丁　浩

（江蘇省梁豐高級中學　江蘇　張家港　215600）

關于“甲烷”三節(jié)“同題異構”全國評優(yōu)課的比較研究*

丁浩

（江蘇省梁豐高級中學江蘇張家港215600）

以三節(jié)“同題異構”課“甲烷”的教學設計和實施過程為例，依據課程標準，比較課堂教學中引導學生構建知識框架、養(yǎng)成學習能力、形成學科思維的策略和方法。嘗試描述圍繞學生活動，在充滿活力的氛圍中活化知識的新常態(tài)教學。

同題異構；甲烷；核心問題；比較研究；新常態(tài)

2014年10月在湖北武漢舉行全國評優(yōu)課現場課中，有三節(jié)“甲烷”新授課（人教版必修2第三章第一節(jié)內容），分別由北京馬佳老師、江蘇陳風雷老師和浙江元樂天老師執(zhí)教（以下分別簡稱馬老師、陳老師和元老師）。以“同課異構”形式開展教學研討，更加注重教師對教學內容理解和教學設計，真正體現和落實了“教學研究”的精神與要求。

三位老師依據新課程，以甲烷結構為切入點，以甲烷為代表學習有機物結構和常見的性質（可燃性和取代反應），讓學生認識甲烷在生活生產中的應用、懂得科學、合理、安全地使用甲烷。教學過程中都能體現學生主體性，教學方法基本都是采用引導式探究，通過“問題設置、學生探究、歸納提升”展開教學。馬老師以“生命源于甲烷又回歸甲烷”為主線，立意高遠而親近；陳老師的嚴謹、樸實給人以嚴謹、沉穩(wěn)之美；元老師的創(chuàng)意實驗激情四射、富有深意。本文就三位老師的教學設計和課堂教學的精彩之處和大家分享。

一、教學設計立意深遠，思路清晰

“授之以魚，不如授之以漁”。甲烷作為有機物的開篇之物，不僅擔負甲烷性質和結構的學習，更肩負學習、研究有機物的方法的指導，可以說應該通過甲烷的學習掌握有機物的一般特征和學習方法是教材設置本節(jié)內容的意圖。

馬老師設計以“甲烷——乙酸——甘氨酸——蛋白質——甲烷”轉化為課堂主線，從“碳四價（碳原子形成四對共用電子對）、化學鍵（共價鍵）和空間結構（共用電子對的相互排斥作用）”三個方面研究有機物甲烷的結構和性質?！霸咏Y構——化學鍵——空間結構”，筆者認為這種類似種子生長的方式、“剝洋蔥”方式、層層遞進接近核心。學生自然形成對有機物結構的強烈的認知欲望、養(yǎng)成有機物的結構和性質的探究方法，拋開知識層面這亦是難能可貴的。

圍繞甲烷的空間結構，陳老師從三個方面展開了教學，首先提出有關甲烷空間結構的歷史猜想，介紹化學史上出現的幾種甲烷的結構模型；其次引導學生動手搭建甲烷可能的球棍模型；最后教師通過扎在一起的四個氣球空間自然伸展方向演示，印證甲烷的空間正四面體結構。結合甲烷的取代產物——二氯甲烷只有一種結構，進一步印證了甲烷是正四面體結構而不是平面正方形結構。從教學環(huán)節(jié)上看，從直觀感受到理論推斷事實驗證，步步相扣，互相印證。

元老師在引導學生模擬范霍夫探究甲烷空間結構的過程，搭建球棍模型，而用來表示共價鍵的“棍”是用生活常用品——牙簽來替代，搭出可能的模型有四棱錐、平面正方形和正四面體，并逐一說明。牙簽——不僅縮短了學生和甲烷微觀結構的距離，更可能使學生把生活和化學聯系起來。

我們欣喜地看到三位教師的教學設計不僅僅著眼于教學內容，學科素養(yǎng)，更從學生終身發(fā)展的角度，思考對學生的發(fā)展的意義，思考對學生綜合素質提高的作用。從這三堂課都能夠感受到三維目標相互滲透、完美融合；以“甲烷的空間構型”和“甲烷和氯氣的取代反應”為核心問題，形成問題鏈有機地組織教學；課堂教學中都體現了學生為主體，關注了學生問題意識，重視探究的過程和方法，充分發(fā)揮探究活動在學生能力培養(yǎng)中的作用。

二、教學導入方式靈活，脈路清晰

有機物甲烷，對學生來說是一種新的物質，三位老師圍繞本節(jié)課的核心問題——甲烷的性質和結構，都做了深入和縝密的思考。馬老師從甲烷和生命的關系出發(fā)、陳老師以甲烷的可燃性為基點、元老師結合甲烷發(fā)現之旅分別引入，三節(jié)課引入方式不盡相同，但都注重學生的情感體驗，指向了課程目標，都非常精彩。

