劉林青 李卓

摘要： 證據(jù)推理是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法和關(guān)鍵能力。以“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”為例，設(shè)計(jì)包含手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與微型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的探究式課堂以發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力。學(xué)生根據(jù)有關(guān)信息猜想苯分子的可能結(jié)構(gòu)，在教師引導(dǎo)下通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法收集證據(jù)，推理苯的有關(guān)化學(xué)性質(zhì)，再由化學(xué)性質(zhì)反推苯的可能分子結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證假設(shè)并深化對(duì)苯分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。探究式化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生的證據(jù)推理能力的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 探究實(shí)驗(yàn)； 證據(jù)推理能力； 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)； 苯； 高中化學(xué)

文章編號(hào)： 10056629（2024）01004507

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

證據(jù)推理是在科學(xué)學(xué)習(xí)這個(gè)特定的領(lǐng)域情境下，或是在科學(xué)探究過(guò)程中，從已有經(jīng)驗(yàn)、問(wèn)題情境中識(shí)別、轉(zhuǎn)換、形成證據(jù)，利用證據(jù)進(jìn)行推理，從而獲得結(jié)論、解決問(wèn)題的綜合能力表現(xiàn)［1］?；瘜W(xué)作為一門(mén)中心科學(xué)，尤其強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，證據(jù)推理可以說(shuō)是學(xué)科發(fā)展和學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的基本要求。探究式實(shí)驗(yàn)提供了模擬科學(xué)探究的環(huán)境，有利于學(xué)生證據(jù)推理能力的發(fā)展，受到了廣泛的重視。但在實(shí)際教學(xué)中仍存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：（1）對(duì)證據(jù)的充分性考慮不夠；（2）缺乏控制實(shí)驗(yàn)條件的意識(shí)和能力，影響證據(jù)的可靠性；（3）推理的意識(shí)和能力薄弱［2］?；诖耍狙芯繃L試以“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”為例，設(shè)計(jì)探究式實(shí)驗(yàn)課堂，探索以探究式化學(xué)實(shí)驗(yàn)支持學(xué)生證據(jù)推理能力發(fā)展的化學(xué)教學(xué)案例。

1 教學(xué)主題與現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)主題

“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”是高中化學(xué)滬科版選擇性必修教材《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第二章“烴和鹵代烴”第二節(jié)“芳香烴”的第一課時(shí)，教學(xué)內(nèi)容主要包括：（1）苯的分子組成和結(jié)構(gòu)；（2）苯的取代反應(yīng)和加成反應(yīng)；（3）苯中碳碳鍵的特征。本節(jié)課建立在烷烴和烯烴相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上，深入學(xué)習(xí)有機(jī)化合物苯的特性。苯具有飽和烴與不飽和烴的性質(zhì)，但又存在著明顯的差異，是對(duì)烴類學(xué)習(xí)的綜合比較，對(duì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)有機(jī)物起承上啟下的作用。

通過(guò)探究學(xué)習(xí)苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，學(xué)生將會(huì)深化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一重要的化學(xué)學(xué)科觀念。在探究苯分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)已知信息提出假設(shè)，并在教師指導(dǎo)下展開(kāi)相關(guān)研究，獲得證據(jù)驗(yàn)證其假設(shè)，對(duì)證據(jù)進(jìn)行分析并最終得出結(jié)論，從而使學(xué)生的證據(jù)推理能力得到發(fā)展。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀

“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”一節(jié)有較為詳盡的化學(xué)史描述，已有的教學(xué)案例大多將苯分子結(jié)構(gòu)的研究史進(jìn)程作為具體情境［3］?；蛞钥茖W(xué)家的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)作為教學(xué)環(huán)節(jié)的分界點(diǎn)，注重化學(xué)史料的真實(shí)性［4］；也有研究將苯環(huán)結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的發(fā)展歷史作為素材讓學(xué)生感悟體會(huì)化學(xué)家的探索精神，同時(shí)以苯的廣泛用途作為載體讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)科認(rèn)同［5］。總體來(lái)看，現(xiàn)有案例主要是對(duì)化學(xué)史的作用有所挖掘，課堂實(shí)驗(yàn)也主要集中在苯與酸性高錳酸鉀溶液或液溴的反應(yīng)演示，至于通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)來(lái)探究苯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理能力的設(shè)計(jì)方面鮮有報(bào)道。

