时间:2023-07-05 16:32:46
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇有机化学入门知识范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
做好无机化学和有机化学的有效过渡,让学生充满信心,消除畏惧心理,乐观地面对以后的学习,为有机化学的学习打下坚实的基础。有机化学的学习首先使学生将了解新事物的积极性和好奇心转化为自身学习动力,然后把教学方法的选择和教具的使用与学生的学习方法融合在一起,最终将有机知识体系打造为学生自身知识网络,达到融会贯通的效果。
二、广泛了解学情,促进知识迁移
通过与各层次学生交流,了解他们的学习情况和心理;通过听课请教,获取、分析课堂实录,在个人的教学实践中,不断总结思考。
1.找到一个好的抓手――结构决定性质、性质决定用途,由个别到一般,让学生“有法可依”。无机化学教学中强调“结构决定性质,性质决定用途”的思想,这为各类有机物的学习“有法可依”。在有机化学入门学习阶段,教师要及时给予学生学法指导,在教学中处理好结构与有机物性质之间的关系,结构理论指导性质,性质帮助理解结构,由典型有机物的结构和性质推测出同系物的性质,体现由个别到一般的思想。
2.用生活素材创设学习情境,从生活走进有机化学。“化学与社会生活实际有着广泛而紧密的联系。”化学知识的形成来源于自然,来源于生活。教师在教学中应有所创新,要注意从学生熟悉的身边现象入手,引导他们发现问题,展开探究,以获得有关的知识和经验。要紧密结合学生的生活实际,使他们感受身边的化学物质和化学变化,增强学习化学的兴趣。如:在乙酸教学中创设醋的传说,在乙醇教学中介绍中国的酒文化及酒驾入刑等社会问题,激发学生求知的欲望,并渗透爱国情感和价值观教育。再如选修模块《有机化合物的分类》一节,可事先让学生收集身边的常见药品,查阅它的说明书,从俗名、分子式、结构式、官能团及物质的类别对身边的常见药品进行分析,引导学生了解有机化合物的分类方法,认识一些重要的官能团。
3.利用电教技术,活化教学衔接。多媒体和网络技术被引入课堂教学,在一定程度上代替了粉笔、黑板等传统媒体,实现了它们无法实现的教育功能。使用微观模拟软件可以帮助学生跨越宏观微观的思维障碍。如在学习立体结构,再现价键的断裂与形成,扩大了课堂的时间与空间,化抽象为具体,化腐朽为神奇。同时,积极整合传统教学和现代教学,扬长补短,相得益彰,提高了教学的有效性。
4.积极开展校本课程,通过研究性学习,联系无机化学与有机化学,拓宽学生的视野。校本课程的开展为学生研究性学习提供了有力保障,能够发挥学生的个性特长和想象力,培养学生的这些本领和能力,满足他们终身发展的需要。研究性学习打破了传统课堂教学模式,让学生联系课堂的知识去拓展,又应用于课堂,给学生们以研究过程的体验,激发其对科学研究的意识和兴趣。如我校开设的《化学与烹饪》选修课程,探索实施STS教育,使学生通过实践获得直接体验;再如指导学生结合学习工具――修正液,提出“修正液的成分分析及利弊探讨”,也收到了很好的效果。
有机化学是药学研究与药物应用的有力工具。用于临床上的大多数药物(包括合成药、生化药、天然药等),其主要成分几乎都是有机化合物。因此,合理使用各类药物,充分发挥药物的临床治疗效果,避免由于药物使用不当引起的不良反应,这都需要我们了解及掌握药物的化学结构与性状。有机化学同时也是中药研究与创新的必备手段。中医药是我们中华民族的瑰宝,深受广大人民群众的欢迎。继承与发扬中医药在治疗疾病的优势与特色,深入研究中药的作用机制,充分发挥与应用中药的特长,开发与创新临床上有效的中药新品种,是我国医药工作者义不容辞的责任和义务。临床上使用的中药方剂组成成分复杂,同一种中药出现在不同的方剂中其所起的功效不同,这与中药本身含有多种成分有关,可以说一种中药自身就是一个小小的复方。比如:中药的配伍,即将两种或两种以上的中药组合使用。在熬煮中药的过程中,药与药之间发生了某些相互作用,其实也就是发生了化学反应,使中药材中原有的主要成分结构发生了改变,而结果是有的增进或减低了原有药效,有的则抑制或消除了毒性和烈性。因此,弄清每种中药的有效成分对临床用药是多么的重要。这也就是需要我们好好学习有机化学的又一原因了。
(2)从化学学科的分类上来看
有机化学在大化学中起着承前启后的作用。大化学包括无机化学、有机化学、分析化学和物理化学。在大学的课程安排中,都是先学习无机化学,然后再学习有机化学,最后学习分析化学和物理化学,即没有有机化学的学习,是学不好物理化学和分析化学的。有机化学还是中药相关专业学生考研的一大必考科目,考研的同学只有在学习有机化学时打下坚实的基础,掌握学习方法,才能取得优异成绩,从而成为顺利通过考试的一个关键。由此看来,无论是从有机化学的历史上、从它与生活的联系上,从它在临床用药上、在中医药的研究领域上还是在大化学中的作用上、在学生考研上,它都扮演着举足轻重的角色。
2学好有机化学的方法
有机化学虽然知识点多、记忆困难,但是只要你掌握了正确的学习方法,学好它不是问题。
2.1首先,要做好学生的本职工作——课堂上认真听讲
做好笔记(1)听课是学习过程中的核心环节。在有机化学体系中,各部分知识是相互联系的,如果对某些知识不了解,那么在学到与之相关的知识时就会特别吃力。例如,醇、醛、酮这几章节的内容没学好,后面再学习糖类化合物这一章节时就很吃力。因为物质结构决定物质性质。糖类是多羟基醛(酮)及其缩聚物和它们的衍生物,糖的结构中含有醇羟基、醛基和酮基,它同时具有醇和醛、酮的性质。因此课堂上能不能跟随老师思路,不错过老师讲的每一个知识点,是决定学习效果的关键。(2)老师在课堂上会反复的强调某些内容,这些内容一般都是教材的重点和难点,而考试恰恰不都是考重点难点么?如果掌握了这些,在考试中取得不错的成绩应该就不成问题了。(3)老师教学多年,不管是在知识层面上、解题思路上还是在常见错误分析上,经验都十分丰富,尤其是我们的大学教师,他们大部分都是优秀的硕士、博士甚至是教授。在课堂上,老师大都遵循着这样的古训:“授之以鱼不如授之以渔”。千百年来留下来的古训必定有它的道理。老师除了传授给我们知识外,更多的是传授给我们解决问题的经验与方法。一旦我们掌握了这些经验与方法,定能学好有机化学。
2.2课上做好笔记至于笔记
我建议大家记些老师强调的重难点、解题思路、方法以及例题。不懂的课下可以问老师,即使将来忘记了,还可以再复习。俗话说的好,好记性不如烂笔头,就是这个道理。因此,上课时认真听讲、做好笔记,做个有心人就显得特别重要,也许这就会成为你学习有机化学更好的捷径。
2.3课上、课下积极地记忆“记”即记忆
与数学、物理等理科相比较,“记忆”对有机化学显得尤为重要,它是学习化学的最基本方法。这是由于化学本身有着自己独特的“语言系统”——化学用语。如:元素符号、化学式、化学方程式等,对这些化学用语的熟练掌握是化学入门的首要任务,而其中大多数必须记忆。当然不能死记硬背,而要根据不同的学习内容,找出不同的记忆方法在理解的基础上进行记忆。记忆的方法有很多,有理解记忆、有意记忆、联系实验记忆、对比记忆、归纳记忆、趣味记忆、记错记忆等等,这么多方法并不是每个都适合我们,我们要不断寻找适合自己特点的记忆方式,这样才能达到事半功倍的效果。
2.4做好实验我们都知道有机化学是一门以实验为基础的学科
因此,要想学好有机化学就必须先要做好实验。在做实验时最重要的就是自己动手,不要眼高手低,而且要学会观察。前苏联著名生理学家巴浦洛夫曾在他的实验室的墙壁上写着6个发人深思的大字:观察、观察、观察!瓦特由于敏锐的观察而看到“水蒸气冲动壶盖”进而从中受到启发,发明了蒸汽机。由此可以看出观察的重要性。在化学实验中,养成良好的观察习惯,掌握科学的观察方法是学好有机化学的重要条件之一。因为实验不仅可以锻炼我们的动手能力,还可以帮助我们更好的理解和掌握反应,从而更轻松地记住反应。
2.5学会思考柏拉图曾说思维是灵魂的自我谈话
华罗庚曾说独立思考能力是科学研究和创造发明的一项必备才能。历史上任何一个较重要的科学上的发明,都是和发明者深入看问题的方法密不可分的。可见在学习知识上,学会独立思考很重要,它会使你对知识有更透彻的了解。尤其是有机化学,更要学会独立思考,要能从个别想到一般,从现象想到本质,从特殊想到规律。
中图分类号:G634 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)06(b)-0000-02
在人类已知的化合物中,有机化合物占多绝大多数。与生命有关的有机化合物使地球充满了生机和活力,新合成的数以千万计的有机物丰富了我们的物质世界,满足了人们的社会需要,提高了人们对物质及其变化的认识,有机物在我们的生活中无处不在,学习有机化学能激发学生学习化学的兴趣,提高学生的科学素养。
有机模块的课程标准要求:(1)初步掌握有机化合物的组成、结构、性质等方面的基础知识;(2)认识实验在有机化合物研究中的重要作用,了解有机化学研究的基本方法,掌握有关实验的基本技能;(3)认识有机化合物在人类生活和社会经济发展中的重要意义。
