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        基于“跳板”原則的建模教學(xué)在有機(jī)合成中的應(yīng)用

        2018-02-22 12:33:00吳翀云
        化學(xué)教學(xué) 2017年8期
        關(guān)鍵詞:建模教學(xué)跳板問題解決

        吳翀云

        摘要:“跳板”原則旨在縮短溝通路徑,專注丁從繁雜的事物中擺脫出來而處理重大問題。在高考有機(jī)合成二輪復(fù)習(xí)中,將常見的物質(zhì)轉(zhuǎn)化問題抽象成幾個基本模型。在解決新問題時,學(xué)牛在掌握基本模型的基礎(chǔ)上,利用“跳板”原則,對問題進(jìn)行適當(dāng)分解,形成幾個次級問題,并通過集中精力解決“跳板”問題而實現(xiàn)問題的解決。作為有機(jī)正向合成法和逆向合成法的補(bǔ)充,“跳板”原則在高三利用新信息的有機(jī)合成中起到了很好的效果。

        關(guān)鍵詞:法約爾跳板;化學(xué)模型;建模教學(xué);有機(jī)合成;問題解決

        文章編號:1005-6629(2017)8-0080-04

        中圖分類號:G633.8

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        1有機(jī)合成特點及存在問題

        有機(jī)合成需要根據(jù)合成目標(biāo)自行設(shè)計合理的合成路線。在解決有機(jī)合成問題時,學(xué)生不僅要運(yùn)用課堂上已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識,還需要用題中給的新的信息,有時還需要考慮步驟的先后順序等,所包含的思維容量較大,因此這是一類多任務(wù)、需注意分配、加工和較復(fù)雜問題的解決。

        問題解決能力是指人們順利解決問題的穩(wěn)定的個性心理特征。認(rèn)知心理學(xué)家發(fā)現(xiàn),當(dāng)人們在完成多個任務(wù)的時候,注意的局限性、工作記憶和長時記憶會受到挑戰(zhàn),注意的速度和正確性都會受到影響。也就是說,處理多任務(wù)時,問題解決所需要的穩(wěn)定的心理就會受到影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)專家在他們的專業(yè)領(lǐng)域碰到新問題的時候,相比新手,他們將問題分解成幾個次級問題,然后按一定的順序解決這些次級問題。因此,他們更可能系統(tǒng)化地將問題解決,而新手更可能采用隨意的、無計劃的辦法。當(dāng)遇到信息型的有機(jī)合成問題時,若學(xué)生能不因問題不熟悉而影響穩(wěn)定的解決問題的心理狀態(tài),能系統(tǒng)地根據(jù)題中的信息或原料和目標(biāo)產(chǎn)物的關(guān)系將問題分解成幾個次級問題,然后依次解決這些次級問題,則可以避免在解題時由于目標(biāo)不明確或無計劃而出現(xiàn)盲目亂寫的碰運(yùn)氣的情況。

        2 “跳板”原則

        “跳板”原則義稱法約爾跳板原則( Fayolbridge),由法國工業(yè)家法約爾(1841~1925)提出。它是一種管理過程中的溝通方式。在管理中遇到一些需要快速辦理的事情時,為提高辦事效率,需要跳過原有的管理路徑,在幾個問題之間建立直接聯(lián)系的渠道,即建立跳板。

        “跳板”原則同樣可用于解題時的思維管理,通過梳理解題的要點,確定達(dá)到問題解決的幾個次級問題。在次級問題中選取關(guān)鍵問題作為問題解決的“跳板”,這樣,就把一個思維容量大的復(fù)雜問題分解為“跳板”前問題、“跳板”問題和“跳板”后問題三個思維容量較小的簡單問題,降低了問題解決的難度,隨著上述幾個次級問題的解決從而系統(tǒng)解決整個問題。

        其基本流程如圖l:

        法約爾跳板旨在縮短溝通的路徑,把注意力集中到關(guān)鍵問題上來。其作用有以下幾個方面:①有助于避免由于信息在傳遞和溝通以及綜合分析過程中,經(jīng)歷的時間太長而造成信息的遺漏或失真;②有助于厘清主要問題和次要問題,準(zhǔn)確地把握問題的核心和關(guān)鍵,提高主動解決問題的意識;③有助于將熟悉的問題轉(zhuǎn)化成某一特定模型。