馬老師從兩條短片引入本節(jié)課課題，一是就“外星球上生命存在的可能性以及通過哪些物質判斷外星球上生命是否存在的依據”隨機采訪師生的拍攝的短片，二是央視關于“火星上尚未發(fā)現甲烷存在的跡象使得火星上存在生命的可能性變得很小”的新聞短片。通過這兩段視頻，猶如平靜的水面投入了石子激起了學生“甲烷和生命到底有什么關系”的思想的漣漪。學生在這種好奇的激發(fā)下，圍繞著“甲烷——乙酸——甘氨酸——蛋白質——甲烷”轉化開始了甲烷性質的探究之旅。

陳老師以“有機物甲烷是一種重要的能源出發(fā)”，以“中俄天然氣合作”、“頁巖氣”等視頻引入課題，以甲烷的性質為主線，引導學生回顧甲烷的相關知識（物理性質和結構），充分運用已有知識作為固著點，構建甲烷的知識框架。

與以上兩位老師不同，元老師以甲烷的發(fā)現之旅為引入，以“《易經》‘澤中之火’——道爾頓收集甲烷——奧斯汀發(fā)表了燃燒甲烷的報告，并確定甲烷是碳氫的化合物——范霍夫發(fā)現甲烷的空間結構——氟利昂（有機物的性質）”為主線，圍繞甲烷的可燃性、甲烷組成和結構展開。同時給學生以中外文明交匯和博大精深，體現了文化育人的目標。

無論是以甲烷和社會的關系、還是從甲烷的認識過程引入，都立足于學生的知識基礎和生活經驗，牢牢地吸引了學生的注意、抓住了學生的興奮點，充分尊重了學生的生活經驗和認知結構，體現學生未來發(fā)展的需要。

三、探究凸顯學科素養(yǎng)，實驗精彩

新課程提倡把課堂還給學生，那么，教師可以或者說應該為學生提供怎樣的指導？從以往的傳授知識，轉為學科素養(yǎng)的培養(yǎng)，即學科信仰和學科思維方式，化學教學中實驗無疑是一種重要途徑。甲烷和氯氣發(fā)生取代反應是本部分內容的重點和難點，但教師都回避現場演示，一方面是由于甲烷和氯氣需要較長時間準備，而且氯氣有毒；另一方面是由于有機反應速率比較慢，能見度低、不易觀察。在現場教學中，陳老師和元老師采取了不同的方法，從不同的角度探究了甲烷和氯氣的取代過程，提供了不一樣的精彩。

元老師采用的現場演示的方法，與教材提供的探究方法［1］相比，元老師有四處改進。一是采用了甲烷和氯氣的體積1∶4［2］，現有的三個版本教材在甲烷和氯氣反應時兩者的體積比不同，人教版中二者體積比為1∶1，魯科版與蘇教版為1∶4。2分鐘時液面就較為明顯的上升、3分鐘時量筒內氣體體積減少約50%，液面上升較為明顯。由于調整了甲烷和氯氣的體積比，反應速率較快，現象清晰。二是采用針筒抽取氣體（甲烷和氯氣分別存儲在儲氣罐中）注入倒扣在充滿飽和食鹽水的水槽中的量筒中，便于控制氣體的體積，同時也避免了氯氣的逸散，防止對空氣的污染。三是元老師使用100mL量筒作為反應裝置，通過量筒內液面的讀書變化很方便比較反應速率的快慢，同時通過反應前后的量筒內氣體體積的變化說明生成物的狀態(tài)。四是元老師采用了攝像頭取像、再投影的方法，信息技術手段的引入，“放大了”實驗現象，現場聽課的老師都能夠清晰地觀察到現象，而且更為清晰。

與元老師現場演示不同，陳老師事先錄制了演示甲烷和氯氣的取代反應，課堂采用播放視頻的方式進行。視頻采用控制變量（條件變量和反應物變量）的方法設計了三組實驗，融化學嚴謹的思維于實驗中，拓寬了實驗的目的。

在教學中，陳老師結合三組實驗的現象，請學生比較實驗現象并分析設計的意圖。實驗一、三說明了反應條件（光照）的重要性；實驗一、二中保持總體積相等，說明實驗一中液面上升等現象不是由氯氣和水反應造成的；在實驗所用U形管的液面處貼上標簽，這樣也便于比較實驗前后的液面的變化。

