關(guān)于“甲烷”三節(jié)“同題異構(gòu)”全國評優(yōu)課的比較研究*

丁　浩

（江蘇省梁豐高級中學(xué)　江蘇　張家港　215600）

關(guān)于“甲烷”三節(jié)“同題異構(gòu)”全國評優(yōu)課的比較研究*

丁浩

（江蘇省梁豐高級中學(xué)江蘇張家港215600）

以三節(jié)“同題異構(gòu)”課“甲烷”的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程為例，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，比較課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識框架、養(yǎng)成學(xué)習(xí)能力、形成學(xué)科思維的策略和方法。嘗試描述圍繞學(xué)生活動，在充滿活力的氛圍中活化知識的新常態(tài)教學(xué)。

同題異構(gòu)；甲烷；核心問題；比較研究；新常態(tài)

2014年10月在湖北武漢舉行全國評優(yōu)課現(xiàn)場課中，有三節(jié)“甲烷”新授課（人教版必修2第三章第一節(jié)內(nèi)容），分別由北京馬佳老師、江蘇陳風(fēng)雷老師和浙江元樂天老師執(zhí)教（以下分別簡稱馬老師、陳老師和元老師）。以“同課異構(gòu)”形式開展教學(xué)研討，更加注重教師對教學(xué)內(nèi)容理解和教學(xué)設(shè)計(jì)，真正體現(xiàn)和落實(shí)了“教學(xué)研究”的精神與要求。

三位老師依據(jù)新課程，以甲烷結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，以甲烷為代表學(xué)習(xí)有機(jī)物結(jié)構(gòu)和常見的性質(zhì)（可燃性和取代反應(yīng)），讓學(xué)生認(rèn)識甲烷在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用、懂得科學(xué)、合理、安全地使用甲烷。教學(xué)過程中都能體現(xiàn)學(xué)生主體性，教學(xué)方法基本都是采用引導(dǎo)式探究，通過“問題設(shè)置、學(xué)生探究、歸納提升”展開教學(xué)。馬老師以“生命源于甲烷又回歸甲烷”為主線，立意高遠(yuǎn)而親近；陳老師的嚴(yán)謹(jǐn)、樸實(shí)給人以嚴(yán)謹(jǐn)、沉穩(wěn)之美；元老師的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)激情四射、富有深意。本文就三位老師的教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)的精彩之處和大家分享。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)立意深遠(yuǎn)，思路清晰

“授之以魚，不如授之以漁”。甲烷作為有機(jī)物的開篇之物，不僅擔(dān)負(fù)甲烷性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，更肩負(fù)學(xué)習(xí)、研究有機(jī)物的方法的指導(dǎo)，可以說應(yīng)該通過甲烷的學(xué)習(xí)掌握有機(jī)物的一般特征和學(xué)習(xí)方法是教材設(shè)置本節(jié)內(nèi)容的意圖。

馬老師設(shè)計(jì)以“甲烷——乙酸——甘氨酸——蛋白質(zhì)——甲烷”轉(zhuǎn)化為課堂主線，從“碳四價(jià)（碳原子形成四對共用電子對）、化學(xué)鍵（共價(jià)鍵）和空間結(jié)構(gòu)（共用電子對的相互排斥作用）”三個(gè)方面研究有機(jī)物甲烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。“原子結(jié)構(gòu)——化學(xué)鍵——空間結(jié)構(gòu)”，筆者認(rèn)為這種類似種子生長的方式、“剝洋蔥”方式、層層遞進(jìn)接近核心。學(xué)生自然形成對有機(jī)物結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈的認(rèn)知欲望、養(yǎng)成有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的探究方法，拋開知識層面這亦是難能可貴的。

圍繞甲烷的空間結(jié)構(gòu)，陳老師從三個(gè)方面展開了教學(xué)，首先提出有關(guān)甲烷空間結(jié)構(gòu)的歷史猜想，介紹化學(xué)史上出現(xiàn)的幾種甲烷的結(jié)構(gòu)模型；其次引導(dǎo)學(xué)生動手搭建甲烷可能的球棍模型；最后教師通過扎在一起的四個(gè)氣球空間自然伸展方向演示，印證甲烷的空間正四面體結(jié)構(gòu)。結(jié)合甲烷的取代產(chǎn)物——二氯甲烷只有一種結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步印證了甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)而不是平面正方形結(jié)構(gòu)。從教學(xué)環(huán)節(jié)上看，從直觀感受到理論推斷事實(shí)驗(yàn)證，步步相扣，互相印證。

