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        深度學(xué)習(xí)在高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐與反思

        2022-05-20 03:51:00浙江成則豐
        關(guān)鍵詞:深度素養(yǎng)教師

        浙江 成則豐

        一、問(wèn)題的提出

        有機(jī)化學(xué)模塊是新課程高中化學(xué)教材體系中的重要組成部分,教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)本模塊的學(xué)習(xí),建立“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念,形成基于官能團(tuán)、化學(xué)鍵與反應(yīng)類(lèi)型認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的一般思路。高中有機(jī)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要包括基本概念、基本反應(yīng)、有機(jī)物的合成等方面,其中基本反應(yīng)是基于有機(jī)物之間因性質(zhì)不同而實(shí)現(xiàn)的相互轉(zhuǎn)化,它是整個(gè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的核心。但由于有機(jī)物種類(lèi)繁多,官能團(tuán)性質(zhì)又各不相同,且反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、加料順序、溶劑性質(zhì)等眾多外界因素也會(huì)影響反應(yīng)的選擇性,致使有機(jī)反應(yīng)數(shù)量眾多,且產(chǎn)物難以預(yù)測(cè),學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)反應(yīng)的方法也停留在死記硬背和依葫蘆畫(huà)瓢的淺層學(xué)習(xí)方法上,這樣的學(xué)習(xí)方法不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展和高階思維的形成。

        深度學(xué)習(xí)是指在教師的引領(lǐng)下,學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題,全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生將會(huì)掌握學(xué)科的核心知識(shí),理解學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)的過(guò)程,把握學(xué)科的本質(zhì)及思想方法,形成積極的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。相較于淺層學(xué)習(xí)是一種基于外在動(dòng)機(jī)與記憶的學(xué)習(xí),深度學(xué)習(xí)更加注重學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的批判理解,強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的有機(jī)整合,著意學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的建構(gòu)反思,重視學(xué)生學(xué)習(xí)的遷移運(yùn)用和問(wèn)題解決能力培養(yǎng)。

        高中有機(jī)化學(xué)的深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在掌握一定量有機(jī)知識(shí)后引發(fā)的深度思考。如何考慮陌生有機(jī)物之間的反應(yīng)位點(diǎn),驅(qū)動(dòng)力是什么?如何選擇合適的反應(yīng)條件,考慮因素有哪些?反應(yīng)過(guò)程是怎么樣的,有沒(méi)有中間產(chǎn)物和可能的副產(chǎn)物?這些問(wèn)題都是學(xué)生在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)過(guò)程中遇到挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)所產(chǎn)生的思考。為解決學(xué)生的這些思考,教師在平常教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)引入一些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理就顯得十分必要和迫切。

        二、深度學(xué)習(xí)的基本思考

        有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理是對(duì)一個(gè)反應(yīng)過(guò)程的詳細(xì)描述,這種描述是根據(jù)很多實(shí)驗(yàn)事實(shí)總結(jié)后提出來(lái)的,它有一定的適用范圍,能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)事實(shí),并能預(yù)測(cè)反應(yīng)的發(fā)生。教師在高中有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中引入反應(yīng)機(jī)理,使學(xué)生全面把握知識(shí)的本質(zhì)屬性,并能夠由本質(zhì)推出若干變式,符合深度學(xué)習(xí)的特征。

        有機(jī)化學(xué)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生首先需要學(xué)生有一定的知識(shí)基礎(chǔ),主要涉及電子效應(yīng)、酸堿理論、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)知識(shí)等,學(xué)生自學(xué)這些知識(shí)存在一定難度。但隨著浙江省高中課程改革的不斷推進(jìn),2020年秋季入學(xué)的學(xué)生在選擇性必修模塊中將學(xué)習(xí)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》,這個(gè)模塊的學(xué)習(xí)有助于完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu),為有機(jī)化學(xué)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)打下了理論基礎(chǔ)。

        有機(jī)化學(xué)的深度學(xué)習(xí)并不是把大學(xué)有機(jī)知識(shí)全部地照搬照抄,也不是盲目地進(jìn)行拓展和挖深,而是教師基于高中化學(xué)知識(shí)體系,選擇一些學(xué)生能夠接受的,方便理解的反應(yīng)從機(jī)理角度進(jìn)行解釋。高中的有機(jī)反應(yīng)大體可以分為4類(lèi):自由基反應(yīng)、離子型反應(yīng)、金屬催化反應(yīng)和協(xié)同反應(yīng),這些反應(yīng)的發(fā)生條件各不相同,但也有規(guī)律可循。教師在幫助學(xué)生深度學(xué)習(xí)后,可以使學(xué)生對(duì)有機(jī)反應(yīng)有了多一層的思考和見(jiàn)解,對(duì)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)多了一些基本技能。

