王 軒

（海軍工程大學(xué) 基礎(chǔ)部化學(xué)與材料教研室，湖北 武漢 430033）

有機(jī)化學(xué)是化學(xué)的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于高分子材料、生物、環(huán)保、醫(yī)藥、理化研究等領(lǐng)域。隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展及科技的穩(wěn)步創(chuàng)新，傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)范式無(wú)法承擔(dān)新的教學(xué)需求，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用側(cè)改革成為大學(xué)化學(xué)教育的新思路。為了讓學(xué)生將信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)、將知識(shí)內(nèi)化為智慧、將智慧整合為德行，STSE理念應(yīng)運(yùn)而生，包括科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、社會(huì)（Society）、環(huán)境（Environment）。依托STSE理念可突出化學(xué)教育的科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境四大內(nèi)核，有助于構(gòu)建三維立體化知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)知識(shí)模塊，推動(dòng)大學(xué)有機(jī)化學(xué)教育的縱深化發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

1 STSE教育理念與大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)融合的重要性

1.1 幫助學(xué)生掌握知識(shí)

大學(xué)有機(jī)化學(xué)是面向社會(huì)生產(chǎn)及研發(fā)的知識(shí)系統(tǒng)，屬于科學(xué)范疇，既是學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)化學(xué)的途徑，又是創(chuàng)新化學(xué)教育模式的有力舉措。大學(xué)有機(jī)化學(xué)教育要求學(xué)生具備豐富的有機(jī)化學(xué)知識(shí)，同時(shí)理解基本的科學(xué)概念、原理及規(guī)律，可通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)及生活知識(shí)將理論轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，解決社會(huì)生活中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，這是大學(xué)有機(jī)化學(xué)教育的最終目標(biāo)[1]。STSE教育理念提倡交叉式教學(xué)范式，在凸顯學(xué)科交叉特征的同時(shí)，讓學(xué)生掌握化學(xué)背后的社會(huì)性質(zhì)，可使學(xué)生掌握基本概念和基本思想。

1.2 培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

STSE教育理念強(qiáng)調(diào)教學(xué)活動(dòng)與生活的關(guān)聯(lián)，因此，該理念與大學(xué)有機(jī)化學(xué)融合后，可結(jié)合真實(shí)的問(wèn)題情境開(kāi)展復(fù)雜的科學(xué)探究活動(dòng)，讓學(xué)生依照自身經(jīng)驗(yàn)、價(jià)值觀等全面考慮問(wèn)題。現(xiàn)實(shí)生活與理論構(gòu)想有本質(zhì)區(qū)別，理論構(gòu)想建立在理想的狀態(tài)下，而現(xiàn)實(shí)生活具有高度不可控性，導(dǎo)致常規(guī)教學(xué)模式培塑的人才無(wú)法及時(shí)適應(yīng)現(xiàn)實(shí)與理論的差距，雖然可在很大程度上培養(yǎng)學(xué)術(shù)人才，但學(xué)術(shù)研究也需借助實(shí)踐測(cè)驗(yàn)[2]。STSE理念可解決大學(xué)有機(jī)化學(xué)理論與現(xiàn)實(shí)矛盾的問(wèn)題，回歸化學(xué)開(kāi)放、多元、可辯證的特點(diǎn)?；赟TSE理念，可為學(xué)生預(yù)留更大的思考空間，培養(yǎng)學(xué)生的興趣及創(chuàng)新思維。

2 STSE教育理念與大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的融合措施

2.1 明確教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生認(rèn)知過(guò)程包括記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等，大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)可根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)及STSE理念重新界定學(xué)習(xí)目標(biāo)。設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)，需遵循兩個(gè)原則：一是面向?qū)W生已有的知識(shí)儲(chǔ)備，二是基于情境復(fù)雜程度設(shè)定不同的教學(xué)目標(biāo)[3]。大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)可分為低學(xué)段、中學(xué)段、高學(xué)段、專業(yè)研究4個(gè)層次。低學(xué)段為初次記憶，雖然有機(jī)化學(xué)知識(shí)在高中有所涉獵，但大學(xué)有機(jī)化學(xué)與高中存在較大區(qū)別，知識(shí)的深度與廣度均得到提升。因此，在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，學(xué)生的初次記憶十分重要，可讓學(xué)生建立更廣闊的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)目標(biāo)按照從低到高的層次分析包括辨識(shí)、分析、推理、創(chuàng)新等，如圖1所示。底層學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備較少且對(duì)知識(shí)的掌握不夠扎實(shí)，屬于STSE初識(shí)階段，即在高中有機(jī)化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，形成大學(xué)有機(jī)化學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。中學(xué)段學(xué)生具備一定的分析能力及解釋能力，意味著學(xué)生基本適應(yīng)了大學(xué)有機(jī)化學(xué)，并且可站在更高的層面分析有機(jī)化學(xué)知識(shí)。高學(xué)段學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備相對(duì)豐富，可從有機(jī)元素結(jié)構(gòu)中提取相關(guān)知識(shí)及方法，且具備獨(dú)立思考的能力，可解決實(shí)際問(wèn)題，在現(xiàn)實(shí)與理論中靈活切換。專業(yè)研究類學(xué)生具備足夠的建模能力，可將思維轉(zhuǎn)移到其他知識(shí)中，具備全域思考能力。大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)需對(duì)不同學(xué)習(xí)階段的學(xué)生實(shí)施不同的教學(xué)方案，基于STSE理念讓所有學(xué)生具備科學(xué)思考的能力，學(xué)會(huì)總結(jié)、歸納及提煉常見(jiàn)的化學(xué)知識(shí)[4]。