新课程倡导“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发,帮助学生认识化学与人类生活的密切关系,关注人类面临的与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。”“了解化学科学发展的主要线索,理解基本的化学概念和原理,认识化学现象的本质,理解化学变化的基本规律,形成有关化学科学的基本观念”。依据以上标准有机教材在编排上力求从学生熟悉的有机物入手,通过各种模型、图片、资料卡片、学生活动、思考与交流、实验探究等栏目引导学生主动参与多种探究活动,经历探究的过程,激发学习的兴趣,通过生动直观的表象,建立空间立体感,理解有机化学化学结构和性质及其用途之间的规律,及其现象的本质原因,形成有机化学的基本观念:分类观、结构与性质观、反应观等,学会观察、实验、查阅资料等收集信息的手段,及比较、分类、归纳、概括等方法。尤其是归纳法和演绎法,由典型代表物的性质推测出一类物质的性质,由一类物质的性质分析具体物质的性质。通过有机化学的学习,使学生感受到了有机化学结构上的奇妙与和谐,深刻体验到了化学对个人和社会的贡献。
有机化学有与无机化学学习相似的规律,也有其独有的规律。下面以烷烃为例,探讨有机化学的学习规律,认识有机化学结构和性质、用途之间的关系,掌握学习有机化学的方法及实验技能,认识有机物对人类的重要作用。
烷烃是学习有机化学的基础,是学习有机化学的门槛,在烷烃的学习中集中有机化学的核心概念――同系物和同分异构体,学习本章目的在于使学生初步了解学习化学的思维方法。
1 树立结构决定性质的观念――结构观
1.1 建立立体结构
(1) 原子的成键方式及成键特征;
(2) 空间结构及原子的空间环境;
(3) 具体方法――物质结构理论、模型演示、动画、学生自制模型;
(4) 关于结构的几种表示方法――分子式、结构式、结构简式、空间构型
以最简单的有机物――甲烷为例,从物质结构分析碳原子的原子结构分析其成键方式,确定甲烷的分子式、电子式、结构式,分析化学键特征,在键长、键能、键角上都相等;再让学生以碳原子为核心自制球棍模型,探究甲烷的空间结构:平面正四边形、正四面体结构;用图片和动画、球棍模型和比例模型展示甲烷的正四面体结构,并与平面正四边形进行比较:正四面体结构,键角是109?28?,四个氢原子的绝对位置和相对位置相同;若是平面正四边形,键角是90 ?,四个氢原子的绝对位置相同,相对位置不同,C-H键成90?,C-H键成180?,这样的区分为甲烷的取代反应生成物二氯甲烷只有一种结构埋下伏笔,从性质验证反映其结构。后续课程从同分异构体的角度:二氯甲烷不存在同化异构体反证了甲烷的四面体结构,但学生对二氟二氯甲烷的在平面上不同写法还不能区分,认为是同一种物质,说明学生对甲烷的四面体结构还没有真正理解,学生对知识的理解是一个渐近的过程。
1.2 抓结构特点
甲烷的结构的典型特点是有C-H,立体结构。分析结构特点就从三个方面来看:(1)看化学键;(2)看原子间的连接方式;(3)看连接形状及空间形状:链和环;立体和平面。这样从结构相似分析认识有机物的类别。比如烷烃的特点是:C-C,C-H;C-C连接成链状;立体结构:看立体结构,一方面要看原子在空间的位置是平面结构还是立体结构,另一方面要看原子在空间的相对位置,是轴对称图形还是中心对称图形,哪些原子的空间位置相同,哪些不同。理解C-C单键可以旋转,以C为核心的四个单键所成的原子或原子团在空间成立体结构,所以C原子周围的四个单键所连接的原子或原子团可以任意互换。如果学生对这样的结构认识比较深刻,学生看到物质的结构简式,就很容易认识烷烃,不会由于在纸面上的位置不同,而误认为是不同的物质。
1.3 抓结构的典型特征推测可能的断键形式
把结构与化学反应的实质结合起来,学习有机反应,应抓住结构上的典型特点。比如烷烃的性质,主要的断键形式是C-H断裂,H原子被其它的原子或原子团所代替,发生取代反应。而以后要学的烯烃的性质,结构上的典型特点是C=C键,反应时,C=C键中一个键发生断裂,在双键两侧的碳原子各加上一个原子或原子团,这就是加成反应。
2 抓典型物质的典型性质――典型观
2.1 与生活实际相联系激发学生的学习兴趣
有机物中最简单有机物是甲烷,甲烷是重要的燃烧和化工原料,是重要的能源物质,是我国“西气东输”的重要工程,使学生认识到化学就在我们的身边。提出问题甲烷为什么能做为能源物质和化工原料呢?
2.2 结构预测――可能的断键和成键形式、实验验证
在分析甲烷结构的基础上引导学学生探究分析C-H比较稳定,但在一定的条件也可以断裂,可能的断键形式,共有4个C-H可能断裂,4个C-H可能一次断裂或逐次断裂
2.3 反应类型
稳定性:不与强酸强碱强氧化剂反应;一定条件下反应:燃烧反应――燃烧热值大,燃烧产物无污染――高效清洁:学生写热化学方程式(复习已有的知识),写化学方程式,与无机反应相区别“”,燃烧产物及应用:作为燃料的原因。在此基础上引导学生进行元素的定性分析方法:
取代反应:结构预测――可能的断键形式C-H;实验验证:甲烷与氯气在光照条件下反应:探究反应的条件,通过实验现象推测反应的产物。结合甲烷的空间结构和现象分析甲烷与氯气的取代反应:断键实质、产物,从而归纳总结取代反应是烷烃的特征反应。断键的实质是C-H键发生断裂,H原子被其它原子或原子团所取代,取代反应的比例关系是n(H):n(X2)=1:1,原子的空间位置保持不变,为卤代烃的同分异构的思维形成作准备。由于甲烷中有四个H原子,取代反应是逐次进行的,所以取代反应的产物从一卤代烃到四卤代烃,产物为混合物,在烷烃的应用上通常不用于卤代烃的制备,烷烃取代反应的意义更在于让学生认识引导学生从结构上分析物质的性质,理解取代反应和断键形式的关系,从而拉开有机学习的序幕。掌握学习有机化学的学习方法:结构性质反应用途。
3 抓住核心概念的学习――同系物、同分异构体
同系物和同分异构体的学习是有机化学中重要的核心概念。这两个概念贯穿有机化学学习的始终,同系物概念的学习是有机物类别学习的重要体现。同分异构的学习,使学生认识到有机物与无机物在结构的典型差别,认识到有机物种类繁多的原因。引导学生建立这两种概念的学习方式和思维方法,就显得尤为重要。
从烷烃的甲烷入手,复习甲烷的性质,稳定性,取代反应;理解其结构特点,是一个四面体结构,空间中的四个氢原子的位置,为其氯代物是否有同分异构体作伏笔,也为理解烷烃的立体结构作准备。学习中虽然通过展示了甲烷的球棍模型和比例模型,力求建立空间立体概念,理解其氢原子只有一种,但在判断二氟二氯甲烷的结构有几种时,部分学生仍然写成两种甚至是更多种,说明学生对甲烷空间的立体结构并没有真正的理解,在其潜意识里还认为是平面结构,可见学生对知识的理解是一个渐近的过程。在理解巩固甲烷结构和性质的基础上,引导学生学习其它的烃,从结构性质进行分析,这些物质在结构上的特点是:从元素组成上分,只有C和H两种元素;从原子的成键方式看:C-C,C-H;从C原子的联结方式上看,C-C连接成链状;从空间结构上看C-C和C-H在空间连接上成立体结构;从分子组成上看,相差n个CH2原子团,通式相通都是CnH2n+2。从以上分析可知:烷烃在结构上相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团。在分析其性质,学生观察书上的数据,发现烷烃在物理性质从状态、密度、熔沸点上都呈现规律性的变化;又从其结构上的相似性推测,其它烷烃的化学性质也相似,都不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,都能和卤素单质发生取代反应。从以上结构和性质两个方面进行归纳总结,这一类物质的间关系就是同系物关系。类似与无机化学的同主族元素。找出同系物的同和异,同系物一定是同一类物质,通式相同,结构相似,化学性质相似;异:分子式不同,相差n个CH2原子团,物理性质熔沸点一定不同。并与已学过的易混概念相比较:同位素、同素异形体、同种物质相比较,进行概念辨析。同系物的关键点在于让学生理解同系物一定是同一类物质。
同分异构体的学习第一个层次重在理解结构上不同,虽然在纸面上的写法不同,但却是同种结构。第二个层次,是学会写同分异构体,这是以后写其它类别物质同分异构体的基础,能写出主链、支链,怎样确定支链及支链的位置,怎样找对称;同分异构体书写后能从对称的角度:轴对称或中心对称,理解C-C可以旋转,C原子周围的四个单键不论在纸面上何种写法,但结构只有一种,理解C原子的种类和H原子种类,为卤代烃的同化异构体的书写提供固着点。向学生渗透同分异构体的不同类别:碳干异构和位置异构。烷烃同分异构体的核心是抓住C-C可以旋转,C原子周围连接的四个单键的原子或原子团的空间位置相同;理解对称轴和对称中心。
在变式训练中,学会抓住辨别同系物、同分异构体、同位素、同种物质、同位素、同素异形体、同种物质之间关键要素。同系物是同类物质,C数不同;同分异构体,是分子式相同,结构不同;同位素是同种原子;同种物质只是状态不同;同素异形体,是同种元素的原子组成物质的原子个数或结构不同。
总之在有机化学入门学习时,抓住烷烃以上方面的学习,能迅速找到有机学习的敲门砖,为顺利有效地进行后续有机化学的学习,掌握学习有机化学的思路方法打下扎实的基础。
参考文献
[1] 夏军.浅谈苏教版《有机化学基础》中科学方法的教育[J].中学生数理化(高中版・学研版),2011年02期.