學(xué)生在本節(jié)課之前已學(xué)習(xí)了基本的化學(xué)鍵理論、化學(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系，以及烷烴、烯烴和炔烴的知識(shí)，知道碳的四價(jià)學(xué)說(shuō)和碳成鏈學(xué)說(shuō)，掌握鏈烴中碳碳單鍵和碳碳雙鍵的反應(yīng)特性，能夠區(qū)分有機(jī)反應(yīng)中取代反應(yīng)和加成反應(yīng)的區(qū)別。

2 課堂教學(xué)設(shè)計(jì)思路

2.1 以探究式實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生證據(jù)推理能力發(fā)展

科學(xué)探究是為了支持自己的主張或信念不斷尋找證據(jù)的過(guò)程，從問(wèn)題到假設(shè)需要推理，并進(jìn)一步收集證據(jù)以驗(yàn)證假設(shè)。本研究設(shè)計(jì)了苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)探究活動(dòng)：學(xué)生通過(guò)化學(xué)史情境發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，推斷苯的結(jié)構(gòu)，并使用實(shí)物搭建分子模型形成初步假設(shè)。隨后，通過(guò)探索苯分子的不飽和性、加成反應(yīng)和取代反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正。整個(gè)過(guò)程由驗(yàn)證假設(shè)的需求進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，學(xué)生最終建立起關(guān)于苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的認(rèn)知模型。這種真實(shí)的探究與推理過(guò)程促進(jìn)了學(xué)生證據(jù)推理能力的發(fā)展。

2.2 應(yīng)用手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與微型實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

教材講到苯的取代反應(yīng)時(shí)用了苯和液溴的反應(yīng)，確認(rèn)反應(yīng)產(chǎn)物中有溴化氫生成證明苯可以發(fā)生取代反應(yīng)，但是加成反應(yīng)卻沒(méi)有直接的證據(jù)。對(duì)此問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了氯氣的苯的飽和溶液與氯氣加成的手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，借助壓力傳感器與數(shù)字技術(shù)，學(xué)生可以直觀感受到反應(yīng)前后的壓強(qiáng)變化，繼而從壓強(qiáng)的變化來(lái)推斷反應(yīng)類型，為苯分子中的碳碳鍵性質(zhì)的確定提供證據(jù)。該微型實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。

該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)氯氣和苯在鐵絲做催化劑條件下發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)后可以分離氣相產(chǎn)物和液相產(chǎn)物，且有洗氣裝置去除未反應(yīng)的氯氣，通過(guò)檢驗(yàn)氯化氫氣體可以證明苯和氯氣發(fā)生了取代反應(yīng)。整個(gè)裝置封閉無(wú)污染，能夠有效減弱對(duì)師生的健康危害。作為微型實(shí)驗(yàn)，大大減少了試劑用量，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，也有利于強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和環(huán)保意識(shí)。

3 教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)流程

3.1 教學(xué)目標(biāo)

（1） 了解苯的物理性質(zhì)，知道苯的分子式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。理解苯的分子組成及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

（2） 觀察苯分別和溴水、高錳酸鉀的反應(yīng)，理解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”在有機(jī)分子結(jié)構(gòu)推斷中的作用。

（3） 操作、觀察氯氣和苯的加成與取代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，能夠用化學(xué)語(yǔ)言準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高分析問(wèn)題的邏輯思維能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。能夠從“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究有機(jī)物的組成和機(jī)構(gòu)。

（4） 通過(guò)學(xué)習(xí)苯分子結(jié)構(gòu)確定的化學(xué)史料，感悟法拉第、凱庫(kù)勒等科學(xué)家鍥而不舍、敢于質(zhì)疑、尋求真理的科學(xué)品質(zhì)。增強(qiáng)化學(xué)學(xué)科的認(rèn)同感。