        3 “跳板”原則在有機(jī)合成問題解決中的應(yīng)用

        有機(jī)合成一般由原料開始經(jīng)歷實現(xiàn)碳鏈增長或縮短、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化等若干步驟從而合成產(chǎn)品,常用的合成方法有正向合成法和逆向合成法兩種,這兩種方法在非信息型有機(jī)合成題中有較好的應(yīng)用,然而對于利用新信息的有機(jī)合成題,學(xué)生若從原料開始或從產(chǎn)物開始對可能的路線進(jìn)行正向推斷或逆向推斷,可能會因不知何時利用題中的信息、解題的目的性不太明確而耗費大量的時間,解題效率較低。根據(jù)法約爾跳板縮短進(jìn)程,關(guān)注關(guān)鍵問題的主要作用,將其應(yīng)用于有機(jī)合成問題解決,可以有助于學(xué)生縮短解題時間,提高有機(jī)合成問題解決的效率。

        3.1依據(jù)“跳板”原則,確立解題模型

        利用“跳板”原則進(jìn)行有機(jī)合成可分為以下幾個環(huán)節(jié):

        (1)分析實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的幾個關(guān)鍵步驟,將有機(jī)合成劃分成幾個次級問題,并依據(jù)其實現(xiàn)的難易程度,將對有機(jī)物結(jié)構(gòu)要求較高的轉(zhuǎn)化確定為“跳板”,其余次級問題相應(yīng)地對應(yīng)為“跳板”前問題和“跳板”后問題。

        為了實現(xiàn)官能團(tuán)位置或個數(shù)的變化,碳鏈的增長或縮短、苯環(huán)上的定位等轉(zhuǎn)化,需以有機(jī)物具有某一特定的結(jié)構(gòu)為條件,因此,這類對有機(jī)物結(jié)構(gòu)要求較高的轉(zhuǎn)化常被定為“跳板”。

        不同階段的“跳板”不一定相同,如在有機(jī)合成學(xué)習(xí)的初期,官能團(tuán)個數(shù)或位置的變化往往成為“跳板”,隨著認(rèn)知的深入,原先的“跳板”可能已內(nèi)化于系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中,形成了解決問題的基本模型,見圖3。在高考二輪復(fù)習(xí)中,“跳板”通常為不能通過已有知識實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化的步驟。

        (2)解決“跳板”前問題,依據(jù)“跳板”轉(zhuǎn)化的條件,逐步將原料合成至“跳板”所需的結(jié)構(gòu)(“跳板”前物質(zhì)),為“跳板”的轉(zhuǎn)化做好結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備。

        (3)根據(jù)提供的信息,利用“跳板”前物質(zhì),完成“跳板”轉(zhuǎn)化步驟。

        (4)解決“跳板”后問題,即后期合成,實現(xiàn)從“跳板”轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)(“跳板”后物質(zhì))到目標(biāo)產(chǎn)物的合成。

        上述過程可見圖4:

        3.2實例分析

        例題:(2017常州期末)二甲氧芐氨嘧啶(I)是一種用于家禽細(xì)菌感染防治藥。其合成路線如下:

        依據(jù)“跳板”原則的解題模型進(jìn)行解題的過程如下。

        3.2.1劃分次級問題,確定“跳板”

        上述例題中的任務(wù)是合成

        ,對照原料和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化,可知:

        (1)目標(biāo)產(chǎn)物中的-CH2NH2來源于- CN與H2的加成,因此需引入-CN;

        (2)需將原料中的兩個碳原子的原料連接為除-CH2NH2之外的六個碳原子的碳鏈,屬于無法由已有知識實現(xiàn)的部分,而需由流程中第⑥步反應(yīng)提供的信息合成。

        考慮到兩個問題中,問題(2)對反應(yīng)物結(jié)構(gòu)(醛基和氰基的α-位)要求比較高,并且反應(yīng)物中已經(jīng)涉及含-CN結(jié)構(gòu)的物質(zhì),因此將問題(2)定為“跳板”。

        結(jié)合例題中合成路線,利用圖4所示的基于跳板原則的解題模型,可得圖5所示的解題結(jié)構(gòu):

        3.2.2依據(jù)“跳板”,做好結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備

        本環(huán)節(jié)為“跳板”前問題解決,旨在為實現(xiàn)“跳板”轉(zhuǎn)化步驟做好結(jié)構(gòu)上的準(zhǔn)備,合成“跳板”前物質(zhì)。endprint

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