[2] 刘蕾.中学有机化学知识内容的分析及教学策略研究[D].山东师范大学,2005年.
醇羟基中的O-H键并不容易断裂,因而醇类的酸性弱于水,制取醇类相对应的盐只能用Na、K等活泼金属与醇反应。
醇羟基能被O2(CuO)、KMnO4等氧化剂氧化,当羟基所接的碳原子上有2个以上的H时,羟基被氧化为醛基;当羟基所接的碳原子上只有1个H时,羟基被氧化为羰(酮)基;当羟基所接的碳原子上没有H时,羟基无法被氧化。
醇羟基的另一重要特性是消去反应,一般使用浓硫酸作催化剂,使醇类脱去羟基生成含双键的有机物。消去反应的本质是羟基与β位上的一个H原子共同脱去生成H2O的反应,因而能发生消去反应的醇类必须要有β-H原子。
醇类是有机合成中最常见的中间产物,通过醇的氧化制醛,进而制得羧酸,醇和羧酸再反应生成酯,这是高中有机化学中考查的热点。
2.酚羟基
酚羟基的活性较大,O2、酸性KMnO4溶液等都能氧化酚羟基。酚羟基由于受苯环的影响,在水溶液中能发生微弱电离呈现弱酸性,但比碳酸的酸性弱。
酚羟基也能活化苯环的邻、对位,因而酚类与浓溴水反应生成能溴代物沉淀。酚羟基还能与FeCl3溶液发生显色反应。
3.醛基与酮基
醛基既能发生氧化反应,又能发生还原反应。醛基催化加氢即可得到-CH2OH基团,醛基被氧化便可得到羧基。高中阶段提到了三种氧化醛基的方法:O2催化氧化、新制Cu(OH)2氧化、银氨溶液氧化,对后两种应该重点掌握。
醛基、酮基可以发生加成反应,在高中课本中一般涉及到醛与HCN、氢气的加成。
酮与醛在性质上的最大区别在于酮基不能被新制Cu(OH)2、银氨溶液等弱氧化剂氧化。酮类的化学性质在高中阶段要求不高。
4.羧基
由于羧基上的氢原子较容易电离,因而羧酸是最典型的有机酸。羧酸的酸性一般都强于碳酸,因而羧酸能与Na2CO3或NaHCO3溶液反应放出CO2气体或溶解CaCO3固体。而将CO2气体通入羧酸的钠盐溶液中并不会生成该种羧酸。
酸的酯化反应及酯的水解反应可以说是有机化学题目中考得最频繁的内容。酯化反应的实际机理比较复杂,而从反应的结果上来看,羧酸提供了羟基而醇提供了氢,生成酯和H2O,因而酯化反应属于取代反应。
利用羧酸的酸性可制取相应的盐类,以便增加有机物在水中的溶解度和有机物的稳定性。羧酸与醇,或自身具有羧基和羟基两种官能团的有机物(如乳酸)在浓硫酸中加热便可合成酯。高中阶段中通过酯化反应涉及到三种类型的酯类:一是由羧基和羟基结合成的普通的酯,其中酸和醇都可能不止1分子,如乙酸乙酯、甘油三酯、已二酸二乙酯等。二是形成环酯,有三种情况,第一种是羟基酸中分子内的羧基和羟基结合,由一分子有机物形成环酯,又称内酯;第二种是两分子的羟基酸通过酯化反应聚合成环酯,产物中相同基团处在对位位置上,最典型的例子便是乳酸(CH3CH(OH)COOH)分子所形成的二聚乳酸;第三种是二元酸与二元醇通过酯化反应聚合成环酯,如乙二酸与乙二醇的聚合物。三是形成高聚酯。小分子的二元酸和二元醇可通过酯化反应形成长链,聚合成高分子化合物。这种反应是缩聚反应,有多少分子的羧酸和醇聚合,就有多少分子的H2O生成。
5.酯基
酯类(包括油脂)最主要的性质便是水解。酯水解有两种方式,经酸化处理后得到的是酸和醇;在碱性条件下,反应生成的酸与碱中和,促进反应的进行,使酯化反应进行得比较彻底。
《最简单的有机化合物――甲烷》选自《化学必修2》第三章第一节。必修模块的有机化学内容,没有完全考虑有机化学本身的内在逻辑体系,教材的起点低。本节以最简单的有机物甲烷为切入点,从学生已有的生活背景知识出发,介绍甲烷的结构、主要性质以及在生产、生活中的应用。从结构的角度适当加以深化,建立有机物“结构――性质――用途”的认识关系。本节课是有机化学的入门,也是学生化学学习一个新的开始。
二、学情分析
知识储备:学生在初中化学已经知道甲烷是一种化石燃料,可以燃烧,能从甲烷的组成上认识燃烧反应的产物,但不能从结构角度认识其性质;掌握了物质结构和化学键理论,具备学习本节内容的理论基础。
学习方式:喜欢从熟悉事物入手学习新知识,对图片、实物感兴趣,喜欢自己动手实践。
认知方式:缺乏对知识进行主动探究和建构的能力。
三、教学目标
知识与技能:了解自然界中甲烷的存在及储量情况;通过实践活动使学生深刻认识甲烷的结构特点;通过实验探究理解并掌握甲烷的取代反应原理。
过程与方法:通过探究实验、模型、图片、动画等,培养学生关心科学,研究科学和探索科学的精神;通过讲授、讨论、自学、小组合作等教学方法和比较、类比等科学方法与逻辑方法,教给学生科学的学习方法;培养学生设计实验、观察实验,并根据实验现象得出可能的规律的能力。
情感态度与价值观:引导学生关注人类面临与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感和参与意识;通过甲烷的结构和性质的探索,激发学生学习化学的兴趣。
四、教学重点和难点
教学重点:甲烷的结构特点、甲烷的化学性质。
教学难点:甲烷分子的空间结构模型的建立、理解甲烷和氯气取代反应的机理。
五、教学方法
教学方法:情景创设、问题探究、小组合作交流等。
六、教学过程
(设问)请同学们说一说,你对有机物有哪些了解?
学生1:初中我们学过的甲烷、乙烯、乙炔、乙醇等物质都是有机物。
学生2:我们生活中吃的米、面、油、肉都含有机物。
学生3:我们穿的棉布、丝绸、各种化纤面料都含有有机物。
学生4:我们生活中用的中型笔、饮料瓶等塑料制品、橡皮、汽车轮胎等橡胶制品,都含有有机物。
(图片展示)多媒体展示常见的有机化合物的图片,让学生欣赏图片。
(引言)我们的吃、穿、用等都离不开有机物,那么从今天开始我们学习有机物。
(板书)第三章有机物
(学生)阅读课本第三章引言。
练习1.下列物质属于有机物的是
(1)H2S(2)C2H2(3)CO2(4)C2H5OH(5)CH4(6)Na2CO3(7)CH3COOH(8)金刚石(9)H2CO3(10)C12H22O11
讲解:除二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐及碳酸氢盐外,绝大多数含碳的化合物都是有机化合物。也就是说有机物一定含碳元素,但含碳元素的物质不一定是有机物。
练习2.下列有机物属于烃的是
(1)CH3COOH(2)C2H2(3)C2H5OH(4)C2H4(6)CH4(7)C12H22O11(8)(C6H10O5)n
探究活动一:探究甲烷的组成及分子式。
提出问题:英国科学家道尔顿在1804年在沼泽中收集到甲烷并测得甲烷的组成。其途径是:电炉加热生成气体通入浓硫酸碱液吸收。取16g甲烷燃烧完全后,产物中有44gCO2和36gH2O。又测得甲烷的相对分子质量为16,请推断:
甲烷的元素组成?如何确定甲烷的分子式?请表示出甲烷的电子式和结构式?
(学生)由题给数据推测甲烷的组成元素;通过计算确定甲烷的分子式;根据分子式写出甲烷的电子式和结构式。
(过渡)结构式仅用来表示分子中原子的连结顺序,不能表示分子中原子在空间的分布。我们知道了甲烷的分子式和结构式,那么甲烷分子的结构是什么样的呢?