圖1 STSE理念下階梯性學(xué)習(xí)目標(biāo)

2.2 創(chuàng)設(shè)情境

大學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前已經(jīng)具備基礎(chǔ)的生活常識(shí)，得到部分經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，此類概念被稱為前科學(xué)概念。前科學(xué)概念主要由主觀感受及認(rèn)知組成，由于沒(méi)有科學(xué)認(rèn)定，需要通過(guò)科學(xué)教學(xué)幫助學(xué)生整理前科學(xué)認(rèn)知。大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)可從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，教材中所有章節(jié)均包含有機(jī)分子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供幫助[5]。在教學(xué)過(guò)程中，可讓學(xué)生應(yīng)用比較學(xué)習(xí)法，找出不同化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的差別和相同之處，創(chuàng)設(shè)片段式情境，讓學(xué)生對(duì)所需知識(shí)進(jìn)行總結(jié)與歸納，為后續(xù)有機(jī)化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。例如，在烷烴、烯烴、炔烴教學(xué)中可創(chuàng)設(shè)片段式情境，烷烴是碳碳之間單鍵相連的結(jié)構(gòu)，教材中列示了甲烷的分子四面體結(jié)構(gòu)圖，且對(duì)中心碳原子進(jìn)行了雜化。在烯烴學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生了解到烯烴的連接方式是碳原子雙鍵連接，教材中列示了乙烯的結(jié)構(gòu)圖。在炔烴學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生了解到烯烴是通過(guò)碳原子三鍵連接的，教材中列舉了乙炔的平面直線型分析結(jié)構(gòu)圖。在烷烴、烯烴、炔烴教學(xué)中，可創(chuàng)設(shè)片段式情境，讓學(xué)生找尋三者之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。這三部分知識(shí)看似沒(méi)有關(guān)聯(lián)，其實(shí)可通過(guò)創(chuàng)設(shè)有機(jī)化學(xué)知識(shí)情境讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)三者結(jié)構(gòu)的變化，即單鍵、雙鍵、三鍵連接[6]。由于炔烴為三鍵連接，其表面有特殊性質(zhì)的官能團(tuán)，創(chuàng)設(shè)片段式情境可讓學(xué)生了解不同有機(jī)化學(xué)元素的異同并掌握不同有機(jī)分子的特點(diǎn)，解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中知識(shí)混淆的問(wèn)題。

2.3 科學(xué)擇取實(shí)驗(yàn)案例

在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占比較大，教師在選取實(shí)驗(yàn)案例時(shí)，應(yīng)結(jié)合生活實(shí)際及科學(xué)發(fā)展需求綜合考量。2-氯苯甲酸芐酯作為藥物常用有機(jī)元素，過(guò)渡金屬催化方法具有用量少且無(wú)需預(yù)先官能團(tuán)化的優(yōu)勢(shì)，但過(guò)渡金屬昂貴且有毒，可應(yīng)用2-氯苯甲酸芐酯制備實(shí)驗(yàn)，凸顯技術(shù)、科學(xué)、社會(huì)、環(huán)境4個(gè)要素，實(shí)現(xiàn)與STSE理念的深度融合。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生需了解芐酯化合物的結(jié)構(gòu)及用途，并明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?-氯苯甲酸芐酯實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生掌握制備方法及制備過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理，同時(shí)熟悉加熱回流、控溫、薄層色譜檢測(cè)、萃取、抽濾等操作，可檢測(cè)元素純度，并了解核磁氫譜和磁碳?xì)渥V解析方法。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師搭建實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)需觀察磨口連接位置是否漏氣，如果漏氣應(yīng)立即處理，避免后續(xù)加熱甲苯產(chǎn)生揮發(fā)氣體對(duì)學(xué)生身體造成損害。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師也可滲透甲苯加熱揮發(fā)與環(huán)境污染之間的關(guān)系相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生形成環(huán)保意識(shí)及科研意識(shí)。甲苯既是原料又是溶劑，由于反應(yīng)不完全，容器內(nèi)可能存在剩余甲苯，萃取分液之前應(yīng)借助旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀去除未完全反應(yīng)的甲苯，避免對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。考慮到2-氯苯甲酸芐酯在乙酸乙酯中的溶解性，離子液體屬于陰陽(yáng)離子構(gòu)成的鹽且易溶于水，反應(yīng)混合物內(nèi)部需加入乙酸乙酯及水用于萃取分液。如果在夏季開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，由于氣候干燥炎熱，離子液體熔點(diǎn)較低，在干燥容器內(nèi)，離子液體會(huì)出現(xiàn)部分熔化的問(wèn)題，黏接度較大，此時(shí)易加大稱量難度?？傮w而言，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)從科研的角度入手，讓學(xué)生掌握規(guī)范的實(shí)驗(yàn)流程。

