证据推理与模型认知素养在高中化学教学中的渗透
——以苯的教学为例

文/朱 霞

引 言

当前，高中化学关于苯的教学不能满足于让学生掌握课本知识，而是应认真分析该部分内容与证据推理及模型认知素养有哪些契合点，通过合理设计教学内容，给予学生学习上的有效指引，使其在牢固掌握该部分知识的同时，强化与提升证据推理与模型认知素养。

一、提升学生的证据意识

教师应在苯的教学中通过讲解相关理论使学生认识到证据在推理过程中的重要性，同时要求学生对苯有关的知识点加以整理与整合，构建系统的知识网络，储存丰富的证据知识，使其在分析问题时能够识别并迅速联系所学知识，进行正确的分析推理[1]。例如，在讲解苯的知识时，教师可要求学生基于对苯结构的理解分析如下习题。

使用如图1装置制取溴苯并验证苯和液溴发生的是取代反应，回答相关问题。

图1

（1）三颈瓶中制取溴苯的化学方程式为______；

（2）仪器A的名称为_____，作用是________；

（3）三颈烧瓶反应结束后，将盛有NaOH溶液的滴液漏斗打开，向三颈烧瓶中加入NaOH溶液并充分反应。使用NaOH溶液的主要目的是_______，任意写出一个相关的化学方程式_____________________。

（4）溶液B为____________，锥形瓶中的现象为______________________，由此可证明苯和液溴发生的是取代反应，而非加成反应。

题意为制取纯净的溴苯，需要使用NaOH溶液将未参与反应的液溴反应掉。为验证苯和液溴发生的是取代反应，则溶液B应是能和HBr反应的溶液。如此推理，问题就迎刃而解。联系所学的课本中的知识可知，三颈瓶中发生的反应为：+HBr；仪器A为冷凝管，其作用为冷凝回流未反应的溴蒸气；加入NaOH溶液的目的在于将溶液中剩余的Br2和生成的HBr去除。其中一个发生的反应方程式为：2NaOH+Br2=NaBr+NaBrO+H2O。溶液B为AgNO3的水溶液和生成的HBr，反应生成淡黄色浑浊AgBr，即可证明苯和液溴发生的是取代反应。

以苯与溴的反应为背景进行设问，要求学生结合所学进行作答，不仅能很好地巩固课本知识，还能启发其在推理的过程中注重从题干描述、给出的图形中寻找推理证据。

二、启发学生严谨推理

教师在授课过程中应帮助学生构建观点、结论与证据之间的关系，结合教学内容设计相关的问题，在课堂上提问学生，并要求学生详细说明理由。如在课堂上教师可要求学生回答如下问题。

使用图2实验装置做相关的实验：（1）向试管中加入苯（密度为0.86g/cm3）；（2）拔出大头针，使Na落入苯中（密度为0.97g/cm3）；（3）从长颈漏斗中加入MgCl2溶液（密度为1g/cm3），以下推理正确的是（ ）。

图2

A.将MgCl2溶液加入苯中，MgCl2溶液在上层

B.Na一直停留在苯层不发生反应

C.Na在MgCl2溶液与苯界面处发生反应，并上下跳动至消失，下层产生白色沉淀

D.Na在MgCl2溶液底部四处游动，MgCl2溶液中产生白色沉淀

根据已知条件及实验情境得出相关结论，需建立在对证据认真分析的基础上。习题考查苯的相关物理化学性质，题干中给出的密度是推理的切入点。同时，还应牢固掌握苯的性质，苯不溶于水且不会和Na发生反应。当Na落入苯中，因Na的密度大于苯的密度，所以，钠将在苯的底部。当向其中加入MgCl2溶液时，其密度大于Na的密度，处在试管的最底部。Na刚好处在苯和MgCl2溶液界面中间。但Na和MgCl2溶液中的水发生反应，产生NaOH和H2，其中的H2会使Na在反应的过程中在界面上下跳动，直至消失。而NaOH和MgCl2发生反应生产白色沉淀Mg（OH）2，综上分析可知，正确选项为C。

在推理的过程中养成严谨的良好习惯可确保推理结论的正确性。学生只有牢固掌握基础知识，才能在推理的过程中游刃有余，透过现象看本质，确保问题得以顺利解决。

三、深化对研究对象的理解

在教学中渗透证据推理与模型认知素养时，教师应引导学生运用分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系。在苯的教学活动中，教师要注重为学生讲解、分析及推理问题的相关思路，即认识陌生的研究对象时应认真观察其结构简式，明确其含有的官能团，联想苯的结构与性质并进行有理有据的推理，尤其应注重推理结论的得出应有充分的依据。例如，教师可在课堂上展示如下习题，要求学生联系所学，分析有机物的相关性质。

苯并降冰片烯的结构简式如图3所示，则下面有关该有机物说法正确的是（ ）。

图3

A.是苯的同系物

B.能使溴水和高锰酸钾溶液褪色

C.一氯代物有6种（不考虑立体异构）

D.分子中含有4个碳碳双键

解答该题需要结合苯的知识，运用分析、推理方法，得出该有机物的相关性质。苯的同系物仅含有1个苯环，其侧链为烷烃基的同类芳香烃，由图3可知，其侧链不是烷烃基。碳碳双键能使溴水和高锰酸钾溶液褪色。分析图中有机物结构简式可知，其结构上下对称，含有5类氢原子对应的一氯代物有5种。苯环中不是单双键交替，上述有机物仅有1个碳碳双键。综上所述，只有B项正确。