探究活动二:探究甲烷分子的结构。
已知:实验测得甲烷分子中4个C-H键完全相同,每相邻的两个C-H键之间的键角、键长、键能都相等。
(活动)同学们利用手中的硬纸板、橡皮泥、小番茄、牙签等,制作出你们认为甲烷可能的空间构型。
提问:请××同学来总结你们小组讨论的结果,并展示你们的作品。
(实践活动)依据课本P60,制作正四面体模型。
(展示)甲烷的分子模型(球棍模型和比例模型)。
(讲解)结构式实际是分子球棍模型在平面上的投影,表示分子内各原子的成键情况。球棍模型能表示分子内各原子在空间的相对位置和立体构型。比例模型能表示分子内各成键原子的相对大小和在空间的相对位置。
(学生)根据甲烷分子模型结合实践活动,说出甲烷分子的结构特点。
近年来,随着我国对创新型人才培养问题的日益重视,大力加强素质教学,培养和激发学生的创造力的同时,进一步巩固学生的基础知识就显得尤为重要[1]。在我国,无论是在综合性院校、理工科院校,还是职业技术院校,大都开设了高分子的本科专业,包括:高分子化学与物理专业、高分子材料专业以及高分子加工专业等。在课程设置方面,基本都开设了高分子化学、高分子物理和高分子分析方法等基础课程以及高分子专业基础实验。然而我们在教学实践中发现,学生很难将之前开设的基础课程中的知识融会贯通,对生活实例不能做出相应合理的解释。高分子作为一个实用性很强的专业,各门专业课之间有着密切的联系:利用高分子化学知识合成出不同结构的高分子材料,高分子材料的结构将直接影响其性能,在对材料进行加工时又需要运用高分子物理和流变学等知识[2]。如果学生们不能将专业基础知识活学活用、融会贯通,那么他们将很难应对高分子专业相关工作中的实际问题。因此,我们尝试针对高分子专业的培养方案,在开设高分子化学、高分子物理、高分子成型加工以及高分子结构分析方法这些专业课程的基础上,新增了一门《涂料学》课程,安排在第7学期进行,计划学时为32学时。力求通过本课程的学习,巩固之前学到的专业知识并将其融会贯通,同时拓宽学生的知识面,提高其实践能力。为了达到教学目标,培养出基础扎实、有创新思维、创新能力的高素质人才,《涂料学》课程的本科教学内容和教学方法的设计就是必须考虑的首要问题。为此,笔者结合从事涂料课程教学与科研的经验,参考接收本科生进行涂料实习单位的反馈意见,同时结合《涂料学》课程自身特点,做了一些初步的探讨。
一、《涂料学》课程的特点和意义
高分子的主要应用领域集中在涂料、塑料、粘合剂和助剂四方面。进入21世纪以来,我国涂料行业发展迅速,对涂料行业科研技术人才的需求量大大增加[3]。为此,在国内一部分高校中的高分子相关专业开设了涂料相关课程。《涂料学》课程是建立在高分子化学、有机化学、无机化学、胶体化学、表面化学与表面物理、流变学、材料力学、光学和颜色学科基础上的一门综合性学科,但又不是这些学科的简单加和而有其自身理论。对于高分子专业的学生而言,如何能将其学到的无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理等基础知识贯穿统一起来,《涂料学》无疑是一个不二选择。开设涂料课程,一方面使今后从事涂料行业的学生进入工作岗位后,尽快成为行业技术骨干;另一方面对于今后从事非涂料领域的高分子学生而言,课程的学习过程也是对之前学到的化学和材料学基础知识巩固、加强和提高的过程。
二、《涂料学》教学的主要内容
涂料学课程的内容多,课时少,教师难以在短时间内将涂料行业所需的内容讲深、讲透。在课程教学的过程中,教师应该坚持理论结合实际的教学方针,对知识结构优化调整,做到简单而不浅显,深奥而不枯燥。在教学内容上,要注重两方面的统一:一方面注意《涂料学》课程章节间的联系和统一,这门课程涉及到涂料概述、颜料、溶剂、树脂等内容,各部分内容既相对独立,又相互联系;另一方面,要把握《涂料学》课程与无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理等基础知识贯穿统一。教师在教学中应该重点介绍以下内容。
1.涂料的基本知识。这部分内容主要介绍涂料概念、组成、类别、功能以及发展概况。结合日常生活所接触的涂料,使学生掌握涂料的基本概念、分类和作用。让学生们了解到,现代涂料学的发展是以化学,特别是高分子科学为基础,结合界面科学和流变学发展起来的。了解涂料的发展背景和面临的挑战,懂得涂料的发展趋势。通过对目前报道较新的,具有特殊功能的涂料的介绍来激发学生对涂料的兴趣,并为以后进行涂料的科学研究开好头。
2.颜料相关理论。颜料和填料是涂料生产不可缺少的成分之一。其作用不仅是色彩和装饰性,更重要的是改善涂料的物理化学性能,提高涂层的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性。让学生了解遮盖力、着色力和吸油值等基本概念。在授课过程中,这部分知识与物理化学中的双电层理论联系紧密,可以对以前的基础知识巩固提高。关于颜料的分散是教学的重点。
3.溶剂知识。溶剂是不包括无溶剂涂料在内的,各种液态涂料中所含有的,为使得液态涂料完成施工过程的必要的一类物质。原则上不构成涂膜,也不存留在涂膜中。在授课过程中,这部分知识与有机化学和高分子物理中的极性、溶解力、粘度等相关知识联系紧密,可以对以前的基础知识巩固提高。在教学中,使学生掌握根据溶剂理论选用溶剂和改善涂料性能,了解有机溶剂对环境的危害,开发绿色水性涂料和高固体份涂料是涂料行业的趋势。
4.树脂知识。成膜物质是组成涂料的基础,它具有粘结涂料中其他组分形成涂膜的功能,对涂料和涂膜的性能起到决定性的作用。例如,在丙烯酸树脂章节中的内容与高分子化学基础课中自由基聚合和聚合方法的相关知识密切联系。不饱和聚酯树脂、醇酸树脂和聚氨酯章节中内容与高分子化学基础课中的缩聚和逐步聚合相关内容联系紧密。因此,授课的过程也是对以前的知识复习,深入体会和提高的过程,将这些基本知识与涂料制备技术相互渗透,相得益彰,这也正是开设《涂料学》课程的特色。
三、教学方法
1.教学与生活、生产相结合,注重理论联系实际。涂料是一门理论性和应用性都很强的交叉学科。理论知识比较晦涩,但大多数基本理论知识都已经在本科基础课教学阶段涉及,在涂料课程中只是有针对性的学习,必须与实际结合才能使学得的知识深化和牢固,也才能引起学生的兴趣。在教学的初期阶段,为了使得学生尽快入门,熟悉涂料学,就要将日常生活、生产与涂料结合,介绍生活和生产中涂料的应用,提高学生从心理上对课程的接受程度。众所周知,涂料学的特点是“入门易、学懂难”。为了提高教学效率,改善教学效果,必须要注重理论联系实际。这种联系实际上是基础知识与涂料学的联系;涂料学与实际应用的联系。把涂料学作为有机化学、高分子化学、高分子物理等基础知识实践的对象,会使学生对所学过的基础知识巩固提高,为今后打下坚实的理论基础。在涂料学理论实践过程中,学生可以去涂料生产厂和研究院所参观学习。学习涂料生产方法和检测方法,了解生产设备和检测仪器设备。学生往往很有兴致,注意力高度集中,因此将理论知识寓于合适的实际背景中进行讲授效果明显。
2.开设涂料实验。在高分子化学实验的基础上,开设涂料实验课程[4]。高分子化学实验中,一般开设甲基丙烯酸甲酯(或苯乙烯)的乳液聚合、聚酯合成实验等,可以在这些实验的基础上,进一步开设丙烯酸乳液合成、低分子量聚酯合成以及低分子量聚酯与异氰酸酯固化等,并且可以进一步开设乳胶漆的制造、涂料性能检测等系列实验,让学生自己合成树脂,自己配制涂料,自己对涂料和涂层进行检测。通过实验,不但将课堂所学到的理论知识通过实验巩固提高,而且训练学生进行涂料生产和科学研究的方法,培养学生的动手能力,分析和解决问题的能力。
四、结语
总之,笔者对在高分子专业本科教学中开设《涂料学》课程的必要性、优化教学内容、改进教学方法进行了初探,提出开设《涂料学》课程的必要性:一方面,对于处于专业知识学习的学生而言,通过本课程的学习,加强他们对高分子专业基础知识的巩固,为今后从事高分子相关专业的工作打好坚实的理论基础;另一方面,针对今后从事涂料行业的学生,涂料行业快速发展,科技含量越来越高,涂料学课程的开设正好可以满足涂料行业对大批高层次科研技术人员的需求。
参考文献:
[1]徐光宪.我对素质教育的认识[J].大学化学,2004,19(3):1-8.
[2]陈立贵,袁新强,李雷权,等.构建符合学校定位的高分子专业人才培养方案的研究[J].科技资讯,2009,(22),161-162.
