黃素雯??
摘要: 基于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點、學(xué)生認(rèn)識和解決有機(jī)合成問題的思維機(jī)制,嘗試在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)有機(jī)合成認(rèn)識模型。分析學(xué)生在有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)識脈絡(luò)、認(rèn)識角度及水平,揭示教學(xué)過程中需以建構(gòu)學(xué)生的有機(jī)合成認(rèn)識模型為目的,在高二的有機(jī)單元復(fù)習(xí)課上,布置學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)規(guī)劃,選取具有認(rèn)識發(fā)展空間的情景素材,設(shè)置恰當(dāng)?shù)尿?qū)動性問題,展開促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展認(rèn)識活動,提出基于有機(jī)合成認(rèn)識模型進(jìn)行單元復(fù)習(xí)教學(xué)的措施。
關(guān)鍵詞: 有機(jī)合成; 認(rèn)識模型; 單元復(fù)習(xí)課
文章編號: 10056629(2018)8007705 中圖分類號: G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B
“有機(jī)合成”是學(xué)生有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分,也是高考化學(xué)的重要素材。在有機(jī)合成路線的分析過程中,教師能較容易找到各種教學(xué)契機(jī),深化學(xué)生對各類有機(jī)化合物性質(zhì)的認(rèn)識,促使他們熟練掌握官能團(tuán)性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,逐步學(xué)會正向推理、逆向推測的科學(xué)思維方式,充分感受到有機(jī)化學(xué)對人類生活和社會發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。因此,筆者嘗試在有機(jī)化學(xué)的單元復(fù)習(xí)課中引入“有機(jī)合成”的教學(xué)素材,幫助學(xué)生建立有機(jī)合成認(rèn)識模型,促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識水平不斷發(fā)展。
1 有機(jī)單元復(fù)習(xí)課的主要問題
1.1 缺少基于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)規(guī)劃
有機(jī)單元復(fù)習(xí)課的設(shè)置往往缺少對學(xué)生知識層級、認(rèn)識層級、思維層級的分析與規(guī)劃。在每一章的復(fù)習(xí)課上,沒有注意構(gòu)建學(xué)生的核心認(rèn)識結(jié)構(gòu),沒有關(guān)注學(xué)生思維層級的建立過程。因此,學(xué)生在有機(jī)化學(xué)的前期學(xué)習(xí)中,過于注重散點式的物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí),對于物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化與聯(lián)系認(rèn)識不深。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了醇、醛、羧酸的性質(zhì)后,面對大量出現(xiàn)的有機(jī)合成的情景素材,由于不具備相應(yīng)的思維方法與認(rèn)識層級鋪墊,顯得無所適從。
1.2 促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的活動安排不足,不利于學(xué)生思維的外顯化
有機(jī)單元復(fù)習(xí)課多以高考題作為素材,雖然有利于中上水平學(xué)生的思考,但未能形成穩(wěn)定的認(rèn)識模型,學(xué)生易就題論題,獲得的知識與方法只是局部的,未能實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)、問題任務(wù)、認(rèn)識角度和解決問題的思維結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一融合。無論是教師或是學(xué)生缺乏要構(gòu)建穩(wěn)定的認(rèn)識模型的意識,往往落腳于對題目完成程度的分析,學(xué)生在復(fù)習(xí)課堂上的表現(xiàn)更類似于像練習(xí)課堂上的表現(xiàn),因而教師未能及時探查學(xué)生的迷思概念,糾正偏差認(rèn)識,幫助學(xué)生形成可遷移的穩(wěn)定思路。