3.2 教學(xué)流程

教學(xué)流程見(jiàn)圖2。

4 教學(xué)實(shí)錄

4.1 創(chuàng)設(shè)化學(xué)史情境，計(jì)算得到苯的分子式

［情境導(dǎo)入］1825年，法拉第發(fā)現(xiàn)了苯。

播放視頻：法拉第通過(guò)蒸餾從制備煤氣剩下的油狀物中得到了苯①。

［教師］介紹苯的物理性質(zhì)。

［化學(xué)史實(shí)］提取物質(zhì)的方式除了有物理方法，還有化學(xué)方法。1834年，科學(xué)家米希爾里希蒸餾苯甲酸和石灰的混合物得到碳酸鈣和苯。

［提出問(wèn)題］1835年，日拉爾發(fā)現(xiàn)了苯由C、 H兩種元素組成，含碳量高達(dá)92.3%，密度是同溫同壓下乙炔（C2H2）氣體的3倍。結(jié)合之前所學(xué)內(nèi)容，請(qǐng)根據(jù)他的發(fā)現(xiàn)計(jì)算出苯的相對(duì)分子質(zhì)量并推斷苯的分子式。

［學(xué)生］根據(jù)相對(duì)密度計(jì)算得到苯的分子量為78，得到苯的分子式：C6H6。

設(shè)計(jì)意圖：以苯的發(fā)現(xiàn)史作為線索，讓學(xué)生跨越時(shí)空與科學(xué)家“對(duì)話”，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。按照科學(xué)家思考的過(guò)程，從計(jì)算苯的相對(duì)分子質(zhì)量入手，加深學(xué)生對(duì)苯的分子組成的印象，為探究苯分子結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。

4.2 根據(jù)已知提出猜想，搭建苯分子的球棍模型

［提出問(wèn)題］同學(xué)們已推斷出苯的分子式為C6H6，但六個(gè)碳原子和六個(gè)氫原子是如何連接在一起形成苯分子的呢？請(qǐng)嘗試推斷并畫(huà)出苯可能的分子結(jié)構(gòu)。

［學(xué)生推測(cè)］根據(jù)苯的分子式，推測(cè)可能的苯分子結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。

［化學(xué)史實(shí)］科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在三溴化鐵（FeBr3）的催化下，苯與液溴發(fā)生反應(yīng)，苯的一溴代物只有一種結(jié)構(gòu)。這說(shuō)明什么？請(qǐng)據(jù)此排除一些不符合事實(shí)的猜想。

［學(xué)生推理］苯的一溴代物只有一種結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明苯中的所有氫原子都是等效氫原子。

［學(xué)生活動(dòng)］保留含有6個(gè)等效氫原子的苯的可能結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3中五個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)式。

［教師］球棍模型是我們認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有力工具，請(qǐng)同學(xué)們嘗試用桌上的球棍模型將可能的結(jié)構(gòu)搭建出來(lái)。

［學(xué)生活動(dòng)］搭建球棍模型，展示交流。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)分子式猜想苯分子的可能結(jié)構(gòu)，并結(jié)合相關(guān)事實(shí)進(jìn)行初步篩選，發(fā)展學(xué)生的空間思維和證據(jù)推理能力。在本階段，學(xué)生的思維從宏觀的苯到化學(xué)符號(hào)C6H6，再到苯分子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的球棍模型，有助于形成化學(xué)的三重表征能力，發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)。

4.3 基于驗(yàn)證模型的需要，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并檢驗(yàn)苯分子是否含碳碳雙鍵

［教師］苯的分子式為C6H6，可以看出苯是一個(gè)不飽和烴，之前我們學(xué)習(xí)的不飽和烴如烯烴，其中含有碳碳雙鍵。同學(xué)們建立的模型中也有碳碳雙鍵，碳碳雙鍵的典型反應(yīng)是什么呢？