        有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的最終目的之一就是培養(yǎng)學(xué)生合成路線設(shè)計(jì)的能力,而有機(jī)原料在合成過(guò)程中的前行并不是只有一條路線的,如何控制反應(yīng)條件使得原料盡可能多地朝向目標(biāo)分子前行,這是讓學(xué)生感興趣的學(xué)習(xí)活動(dòng),但也是非常困難的學(xué)習(xí)任務(wù)。此時(shí)就需要教師充分發(fā)揮主導(dǎo)作用,幫助學(xué)生去挑戰(zhàn)這些任務(wù),使學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)起來(lái),這樣的培養(yǎng)模式才能發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

        圖1 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理教學(xué)思維導(dǎo)圖

        三、深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐

        基于對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)和深度學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)思考,筆者選取人教版化學(xué)選擇性必修3中《烯烴的加成反應(yīng)》節(jié)選的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐探究,在教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)置“宏觀辨識(shí)→微觀探析→機(jī)理學(xué)習(xí)→素養(yǎng)提升”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)(見(jiàn)圖2),目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)從分子結(jié)構(gòu)來(lái)分析有機(jī)物的性質(zhì),學(xué)生通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的學(xué)習(xí),理清加成反應(yīng)的發(fā)生實(shí)質(zhì),教師通過(guò)四個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)互動(dòng),發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

        圖2 烯烴化學(xué)性質(zhì)的深度學(xué)習(xí)模式

        【教學(xué)任務(wù)1】乙烯的特征反應(yīng)之一就是加成反應(yīng),學(xué)生回顧教材化學(xué)必修2中所學(xué)的乙烯加成反應(yīng)(乙烯與Br2、H2O、HBr),書(shū)寫(xiě)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。教師對(duì)學(xué)生所寫(xiě)的方程式進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié):碳碳雙鍵是乙烯的官能團(tuán),加成反應(yīng)就是打開(kāi)碳碳雙鍵使之兩側(cè)分別連上兩個(gè)基團(tuán)的過(guò)程。教師同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考:為什么碳碳雙鍵有這樣的性質(zhì)?碳碳單鍵有這個(gè)性質(zhì)嗎?

        設(shè)計(jì)意圖:有機(jī)反應(yīng)案例眾多,教師在教學(xué)過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生從分類(lèi)的角度進(jìn)行學(xué)習(xí)。加成反應(yīng)是高中常見(jiàn)的反應(yīng)類(lèi)型,主要涉及烯烴、炔烴、芳香烴等不飽和有機(jī)物,教學(xué)中教師如果只注重教授通過(guò)方程式的記憶或者結(jié)構(gòu)比對(duì)來(lái)書(shū)寫(xiě)產(chǎn)物,那就是讓學(xué)生停留在了淺層學(xué)習(xí),深度學(xué)習(xí)就是要教師引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立“性質(zhì)由結(jié)構(gòu)”的觀念,引起學(xué)生對(duì)碳碳雙鍵結(jié)構(gòu)的求知興趣。

        【教學(xué)任務(wù)2】教師展示乙烯的分子結(jié)構(gòu),讓學(xué)生談?wù)剬?duì)乙烯分子的認(rèn)識(shí),并指出分子中共價(jià)鍵的類(lèi)型。學(xué)生通過(guò)σ鍵和π鍵的電子云重疊程度以及相應(yīng)鍵能的對(duì)比,得出乙烯分子中肩并肩的π鍵是最容易斷裂的化學(xué)鍵,加成反應(yīng)就是圍繞π鍵展開(kāi)的,接著教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞電性展開(kāi)討論:電性相同的π鍵為什么能和水分子中的孤電子對(duì)成鍵?并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考在反應(yīng)中添加少量酸的作用。

        設(shè)計(jì)意圖:教師引導(dǎo)學(xué)生回憶選擇性必修2中所學(xué)的相關(guān)知識(shí),并通過(guò)數(shù)據(jù)比較使學(xué)生學(xué)會(huì)從鍵能角度分析性質(zhì),發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理的核心素養(yǎng);教師通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo),使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突,碳碳雙鍵上的π鍵電子是帶負(fù)電荷的,而水分子中的氧原子上的電子也是帶負(fù)電荷的,兩者是如何進(jìn)行反應(yīng)生成的C—O鍵,教師通過(guò)提示學(xué)生反應(yīng)需要添加少量酸,使學(xué)生展開(kāi)聯(lián)想,為后續(xù)環(huán)節(jié)的機(jī)理學(xué)習(xí)做鋪墊。

        【教學(xué)任務(wù)3】乙烯和水在酸催化下發(fā)生加成反應(yīng)的機(jī)理學(xué)習(xí)(見(jiàn)圖3)。反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)生歸結(jié)為第一步:雙鍵上的π鍵電子流向帶正電荷的質(zhì)子(催化劑),激活了碳碳雙鍵,使得其中一個(gè)雙鍵碳原子成為缺電子的碳正離子(ⅰ),而水分子中的氧原子上剛好含有孤電子對(duì),從電性角度就容易解釋反應(yīng)的發(fā)生,氧原子上的孤電子對(duì)流入了碳正離子的空軌道中,連接生成了C—O鍵形成了钅羊鹽(ⅱ),最后脫去質(zhì)子(催化劑)生成乙醇。教師在講解反應(yīng)機(jī)理的同時(shí)介紹機(jī)理的書(shū)寫(xiě)技巧(箭頭的使用方法),在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)學(xué)以致用:乙烯和溴化氫反應(yīng)的機(jī)理如何?丙烯和水反應(yīng)呢?