1.3 缺乏對學(xué)科素養(yǎng)與可持續(xù)發(fā)展觀念的滲透
有機(jī)單元復(fù)習(xí)課上教師往往著眼于如何更快、更有效地解決問題,對學(xué)科知識在化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的素養(yǎng)滲透不足。復(fù)習(xí)課上應(yīng)讓學(xué)生體會有機(jī)合成工藝對人類生活的重要影響,如石油產(chǎn)品、有機(jī)合成材料都與人類生活及生態(tài)環(huán)境息息相關(guān)。通過不同的有機(jī)合成情景素材,讓學(xué)生體驗并贊賞有機(jī)化學(xué)家們?yōu)槿祟惿鐣龀龅闹匾暙I(xiàn),理解綠色合成思想的重要性,樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)價值觀。
2 有機(jī)合成認(rèn)識模型的構(gòu)建
學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的過程包括: 在以往的學(xué)習(xí)中所形成具體的前科學(xué)認(rèn)識,在課堂教學(xué)中逐步明確了基本的化學(xué)觀察,豐富了認(rèn)識角度,建立了認(rèn)識思路,發(fā)展了認(rèn)識方式類型,最終構(gòu)建認(rèn)識模型,從而形成認(rèn)識能力(包括描述和說明、說明和解釋、預(yù)測和證明、設(shè)計和調(diào)控)[1]。
參照王磊[2]提出的無機(jī)化合物的認(rèn)識模型,嘗試從研究對象、認(rèn)識角度、化學(xué)問題、任務(wù)類型四個維度構(gòu)建有機(jī)合成認(rèn)識模型(見圖1)。
2.1 有機(jī)合成認(rèn)識模型的構(gòu)成
有機(jī)合成中涉及的化學(xué)問題主要是物質(zhì)的合成與制備,各類反應(yīng)經(jīng)常圍繞碳骨架的改變、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化這兩個化學(xué)問題而展開。學(xué)生在解決問題時需根據(jù)題目信息,選取合適的認(rèn)識角度: 如物質(zhì)類別、反應(yīng)類型、不飽和度、反應(yīng)條件,成鍵、斷鍵原理等,找尋合適中間體,完善有機(jī)合成思路。而這些不同的認(rèn)識角度與化學(xué)問題相結(jié)合,可轉(zhuǎn)化成不同的具體任務(wù),調(diào)用不同的學(xué)科能力,每一類的學(xué)科能力又可分為不同的能力要素,如表1所示。
教師教學(xué)活動的目的就是以化學(xué)學(xué)科能力提升為目標(biāo),幫助學(xué)生豐富認(rèn)識角度,形成穩(wěn)定的認(rèn)識模型,糾正學(xué)生的錯誤認(rèn)識與偏差認(rèn)識,發(fā)展學(xué)生認(rèn)識水平。
2.2 有機(jī)合成認(rèn)識模型的作用
2.2.1 外顯問題解決過程中的思維和推理機(jī)制
模型的概括作用可幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)有機(jī)合成問題中不變的核心,使學(xué)生在面對不同的問題情景時,能選取核心認(rèn)識角度,調(diào)用相應(yīng)推理模型,解決多種問題,提升學(xué)生有效推理的能力。同時該模型也幫助教師在課堂教學(xué)中更清晰準(zhǔn)確地診斷學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)識方式與合理認(rèn)識方式的差別,教師通過追問、討論等使學(xué)生認(rèn)識角度外顯化,及時進(jìn)行評價。有針對性地提問,能提高教學(xué)和評價的實效性,有利于促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展和能力提升。
2.2.2 幫助教師明確教學(xué)目標(biāo)并統(tǒng)籌安排合適的教學(xué)活動
學(xué)生對科學(xué)認(rèn)識過程所運用的科學(xué)思維方法是一個由簡到繁、螺旋式上升的過程[4]。因此教師需根據(jù)學(xué)生的知識層級、認(rèn)識層級,有規(guī)劃地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。以有機(jī)合成認(rèn)識模型為核心,選取合適的研究對象與化學(xué)問題,針對相應(yīng)的能力要求,選取恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)識角度,設(shè)計符合學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的教學(xué)活動與任務(wù)。