[关键词]
三重表征;深度学习;有机化学
有机化学比较抽象,反应机理与反应呈现方式和无机化学不同,学生入门较难。甲烷是最简单的有机化合物,是学习有机物一个很好的切入点。通过对甲烷的学习,可以帮助学生认识有机物的一般性质;从甲烷的结构特点可以拓展到乙烷、丙烷、丁烷及其同分异构现象以及碳原子的成键方式的多样性,从结构的多样性初步认识种类繁多的有机物;从甲烷的取代反应认识有机反应的机理与特点。“甲烷”的学习过程及方法将对以后学习其他有机物起到“样板”的作用,相关的学习方法和策略将在以后的学习中得到迁移。本文以鲁科版高中化学《化学2(必修)》“甲烷”教学为例,探索运用“三重表征”教学模式,促进学生进行高中有机化学的深度学习。
一、理论基础
(一)三重表征
表征是现代认知心理学的核心概念之一,知识的表征是指“信息在人脑中呈现和记载的方式”[1]。化学在宏观层面上研究物质的性质及其变化,同时也要深入微观层面研究物质的组成、结构,为了方便交流与研究,就有必要设计一套独特的、系统的符号来表示物质的组成、结构、性质、变化过程等。因此,在化学学习过程中就形成了对物质及其变化的三种表征形式:宏观表征、微观表征和符号表征。
宏观表征主要是指物质的物理性质以及在化学变化过程中可观察到的现象等在大脑中记载和呈现。微观表征主要是指构成物质的相关微粒的结构、微粒间的相互作用、微粒的运动、变化等微观知识在大脑中记载和呈现。符号表征主要是指一系列具有特定含义英文或拉丁文字母组成的符号或图形在大脑中记载和呈现。
化学学习就是从宏观、微观、符号三重表征的水平上认识、理解、记忆并应用化学知识,同时建立三者之间的有机联系,形成化学学习的独特思维模式。
(二)深度学习
深度学习是当代学习科学理论提出的新概念。学习科学是20世纪70年代出现的新的一门综合性的科学,是研究教与学的跨学科领域(包括认知科学、教育心理学、计算机科学、管理学、社会学、神经科学和其他领域)。
深度学习是指学习者在理解的基础上批判性地学习新知识,将它融入原有的认知系统中,与认知系统中的其他知识进行联系,并将获得的知识迁移应用到新的情境中,决策解决相关问题[2]。深度学习倡导学习者积极主动地探索,强调理解与批判地学习,注重对知识的整合与建构,并在学习、生活中实践、迁移应用与反思。
二、基于“三重表征”的高中有机化学教学案例剖析
(一)教学内容
此教学案例选取鲁科版高中化学《化学2(必修)》中第3章第1节“认识有机化合物”第一课时“有机化合物的性质”为教学内容,以“甲烷”为例学习有机化合物的性质。
(二)教学目标
知识与技能目录:了解甲烷的物理性质;掌握甲烷的重要化学性质;认识甲烷的空间结构,初步具有空间想象能力;了解取代反应的概念及反应机理。
过程与方法目标:通过实验探究,培养学生观察能力、分析推理并解决问题的能力以及合作精神;引导学生运用观察、实验和查阅资料等各种手段获取信息;通过各种模型认识甲烷分子的空间构型;通过动画演示,理解甲烷发生取代反应的机理;通过“三重表征”教学模式,培养学生运用“宏观―微观―符号”的联系解决问题的化学思维。
情感、态度与价值观目标:通过甲烷的性质认识有机物的性质,培养从个别到一般的认识规律;通过实验激发和培养学生对有机物的好奇心和探究欲,提升学习兴趣;体会有机物与生活、生产、社会环境及其他科技领域的广泛联系和相互作用,确立可持续发展的思想和社会责任感。
(三)教学过程主要板块
教学板块1:创设情境――宏观表征
教师活动:展示一套“西气东输工程竣工”的纪念邮票。邮票分别为“气源开发”和“管道建设”,两枚组合在一起,并用一条鲜明的红线标示4000多千米的管道走向,是当代中国的“能源动脉”。请问“西气”的主要成分是什么?你对该气体有哪些了解?
学生活动:回顾初中学习甲烷的相关物理性质及用途。
设计意图:以“西气东输”为素材创设情境,学生对甲烷可作为重要能源这一宏观表征有了较为直观的认识,并回顾了甲烷的相关物理性质。
教学板块2:甲烷分子结构的探究――宏观表征微观表征符号表征
教师活动:请同学们设计实验证明甲烷含有C、H两种元素。
学生活动:分组讨论并汇报实验方案:验纯后点燃甲烷气体,并在火焰上方罩一个干冷的烧杯,若烧杯内壁有水珠生成,证明含有H元素;再往烧杯中加入少量的澄清石灰水,若澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳气体生成,证明含有C元素。
教师活动:邀请一位学生共同完成实验。
学生活动:观察并描述实验现象得出结论:甲烷含有C、H两种元素。
教师活动:通过实验测出了甲烷分子中含C元素75%,含H元素25%。求甲烷的分子式。
学生活动:计算甲烷分子中n(C)∶n(H)=1∶4,甲烷的分子式为CH4。
教师活动:甲烷分子中一个碳原子与四个氢原子如何形成化学键?碳原子最外层有四个电子,氢原子最外层有一个电子,二者均不易得或失电子,一个碳原子最外层的四个电子。
以分别与四个氢原子形成四对共用电子对,即四个共价键。可表示为:
那么,甲烷分子的空间构型是怎样的?学生们用水果(橡皮泥)、牙签制作甲烷分子可能的空间构型。
学生活动:学生通过小组合作完成甲烷分子可能的模型。
教师活动:科学家通过研究发现,以上空间构型中正四面体型最稳定。我们把四个相同大小的气球绑在一起,发现四个气球分别指向正四面体的四个顶点,在外力的作用下四个气球间的夹角发生改变,但是取消外力作用后又恢复正四面体构型。
小结:
甲烷燃烧的化学方程式:CH4+2O2[点燃]CO2+2H2O
甲烷分子的电子式和结构式是在二维平面上书写的,四个碳氢共价键分别向上、向下、向左、向右,它们对应于三维空间上正四面体结构,注意“二维”平面与“三维”空间的转换,做到写在平面,想在空间。
设计意图:引导学生设计并观察宏观实验现象,探究甲烷的元素组成。通过计算分析甲烷的分子式,并探究甲烷分子中C、H原子的成键方式以及分子的空间构型,并用结构简式、电子式、结构式表示,实现了“宏观表征”“微观表征”“符号表征”的转换,形成“三重表征”的有机结合。
教学板块3:甲烷的化学性质――宏观表征微观表征符号表征
教师活动:演示实验:将甲烷气体分别通入盛有加入紫色石蕊试液的盐酸、加入酚酞的氢氧化钠溶液和酸性高锰酸钾溶液的三支试管中。
学生活动:观察实验现象:三支试管中的溶液均不褪色。
教师活动:通常情况下,甲烷的性质比较稳定,一般不与强酸、强碱、强氧化剂发生反应,但是甲烷的稳定性是相对的,在特定的条件下也会发生某些反应。
演示实验:取一个100mL量筒,用排饱和食盐水的方法收集体积比约为1∶4的甲烷和氯气,放在光亮的地方。一段时间后观察发生的现象。
学生活动:观察到的实验现象:①生成油状物;②试管内气体颜色变浅;③倒立于水槽的量筒内液面上升。
教师活动:在光照过程中,甲烷与氯气发生了反应生成油状液体,气体总量减小,且反应后生成的物质极易溶于水,量筒内压强减小,置于水槽中,液面上升。
教师活动:电脑动画模拟甲烷与氯气发生取代反应的过程。
球棍模型演示甲烷与氯气发生取代反应的过程,如图1、图2、图3、图4所示。
甲烷在光照的条件下能与氯气发生反应,生成多种含氯有机物和氯化氢,其反应方程式为:
在上述反应中,甲烷分子中的氢原子逐步被氯原子代替。有机化合物分子里的某些原子(或原子团)被其他原子(或原子团)代替的反应叫做取代反应[3]。
设计意图:通过对宏观实验现象的分析,进而深入研究反应的微观机理,最后用化学符号表示出甲烷与氯气的取代反应,引导学生从“宏观表征”入手,用多种“微观表征”手段逐步深入理解,最后用“符号表征”来表达化学反应,使学生将“三重表征”相互联系起来,并在头脑中形成对该反应的“三重表征”的相互转化。
教学板块4:知识归纳总结――“三重表征”总结及概念建构
教师活动:引导学生回顾本节知识,建构“三重表征”教学图,如图5所示。
图5 甲烷的“三重表征”教学图
设计意图:通过“三重表征”对知识进行归纳,并建立起三者之间的联系与转化,能够在一定程度生促进学生对相关知识的理解与应用,能够促进学生在头脑中更加有序合理地对知识进行组织和建构。
三、基于“三重表征”促进高中有机化学深度学习的思考
(一)丰富呈现方式促进深度学习
多元智能理论认为,每个学生个体的智能存在差异,每个人都有其特有的智能结构,因此每个学生的学习风格和学习倾向是不同。教师要使用各种不同的教学方法,使每个学生都能发挥智能强项以达到深度学习的目的。在运用“三重表征”教学模式进行教学时,由于“符号表征”有固定的形式与特定的含义,不能随意变更,但是“宏观表征”与“微观表征”可以选择不同的素材、呈现不同的方式以适应、发展不同学生的智能。
例如,在创设情境中对甲烷的用途进行“宏观表征”时,可以选择“西气东输”“可燃冰”“沼气”等素材为切入点,呈现时可以用图表、插图、视频等形式。再如,在对“甲烷与氯气发生取代反应”进行“微观表征”时,可以让学生观看甲烷发生取代反应机理的动画模拟视频,形成感性认识,接着教师提供球棍模型模拟反应过程,也可以让学生自己用球棍模型或水果(橡皮泥)模型来模拟甲烷发生取代反应的过程,体会反应中旧键的断裂与新键形成的过程,旧键断裂的位置等。
(二)强化微观表征促进深度学习
深度学习要求学生能够对物质的性质、变化、用途等宏观表征进行系统地学习,并深入微观层面理解、分析、思考其内在原理,形成基本的化学观念与化学思维方法,在相似的问题情境中能“举一反三”,并把微观表征抽象为化学符号。微观表征具有抽象性和复杂性,看不见,摸不着,学生在理解上存在很大的难度,微观表征的缺失将严重影响学生对化学反应微观本质的认识,不是建立在微观表征基础上的符号表征便只是一些僵化生硬的符号,无法实现“宏观―微观―符号”三重表征的有机融合。
例如,在模拟甲烷与氯气发生取代反应的动画视频中,教师要引导学生从以下几个方面进行观察:混合体系中分子在不断地做无规则运动;两种分子的空间构型不同,直线型的代表氯气分子,正四面体型的代表甲烷分子;两种分子在无规则运动中发生碰撞,有些碰撞促使甲烷分子中的一个碳氢键以及氯气分子中的氯氯键发生断裂,其中一个氯原子取代了甲烷分子中的一个氢原子生成一氯甲烷,被取代的氢原子与剩下的一个氯原子结合形成氯化氢分子;同样的机理,生成的一氯甲烷可以与氯气继续反应,逐步生成二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷以及氯化氢分子。在观看视频的同时教师进行引导与讲解,让学生对甲烷与氯气发生取代反应的历程有了全面整体的认识,并把画面保存在记忆中。对甲烷与氯气发生取代反应的机理的深度理解,为以后学习其他有机反应的反应历程提供了一个很好的范本,学生就可以做到举一反三、迁移应用。
