周春美 周青山

(1.江蘇省溧陽中學(xué) 213300;2.江蘇省溧陽市實驗初中 213300)

一、引言

經(jīng)過查閱文獻(xiàn)、資料，目前關(guān)于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的研究很多.筆者從推理的廣度、嚴(yán)謹(jǐn)度、降低推理的難度這三個點詮釋證據(jù)推理在化學(xué)課堂教學(xué)中的實施.

二、提升化學(xué)教學(xué)中學(xué)生證據(jù)推理能力水平的有效策略

1.取證視角多樣，拓展證據(jù)推理的廣度

化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化是指按照知識間的邏輯關(guān)系形成的認(rèn)知圖示，知識結(jié)構(gòu)化的豐富程度將影響學(xué)生調(diào)取證據(jù)、進行推理的廣度，可以說，知識結(jié)構(gòu)化越豐富，取證越容易，取證的角度越廣.以“苯的結(jié)構(gòu)簡式”教學(xué)片段為例.

【情境】十八世紀(jì)四十年代，日拉爾確定了苯的分子式C6H6，請大家猜想苯可能的結(jié)構(gòu)簡式？

【活動】相對穩(wěn)定又符合分子式的結(jié)構(gòu)如：CH2=CHCH=CH-C≡CH、CH3C≡C-C≡CCH3、CH2=CHC≡C-CH=CH2等帶有碳碳雙鍵、碳碳叁鍵，碳四鍵的結(jié)構(gòu).

【問題】若用實驗證明我們的猜想，你想到哪些方案？并說明理由.

【活動】學(xué)生先獨立思考，再分小組討論，或查閱資料分析，或設(shè)計實驗探究.

學(xué)生找到證據(jù)①：向高錳酸鉀水溶液中加苯，溶液不褪色，但分層，油層在上層，以上結(jié)構(gòu)均否定.

學(xué)生找到證據(jù)②：向溴水中加苯，溶液不褪色，但分層，上層橙紅色，溴被萃取，未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，常用苯來萃取溴水中的溴，以上結(jié)構(gòu)均否定.

教師提供苯的發(fā)現(xiàn)科學(xué)史話，1865年德國化學(xué)家睡夢中夢見蛇頭咬住蛇尾巴，形成環(huán)狀，受到啟發(fā)，畫出苯的封閉式結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，結(jié)構(gòu)Ⅲ合理嗎？

圖1

學(xué)生找到證據(jù)：單雙鍵交替，仍有雙鍵，加高錳酸鉀或溴水本該褪色，仍不合理.

教師提供苯的發(fā)現(xiàn)科學(xué)史話，為推測苯的結(jié)構(gòu)還有很多科學(xué)家作過貢獻(xiàn)，苯曾今有過多種可能的結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，它們合理嗎？證據(jù)是什么？

圖2

教師提供證據(jù)③：近代物理方法(光譜法、射線法、偶極距的測定)證明，苯分子的6個碳原子和6個氫原子都在一個平面內(nèi)，因此它是一個平面分子.

【問題】還有哪些方法證明苯不是單雙鍵交替的凱庫勒式？

學(xué)生提供證據(jù)④：1H核磁共振氫譜圖，均為1種氫，無法證明；

學(xué)生提供證據(jù)⑤：測苯的鄰位二溴代物，凱庫勒式有兩種產(chǎn)物，苯只有一種.

教師繼續(xù)提供一些實驗的結(jié)果，請大家思考這些數(shù)據(jù)說明了什么？你有哪些啟示？

教師提供證據(jù)⑥：環(huán)己烯、環(huán)己二烯、苯分別與足量氫氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng).

教師提供證據(jù)⑦：涉及的碳碳單鍵、碳碳雙鍵、苯分子中碳碳鍵的鍵長和鍵能.

教師提供證據(jù)⑧：2009年IBM科學(xué)家團隊用原子顯微鏡給單個并五苯分子拍照(如圖3所示)，我們直觀、清晰的看到了苯環(huán)平面正六邊形結(jié)構(gòu).

圖3

【思考】教師借助苯的結(jié)構(gòu)設(shè)定驅(qū)動任務(wù)，學(xué)生主動尋找證據(jù)，依據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)方法的知識網(wǎng)絡(luò)，豐富收集證據(jù)的渠道，拓展證據(jù)推理的廣度.

2.用好化學(xué)實驗，強化證據(jù)推理的嚴(yán)謹(jǐn)度

推理離不開證據(jù)，證據(jù)即事實，事實即實驗結(jié)果，化學(xué)學(xué)科用好實驗證據(jù)能強化證據(jù)推理嚴(yán)謹(jǐn)度.以“苯酚的酸性”教學(xué)片段為例.