［學(xué)生］不飽和烴中的碳碳雙鍵可以發(fā)生加成反應(yīng)，如烯烴能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水退色。

［教師］能否用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證苯分子中是否含有碳碳雙鍵？

［學(xué)生］如果苯能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水退色，那么苯分子中就可能有類似烯烴的碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu)。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］往裝有酸性KMnO4溶液的試管中逐滴加入苯并振蕩，溶液分為無(wú)色的上層與紫色的下層；往裝有溴水的試管中逐滴加入苯并振蕩，溶液分為紅棕色的上層和橙黃色的下層。

［教師］根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，苯能否使酸性高錳酸鉀溶液和溴水退色？這對(duì)我們進(jìn)一步縮小苯的可能結(jié)構(gòu)的范圍有什么幫助？

［學(xué)生推理］苯不能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水退色。因此苯分子不具有典型的碳碳雙鍵的性質(zhì)，前面猜想中的有碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu)都不能成立了。

設(shè)計(jì)意圖：在初步篩選苯分子可能的結(jié)構(gòu)之后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)一步確定苯分子中并沒(méi)有典型的碳碳雙鍵。在否定了典型的碳碳雙鍵之后，學(xué)生會(huì)猜想到碳碳單鍵，為下一環(huán)節(jié)苯的取代反應(yīng)和加成反應(yīng)探究做好了鋪墊。

4.4 操作觀察苯與氯氣的反應(yīng)，明確苯中的碳碳鍵類型

［教師］碳碳單鍵有哪些典型反應(yīng)，如何驗(yàn)證？

［學(xué)生］碳碳單鍵可以發(fā)生取代反應(yīng)，如烷烴在光照的條件下與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)。苯和氯氣如果發(fā)生取代反應(yīng)，則說(shuō)明苯中含有碳碳單鍵。

［教師］如何驗(yàn)證苯和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)？反應(yīng)物和生成物中氣體的數(shù)量關(guān)系如何？

［學(xué)生］含碳碳單鍵的烴與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，產(chǎn)物中一定會(huì)有氯化氫，而且生成的氯化氫和消耗的氯氣物質(zhì)的量相等，反應(yīng)前后氣壓不變。

［教師］同學(xué)們的桌上有氣壓傳感器和數(shù)據(jù)采集器，同學(xué)們能否借助反應(yīng)前后氣壓的變化來(lái)推斷取代反應(yīng)是否發(fā)生？

［學(xué)生］如果苯和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)，那么氯氣的顏色會(huì)變淺，且反應(yīng)前后容器的壓強(qiáng)不變。

［教師］如果氯氣溶解到苯中，是否也會(huì)導(dǎo)致顏色變淺以及壓強(qiáng)的變化呢？

［學(xué)生］為了避免氯氣溶解帶來(lái)的影響，可以使用氯氣的苯的飽和溶液與氯氣進(jìn)行反應(yīng)。

［教師］請(qǐng)大家開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］在試管中加入1mL氯氣的苯飽和溶液，再用氯氣采氣袋通入一定量氯氣，試管內(nèi)氣體顏色變黃綠色，停止通入。連接壓力傳感器，再用紫外光燈照射。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：氯氣和苯在紫外光照射下，氣體顏色變淺，產(chǎn)生白色物質(zhì)，溶液顏色變淺，反應(yīng)容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖4所示。

［學(xué)生推理］試管中的氣體顏色和溶液顏色都變淺了，說(shuō)明苯與氯氣發(fā)生了反應(yīng)，但是反應(yīng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)變小了，試管中發(fā)生的可能不是取代反應(yīng)。

［教師］什么樣的反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)壓強(qiáng)變小呢？

［學(xué)生］只有發(fā)生加成反應(yīng)，試管內(nèi)的壓強(qiáng)才會(huì)變小?？墒侵暗膶?shí)驗(yàn)已經(jīng)否決掉苯分子中存在碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)了。