(三)运用多重联系促进深度学习
深度学习关注知识的建构,强调知识的整合、迁移与应用。这就要求教师在教学过程中引导学生透过纷繁复杂的宏观现象获取有用的信息,深入微观层面深刻理解,并用固定的化学符号进行表征,方便交流。多重联系策略是指在化学学习过程中,有意识地将某一化学知识的宏观表征、微观表征具体化、形象化、可视化,并把二者精炼浓缩成抽象图形或化学符号,这些符号表征就赋予了特殊的意义,而不是将它当作孤立的符号去机械记忆,从而实现宏观表征、微观表征、符号表征的多重联系[4]。在教学中,教师要有意识地引导学生将某些知识的三重表征联系起来,并且形成对这一化学知识的不同表征间的相互转化,以促进对这一化学知识结构的自主建构,促进学生的深度学习。
例如:甲烷与氯气发生取代反应
宏观表征:甲烷与氯气发生取代反应的实验现象。
微观表征:通过动画演示、球棍模型或水果(橡皮泥)模型模拟甲烷与氯气发生取代反应的机理。
符号表征:甲烷与氯气发生取代反应化学方程式。
从宏观现象入手,透过一个特殊的“显微镜”――“微观表征”,放大甲烷分子与氯气分子,可以“看到”微观的反应过程。再把微观的反应过程通过符号抽象出来,形成了能表达反应过程,具有特殊意义的化学反应方程式。应用多重联系策略,可以将化学知识统一于结构化、模式化的框架中,有利于学生对知识的建构与迁移,深入理解知识的内涵,掌握化学研究的基本思维模式。
(四)深入交流体验促进深度学习
深度学习是一种基于深度的交流与体验的学习,它改变了传统教学中把学生看成“接受知识的容器”,缺乏对知识的建构、反思等思维过程。每个学生都是独一无二的学习个体,为了一个共同的学习目标走进课堂,教师要充分挖掘每个学生独特的学习经验,激发他们的学习热情,在课堂上通过与教师、同伴、文本及自我的平等对话交流碰撞思维、批判反思,对所学的知识充分理解内化,提升学习品质,促进深度学习。
例如,在“探究甲烷分子的空间构型”教学过程中,教师要给予学生充分的时间进行交流。甲烷分子中碳氢原子个数比为1∶4,一个碳原子可以与四个氢原子形成四个共价键,教师要鼓励每个学生充分发挥自己的想象力,预测甲烷分子可能的空间构型,并与学习小组的其他成员充分交流。在深入交流后,学习小组成员一起动手体验制作模型。学生经过头脑风暴后制作出的模型有三大类:平面正方型、正四面体型、不规则四面体型,最后教师引导学生通过动手制作气球模型,体验正四面体型的空间构型最稳定。如果没有经过以上的交流体验,而是教师直接把甲烷分子的空间构型告诉学生,那么学生只是死记硬背,既容易忘记也不利于后续的学习。例如,在讨论甲烷的二氯代物有几种结构时,很多学生根据二氯甲烷的结构式有两种形式,而认为二氯甲烷有两种同分异构体。如果学生对甲烷分子的正四面体型的空间构型理解透彻,就不会出现这样的理解误区。
总之,教师在教学中要积极探索应用“宏观-微观-符号”三重表征相结合的教学模式与策略,培养学生“宏观-微观-符号”三结合学习化学的科学学习观,有利于建构科学的知识体系,掌握化学研究的基本思路与方法,促进学生的深度学习。
[参 考 文 献]
[1]皮连生.智育心理学[M].北京:人民教育出版社,1996.
Abstract:The implementation of elective courses is a prominent issue in the new curriculum reform.The prerequisite of the implementation for the teaching of elective courses is to understand the functions of improving chemical science,developing students'personality,and promoting teachers'professional growth.The important task of elective courses is to grasp the logic inherent relationship between inpidual modules.The key of the effective implementation of elective courses is to properly handle the materials,teachers,teaching,curriculum management,curriculum resources,teaching evaluation and other issues.
Key words: elective courses in senior high schools;implementation;thinking
长期以来,我国中学课程一直是必修课程“一统天下”的局面,导致原有课程体系相对稳定和固化。选修课在我国中学课程结构中虽然每每被提出,却又每每被边缘化。鉴于此,新一轮高中课程改革将选修课程以模块(包括必修课)的形式进行了全新的设计,这种新的课程结构为选修课取得合法的课程地位的同时,也为选修课的真正实施提供了基本保障。就化学科目而言,《普通高中化学课程标准》(实验)将高中化学课程划分为2个必修模块和6个选修模块。这种以模块形式出现的课程,在中学尚属首次。那么,在没有现成、成熟的可供借鉴的经验的前提下,为了体现课程标准设计意图,真正落实选修课程,模块化的化学选修课程应该突出哪些功能?6个选修课程模块之间的关系怎样?在实施过程中有哪些问题值得关注?本文拟作初步思考。
一、高中化学选修课程的功能
普通高中化学新课程中,一共设计了6个独立可供学生选修的模块:化学与生活、化学与技术、物质结构与性质、化学反应原理、有机化学基础、实验化学。每一个模块都以一个特定的主题作为该模块组织的核心,模块中的所有内容都紧紧围绕这一主题设置。学生在模块课程中所获得的不再是一个个孤立的知识点,而是一种在主题统摄之下的结构化的知识框架。从整体上,模块化的高中化学选修课程突出了三大功能。
(一)提高化学科学素养
化学科学素养是结合化学科目特点的科学素养,其构成要素包括:化学科学知识、化学科学能力、化学科学方法、化学科学意识和化学科学品质。基于可持续发展的理念,从学生适应现代生活和未来发展的需要出发,高中化学课程在必修课程模块的基础上综合设置选修课程模块,以进一步突出对科学探究、科学过程、科学方法等方面的要求,以进一步强调对科学本质的认识、对科学现象和原理的理解、对科学的积极态度和情感,从而达到进一步提高学生科学素养的课程宗旨。这里选修课程模块所要提高的化学科学素养,是一个面向全体学生的化学科学素养,也是选修课程模块设计的整体共性。
(二)发展学生个性
发展学生的个性的关键就在于构建灵活、开放、多样化的课程结构,并赋予学生充分选择的权利,以适应学生发展的个别差异。化学选修课程模块的设置,丰富了选修内容,拓展了学生的选择空间,为部分学生未来的专门化教育打下基础,为少数对化学有极大兴趣并在化学上有强烈发展愿望的学生提供较大的拓展空间。如化学反应原理、物质结构与性质等模块,在必修的基础上,适当拓宽知识的广度、加深知识的难度,使得选修学生的技能与特长得到展现与发展,为未来从事化学或相关方向的学生奠定基础。
(三)促进教师专业成长
选修课程的开设,教师和教师队伍面临新要求、新挑战的同时,也为教师的专业化发展,教学质量的提升,教学内容、教学方法、教学手段的改革以及教师队伍的合理化建设方面提供了更多的机遇。选修课程首先促使教师主动转变传统的教学理念,即从“教教材”到“用教材教”的转变,从既有课程的忠实实施到积极开拓的转变。其次,促使教师不断更新自身的知识贮备、促使教师不断提高化学专业技术与教学能力、促使教师参与到课程开发、设计、实施与评价中来,从而激发教师的自主性和创造性。
二、高中化学选修课程的关系
高中化学选修的6个模块都赋予2个学分,同等地供学生自由选择。这6个模块的设置试图完整涵盖化学所有的领域。因此,每个模块均有各自的侧重。如果按照经典的课程类型来分,具有明显“学科中心”倾向的模块有:化学反应原理、物质结构与性质、有机化学基础;具有明显“社会中心”倾向的模块有:化学与生活、化学与技术;实验化学则具有介于“学科中心”与“社会中心”的活动课程性质。当然,这种分类,不是非此即彼,而是根据课程主题所表现出来的性向作出的一种划分。那么,更为细致地根据每个选修模块的具体内容,可分为以下三类:侧重化学知识应用(化学与生活、化学与技术);侧重化学基本原理(化学反应原理、物质结构与性质);侧重化学实验方法(有机化学基础、实验化学)。进行这种选修课模块分类,目的在于理顺其间的关系。意义在于:对于学生来说,可以根据自己的兴趣倾向,选择选修相应的模块。如文科倾向的学生,就可以选择化学与生活这类课程。这类课程降低了对化学专业知识的要求,强调了应用性;对教师来说,可根据各模块不同的知识与能力要求,相应采取不同的教学方式与教学方法的要求。如开设化学与生活模块的教师,必定要具备宽广丰富的知识面;开设化学反应原理的教师则要有精深的化学知识。那么,在进行教师培训时,就可以有相应的侧重。因此,理清关系,有利于选修课程的开展与教学的有序进行。
这种6个选修模块课程的总体构建应该是成功的。但是,从模块构建的思路上看,仍然有些地方值得商榷。例如,化学与生活模块的构建思路是:认识生活必需的化学物质、用化学知识解决生活问题、化学使你的生活更美好。化学与技术模块的构建思路是:化学是实用技术的重要基础、化学帮助你选择理想职业、为学生的实践活动提供资源。可以看出,两个模块的设置,都同时以强调社会联系为主题,两者之间的界线不是非常明晰,有相互交叉的部分。那么,这种“我中有你,你中有我”的两个模块的相互独立,会不会不利于教师的教学与学生的学习呢?换句话说,如果有机融合两个模块的知识,会不会取得相得益彰的效果呢?
