開(kāi)展科學(xué)探究，構(gòu)建高效課堂

以《最簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物——甲烷》教學(xué)設(shè)計(jì)為例，以情景創(chuàng)設(shè)為先導(dǎo)，以科學(xué)探究為方法，通過(guò)改變教師教的方式和學(xué)生學(xué)的方式，幫助學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)高效課堂。

有機(jī)化合物課堂教學(xué)中學(xué)化學(xué)一、教材分析

《最簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物——甲烷》選自《化學(xué)必修2》第三章第一節(jié)。必修模塊的有機(jī)化學(xué)內(nèi)容，沒(méi)有完全考慮有機(jī)化學(xué)本身的內(nèi)在邏輯體系，教材的起點(diǎn)低。本節(jié)以最簡(jiǎn)單的有機(jī)物甲烷為切入點(diǎn)，從學(xué)生已有的生活背景知識(shí)出發(fā)，介紹甲烷的結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)以及在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)的角度適當(dāng)加以深化，建立有機(jī)物“結(jié)構(gòu)——性質(zhì)——用途”的認(rèn)識(shí)關(guān)系。本節(jié)課是有機(jī)化學(xué)的入門(mén)，也是學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)一個(gè)新的開(kāi)始。

二、學(xué)情分析

知識(shí)儲(chǔ)備：學(xué)生在初中化學(xué)已經(jīng)知道甲烷是一種化石燃料，可以燃燒，能從甲烷的組成上認(rèn)識(shí)燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物，但不能從結(jié)構(gòu)角度認(rèn)識(shí)其性質(zhì)；掌握了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵理論，具備學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的理論基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)方式：喜歡從熟悉事物入手學(xué)習(xí)新知識(shí)，對(duì)圖片、實(shí)物感興趣，喜歡自己動(dòng)手實(shí)踐。

認(rèn)知方式：缺乏對(duì)知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)探究和建構(gòu)的能力。

三、教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：了解自然界中甲烷的存在及儲(chǔ)量情況；通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)甲烷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究理解并掌握甲烷的取代反應(yīng)原理。

過(guò)程與方法：通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)、模型、圖片、動(dòng)畫(huà)等，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心科學(xué)，研究科學(xué)和探索科學(xué)的精神；通過(guò)講授、討論、自學(xué)、小組合作等教學(xué)方法和比較、類比等科學(xué)方法與邏輯方法，教給學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出可能的規(guī)律的能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人類面臨與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和參與意識(shí)；通過(guò)甲烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的探索，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

四、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：甲烷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、甲烷的化學(xué)性質(zhì)。

教學(xué)難點(diǎn)：甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)模型的建立、理解甲烷和氯氣取代反應(yīng)的機(jī)理。

五、教學(xué)方法

教學(xué)方法：情景創(chuàng)設(shè)、問(wèn)題探究、小組合作交流等。

六、教學(xué)過(guò)程

（設(shè)問(wèn)）請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)一說(shuō)，你對(duì)有機(jī)物有哪些了解？

學(xué)生1：初中我們學(xué)過(guò)的甲烷、乙烯、乙炔、乙醇等物質(zhì)都是有機(jī)物。

學(xué)生2：我們生活中吃的米、面、油、肉都含有機(jī)物。

學(xué)生3：我們穿的棉布、絲綢、各種化纖面料都含有有機(jī)物。

學(xué)生4：我們生活中用的中型筆、飲料瓶等塑料制品、橡皮、汽車輪胎等橡膠制品，都含有有機(jī)物。

（圖片展示）多媒體展示常見(jiàn)的有機(jī)化合物的圖片，讓學(xué)生欣賞圖片。

（引言）我們的吃、穿、用等都離不開(kāi)有機(jī)物，那么從今天開(kāi)始我們學(xué)習(xí)有機(jī)物。

（板書(shū)）第三章有機(jī)物

（學(xué)生）閱讀課本第三章引言。

練習(xí)1.下列物質(zhì)屬于有機(jī)物的是

（1）H2S（2）C2H2（3）CO2（4）C2H5OH（5）CH4（6）Na2CO3（7）CH3COOH（8）金剛石（9）H2CO3（10）C12H22O11

講解：除二氧化碳、一氧化碳、碳酸鹽及碳酸氫鹽外，絕大多數(shù)含碳的化合物都是有機(jī)化合物。也就是說(shuō)有機(jī)物一定含碳元素，但含碳元素的物質(zhì)不一定是有機(jī)物。