【情境】苯酚軟膏使用說明書 (節(jié)選)：①用后擰緊瓶蓋，當(dāng)藥品性狀發(fā)生改變時禁止使用，尤其是色澤變紅后；②不能與堿性藥物并用；③密閉，在30℃以下保存.請大家猜測苯酚可能具有的化學(xué)性質(zhì)？

【推理】色澤變紅→與空氣中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)→主要是水和O2

不能與堿性藥物并用→具有酸性

【問題1】苯酚是與空氣中的H2O還是O2反應(yīng)？

學(xué)生實驗證據(jù)①：取試管，加蒸餾水煮沸，冷卻后加苯酚溶解，蓋上塞子保存數(shù)小時，溶液無明顯現(xiàn)象，說明苯酚與水不反應(yīng)，而苯酚需要密封保存、否則色澤變紅的原因是易被空氣中的氧氣所氧化，此處可以播放一段苯酚在空氣中被氧氣氧化而變色的的微視頻.

【問題2】苯酚具有酸性嗎？(苯酚的酸性可用電離理論分析，前提是先要論證苯酚與水不發(fā)生反應(yīng)，進而說明苯酚在水溶液中呈酸性為自身電離產(chǎn)生的結(jié)果).

學(xué)生實驗證據(jù)②：苯酚溶液中滴加石蕊試劑，溶液不變紅.

學(xué)生實驗證據(jù)③：苯酚濁液中滴加氫氧化鈉溶液，溶液變澄清.

【結(jié)論假設(shè)1】苯酚有酸性，實驗中氫氧化鈉與苯酚發(fā)生中和反應(yīng)，所以溶液變澄清，但由于苯酚酸性弱，所以石蕊溶液不變紅.

【假設(shè)結(jié)論2】苯酚沒有酸性，石蕊不變紅，苯酚濁液中滴加氫氧化鈉溶液變澄清可能不是中和反應(yīng)導(dǎo)致的.

學(xué)生實驗證據(jù)④：用pH試紙測NaOH溶液與苯酚反應(yīng)前后溶液pH的變化，pH明顯下降，實驗證明NaOH中的OH-確實被中和，苯酚是弱酸性物質(zhì).

【問題3】如何比較苯酚與碳酸的酸性強弱？

學(xué)生實驗證據(jù)⑤：苯酚鈉溶液中通二氧化碳，溶液變渾濁.

【問題4】書寫苯酚鈉溶液中通二氧化碳的化學(xué)方程式？

【學(xué)生】甲：生成苯酚和碳酸鈉

乙：生成苯酚和碳酸氫鈉

【問題5】以上兩個化學(xué)方程式均正確嗎？

學(xué)生實驗證據(jù)⑥：向滴有酚酞試劑的碳酸鈉溶液中滴加苯酚溶液，紅色變淺，說明苯酚能與碳酸鈉溶液反應(yīng).

【問題6】設(shè)計方案證明苯酚與鈉反應(yīng)并評價？

【學(xué)生】甲：直接加熱苯酚，待熔熔后加入鈉.

乙：用65℃以上熱水或用乙醇把苯酚溶解，形成苯酚溶液，再把鈉粒放入.

丙：由于苯酚為分子品體，熔融狀態(tài)下不電離，沒有可自由移動的氫離子存在，方案甲不可行.水和乙醇均能與金屬鈉反應(yīng)，鈉在含水或乙醇的苯酚混合液中的反應(yīng)并不能證明一定是鈉與苯酚的反應(yīng)，方案乙也不可行.

教師實驗證據(jù)⑧：在苯酚的乙醚溶液中加入鈉.(已知乙醚與金屬鈉不反應(yīng).)劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生無色氣體，比鈉與水的反應(yīng)還劇烈(將苯酚的酸性由電離理論拓展到質(zhì)子理論).

【思考】基于實驗的證據(jù)推理教學(xué)設(shè)計，需要幫助學(xué)生尋求實驗的突破口，注重實驗環(huán)節(jié)的設(shè)計、實驗現(xiàn)象的觀察、實驗結(jié)果的分析、質(zhì)疑與釋疑，這樣學(xué)生的證據(jù)推理思維才能不斷地得到升華.

3.有機解題看信息，降低證據(jù)推理的難度

有機化學(xué)基礎(chǔ)常常出現(xiàn)流程推斷題，該題型能很好的考查學(xué)生證據(jù)推理能力，它的主要呈現(xiàn)方式一般是:展示部分環(huán)節(jié)中主要物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式或分子式，即提供客觀事實來考查學(xué)生推理能力、信息提取與應(yīng)用等能力.

在解有機流程推斷題時可以分兩步走，審題后先檢索流程圖中的各物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，再分析流程圖下方的已知信息，結(jié)合試題情境和設(shè)問確定認(rèn)識對象、認(rèn)識角度，從而獲得推理判斷的證據(jù)，建立問題、證據(jù)和結(jié)果之間的邏輯關(guān)系是基于推理判斷的關(guān)鍵.根據(jù)這種思維模型解答試題，可以突破一些認(rèn)識誤區(qū)，減少和避免犯錯誤.