三、高中化学选修课程的实施
(一)误区分析
化学选修课程在实施过程中存在误区之一在于认为选修课是必修课的补充。持这种论点的人,把选修课当成必修课的陪衬,使得选修课成为必修课的附属,或完全被必修课侵占而名存实亡,选修课演化为竞赛课、差生辅导课等。误区之二在于把选修课的内容当成大学内容的下放。这种错误的认识,使得有些教师一味追求知识的深、广。如出现将有机化学基础这一选修模块,上成大学有机化学的入门课,极大挫伤了学生的学习兴趣。误区之三在把选修课变成随意课。学校管理、教师教学、学生选择都表现出一定程度上的松散性和随意性。教师失去上课的积极性,学生对课程的期待下降。选修课一定程度上成为休闲课、放松课。
要走出以上诸多误区,首先要认识选修课程开设的目的、作用。在我国缺乏开设选修课土壤的背景下,认识上的及时转变显得十分迫切。
(二)问题与建议
选修课程的实施至少面临以下几个方面的问题:教材、教师、教学、课程管理、课程资源、教学评价。
1.教材
教材是课程内容的重要载体,是课程实施的基本依据。选修课程教材的编写应该忠实反映出课程标准的要求,教材内容选取又要符合选修课程模块的特点。因而从对课程标准的真正内涵的完整理解与把握,再到编写者依照自己的理解选取教材编写的内容,最后教师用教材教,这三者之间不可避免地存在一个“两级”落差。如何克服或缩小这种“两极”落差,就需要在开发教材方面,国家、社会、学校通力合作,在人力、财力、物力上持续投入,通过整合优势资源,组建经验丰富的“专业队伍”编写教材。在诸多版本的教材问世之后,加强对教材评价与审查机制的完善也显得十分必要。
2.教师
教师是课程最终的执行者,是选修课程开设成败的关键。目前,许多中学存在一定程度上的结构性缺编,部分经济薄弱地区还存在师资力量匮乏的情况,这些与选修课开设对教师的数量要求产生矛盾。另外,很多学校教师在繁重的教学任务压力下,参与继续教育时间少,参加新课程培训的机遇少,造成教师对新课程理念理解模糊,对模块化的选修课程功能、特点等了解不够,这些又与选修课开设对教师的素质要求相矛盾。对于以上问题的解决,除了加强对教师进行有效培训外,还可积极展开区域合作,充分利用社会其他的资源,实现优势资源共享。如靠近大、中专院校的学校可聘请高校教师或专家担任选修课的教师,也可聘任临近学校开设选修课成功的教师兼课。从长远来看,加强本校师资建设,开展校本教研,仍必须作为一项长期工作来坚持不懈地抓。
3.教学
教学是促进人的发展的最基本途径,因此必须把促进学生的发展作为全部教学工作的出发点和落脚点。选修课程的教学,就要通过学生积极有效的参与,以化学知识为基础,以科学探究为突破口,激发想象,启迪思维,力求使学生在亲身经历的过程情境中掌握方法,获取知识,形成能力,培养积极的情感态度与价值观,实现知识与能力乃至生命的同步发展。与必修课程相比,选修课程的教学特点主要体现在教学目标多元化、教学内容弹性化、教学方法的灵活化。如化学与生活模块的教学目标,对不同倾向的学生可做“基本要求”“发展性要求”“拓展性要求”;教学内容可以随社会和时代生活的变化进行适当调整;教学方法可采用专题讲座、学生实践调查、学生自学、讨论等灵活的方式加以实施。在学习方式上,倡导学习的自主性、合作性、主动性,让学生在读中学、做中学、听中学、思中学、合作中学……从而获得学习化学的持久兴趣与全面和谐发展。
4.课程管理与课程资源
课程管理,是选修课程得以有序进行的保障。相关制度的建立和完备(如选课指导制度)成为课程管理的首要任务。选修课程指导主要是对学校和教师而言,包括尊重和满足学生发展需要,指导学生自主选择课程模块;教师在指导选课上应该遵从以学生为主体和因材指导的原则。指导过程中,有两种倾向应该避免:一是以高考为中心,“考什么、选什么”;二是按照学校和教师现有条件选择统一课程模块,而不考虑化学课程对学生未来发展的价值。课程资源的开发是选修课程实施的强大后盾。学校需要为选修课的开设提供相应的各种软件和硬件资源。软件资源建设包括学校建立的各种有助于选修课开设的规章制度的制定与完善、对选修课整体观念上的重视与关注、正确认识选修课的作用并大胆进行探索等等。硬件资源建设包括为选修课开设提供相应的设备、仪器、图书资料、网络支持等。例如,实验化学模块的开设,必然使得稀缺的实验资源得到充实,实验室的建设以及实验人员的配备等得到积极改善。
5.评价
对于选修课程模块的教学评价,要充分考虑不同课程模块的具体特点,有针对性地选择合理有效的评价方式和评价策略。对于《物质结构与性质》《化学反应原理》《有机化学基础》等模块,以纸笔测验为主,学习档案袋和活动表现等方式为辅对学生进行评价。《化学与生活》《化学与技术》模块以活动表现评价为主,提倡通过开展辩论、角色扮演、调查、社会实践等方式对学生进行评价,也可适当采取纸笔测验的形式,那么命题就要侧重“能力”立意,设计开放性、应用性的试题,综合考查学生对身边的化学现象和生活中化学问题的分析能力。《实验化学》模块评价可侧重过程性评价,从实验设计、实验过程、实验操作、实验报告、交流讨论、合作意识以及实验态度等方面予以考察。
不言而喻,对于选修课程模块的评价不可回避地与高考有关。新课程高考方案中是否给予选修课以应有的关注,决定了选修课开设的现实命运。“如果纳入高考,该怎样纳入”,成为人们的另外一种担忧。因为,“纳入高考会增加学生的学业负担(选修课在某种程度上又变成了必修课)和考试成本(怎样为众多的选修模块设置试题与组织考试)”。 [1]有学者做过这样的统计,根据化学课程标准的要求算出:“(1)非化学方向理科考生:必修加两个选修模块,试卷种类共15种;(2)化学方向理科考生:必修加四个选修模块,试卷种类共15种。化学科目需要试卷30种”。 [2]如不纳入,选修课的实施又会不会再次落入被淡化、被忽视的境地?