練習(xí)2.下列有機(jī)物屬于烴的是

（1）CH3COOH（2）C2H2（3）C2H5OH（4）C2H4（6）CH4（7）C12H22O11（8）（C6H10O5）n

探究活動(dòng)一：探究甲烷的組成及分子式。

提出問(wèn)題：英國(guó)科學(xué)家道爾頓在1804年在沼澤中收集到甲烷并測(cè)得甲烷的組成。其途徑是：電爐加熱→生成氣體通入濃硫酸→堿液吸收。取16g甲烷燃燒完全后，產(chǎn)物中有44gCO2和36gH2O。又測(cè)得甲烷的相對(duì)分子質(zhì)量為16，請(qǐng)推斷：

甲烷的元素組成？如何確定甲烷的分子式？請(qǐng)表示出甲烷的電子式和結(jié)構(gòu)式？

（學(xué)生）由題給數(shù)據(jù)推測(cè)甲烷的組成元素；通過(guò)計(jì)算確定甲烷的分子式；根據(jù)分子式寫(xiě)出甲烷的電子式和結(jié)構(gòu)式。

（過(guò)渡）結(jié)構(gòu)式僅用來(lái)表示分子中原子的連結(jié)順序，不能表示分子中原子在空間的分布。我們知道了甲烷的分子式和結(jié)構(gòu)式，那么甲烷分子的結(jié)構(gòu)是什么樣的呢？

探究活動(dòng)二：探究甲烷分子的結(jié)構(gòu)。

已知：實(shí)驗(yàn)測(cè)得甲烷分子中4個(gè)C-H鍵完全相同，每相鄰的兩個(gè)C-H鍵之間的鍵角、鍵長(zhǎng)、鍵能都相等。

（活動(dòng)）同學(xué)們利用手中的硬紙板、橡皮泥、小番茄、牙簽等，制作出你們認(rèn)為甲烷可能的空間構(gòu)型。

提問(wèn)：請(qǐng)××同學(xué)來(lái)總結(jié)你們小組討論的結(jié)果，并展示你們的作品。

（實(shí)踐活動(dòng)）依據(jù)課本P60，制作正四面體模型。

（展示）甲烷的分子模型（球棍模型和比例模型）。

（講解）結(jié)構(gòu)式實(shí)際是分子球棍模型在平面上的投影，表示分子內(nèi)各原子的成鍵情況。球棍模型能表示分子內(nèi)各原子在空間的相對(duì)位置和立體構(gòu)型。比例模型能表示分子內(nèi)各成鍵原子的相對(duì)大小和在空間的相對(duì)位置。

（學(xué)生）根據(jù)甲烷分子模型結(jié)合實(shí)踐活動(dòng)，說(shuō)出甲烷分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

（講解）經(jīng)過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明甲烷分子的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的正四面體結(jié)構(gòu)，碳原子位于正四面體的中心，4個(gè)氫原子分別位于正四面體的4個(gè)頂點(diǎn)上，四個(gè)C-H鍵強(qiáng)度相同。

（投影）拓展資料：甲烷分子結(jié)構(gòu)的參數(shù)——鍵角、鍵長(zhǎng)、鍵能。

（知識(shí)拓展）在甲烷分子里，雖然C-H鍵都是極性鍵，但CH4分子是一種高度對(duì)稱的正四面體結(jié)構(gòu)，四個(gè)C-H鍵的極性相互抵消，整個(gè)分子沒(méi)有極性，所以甲烷是非極性分子。