在有机物的学习过程中，学生要灵活运用多种分析问题的思路与方法，更好地理解与把握新有机物的本质及相关规律。

四、引导学生建立认知模型

为使学生建立清晰的认知模型，把握苯及其同系物的性质及各原子之间的关系，教师应鼓励学生动手制作苯及其同系物的实物模型，增加课堂趣味性，同时，深化其对苯及其同系物模型的理解。为检验学生对苯及其同系物模型的认识程度，教师可要求学生分析如下习题。

苯环与侧链两者相互影响，在下述的甲苯实验中，表明苯环影响侧链的是（ ）。

A.甲苯和浓硝酸、浓硫酸发生化学反应，生成三硝基甲苯

B.在酸性高锰酸钾溶液中添加甲苯，可以使其褪色

C.甲苯在燃烧时可以产生带有浓烟的火焰

D.1mol甲苯可与3mol H2发生加成反应

结合苯的结构以及所学苯的同系物可出现的相关模型，得知苯的碳氢原子均在同一平面，且能发生加成、取代反应。A项，苯和甲苯均能和浓硝酸、浓硫酸发生取代反应，错误；B项，苯不能够使酸性高锰酸钾溶液褪色，但是甲苯可以，符合题意；C项，甲苯和苯在燃烧时，都可以产生带有浓烟的火焰，1mol苯和甲苯均可与3mol H2发生加成反应，错误。综上所述，选择C项。

建立认知模型可降低所学知识的理解难度，更好把握所学知识的本质，尤其在分析问题时，能够把握问题关键，提高问题分析效率。

五、提高学生的模型应用意识

在教学中渗透证据推理与模型认知素养时，教师应提高学生的模型应用意识，使其能够运用模型解释相关的化学现象，揭示现象的本质和规律。教师在课堂上应注重为其展示相关习题的分析过程，提高其运用模型解题的灵活性。

二苯乙烯的结构简式如图4，则以下说法正确的是（ ）。

图4

A.二苯乙烯的分子式为C14H14

B.二苯乙烯能够发生取代反应、氧化反应、还原反应、加聚反应

C.二苯乙烯所有原子不可能共面

D.1mol二苯乙烯最多可消耗6mol H2

学生对二苯乙烯结构较为陌生，但只要联系苯的结构与性质，借助苯反应及原子共面模型，通过迁移所学，不难分析出所给选项的正误。观察可知，二苯乙烯的分子式为C14H12，二苯乙烯中含有苯环及碳碳双键，因此，可发生取代反应、氧化反应、还原反应、加聚反应。由苯的结构模型可知，其各原子共面，双键连接的碳原子可以共面，二苯乙烯所有原子可能共面。二苯乙烯含有两个苯环可加成6mol H2，而一个碳碳双键可加成1mol H2，1mol二苯乙烯共可加成7mol H2。综上所述，选择B项。

应用构建的模型解决问题可获得事半功倍的良好效果，能够让学生体会到应用模型解题的便利，体会应用模型解题的成就感，对激发其应用积极性、锻炼其解题能力有很大帮助。

六、鼓励学生做好推理总结

为提高学生的证据推理能力，促进其证据推理与模型认知素养的有效提升，在教学实践中教师应注重鼓励学生做好推理总结，培养学生善于总结的良好习惯。

图5是以苯为原料制备相关有机物的转化关系图。

图5

已知R-NO2

（1）生成A的化学方程式为_______________；

（2）B中所有原子是否在同一平面上_____；

（3）生成C过程的另一种无机物是_________；

（4）D与氢气的反应类型为________________；

（5）E环上一氯代物有______种。

该题为有关苯的推断题，需要学生掌握相关的推理技巧。认真观察转化关系图中的反应条件、反应物及生成物，联系所学有关苯的知识，不难推出正确结果。由反应条件可知苯→A发生的是硝化反应，由此不难写出对应的化学反应方程式为根据生成的产物及已知条件可知B为因苯环上存在-CH3，所以其所有原子不是在同一平面上。在有催化剂的情况下苯和溴发生反应，即另一无机物为HBr。根据反应物及最终的反应产物可推理出D的结构简式为：其和H2发生加成反应。观察E的结构简式，由对称性可知，E环上一氯代物有4种，分别为：。

做好推理总结可使学生认识到自身不足，提高学习的针对性。教师在苯的教学中应鼓励学生多总结，这样在以后推理时学生不仅能够迅速找到切入点，而且能够提高解题的正确率。

结 语

在苯知识的教学过程中，高中化学教师既要要求学生掌握课本中的知识，又要从证据推理与模型认知素养入手，围绕教学内容设计相关问题，在课堂上给学生留出思考、讨论的时间，深化其对所学知识的理解。教师要鼓励其运用模型分析化学问题，在提高其学以致用能力的同时，提升其证据推理与模型认知素养。