結合真實、生動的實驗現象，學生通過直觀的觀察、理性的思維，對于甲烷和氯氣發(fā)生取代反應條件有了比較深刻的影響，通過液面上升、出現油狀小液滴、白霧等現象也分別說明了氣體體積減少、生成了新物質、氯化氫，依據實驗事實得出有機反應的發(fā)生。更重要的是，通過控制變量實現單因素變化，培養(yǎng)了學生科學探究中的對比實驗的思想，并通過控制變量來判斷條件和結果之間的因果關系，培養(yǎng)了學生設計探究方案的能力。

這些改進不僅體現了元老師對甲烷和氯氣取代反應的的精心研究，更能感受到元老師注重演示實驗的實效，教學中更注重教學目標的達成。以往，我們從節(jié)省實驗藥品的角度，常采用微型實驗的方法，但微型實驗同時也給我們帶來了實驗現象的“細微化”。借鑒現代媒體，同樣可以實現實驗現象的清晰化。

即使是在觀看視頻過程中，通過情景、疑問激發(fā)學生提出問題，也可以實現雙向的互動。陳老師的現場課中學生觀看了“甲烷和氯氣反應的演示實驗（視頻）”提出“從甲烷一取代的方程式看，反應前后氣體體積相等，但是為什么液面會上升”、“試管壁上的油狀物是什么”、“白霧是什么？如果說白霧是氯化氫的話，但是氯化氫溶于水還是有白霧呀”等問題。鼓勵學生思考，激發(fā)學生質疑的意識和能力，是學生為課堂的主體觀念的實實在在體現。鼓勵學生提出問題不僅有利于學生建構知識、加深問題的深度、拓寬了問題的廣度；更是保護了學生求知欲望，引導學生形成對解決問題的獨立見解。筆者認為在雙向的信息交流中教師的智慧得到了充分的體現、知識的構建得到了升華。

四、“結構”探究百花齊放，形式靈活

教師對于教材的重點和難點思考得比較透徹，這是好事，但往往也會導致起點較高、認為地增加了難度。在教學中需要教師切實以學生現有認知水平為教學起點，有意識地還原思維、降低起飛的高度是為了飛得更高。在探究甲烷的空間正四面體結構時，馬老師和陳老師都采用了把四個氣球扎在一起的方法，以氣球的結合點作為原子核，四個氣球作為電子對，得到在空間自然伸展的形狀——正四面體。學生對分子中原子的空間排列方式難以理解，通過此方式讓學生直觀感受到電子對在空間的自然伸展方式，進而理解甲烷的正四面體結構。陳老師在此基礎上更是把扎在一起的氣球擠壓成平面正方形，然后讓氣球自然伸展再次得到正四面體，陳老師技巧性的處理解決了甲烷結構的“正四面體和平面正方形”之爭。

與無機反應常用的基本反應類型不同，有機反應類型主要著眼于有機物結構的變化，馬老師合理地運用了“局部替代”的思想，巧妙地引入取代反應，并通過有機物轉化:“羧酸（乙酸）合成氨基酸（甘氨酸）”中熟練運用“局部替代”方法，引導學生從微觀結構比較有機物的變化，即醋酸可以看成是甲烷中的一個氫原子被醋酸根替換得到的產物；沒有被替代的甲基沒有變化，保留了原有的性質，可以和氯氣發(fā)生取代反應；進一步推測乙酸生成甘氨酸的過程是氫原子被-NH2替代的過程。學生從有機物的組成容易判斷發(fā)生變化的結構，也進一步確立了“結構決定性質”化學根本思想。

評優(yōu)課集中體現了教學一線的教學動向，反映了教師的創(chuàng)新意識和能力，參加本次評優(yōu)課的選手普遍比較重視實驗的研究，從實驗原理、方法的使用，學科思想的運用，以及實驗的整合、媒體的使用等方面，都得到了較好的體現。包括以上三節(jié)“甲烷”的教學展示中充分體現了學生是課堂的主人，學生掌握了學習的主動權，學生在自主學習、合作學習、愉快學習、探究學習中學習，知識的達成水到渠成，通過評優(yōu)課這種形式加以輻射并推而廣之，相信更加重視學生的學習潛力和發(fā)展必定成為教育的新常態(tài)。

［1］宋心琦.普通高中化學課程標準實驗教科書.化學2［M］.北京：人民教育出版社，2013

［2］張瑜.基于條件探索和裝置改進的甲烷氯代反應教學設計［D］.河北：河北師范大學，2012：17～19

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10.3969/j.issn.1008-0546.2015.10.018

*本文系全國教育科學“十二五”規(guī)劃2011年度教育部規(guī)劃課題“以行為優(yōu)化為核心的有效教學課例研究”（課題批準號FHB110033）階段性成果之一。