3 基于認(rèn)識模型的有機(jī)化學(xué)單元復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計與實施
3.1 有機(jī)化學(xué)單元復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計的思路
以學(xué)習(xí)進(jìn)階理論為指導(dǎo)[5],以有機(jī)合成認(rèn)識模型的建立為目標(biāo),從知識層級、認(rèn)識層級、思維層級三個維度,安排有機(jī)化學(xué)單元復(fù)習(xí)。
第一階段: 以初三、高一常見有機(jī)物為基礎(chǔ),從物質(zhì)類別、反應(yīng)類型、反應(yīng)條件入手,使學(xué)生進(jìn)一步熟悉物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,初步接觸有機(jī)合成認(rèn)識模型,形成一定的感性認(rèn)識,發(fā)展學(xué)生觀察、分類、比較的科學(xué)思維,提高觀察記憶、概括關(guān)聯(lián)、說明論證的學(xué)科能力。(見圖2)
第二階段: 以烴、烴的衍生物為基礎(chǔ),建立有機(jī)合成認(rèn)識模型,使學(xué)生熟悉、掌握物質(zhì)類別、反應(yīng)類型、反應(yīng)條件、不飽和度、反應(yīng)原理等認(rèn)識角度,能運用模型對有機(jī)合成中間體、合成路線進(jìn)行選擇,發(fā)展學(xué)生假想、猜測、檢驗的科學(xué)思維,提高說明論證、分析解釋、推論預(yù)測的學(xué)科能力。(見圖3)
第三階段: 以聚合物及陌生物質(zhì)的合成為素材,用有機(jī)合成認(rèn)識模型進(jìn)行復(fù)雜問題的綜合解決,培養(yǎng)學(xué)生自覺運用模型優(yōu)化認(rèn)識角度的選擇、確定合成中間體完善合成路線的能力。
教學(xué)中,根據(jù)學(xué)生在有機(jī)化學(xué)復(fù)習(xí)的不同階段,結(jié)合知識層級的變化,運用相應(yīng)的科學(xué)思維方法,循序漸進(jìn)地建立學(xué)生的有機(jī)合成認(rèn)識模型。這是一個遞進(jìn)的過程,由教師示范引導(dǎo)開始,嘗試運用模型,最后讓學(xué)生獨立面對陌生情景,自主運用模型解決問題。
3.2 教學(xué)設(shè)計
基于模型構(gòu)建“有機(jī)合成”單元復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計見表2。
3.3 教學(xué)效果的分析
3.3.1 有機(jī)合成中的基本反應(yīng)原理、化學(xué)術(shù)語的應(yīng)用得到熟練掌握
有機(jī)化學(xué)單元復(fù)習(xí)課上引入有機(jī)合成模型的建立,有助于學(xué)生理解物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,并能從物質(zhì)類別、反應(yīng)類型、不飽和度,成鍵、斷鍵原理,化學(xué)反應(yīng)條件的切入角度,深刻認(rèn)識有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。在課堂實施過程中,教師采取追問、質(zhì)疑、討論、評價等手段,不斷捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,與學(xué)生共同討論。在生生互評、師生互評的過程中,促進(jìn)學(xué)生對有機(jī)合成原理的熟練掌握。
在復(fù)習(xí)課上,教師還使用電子教學(xué)設(shè)備及時反映學(xué)生化學(xué)術(shù)語的使用、符號表征的情況,學(xué)生學(xué)習(xí)熱情有所提高,并促使學(xué)生更自覺地厘清有機(jī)合成認(rèn)識模型,清晰認(rèn)識角度,鞏固核心化學(xué)知識。
3.3.2 以碳骨架構(gòu)建、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化的概括關(guān)聯(lián)為核心的學(xué)習(xí)理解能力進(jìn)一步加強(qiáng)
通過有機(jī)合成模型的有規(guī)劃建立,學(xué)生在面對任何情景素材時,能先抓住“碳骨架”與“官能團(tuán)”這兩個化學(xué)問題切入點,再根據(jù)信息,選擇認(rèn)識角度,找尋合適中間體,提出合成方案。