探究活動(dòng)三：探究甲烷的物理性質(zhì)。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：觀察集氣瓶中的甲烷氣體并聞氣味；將集氣瓶倒置于水槽中，觀察現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)：請(qǐng)總結(jié)出甲烷的物理性質(zhì)；根據(jù)物理性質(zhì)推測(cè)出甲烷的收集方法。

探究活動(dòng)四：探究甲烷的化學(xué)性質(zhì)。

（教學(xué)情境）結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，通過(guò)剛才的學(xué)習(xí)我們知道，甲烷分子是一種對(duì)稱的正四面體結(jié)構(gòu)，請(qǐng)猜想甲烷的結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定？試說(shuō)明你推測(cè)的理由。

（交流討論）小組討論后回答。

（答案）甲烷的結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定?？赡茉蚴牵旱谝?，天然氣在地殼中貯藏比較豐富；第二，天然氣能長(zhǎng)途輸送。

（學(xué)生實(shí)驗(yàn)）將CH4分別通入酸性KMnO4、溴水、含酚酞的NaOH溶液、含石蕊的H2SO4溶液中

（學(xué)生活動(dòng)）請(qǐng)匯報(bào)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果；根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)出甲烷的化學(xué)性質(zhì)。

（結(jié)論）在通常情況下，甲烷比較穩(wěn)定，與高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑不反應(yīng)，與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿也不反應(yīng)，也證明了上面猜想是正確的。

探究活動(dòng)五：探究甲烷與氧氣的反應(yīng)。

（演示）點(diǎn)燃甲烷。

（學(xué)生）描述甲烷燃燒時(shí)的現(xiàn)象（火焰為淡藍(lán)色）并寫(xiě)出甲烷燃燒的化學(xué)方程式。

（問(wèn)題探究）甲烷是一種優(yōu)良的氣體燃料，通常情況下1mol甲烷在空氣中完全燃燒，放出890kJ的熱量，火焰呈淡藍(lán)色。請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一套檢驗(yàn)甲烷燃燒產(chǎn)物的裝置同時(shí)思考以下問(wèn)題：（1）點(diǎn)燃甲烷前應(yīng)有什么操作？（2）有幾種產(chǎn)物？怎么檢驗(yàn)？

（學(xué)生）點(diǎn)燃甲烷前應(yīng)驗(yàn)純，燃燒產(chǎn)物是二氧化碳和水，可以通過(guò)將干燥燒杯罩在甲烷的火焰上，之后倒轉(zhuǎn)燒杯迅速倒入澄清石灰水來(lái)檢驗(yàn)。

（板書(shū)）1、甲烷的氧化反應(yīng)——燃燒反應(yīng)

（注意）在這里化學(xué)方程式盡管已經(jīng)配平，但不用等號(hào)用箭頭表示。這是因?yàn)橛袡C(jī)化合物參加的化學(xué)反應(yīng)往往比較復(fù)雜，常有副反應(yīng)發(fā)生，同時(shí)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式代替分子式。

（教學(xué)情境）目前，大部分城市正在進(jìn)行燃?xì)飧脑旃こ?，即將管道煤氣改造為天然氣?/p>

第一，根據(jù)煤氣和天然氣的燃燒反應(yīng)方程式，判斷燃燒相同體積的管道煤氣與天然氣，消耗空氣的體積較大的是哪種氣體？

第二，燃燒管道煤氣的灶具如需要改為天然氣，灶具將如何改進(jìn)？若不改進(jìn)可能會(huì)產(chǎn)生哪些不良后果？

（學(xué)生）分組交流討論后，展示討論結(jié)果。

（資料卡片）第一，閱讀課本P61資料卡片。

第二，我國(guó)煤礦發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故中，絕大多數(shù)是由于瓦斯爆炸，約占特大事故總數(shù)的70%左右。我國(guó)目前國(guó)有重點(diǎn)煤礦大多數(shù)屬于瓦斯礦井，其中高瓦斯礦井和突出礦井占全國(guó)礦井總數(shù)的44%。