［教師］確實(shí)發(fā)生了加成反應(yīng)，只是不同于典型的碳碳雙鍵加成反應(yīng)。除了測(cè)量壓強(qiáng)，還有其他方法檢驗(yàn)苯與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)嗎？

［學(xué)生］苯和氯氣如發(fā)生取代反應(yīng)，就會(huì)生成氯化氫，我們檢驗(yàn)反應(yīng)后是否出現(xiàn)氯化氫就可以判斷是否發(fā)生了取代反應(yīng)。

［教師］氯化氫氣體如何檢驗(yàn)？

［學(xué)生］可以用濕潤(rùn)的pH試紙。

［教師］未反應(yīng)完的氯氣同樣會(huì)使pH試紙變色。

［學(xué)生］氯氣溶于四氯化碳，氯化氫氣體不溶，因此可以用四氯化碳來(lái)洗氣，排除氯氣的干擾。

［教師］桌上有注射器和醫(yī)用三通閥組成的實(shí)驗(yàn)裝置和相關(guān)試劑，試試看能否檢驗(yàn)到氯化氫氣體的產(chǎn)生。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］進(jìn)行苯與氯氣反應(yīng)的微型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置及操作流程見(jiàn)圖5。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：pH試紙變紅，且不退色。

［教師］根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，苯和氯氣能否發(fā)生取代反應(yīng)？為什么？

［學(xué)生推理］pH試紙變紅了，且沒(méi)有退色，說(shuō)明苯和氯氣反應(yīng)產(chǎn)生了氯化氫氣體，苯和氯氣在鐵催化下能夠發(fā)生取代反應(yīng)。

［教師］從上面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，苯和氯氣既可以發(fā)生加成反應(yīng)又可以發(fā)生取代反應(yīng)，只是催化劑不同而已。結(jié)合之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，苯中的碳碳鍵應(yīng)該是什么類型呢？

［學(xué)生推理］苯不能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水退色，因此苯中沒(méi)有典型的碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)；而苯中的6個(gè)氫原子都是等效的，在特定條件下又能發(fā)生取代反應(yīng)。苯與氯氣既可以取代又可以加成，說(shuō)明苯中的碳碳鍵既像碳碳單鍵又像碳碳雙鍵。

［教師］來(lái)看這樣一組資料：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碳碳單鍵的鍵長(zhǎng)為1.54×10-10m，碳碳雙鍵的鍵長(zhǎng)為1.34×10-10m，而苯分子中的碳碳鍵鍵長(zhǎng)為1.40×10-10m。

［學(xué)生］苯分子中的碳碳鍵鍵長(zhǎng)介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間。

［教師］這會(huì)對(duì)苯分子中碳碳鍵的性質(zhì)造成什么影響呢？

［學(xué)生推理］鍵長(zhǎng)介于兩者之間，是不是性質(zhì)也會(huì)介于碳碳單鍵和碳碳雙鍵之間呢？如果是這樣的話，上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就都可以講得通了。

［教師］非常好，正是因?yàn)楸椒肿又械奶继兼I是一種介于單鍵和雙鍵之間的一種特殊的化學(xué)鍵，所以才會(huì)表現(xiàn)出以上獨(dú)特的性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)聚焦于苯中的碳碳鍵類型，設(shè)計(jì)了兩個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。碳碳單鍵的典型反應(yīng)是取代反應(yīng)，在使用手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)初次驗(yàn)證苯和氯氣的反應(yīng)時(shí)，學(xué)生觀察產(chǎn)物以及反應(yīng)體系的壓強(qiáng)變化，推理得到容器中發(fā)生的是加成反應(yīng)。繼而猜想發(fā)生加成反應(yīng)的條件需要碳碳雙鍵或碳碳三鍵，而這已經(jīng)被上一環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)所否定，引發(fā)了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。在苯與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生使用設(shè)計(jì)的微型設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)到了生成的氯化氫，推理出苯與氯氣可以發(fā)生取代反應(yīng)，而取代反應(yīng)是碳碳單鍵的典型反應(yīng)。學(xué)生猜想的可能結(jié)構(gòu)都不能解釋這一連串的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，此時(shí)教師給出三種碳碳鍵的鍵長(zhǎng)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的角度認(rèn)識(shí)苯的特殊性質(zhì)。在本環(huán)節(jié)中，學(xué)生需要收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，結(jié)合碳碳鍵鍵長(zhǎng)等相關(guān)資料，多步驟有深度地推理苯分子中碳碳鍵的類型，證據(jù)推理能力得到發(fā)展。