        圖3 乙烯與水在酸催化的反應(yīng)機(jī)理

        設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)乙烯與水反應(yīng)的機(jī)理學(xué)習(xí),首先使學(xué)生認(rèn)識(shí)到該反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是來(lái)自催化劑,體會(huì)到催化劑的重要性;其次通過(guò)對(duì)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中電子的流轉(zhuǎn),使學(xué)生體會(huì)到化學(xué)鍵的形成條件可能原因就是不同電性原子之間的相互吸引,這樣的深度學(xué)習(xí)有助于學(xué)生快速找到有機(jī)反應(yīng)的位點(diǎn),并通過(guò)該反應(yīng)機(jī)理的學(xué)習(xí),遷移到乙烯和溴化氫,丙烯和水的反應(yīng),起到舉一反三的效果。

        圖4 丙烯與水在酸催化下反應(yīng)機(jī)理

        設(shè)計(jì)意圖:幫助學(xué)生把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系與本質(zhì),是教師的重要工作。從乙烯遷移到丙烯,最大的變化就是烯烴變得不對(duì)稱(chēng)了,高中的教學(xué)過(guò)程是讓學(xué)生記住口訣“氫加在氫多的地方”,屬于淺層學(xué)習(xí),所以筆者設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)讓學(xué)生書(shū)寫(xiě)丙烯和水的加成反應(yīng)機(jī)理,檢驗(yàn)學(xué)生是否真的搞懂了反應(yīng)機(jī)理,有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的落實(shí)。最后教師通過(guò)讓學(xué)生書(shū)寫(xiě)乙烯與乙酸、乙醇的反應(yīng)方程式,讓學(xué)生完成有難度、有挑戰(zhàn)的學(xué)生系任務(wù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)的預(yù)判,發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

        四、深度學(xué)習(xí)的實(shí)踐反思

        本課題的目的是教會(huì)學(xué)生根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)和反應(yīng)條件選擇合理的路線,實(shí)現(xiàn)有機(jī)物之間的相互轉(zhuǎn)化,深度學(xué)習(xí)對(duì)目前的高中有機(jī)化學(xué)的教學(xué)活動(dòng)中有以下幾點(diǎn)重要意義:

        首先是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和效果。相比較傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí),反應(yīng)機(jī)理的學(xué)習(xí)給學(xué)生耳目一新的體驗(yàn),不僅能使學(xué)生擺脫目前死記硬背的學(xué)習(xí)方法,還能夠幫助學(xué)生把大量零散的有機(jī)反應(yīng)通過(guò)少量反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行歸納、整理和總結(jié),學(xué)生甚至可以預(yù)測(cè)反應(yīng)的發(fā)生,起到事半功倍的效果。

        其次是促進(jìn)了教師專(zhuān)業(yè)的發(fā)展,提高教師的教學(xué)視野和水平。深度學(xué)習(xí)對(duì)教師的專(zhuān)業(yè)水平有更高的要求,要引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí),教師需要學(xué)習(xí)積累大量的理論,才能在平時(shí)的教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)用自如,這就要求教師平時(shí)需潛心學(xué)習(xí)相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū),多總結(jié)、多交流,通過(guò)一輪又一輪的教學(xué)實(shí)踐,不斷提升學(xué)生對(duì)有機(jī)反應(yīng)的認(rèn)知能力。

        再其次是有利于實(shí)施“教—學(xué)—評(píng)”一體化,有效開(kāi)展化學(xué)的日常學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。深度學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中除了教師與學(xué)生的課堂教學(xué)活動(dòng)外,還有一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),通過(guò)讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)板書(shū)反應(yīng)機(jī)理,同伴互評(píng)、老師點(diǎn)評(píng)等方式,充分發(fā)揮評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)全面發(fā)展的功能。

        最后是符合化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn),提高了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科,其特征是從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)、以符號(hào)形式描述物質(zhì)、在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。深度學(xué)習(xí)正是讓學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)的角度描述物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的可行性,討論反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的選擇性、轉(zhuǎn)化率的影響,并設(shè)計(jì)有機(jī)物的合成路線,發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

        本文系余姚市2021年度教研專(zhuān)項(xiàng)課題“深度教學(xué)在高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐與反思”(課題編號(hào):ky21G410101)階段性研究成果。

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