元老師在引導(dǎo)學(xué)生模擬范霍夫探究甲烷空間結(jié)構(gòu)的過程，搭建球棍模型，而用來表示共價(jià)鍵的“棍”是用生活常用品——牙簽來替代，搭出可能的模型有四棱錐、平面正方形和正四面體，并逐一說明。牙簽——不僅縮短了學(xué)生和甲烷微觀結(jié)構(gòu)的距離，更可能使學(xué)生把生活和化學(xué)聯(lián)系起來。

我們欣喜地看到三位教師的教學(xué)設(shè)計(jì)不僅僅著眼于教學(xué)內(nèi)容，學(xué)科素養(yǎng)，更從學(xué)生終身發(fā)展的角度，思考對學(xué)生的發(fā)展的意義，思考對學(xué)生綜合素質(zhì)提高的作用。從這三堂課都能夠感受到三維目標(biāo)相互滲透、完美融合；以“甲烷的空間構(gòu)型”和“甲烷和氯氣的取代反應(yīng)”為核心問題，形成問題鏈有機(jī)地組織教學(xué)；課堂教學(xué)中都體現(xiàn)了學(xué)生為主體，關(guān)注了學(xué)生問題意識，重視探究的過程和方法，充分發(fā)揮探究活動在學(xué)生能力培養(yǎng)中的作用。

二、教學(xué)導(dǎo)入方式靈活，脈路清晰

有機(jī)物甲烷，對學(xué)生來說是一種新的物質(zhì)，三位老師圍繞本節(jié)課的核心問題——甲烷的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，都做了深入和縝密的思考。馬老師從甲烷和生命的關(guān)系出發(fā)、陳老師以甲烷的可燃性為基點(diǎn)、元老師結(jié)合甲烷發(fā)現(xiàn)之旅分別引入，三節(jié)課引入方式不盡相同，但都注重學(xué)生的情感體驗(yàn)，指向了課程目標(biāo)，都非常精彩。

馬老師從兩條短片引入本節(jié)課課題，一是就“外星球上生命存在的可能性以及通過哪些物質(zhì)判斷外星球上生命是否存在的依據(jù)”隨機(jī)采訪師生的拍攝的短片，二是央視關(guān)于“火星上尚未發(fā)現(xiàn)甲烷存在的跡象使得火星上存在生命的可能性變得很小”的新聞短片。通過這兩段視頻，猶如平靜的水面投入了石子激起了學(xué)生“甲烷和生命到底有什么關(guān)系”的思想的漣漪。學(xué)生在這種好奇的激發(fā)下，圍繞著“甲烷——乙酸——甘氨酸——蛋白質(zhì)——甲烷”轉(zhuǎn)化開始了甲烷性質(zhì)的探究之旅。

陳老師以“有機(jī)物甲烷是一種重要的能源出發(fā)”，以“中俄天然氣合作”、“頁巖氣”等視頻引入課題，以甲烷的性質(zhì)為主線，引導(dǎo)學(xué)生回顧甲烷的相關(guān)知識（物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)），充分運(yùn)用已有知識作為固著點(diǎn)，構(gòu)建甲烷的知識框架。

與以上兩位老師不同，元老師以甲烷的發(fā)現(xiàn)之旅為引入，以“《易經(jīng)》‘澤中之火’——道爾頓收集甲烷——奧斯汀發(fā)表了燃燒甲烷的報(bào)告，并確定甲烷是碳?xì)涞幕衔铩痘舴虬l(fā)現(xiàn)甲烷的空間結(jié)構(gòu)——氟利昂（有機(jī)物的性質(zhì)）”為主線，圍繞甲烷的可燃性、甲烷組成和結(jié)構(gòu)展開。同時(shí)給學(xué)生以中外文明交匯和博大精深，體現(xiàn)了文化育人的目標(biāo)。

無論是以甲烷和社會的關(guān)系、還是從甲烷的認(rèn)識過程引入，都立足于學(xué)生的知識基礎(chǔ)和生活經(jīng)驗(yàn)，牢牢地吸引了學(xué)生的注意、抓住了學(xué)生的興奮點(diǎn)，充分尊重了學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)學(xué)生未來發(fā)展的需要。