4.5 結(jié)合史實(shí)進(jìn)一步掌握苯的分子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)科學(xué)本質(zhì)理解

［教師］1931年，鮑林發(fā)現(xiàn)苯的六個(gè)碳原子連接成環(huán)，每?jī)蓚€(gè)碳原子之間的鍵均相同，是由一個(gè)既非雙鍵也非單鍵的鍵連接，稱為大π鍵。

［教師］展示苯分子的結(jié)構(gòu)圖像（見(jiàn)圖6）。

［教師］展示苯的凱庫(kù)勒式與其發(fā)現(xiàn)史。

［課堂練習(xí)］

（1） 以下哪些可以說(shuō)明凱庫(kù)勒式是不完美的。

（2） 為什么凱庫(kù)勒式是不完美的，卻成了我們表示苯的經(jīng)典方式？

設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)一步幫助學(xué)生理解苯的分子結(jié)構(gòu)，掌握苯分子的空間正六邊形構(gòu)型。在思考討論中，體會(huì)科學(xué)進(jìn)展的曲折性和凱庫(kù)勒等科學(xué)家們大膽創(chuàng)新、尋求真理的科學(xué)品質(zhì)，深化理解科學(xué)本質(zhì)中科學(xué)知識(shí)和科學(xué)事業(yè)等不同維度的價(jià)值。

5 教學(xué)反思

5.1 探究式化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生證據(jù)推理與科學(xué)探究能力的發(fā)展

學(xué)生的證據(jù)推理能力需要在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中發(fā)展。在本研究中，學(xué)生聚焦于苯分子結(jié)構(gòu)這一科學(xué)問(wèn)題，首先根據(jù)已知提出假設(shè)，在驗(yàn)證假設(shè)的需求驅(qū)動(dòng)下通過(guò)實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)、再分析信息推理得出結(jié)論。這是一個(gè)高水平的思維過(guò)程，學(xué)生根據(jù)自己的探究很自然地推斷出苯分子的特殊結(jié)構(gòu)，提升了證據(jù)推理能力。

反思評(píng)價(jià)是科學(xué)探究過(guò)程的關(guān)鍵因素［6］。在本研究中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思與評(píng)價(jià)自己的探究過(guò)程，學(xué)生根據(jù)探究獲得的實(shí)驗(yàn)證據(jù)不斷驗(yàn)證已有假設(shè)并產(chǎn)生新的猜想。學(xué)生漸漸明確科學(xué)探究的步驟，掌握科學(xué)探究的方法，提升了科學(xué)探究的能力。

5.2 手持?jǐn)?shù)字化實(shí)驗(yàn)與微型實(shí)驗(yàn)效果良好，未來(lái)將有更多用途

本研究中，學(xué)生利用現(xiàn)有設(shè)備自主設(shè)計(jì)，并進(jìn)行手持?jǐn)?shù)字化實(shí)驗(yàn)與微型實(shí)驗(yàn)，取得了良好的效果。壓力傳感器的應(yīng)用可以提供直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，促進(jìn)學(xué)生從定性到定量的研究思維的轉(zhuǎn)變；微型實(shí)驗(yàn)有效降低了潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)，并為部分使用危險(xiǎn)藥品實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展提供了可能性。確信未來(lái)將探索更多優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生證據(jù)推理能力的發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

參考文獻(xiàn)：

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［6］馮毅. 在科學(xué)探究活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生反思評(píng)價(jià)［J］. 中國(guó)教育學(xué)刊， 2021， 341（9）： 81～84，97.