的方案設(shè)計中,大部分學(xué)生也能注意到碳骨架構(gòu)建的必要性,發(fā)現(xiàn)從1,3丁二烯與乙烯的反應(yīng)中不能完成碳骨架的構(gòu)建,必須選擇1,3丁二烯與丙烯醛反應(yīng),然后通過格氏試劑與環(huán)氧乙烷反應(yīng)來構(gòu)建碳骨架。
3.3.3 探究創(chuàng)新能力得到發(fā)揮,學(xué)生在陌生情景下解決問題的信心增強(qiáng)
學(xué)生在淀粉合成塑料聚丙烯的設(shè)計中,往往從常見單體乙烯入手,但在有機(jī)合成認(rèn)識模型的影響下,不少學(xué)生提出了用乳酸制丙烯的合成方案,因為碳骨架不改變,只需用官能團(tuán)轉(zhuǎn)化理順中間體就可完成有機(jī)合成方案。
雖然這方案中苯、二甲苯的制備已不符合生產(chǎn)實際,教師可通過綠色合成原則引導(dǎo)學(xué)生評價該方案的合理性。但這也反映出學(xué)生在陌生情景下,運用有機(jī)合成模型解決問題的信心增強(qiáng),能大膽假設(shè)與猜想。
4 基于有機(jī)合成認(rèn)識模型進(jìn)行有機(jī)化學(xué)單元復(fù)習(xí)的有效策略
4.1 選取具有學(xué)科素養(yǎng)和認(rèn)識發(fā)展空間的教學(xué)情境素材
如“有機(jī)合成”復(fù)習(xí)課上以相對簡單的“淀粉制塑料”作為情景貫穿課堂始終,利用所學(xué)知識合成不同的塑料,對學(xué)生來說有目標(biāo)、有挑戰(zhàn),使學(xué)生為了這個有意義的任務(wù)進(jìn)行充分的交流與合作,最終完成各類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,并將各類有機(jī)物的性質(zhì)內(nèi)化在腦海中。
又如“烴和鹵代烴”復(fù)習(xí)課上,以氯乙烷制備乙二醇,可及時檢測學(xué)生對基本反應(yīng)類型的掌握情況,理順學(xué)生對物質(zhì)間聯(lián)系的認(rèn)識。因此,應(yīng)注意選擇有利于認(rèn)識空間發(fā)展的情境素材: 能有利于學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突的素材、能挑戰(zhàn)學(xué)生已有認(rèn)識角度的素材、需要厘清認(rèn)識思路的素材、現(xiàn)實生活中的實際問題素材等等[6],這都有利于學(xué)生建立與發(fā)展認(rèn)識模型,豐富學(xué)生的認(rèn)識角度。
4.2 精細(xì)設(shè)計驅(qū)動性問題,及時捕捉學(xué)生復(fù)習(xí)障礙點
“有機(jī)合成”復(fù)習(xí)課上,筆者針對學(xué)生的設(shè)計方案增加了以下問題:
制聚乙烯、聚氯乙烯的合成方案分析中,追問“中間體是什么,它與產(chǎn)物之間有什么關(guān)系?”,從而復(fù)習(xí)逆合成分析法與官能團(tuán)的轉(zhuǎn)化。
制聚乳酸的合成方案中,追問“你是如何想到這解題思路的”,從而復(fù)習(xí)正向合成分析法。
制聚丙烯的合成方案中,追問“設(shè)計時,你遇到了什么困難,怎么解決的?”,從而解決碳骨架構(gòu)建問題。
制對苯二甲酸乙二醇酯的合成方案中,追問“中間體是什么,它與產(chǎn)物之間有什么關(guān)系”,從而解決最合適中間體的選擇問題。
教學(xué)過程中圍繞有利于認(rèn)識發(fā)展的問題一般是: “關(guān)系性”問題、“為什么”問題、“怎么辦”問題、“思路性”問題[7]。教師的課堂教學(xué)設(shè)計就是要讓學(xué)生通過層層遞進(jìn)的驅(qū)動性問題,發(fā)現(xiàn)和捕捉復(fù)習(xí)障礙點,不斷完善與鞏固學(xué)生的認(rèn)識模型,讓學(xué)生能逐步自覺地運用認(rèn)識模型解決化學(xué)問題。
4.3 組織開展預(yù)測、設(shè)計、解釋、論證等高級認(rèn)識活動,使學(xué)生認(rèn)識角度和思路外顯化
有機(jī)化學(xué)單元復(fù)習(xí)課上,應(yīng)讓學(xué)生體會到自己是最活躍的方案設(shè)計者,他們必須針對各個設(shè)計者提出的方案的可行性,實時反應(yīng),及時討論。在生生互評、師生互評的過程中,各種有利于認(rèn)識發(fā)展的學(xué)生活動,如概括、推測、設(shè)計、分析、解釋、評價等能力就得以提升。教師需要采取的促進(jìn)認(rèn)識發(fā)展的特征教學(xué)行為就是: 想方設(shè)法地、及時地捕捉學(xué)生課堂上展示的認(rèn)識角度,使學(xué)生的認(rèn)識思路得以外顯,偏差認(rèn)識與錯誤認(rèn)識得以糾正,學(xué)生的認(rèn)識模型就在學(xué)生活動中不知不覺地得到構(gòu)建,認(rèn)識模型也在教學(xué)活動中不知不覺地得到鞏固與應(yīng)用。
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