH2Br）用作脂肪、油、樹(shù)脂等的溶劑，谷物和水果等殺菌劑、木材的殺蟲(chóng)劑等.由乙烯與溴等量反應(yīng)制得.

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生對(duì)比甲烷性質(zhì)并閱讀資料卡片，推測(cè)乙烯可能具有的化學(xué)性質(zhì)：①燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰;②不與高錳酸鉀反應(yīng);③使溴水褪色，并與乙烷作對(duì)比.

師生合作演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)投屏展示給全班學(xué)生，學(xué)生完成表1.對(duì)比發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)1和2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)測(cè)的并不符合，實(shí)驗(yàn)1乙烯燃燒有黑煙，是因?yàn)楹剂扛?，燃燒不充?至于為什么能使高錳酸鉀溶液和溴水褪色，可能與乙烯的結(jié)構(gòu)有關(guān).

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生結(jié)合已有的烷烴知識(shí)以及提取資料信息大膽的預(yù)測(cè)乙烯的化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)客觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形成了認(rèn)知沖突，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，強(qiáng)化了有機(jī)物中結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的重要性，為下面探究乙烯的結(jié)構(gòu)作鋪墊.

教學(xué)環(huán)節(jié)三：分工合作，搭建乙烯

教師活動(dòng)：利用碳價(jià)層電子4和氫價(jià)層電子1的理論事實(shí)，給出提示：價(jià)層電子對(duì)互斥理論，利用工具箱中的橡皮泥小球和棍子來(lái)搭建乙烷（C2H6）和乙烯（C2H4）的球棍模型，進(jìn)行對(duì)比，并寫(xiě)出乙烷和乙烯的分子式、電子式、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式以及空間構(gòu)型.

學(xué)生活動(dòng)：小組分工合作，搭建模型，書(shū)寫(xiě)表2.

通過(guò)構(gòu)建實(shí)物模型（如圖1所示），學(xué)生發(fā)現(xiàn)與乙烷不同的是：乙烯是平面型結(jié)構(gòu);存在著一個(gè)碳碳雙鍵，碳碳雙鍵的存在使得乙烯能夠使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色.因此，可以利用酸性高錳酸鉀溶液和溴水來(lái)鑒別乙烯和乙烷.

設(shè)計(jì)意圖：用實(shí)物模型將微觀物質(zhì)宏觀化，囿于思維限制，學(xué)生很難一下子搭出乙烯的模型.教師引導(dǎo)學(xué)生從熟悉的乙烷去入手，每個(gè)碳失去兩個(gè)氫原子后各有一個(gè)電子，又形成了一對(duì)共用電子對(duì).整個(gè)探究過(guò)程中，學(xué)生興致高昂，積極主動(dòng)參與到模型搭建中來(lái)，在歡快的氛圍中完成知識(shí)的建構(gòu).

教學(xué)環(huán)節(jié)四：證據(jù)推理，完善模型

教師活動(dòng)：已知乙烯與酸性KMnO4溶液反應(yīng)，生成CO2和H2O，標(biāo)出反應(yīng)前后碳元素的化合價(jià)，分析乙烯使酸性KMnO4溶液褪色的本質(zhì)是發(fā)生了什么類(lèi)型的反應(yīng)？

學(xué)生活動(dòng)：乙烯中碳-2價(jià)變?yōu)槎趸贾械?4價(jià)，化合價(jià)升高，發(fā)生了還原反應(yīng)，酸性KMnO4是強(qiáng)氧化劑，所以乙烯使酸性KMnO4溶液褪色的本質(zhì)是發(fā)生了氧化還原反應(yīng).

教師活動(dòng)：那么溴水為什么會(huì)褪色呢？請(qǐng)結(jié)合資料卡片分析，乙烯與溴反應(yīng)的產(chǎn)物是什么？對(duì)比乙烯和產(chǎn)物的球棍模型，找出兩者區(qū)別.

學(xué)生活動(dòng)：由資料卡片1可得：乙烯與溴水反應(yīng)生成了1，2-二溴乙烷.對(duì)比乙烯和1，2-二溴乙烷的球棍模型，得出乙烯中的碳碳雙鍵變成碳碳單鍵，兩個(gè)溴原子分別加在了兩個(gè)碳上.

教師活動(dòng)：乙烯中的碳碳雙鍵為什么變成了碳碳單鍵呢？反應(yīng)又是如何發(fā)生的，嘗試著用球棍模型把這個(gè)反應(yīng)演示出來(lái)，并寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式.播放乙烯與溴加成的微觀動(dòng)畫(huà).

資料卡片2：見(jiàn)表3

學(xué)生活動(dòng)：觀看動(dòng)畫(huà)，得出乙烯使溴水褪色是因?yàn)橐蚁┑奶继茧p鍵不穩(wěn)定，雙鍵中的一根鍵易斷裂，溴分子中的溴溴單鍵斷裂，兩個(gè)溴原子分別加到斷鍵的兩個(gè)碳原子上形成了1，2-二溴乙烷.

1，2-二溴乙烷

教師活動(dòng)：引出加成反應(yīng)的定義.有機(jī)物分子中的不飽和鍵（雙鍵或三鍵）兩端的碳原子與其他原子或原子團(tuán)直接結(jié)合生成新的化合物的反應(yīng)叫做加成反應(yīng).

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)以往教學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)乙烯使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色的原因易混淆.這里一開(kāi)始引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用舊知，分析乙烯使高錳酸鉀褪色是因?yàn)檠趸€原反應(yīng);再提示資料卡片中乙烯與溴反應(yīng)是生成1，2-二溴乙烷，讓學(xué)生利用手中工具探索形成過(guò)程，得出褪色是因?yàn)殡p鍵中的一根鍵斷裂而發(fā)生的加成反應(yīng)，更有利于學(xué)生參與到課堂中來(lái)，并利用多媒體輔助教學(xué)，使抽象枯燥的分子結(jié)構(gòu)更加形象化，學(xué)生更易于理解接受，有效地突破本節(jié)課的重難點(diǎn).

教學(xué)環(huán)節(jié)五：模型遷移，事實(shí)評(píng)價(jià)

教師活動(dòng)：一定條件下，乙烯還能和H2、HCl、H2O 發(fā)生加成反應(yīng)，寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式.（提示：可借助模型完成.）

學(xué)生活動(dòng)：搭建模型并完成化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě).

CH2CH2+H2

催化劑△CH3CH3（乙烷）

CH2CH2+HCl

催化劑△CH3CH2Cl（氯乙烷）

CH2CH2+H—OH

催化劑加壓加熱

CH3CH2OH（乙醇）

這些生活實(shí)例，你會(huì)解釋嗎？南方產(chǎn)的水果，多數(shù)在未成熟時(shí)采摘下來(lái)，運(yùn)到北方后，向庫(kù)房中充入少量乙烯再銷(xiāo)售;反之，為了延長(zhǎng)果實(shí)和花朵的壽命，方便遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，人們?cè)谘b有果實(shí)或花朵的密閉容器中放置浸泡過(guò)高錳酸鉀溶液的硅土，用來(lái)吸收花朵或水果中產(chǎn)生的乙烯.

這些生活現(xiàn)象進(jìn)一步讓學(xué)生對(duì)乙烯有了更深的了解.

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)會(huì)模型遷移，舉一反三.

教師活動(dòng)：介紹乙烯的用途并對(duì)乙烯知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié).

參考文獻(xiàn)：

[1]徐利治.徐利治談數(shù)學(xué)方法論[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2008.

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)必修2（2007年版）[M].北京：人民教育出版社，2017：68.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]