基于证据推理视角下的高中化学教学策略——以《有机化学基础》为例

周春美 周青山

(1.江苏省溧阳中学 213300;2.江苏省溧阳市实验初中 213300)

一、引言

经过查阅文献、资料，目前关于“证据推理和模型认知”的研究很多.笔者从推理的广度、严谨度、降低推理的难度这三个点诠释证据推理在化学课堂教学中的实施.

二、提升化学教学中学生证据推理能力水平的有效策略

1.取证视角多样，拓展证据推理的广度

化学知识结构化是指按照知识间的逻辑关系形成的认知图示，知识结构化的丰富程度将影响学生调取证据、进行推理的广度，可以说，知识结构化越丰富，取证越容易，取证的角度越广.以“苯的结构简式”教学片段为例.

【情境】十八世纪四十年代，日拉尔确定了苯的分子式C6H6，请大家猜想苯可能的结构简式？

【活动】相对稳定又符合分子式的结构如：CH2=CHCH=CH-C≡CH、CH3C≡C-C≡CCH3、CH2=CHC≡C-CH=CH2等带有碳碳双键、碳碳叁键，碳四键的结构.

【问题】若用实验证明我们的猜想，你想到哪些方案？并说明理由.

【活动】学生先独立思考，再分小组讨论，或查阅资料分析，或设计实验探究.

学生找到证据①：向高锰酸钾水溶液中加苯，溶液不褪色，但分层，油层在上层，以上结构均否定.

学生找到证据②：向溴水中加苯，溶液不褪色，但分层，上层橙红色，溴被萃取，未发生化学反应，常用苯来萃取溴水中的溴，以上结构均否定.

教师提供苯的发现科学史话，1865年德国化学家睡梦中梦见蛇头咬住蛇尾巴，形成环状，受到启发，画出苯的封闭式结构(如图1所示)，结构Ⅲ合理吗？

图1

学生找到证据：单双键交替，仍有双键，加高锰酸钾或溴水本该褪色，仍不合理.

教师提供苯的发现科学史话，为推测苯的结构还有很多科学家作过贡献，苯曾今有过多种可能的结构(如图2所示)，它们合理吗？证据是什么？

图2

教师提供证据③：近代物理方法(光谱法、射线法、偶极距的测定)证明，苯分子的6个碳原子和6个氢原子都在一个平面内，因此它是一个平面分子.

【问题】还有哪些方法证明苯不是单双键交替的凯库勒式？

学生提供证据④：1H核磁共振氢谱图，均为1种氢，无法证明；

学生提供证据⑤：测苯的邻位二溴代物，凯库勒式有两种产物，苯只有一种.

教师继续提供一些实验的结果，请大家思考这些数据说明了什么？你有哪些启示？

教师提供证据⑥：环己烯、环己二烯、苯分别与足量氢气发生化学反应中的热效应.

教师提供证据⑦：涉及的碳碳单键、碳碳双键、苯分子中碳碳键的键长和键能.

教师提供证据⑧：2009年IBM科学家团队用原子显微镜给单个并五苯分子拍照(如图3所示)，我们直观、清晰的看到了苯环平面正六边形结构.

图3

【思考】教师借助苯的结构设定驱动任务，学生主动寻找证据，依据物质结构方法的知识网络，丰富收集证据的渠道，拓展证据推理的广度.

2.用好化学实验，强化证据推理的严谨度

推理离不开证据，证据即事实，事实即实验结果，化学学科用好实验证据能强化证据推理严谨度.以“苯酚的酸性”教学片段为例.

【情境】苯酚软膏使用说明书 (节选)：①用后拧紧瓶盖，当药品性状发生改变时禁止使用，尤其是色泽变红后；②不能与碱性药物并用；③密闭，在30℃以下保存.请大家猜测苯酚可能具有的化学性质？

【推理】色泽变红→与空气中的物质发生反应→主要是水和O2

不能与碱性药物并用→具有酸性

【问题1】苯酚是与空气中的H2O还是O2反应？

学生实验证据①：取试管，加蒸馏水煮沸，冷却后加苯酚溶解，盖上塞子保存数小时，溶液无明显现象，说明苯酚与水不反应，而苯酚需要密封保存、否则色泽变红的原因是易被空气中的氧气所氧化，此处可以播放一段苯酚在空气中被氧气氧化而变色的的微视频.

【问题2】苯酚具有酸性吗？(苯酚的酸性可用电离理论分析，前提是先要论证苯酚与水不发生反应，进而说明苯酚在水溶液中呈酸性为自身电离产生的结果).

学生实验证据②：苯酚溶液中滴加石蕊试剂，溶液不变红.

学生实验证据③：苯酚浊液中滴加氢氧化钠溶液，溶液变澄清.

【结论假设1】苯酚有酸性，实验中氢氧化钠与苯酚发生中和反应，所以溶液变澄清，但由于苯酚酸性弱，所以石蕊溶液不变红.

【假设结论2】苯酚没有酸性，石蕊不变红，苯酚浊液中滴加氢氧化钠溶液变澄清可能不是中和反应导致的.

学生实验证据④：用pH试纸测NaOH溶液与苯酚反应前后溶液pH的变化，pH明显下降，实验证明NaOH中的OH-确实被中和，苯酚是弱酸性物质.

【问题3】如何比较苯酚与碳酸的酸性强弱？

学生实验证据⑤：苯酚钠溶液中通二氧化碳，溶液变浑浊.

【问题4】书写苯酚钠溶液中通二氧化碳的化学方程式？

【学生】甲：生成苯酚和碳酸钠

乙：生成苯酚和碳酸氢钠

【问题5】以上两个化学方程式均正确吗？

学生实验证据⑥：向滴有酚酞试剂的碳酸钠溶液中滴加苯酚溶液，红色变浅，说明苯酚能与碳酸钠溶液反应.

【问题6】设计方案证明苯酚与钠反应并评价？

【学生】甲：直接加热苯酚，待熔熔后加入钠.

乙：用65℃以上热水或用乙醇把苯酚溶解，形成苯酚溶液，再把钠粒放入.

丙：由于苯酚为分子品体，熔融状态下不电离，没有可自由移动的氢离子存在，方案甲不可行.水和乙醇均能与金属钠反应，钠在含水或乙醇的苯酚混合液中的反应并不能证明一定是钠与苯酚的反应，方案乙也不可行.

教师实验证据⑧：在苯酚的乙醚溶液中加入钠.(已知乙醚与金属钠不反应.)剧烈反应，产生无色气体，比钠与水的反应还剧烈(将苯酚的酸性由电离理论拓展到质子理论).

【思考】基于实验的证据推理教学设计，需要帮助学生寻求实验的突破口，注重实验环节的设计、实验现象的观察、实验结果的分析、质疑与释疑，这样学生的证据推理思维才能不断地得到升华.

3.有机解题看信息，降低证据推理的难度

有机化学基础常常出现流程推断题，该题型能很好的考查学生证据推理能力，它的主要呈现方式一般是:展示部分环节中主要物质的结构简式或分子式，即提供客观事实来考查学生推理能力、信息提取与应用等能力.

在解有机流程推断题时可以分两步走，审题后先检索流程图中的各物质转化关系，再分析流程图下方的已知信息，结合试题情境和设问确定认识对象、认识角度，从而获得推理判断的证据，建立问题、证据和结果之间的逻辑关系是基于推理判断的关键.根据这种思维模型解答试题，可以突破一些认识误区，减少和避免犯错误.