这种担忧是客观存在的。目前,模块学业成绩评价不失为一种相对可行的办法,它采用模块学业成绩测验与过程性评价相结合的方式进行。模块成绩测验作为学生学习完模块课程之后的水平性测试,目的在于检查学生在该课程模块的学习中所达到的水平,它包括笔试和开放式考试,应该由学校自主进行。 [3]过程性评价包括对教师教学的评价与学生学习的评价,评价结果应该是多元化的。结合这两种评价方式,可采用学分认定或等级性评价最终完成学生的学业成绩评定。高考方案可依据不同专业方向,对模块课程作出最低要求。这样,选修课程才能取得健康持续发展的环境和保障。
参考文献
一、反思备课过程的教学设计,建构学科观念
备课过程是根据课程标准的要求,将知识点进行梳理和筛选,结合学生的具体情况选取恰当的教学方法,优化课堂结构,以达到课堂教学效益最优化的目的。反思备课阶段主要涉及以下几方面。
1.教学内容反思
《乙醇》课题内容是以学生初中所学的有机化合物常识为基础的,提倡从学生的生活经验出发,在介绍了甲烷、乙烯、苯等烃的基础上引入的,体现着由浅入深,由简单到复杂的认知规律。课程标准要求:知道乙醇的组成和主要性质,认识其在日常生活中的应用[2]。教师要从学生生活实际和已有知识出发,从实验开始组织教学内容,尽力渗透结构分析的观点。教师需要特别注意的是必修中对有机化合物官能团的学习有所体现,但不能随意加深。如:乙醇的性质是本节课的重点和难点,教师通过结构分析促进学生理解,但不能推演到醇类的性质,要合理确定教学重点、难点,避免超标增加难度而影响学生学习化学的兴趣。
2.班级学情反思
从学生学习能力上看,经过近一个半学期的高中化学学习,学生已经初步学会了分析物质结构与性质的关系。从学生心理情况看,由于本单元知识十分贴近生活,都是生活中经常接触到的物质,学生的情绪与心理都会处于一种兴奋状态,会产生一种自然的探究欲望。教师把握好上述学生的特点,对培养学生学习化学兴趣将会大有帮助。从学生已有的对“乙醇”知识经验看:知道乙醇的元素组成和化学式,知道乙醇易溶于水,易燃,能做燃料、溶剂。
3.学法教法反思
有机物同无机物相比,在组成、结构、性质等方面有着明显的差别,因此有机化学知识是高一学生学习的难点之一。由于教学是分别针对某一具体有机物进行的,并且这些有机物的主要性质、典型反应及结构特点等内容有着明显差异,这些知识间的内在联系不易被发现或容易忽视[3]。
学生学习过程的主线设计为:从乙醇的组成、结构和性质出发,建立“组成―结构―性质―用途”的有机物学习模式,掌握学习和研究有机物的一般规律,为《有机化学基础》(选修5)的学习打下坚实的基础。
教学设计要对知识(教什么)和过程(如何教)做出决策,即要用恰当的方法教最有价值的知识。笔者教学前准备好供全体学生观看乙醇的大型比例模型和课堂上让学生自己搭建乙醇的小型球棍模型,化抽象为具体,促进对乙醇分子结构的理解,进而加深对乙醇脱水消去反应和与水对比分别跟钠反应差异性等性质的牢固掌握。结合本节课课程特点,乙醇教学设计的主线是:诗歌引入小结已知的乙醇用途观察乙醇物理性质动手搭建乙醇结构模型实验探究乙醇主要化学性质拓展乙醇用途课后延伸探究。
本节课结束后,笔者发现学生对“结构决定性质”的理解要经历一个渐进与发展过程。很多学生认为有机物的性质零乱而不系统的,有机反应是通过死记硬背来学习的,这样造成很大的记忆负担,觉得有机化合物的学习非常繁杂,学过亦忘记。因此笔者认为:醇羟基官能团是本节课的重难点之所在,要通过“乙醇”学习,建构“结构与组成决定性质,性质决定物质的用途”的学科观念。
二、反思课堂进程的教学组织,促进有效教学
课堂教学的对象是活泼可爱的学生,因此课堂教学是一个复杂的动态的过程。教学中的反思要求教师全身心投入教学活动,关注所使用的方法和手段以及达到的效果,捕捉教学中的灵感,及时调整设计思路和方法,使课堂教学效果达到最佳。
1.创设情境导入过程的反思
本节课中,由李白《将进酒》:“人生得意须尽欢,莫使金樽空对月”引领学生走进乙醇,通过实物展示多种品牌的酒激发学生的兴趣。教师请学生浅尝葡萄酒,闻高度白酒,观察乙醇,小结乙醇的物理性质。学生掌握很多关于酒文化的优美诗句,对课上品尝葡萄酒感觉十分新鲜,学习气氛很活跃。
但引入的内容不精练,占时过长。教师应力争用最少的话语、最短的时间,迅速而巧妙地缩短师生间的距离以及学生与教材间的距离,将学生的注意力集中到听课上来。
2.探究新知建构过程的反思
学习方法的引导要细致。学生进行乙醇催化氧化实验很是兴奋,实验观察往往是无序的。结果是实验场面激动人心,学生描述实验现象不全面。教师适时加强观察方法的指导,引导学生从固体、液体、气体三个方面来观察和描述,即①固体:铜丝的颜色先后的变化;②液体:铜丝插入乙醇中,乙醇有什么现象;③气体(或气味):乙醇的气味有怎样变化。学习方法的指导才能更好促进学生的思维品质向更深度发展。同时要引导学生合理安排时间,使整个实验过程更加紧凑。
教学预设与生成的处理要机智和灵活。学生观察了乙醇与钠的实验,与以前学过的水与钠进行比较讨论。笔者发现讨论中凸显出学生对水的结构不清晰,限制了用类比方法讨论的进行。这是课前没有预设到的,教学时让两位学生在黑板上分别写出乙醇和水的结构式,再鼓励其他同学给予评判。
要关心学生的个性特点。教师应把自己的角色定位在引导者上,尊重学生的差异和多样性,把培养学生积极进取、各具特色的个性作为一项重要的教育任务。如:学生讨论乙醇与钠反应机理时,通过有关实验装置和获取的数据,经过合理推算得出:1mol乙醇与足量的钠反应可得到0.5molH2,那是什么氢原子参加了反应?学生思考有三类氢原子:甲基氢、亚甲基氢和羟基氢,教师适时地从乙醇结构中氢原子的差异与获得氢气的比例关系上予启发、推理。讨论过程中教师要允许学生插话,因为课堂插话的学生通常是认真听课、积极思考、思维敏捷的学生。教师不能为刻意完成教学任务而扼杀学生探究的积极性,可以根据需要适时地调整教学计划,顺应学生探究的需要,即顺应学生发展的需要。但如何兼顾学生的发展和课堂时间的紧凑,教师还需要再做深入研讨。
要加强知识网络的构建。学习了乙醇性质,教师帮助学生建立起“乙醇乙醛乙酸”的知识网络,进一步理解有机物之间的转化,知道有机反应及有机化合物在生产、科研的重要作用,为后续了解有机合成做铺垫。课后学生反应终于找到有机物学习入门的感觉,有着恍然大悟之感。
三、反思课后教学的拓展延伸,开展兴趣活动
课后教师可以引导学生利用多种资源课后将乙醇内容加以深化,如利用教材“拓展视野”中假酒和交警检测酒驾知识让兴趣小组学生做课后延伸探究,与课前收集信息设计方案呼应。
一、要强化从感性到理性、从具体到抽象的认识规律
在高中化学教学中,给学生以感性、直观表象知识能帮助学生建立理性分析的基础,从而得出规律。如在讲述浓度对化学平衡的影响这部分内容时,课本选用了FeCl,溶液和KSCN溶液的反应。也要先弄清楚FeCI,、KSCN、Fe( SCN),、KC1等物质在溶液中的颜色和溶液颜色与溶液浓度的关系,才可进一步认识改变物质浓度对平衡移动方向的影响。为了说明降低反应物浓度平衡向逆反应方向‘转动,常在反应体系中加入还原铁粉以降低FeCI,的浓度,使平衡向逆反应方向移动。这种变化可以很容易地通过混合溶液的血红色变淡而观察到。但是,Fe“可以氧化Fe而转变为Fe“;Fe“在水溶液中呈淡绿色等,学生尚未学习,因此,只有在补充了上述知识后,才可加以应用。即只有具备了一定的元素化合物知识,才能通过观察、思维,形成理论认识的知识体系。
二、适当利用多种教学媒体,给学生丰富的隐喻联想空间,进而理解理论的内涵,达到掌握规律方法
隐喻联想思维,是指个人可以将截然不同的的事物有机地结合起来。美国创造学专家戈尔顿对隐喻联想思维提出一个形象的口号“将生疏的事物看得熟悉,将熟悉的事物看得生疏。”有机化合物的同分异构现象和同分异构体的判定对于初学有机化学的学生有一定的难度,难点在于对平面结构式建立起立体空间观念,学习伊始即应打好基础。如一氯甲烷不存在异构体,但结构式可有四种形式,若展示一氯甲烷的球棍模型,与四种结构式写法比较,学生会立即否定一氯甲烷有四种异构体的想法,并为今后认识有机化合物的同分异构现象奠定了以三维立体空间为思考出发点的思路。
三、联系生活实际,运用比喻,化解难点
联系学生已有的知识和生活实际,运用事物间的相似性,通过以甲喻乙,由此及彼,以降低理论学习的难度,4使学生尽快地从具体事物过渡到抽象思维,理解事物本质,建立理论概念是理论教学常用的方法。这里,关键在于突破难点。譬如,有关可逆过程的动态平衡的性质和特征(如化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解平衡等)常用蓄水池进出水流的速度与池内蓄水量的变化之间的关系比喻化学平衡系统中正、逆反应速度与组分百分含量变化的关系;用蚊虫逐灯、蜜蜂采蜜、氢原子核外电子照片叠印等比喻模拟电子运动,想象电子云的形象;以“头碰头”、“肩并肩”比喻电子云重叠方式等。应当明确,比喻具有“启发入门”、“搭桥过渡”的作用,利于学生接受理论,而不是理论本身。要注意不可滥用比喻。
四、运用归纳、演绎方法形成理论,发展创造性的思维能力
激发学生的创造性思维,首先要从破除学生对事物认识上各种固有功能固有的惰性思维人手。这种惰性突出表现为沿袭固有的处事惯例、权威意识和无批判等现象。化学基本理论与元素化合物之间存在着内在的、本质的、统一的联系。.基本理论的教学,一方面以元素化合物知识为实际材料,通过归纳演绎的方法建立理论概念和规律;另一方面又要通过基本理论分析研究具体的元素化合物的结构、性质、用途,系统地掌握元素化合物的知识。两者相互依存,相得益彰。