第三，2005年2月14日，遼寧省孫家灣煤礦發(fā)生一起特別重大瓦斯爆炸事故，造成214人死亡。事故的原因是由于巖爆造成大量瓦斯異常涌出，局部停風(fēng)造成瓦斯積聚，工人違章帶電檢修，產(chǎn)生電火花引起瓦斯爆炸。

（問(wèn)題探究）根據(jù)以上資料，瓦斯爆炸的條件及預(yù)防措施是什么？

（歸納總結(jié)）瓦斯爆炸的條件：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。

防止瓦斯積聚的措施：加強(qiáng)通風(fēng)，杜絕火源。

探究活動(dòng)六：探究甲烷與氯氣的反應(yīng)。

（過(guò)渡）大家看到，甲烷與氧氣反應(yīng)要點(diǎn)燃，那么與比O2氧化能力更強(qiáng)的Cl2反應(yīng)時(shí)是怎樣的呢？

（播放視頻）甲烷與氯氣的反應(yīng)。

（提問(wèn)）看完了這段動(dòng)畫(huà)，同學(xué)們?cè)賮?lái)總結(jié)一下，你看到了什么？

（總結(jié)）氯氣的黃綠色逐漸消失，瓶壁上有無(wú)色油狀液滴生成，水面上升、試管中有白霧產(chǎn)生，石蕊變紅。

（動(dòng)畫(huà)演示）甲烷與氯氣的反應(yīng)。

（問(wèn)題探究）為什么氣體顏色會(huì)變淺甚至褪去、有油滴出現(xiàn)？為什么量筒中的液面上升、有白霧產(chǎn)生，石蕊會(huì)變紅？甲烷和氯氣反應(yīng)會(huì)有哪些鍵發(fā)生斷裂和形成？

（結(jié)論）甲烷與氯氣發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)；生成氯化氫極易溶于水，氣體總體積減少，導(dǎo)致試管內(nèi)壓強(qiáng)減少，氯化氫溶于空氣中的水蒸氣形成白色酸霧，氯化氫溶于水顯酸性；碳?xì)滏I斷裂、氯氯鍵斷裂。

教師書(shū)寫(xiě)甲烷一氯取代反應(yīng)方程式，學(xué)生仿寫(xiě)一氯甲烷與氯氣進(jìn)一步反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（教師）甲烷分子里的氫原子是被氯原子逐步取代的，共生成五種物質(zhì)，四種取代產(chǎn)物。我們稱這種反應(yīng)為取代反應(yīng)。請(qǐng)大家由剛才的動(dòng)畫(huà)思考，什么是取代反應(yīng)呢？（學(xué)生很有興趣的大膽猜測(cè)、估計(jì)，試探說(shuō)出取代反應(yīng)的涵義。）

（比較）對(duì)甲烷的四種取代產(chǎn)物從狀態(tài)、俗名、溶解性、用途四個(gè)方面進(jìn)行比較。

（強(qiáng)調(diào)）CH4的四種氯的取代產(chǎn)物都不溶于水。在常溫下，CH3Cl是氣體，其他三種都是液體，CHCl3和CCl4是重要的有機(jī)溶劑。這些產(chǎn)物都屬于鹵代烴。

教師：我們以前學(xué)習(xí)過(guò)置換反應(yīng)，置換反應(yīng)與取代反應(yīng)有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？請(qǐng)思考討論后填寫(xiě)下表？

（比較）將取代反應(yīng)與置換反應(yīng)從生成物中是否一定有單質(zhì)、影響反應(yīng)進(jìn)行的因素、反應(yīng)是否可逆等方面進(jìn)行比較。