2.4 挖掘化學(xué)本質(zhì)

大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)與STSE理念的融合需讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到有機(jī)化學(xué)的科學(xué)特性，可將其稱為有機(jī)化學(xué)的“靈魂”，兩者的融合可理解為學(xué)生與有機(jī)化學(xué)“靈魂”的溝通。有機(jī)化學(xué)“靈魂”的學(xué)習(xí)建立在化學(xué)的“血肉”之上，即學(xué)生認(rèn)知達(dá)到一定程度后，能在真正意義上理解化學(xué)。教師在授課過(guò)程中需有意識(shí)地強(qiáng)調(diào)有機(jī)化學(xué)的“靈魂”，讓學(xué)生近距離感受化學(xué)的內(nèi)涵，發(fā)揮STSE理念的作用[7]。首先，教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)有機(jī)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸類，并讓學(xué)生尋找不同門類有機(jī)化學(xué)的異同，為學(xué)生深入理解化學(xué)知識(shí)提供保障，讓學(xué)生理解有機(jī)化學(xué)的原理。例如，教師可將“共軛效應(yīng)”與“誘導(dǎo)相應(yīng)”比較教學(xué)，讓學(xué)生找到兩者的相同之處與不同之處，通過(guò)解答學(xué)生提出的問(wèn)題培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，持續(xù)提升學(xué)生思考問(wèn)題的能力。在“共軛效應(yīng)”教學(xué)中，教師可采用頭腦風(fēng)暴的方式讓學(xué)生快速搜查腦海中已經(jīng)存在的知識(shí)，讓其認(rèn)識(shí)到自身的不足。需要注意的是，教師在初次講解“誘導(dǎo)效應(yīng)”及“共軛效應(yīng)”時(shí)，既要將知識(shí)梗概表述清楚，又要結(jié)合生動(dòng)形象的案例將抽象的知識(shí)直觀呈現(xiàn)出來(lái)。比如“誘導(dǎo)效應(yīng)”具體指有機(jī)分子引入原子或基團(tuán)后，分子內(nèi)部成鍵電子云密度分布發(fā)生變化，導(dǎo)致化學(xué)鍵出現(xiàn)極化現(xiàn)象[8]。教師可引用常見(jiàn)的拔河比賽解釋“誘導(dǎo)效應(yīng)”，繩子等同于化學(xué)鍵，繩子長(zhǎng)度為成鍵電子云密度，如果原子均為碳原子，代表繩子兩邊的人數(shù)及施加的力度相同，所以分布在繩子兩側(cè)的長(zhǎng)度相同，不存在“誘導(dǎo)效應(yīng)”。如果一方力度大于另一方，平衡被打破，意味著拉力大的氯原子—電負(fù)性較大的原子引入左邊成鍵碳原子時(shí)會(huì)導(dǎo)致左邊人數(shù)及力氣大于右邊，此時(shí)碳原子電子云密度大于右側(cè)，引發(fā)化學(xué)鍵極化現(xiàn)象。總體而言，大學(xué)有機(jī)化學(xué)與STSE理念的融合應(yīng)聚焦化學(xué)的“靈魂”，教師需帶領(lǐng)學(xué)生了解化學(xué)的本質(zhì)，幫助學(xué)生掌握化學(xué)知識(shí)。

3 結(jié)語(yǔ)

STSE教育理念與大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的融合應(yīng)明確教學(xué)目標(biāo)，聚焦化學(xué)本質(zhì)，科學(xué)選取實(shí)驗(yàn)案例，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)的實(shí)踐轉(zhuǎn)化及實(shí)踐內(nèi)容的現(xiàn)實(shí)轉(zhuǎn)化，一方面豐富學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，另一方面發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果。