周兴伟

摘要：有机化合物的结构特点是构成有机化学知识的基础,搞好此部分内容的教学有助于学生形成知识体系,培养学生的化学学科素养.据此基于“证据推理与模型认知”素养对“有机化学物的结构特点”进行了教学设计.

关键词：模型认知有机化合物高中化学

一、指导思想与理论依据

有机化学知识是中学化学重要的基础理论知识,也是整个化学领域研究不可或缺的一部分.有机化合物的结构特点反映了几种常见元素之间的内在联系,从而形成了数以千万计的物质系统,是科学研究的基本前提,高中阶段有机化合物的知识学习过程中,有机化合物的成键特点是学生有效学习有机化合物性质的理论基础,它所承载的学科思想能帮助学生有效建构有机化学知识体系,培养学生对于“证据推理与模型认知”的学科素养.

基于上述分析,在该章的教学中,将学生停留在简单预习及识记层面的基础知识加以整合,运用建构主义理论帮助学生在头脑中建立起认识、比较有机化合物结构的一般思路和方法.加强从分子结构视角看有机化合物,明确物质性质不同的根本原因在于有机化合物的分子结构不同,从而使学生建立起基于有机化合物结构特点的认识模型.

二、教学背景分析

1.学习内容分析

高考考查学生对知识体系和知识之间的联系.该节考纲要求是能判断简单有机化合物的同分异构体.有机化合物的结构特点是构成有机化学知识的基础,有助于学生形成知识体系.其教学价值主要体现在以下三方面:

(1)有机化合物的成键特点使知识的学习摆脱了零散、庞杂的窘状,而变得系统、有规律;

(2)有机化合物的成键特点的学习过程,是学生在化学键基础上重新认识物质结构、发现规律的过程,培养学生认识化学现象与模型之间的联系,能运用多种模型来描述和解释化学现象、预测物质及其变化的可能结果的学科核心素养.

(3)有机化合物的同分异构现象可以指导探索物质结构和性质的研究,预言新分子、新材料的发现.

在必修的基础上,学生应掌握的主要知识有以下4方面:(1)碳原子的成键特点;(2)键长、键角、键能的含义;(3)碳原子的sp3杂化与甲烷的结构;(4)有机化合物的同分异构现象及同分异构体的书写.

2.学生学习特征分析

在必修2模块中[1],学生获得的大量有机化合物知识大多依靠于识记,由于缺乏有机物结构特点的分析使学生不能对一些有机物的性质加以解释和预测,学习时间一长,很多知识开始在头脑里“打结”,不少学生对这部分知识的感觉是学起来容易,但真正记住,能运用却很难,导致在处理实际问题时会产生一些障碍,为此在必修2学习过第三章后,笔者对学生的认知情况进行了问卷调查,问卷内容主要涉及有机化合物性质的比较及对陌生物质的性质进行预测,结果反映出来学生还存在问题,见表1.

三、单元整体教学设计

1.课时内容及设计意图,见表2.

该单元最终达成的目标是:学生在两节课过后能够基于“有机化合物的结构特点”对有机化合物形成整体认识思路.第1课时是单元整体教学设计的核心.

2.第1课时教学设计

教学目标:立足高考的核心:“立德树人、服务选拔、导向教学”,以高考必考各类官能团核心性质为基础的有机推断为出发点进行课堂教学,使学生对合成化学产生兴趣,为以后分析有机合成路线打下基础,培养模型认知与创新意识的化学核心素养[2].

教学重难点:基于“有机化合物中碳原子的成键特点”系统认知“有机化合物的结构特点”的思路过程.主要是学生有机物立体结构模型的建立,具体体现在如何将甲烷和烷烃的结构特点、有机物的成键特点从实物模型转换为学生头脑中的思维模型,帮助学生从化学键及原子轨道的层面认识甲烷的结构和性质.

教学内容与过程:

环节1:新课引入

【教师活动】 多媒体展示 (如图1所示)

回顾必修2几种基本有机物的球棍模型

【学生活动】观察多媒体,回忆必修2学过的几种常见有机化合物

【设计意图】既是对必修2的回顾更是为本节课做好铺垫.

环节2:比较甲烷、乙烯、乙醇及乙酸的电子式、结构式、球棍模型、比例模型

任务一:为什么有机化合物的种类繁多?

【教师活动】布置学生分小组依据碳价四面体理论,运用球棍模型制作常见有机化合物分子的结构并总结造成比较结果的根本原因是什么?

【学生活动】分组讨论 得出结论 完成学案

【设计意图】帮助学生初步构建认知思路(如图2所示),将学生进行分组制作的结构模型在讲台上展示,总结碳原子的成键规律.

环节3:键能、键长、键角三个键参数

【教师活动】任务二:共价键参数(如图3所示)

【学生活动】思考 独立书写 分组讨论 具体学生作答

【学生活动】阅读选修5教材第7页“资料卡片”思考有关化学键知识,独立完成学案.

【设计意图】帮助学生初步构建认知思路,将学生进行分组制作的结构模型在讲台上展示,总结碳原子的成键规律.

环节4:碳原子杂化方式与甲烷的空间结构任务三:阅读第8页“科学视野”碳原子的sp3杂化与甲烷的结构.

【教师活动】多媒体展示科学家及其贡献(如图4所示)

L.Pauling(鲍林)提出杂化轨道理论是一种价键理论,是为了解释分子的立体构型

【学生活动】阅读选修5教材第8页“科学视野” 质疑 讨论

【设计意图】让学生知道电子层是按能量分布的,又叫能层,同一能层的电子能量也不同,从而让学生认识简单的原子轨道,即s轨道和p轨道.通过讨论解惑完成sp3杂化轨道对甲烷空间结构的解释.

环节5:总结提升

任务四:丁烷(C4H10)分子的两种结构

【教师活动】多媒体展示(如图5所示)

【学生活动】观看投影 思考

【设计意图】为下一课时做好铺垫.

【布置作业】完成学案上本节训练题,预习有机化合物的同分异构现象并尝试书写简单有机物的同分异构体

3.知识素养脉络,如图6所示.

四、学习效果评价设计

该节课共从4个方面设计教学效果评价见表3.

五、教学反思

有机化合物的结构特点这节课,内容较抽象,理论性较强,回顾这节课,从内容上,笔者依据教材对教学内容做了整合和适当深广度的延伸,学生们的课堂反响很好,通过完成学案中的具体任务、旧中引新、设问激疑等方式让学生参与课堂,他们或积极展现自己,或团结协作,或积极思考,或踊跃发言,相互讨论,无形中营造了一种课堂文化,学生乐于其中.从教学过程上,该节课内容脉络清晰、层次分明,在教学中充分关注了学生学科素养的认知发展和问题解决的途径,通过学习任务中具体的知识载体发展了学生知识的比较、预测、迁移、评价能力,从而使认知发展实现了从简单物质性质上升到对知识系统的认知.在具体问题的解决过程中,尤其有机分子球棍模型制作,充分调动了学生的学习兴趣,学生在课堂上积极应用已有的有机化学知识去探究新问题、解决必修2的疑问的同时更加丰富了学生的认知角度.在评价课堂活动方面:学生都能主动参与课堂,进行讨论、交流.特别是学生展示自己制作的模型时,不仅对自己的制作过程加以说明,还会从不同角度评价其它组同学制作的模型,最终得出正确的结论,激发了学习兴趣,培养了学科素养.整节课对学生认识有机化合物的的结构特点起到了很好的帮助作用,不少学生因此对有机化学产生了浓厚的学习兴趣.

参考文献