（知識(shí)拓展）甲烷的受熱分解。

在隔絕空氣的情況下，加熱至1000℃，甲烷分解生成炭黑和氫氣。

氫氣是合成氨和合成汽油等工業(yè)的原料；炭黑是橡膠和染料的工業(yè)原料。

（學(xué)生）閱讀課本第一節(jié)P60第一段，歸納出甲烷的存在和用途。

（投影）

1.甲烷的存在和用途

（1）甲烷是天然氣、沼氣、油田氣和煤礦坑道氣的主要成分。

（2）天然氣是高效、低耗、污染小的清潔能源。中國(guó)是最早利用天然氣作燃料的國(guó)家。

（3）甲烷是一種重要的化工原料。

（4）“西氣東送”工程是我國(guó)開(kāi)發(fā)西部的一項(xiàng)重大舉措，可以改善我國(guó)東部能源結(jié)構(gòu)。

（知識(shí)拓展）可燃冰——未來(lái)的新能源。

練習(xí)1.甲烷分子是以C原子為中心的正四面體結(jié)構(gòu)，而不是正方形的平面結(jié)構(gòu)，理由是（）

A.CH3Cl只代表一種物質(zhì)B.CH2Cl2只代表一種物質(zhì)

C.CHCl3只代表一種物質(zhì)D.CCl4是非極性分子

練習(xí)2.若要使0.500molCH4完全和Cl2發(fā)生取代反應(yīng)，且生成的四種氯代物的物質(zhì)的量相同，試求所需Cl2的物質(zhì)的量。

（課堂小結(jié)）本節(jié)課我們開(kāi)始了有機(jī)物的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到甲烷的正四面體立體結(jié)構(gòu)和重要化學(xué)性質(zhì)：氧化反應(yīng)、取代反應(yīng)、受熱分解反應(yīng)，學(xué)習(xí)中重點(diǎn)應(yīng)對(duì)甲烷分子的結(jié)構(gòu)和Cl2的取代反應(yīng)加以理解，要樹(shù)立結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀點(diǎn)。

（課后活動(dòng)與探究）查閱資料了解西氣東輸?shù)挠嘘P(guān)知識(shí)，認(rèn)識(shí)甲烷在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的重要作用；調(diào)查沼氣在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用，了解我國(guó)沼氣的使用歷史和現(xiàn)狀。

七、反思

首先，本節(jié)課的核心問(wèn)題是甲烷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及取代反應(yīng)。本節(jié)課由于探究過(guò)程較多，要注意教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)的把握，語(yǔ)言要精煉。在教學(xué)過(guò)程中教師要控制好節(jié)奏，要根據(jù)時(shí)間適當(dāng)調(diào)節(jié)教學(xué)內(nèi)容。

其次，甲烷實(shí)驗(yàn)室制取不容易，可用天然氣代替，沒(méi)有天然氣的農(nóng)村學(xué)校，如果學(xué)生家中有沼氣池，可以在課前給學(xué)生布置一個(gè)家庭實(shí)驗(yàn)：觀察沼氣的顏色、狀態(tài)、氣味；觀察沼氣燃燒時(shí)火焰的顏色；在沼氣火焰上扣一只玻璃杯，觀察玻璃杯內(nèi)壁有何現(xiàn)象；用澄清石灰水潤(rùn)濕玻璃杯的內(nèi)壁，然后再將玻璃杯倒扣在沼氣火焰上，觀察玻璃杯內(nèi)壁有何現(xiàn)象？

再次，甲烷與氯氣反應(yīng)需要時(shí)間較長(zhǎng)，可以帶領(lǐng)部分學(xué)生在課外做實(shí)驗(yàn)，并錄成視頻在課堂上播放，將視頻中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做放大處理，便于學(xué)生觀察。甲烷的取代反應(yīng)使學(xué)生接觸到的第一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，很多學(xué)生對(duì)有機(jī)反應(yīng)不熟。所以要抓住有機(jī)反應(yīng)的特點(diǎn)對(duì)甲烷的取代反應(yīng)來(lái)理解，如有機(jī)反應(yīng)是分步進(jìn)行的，所以無(wú)論氯氣與甲烷以何比例混合，最終都有4種鹵代烴生成。寫(xiě)好有機(jī)反應(yīng)方程式一定要了解反應(yīng)物如何斷鍵，才能理解生成物如何成鍵。并本著在哪里斷就在哪里接的原則，更好地寫(xiě)出方程式。

參考文獻(xiàn)：

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