三、探究凸顯學(xué)科素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)精彩

新課程提倡把課堂還給學(xué)生，那么，教師可以或者說應(yīng)該為學(xué)生提供怎樣的指導(dǎo)？從以往的傳授知識，轉(zhuǎn)為學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，即學(xué)科信仰和學(xué)科思維方式，化學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)無疑是一種重要途徑。甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)是本部分內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，但教師都回避現(xiàn)場演示，一方面是由于甲烷和氯氣需要較長時(shí)間準(zhǔn)備，而且氯氣有毒；另一方面是由于有機(jī)反應(yīng)速率比較慢，能見度低、不易觀察。在現(xiàn)場教學(xué)中，陳老師和元老師采取了不同的方法，從不同的角度探究了甲烷和氯氣的取代過程，提供了不一樣的精彩。

元老師采用的現(xiàn)場演示的方法，與教材提供的探究方法［1］相比，元老師有四處改進(jìn)。一是采用了甲烷和氯氣的體積1∶4［2］，現(xiàn)有的三個(gè)版本教材在甲烷和氯氣反應(yīng)時(shí)兩者的體積比不同，人教版中二者體積比為1∶1，魯科版與蘇教版為1∶4。2分鐘時(shí)液面就較為明顯的上升、3分鐘時(shí)量筒內(nèi)氣體體積減少約50%，液面上升較為明顯。由于調(diào)整了甲烷和氯氣的體積比，反應(yīng)速率較快，現(xiàn)象清晰。二是采用針筒抽取氣體（甲烷和氯氣分別存儲在儲氣罐中）注入倒扣在充滿飽和食鹽水的水槽中的量筒中，便于控制氣體的體積，同時(shí)也避免了氯氣的逸散，防止對空氣的污染。三是元老師使用100mL量筒作為反應(yīng)裝置，通過量筒內(nèi)液面的讀書變化很方便比較反應(yīng)速率的快慢，同時(shí)通過反應(yīng)前后的量筒內(nèi)氣體體積的變化說明生成物的狀態(tài)。四是元老師采用了攝像頭取像、再投影的方法，信息技術(shù)手段的引入，“放大了”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，現(xiàn)場聽課的老師都能夠清晰地觀察到現(xiàn)象，而且更為清晰。

與元老師現(xiàn)場演示不同，陳老師事先錄制了演示甲烷和氯氣的取代反應(yīng)，課堂采用播放視頻的方式進(jìn)行。視頻采用控制變量（條件變量和反應(yīng)物變量）的方法設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，融化學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S于實(shí)驗(yàn)中，拓寬了實(shí)驗(yàn)的目的。

在教學(xué)中，陳老師結(jié)合三組實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，請學(xué)生比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析設(shè)計(jì)的意圖。實(shí)驗(yàn)一、三說明了反應(yīng)條件（光照）的重要性；實(shí)驗(yàn)一、二中保持總體積相等，說明實(shí)驗(yàn)一中液面上升等現(xiàn)象不是由氯氣和水反應(yīng)造成的；在實(shí)驗(yàn)所用U形管的液面處貼上標(biāo)簽，這樣也便于比較實(shí)驗(yàn)前后的液面的變化。

結(jié)合真實(shí)、生動的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生通過直觀的觀察、理性的思維，對于甲烷和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)條件有了比較深刻的影響，通過液面上升、出現(xiàn)油狀小液滴、白霧等現(xiàn)象也分別說明了氣體體積減少、生成了新物質(zhì)、氯化氫，依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)得出有機(jī)反應(yīng)的發(fā)生。更重要的是，通過控制變量實(shí)現(xiàn)單因素變化，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究中的對比實(shí)驗(yàn)的思想，并通過控制變量來判斷條件和結(jié)果之間的因果關(guān)系，培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案的能力。

這些改進(jìn)不僅體現(xiàn)了元老師對甲烷和氯氣取代反應(yīng)的的精心研究，更能感受到元老師注重演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)效，教學(xué)中更注重教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。以往，我們從節(jié)省實(shí)驗(yàn)藥品的角度，常采用微型實(shí)驗(yàn)的方法，但微型實(shí)驗(yàn)同時(shí)也給我們帶來了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的“細(xì)微化”。借鑒現(xiàn)代媒體，同樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的清晰化。

即使是在觀看視頻過程中，通過情景、疑問激發(fā)學(xué)生提出問題，也可以實(shí)現(xiàn)雙向的互動。陳老師的現(xiàn)場課中學(xué)生觀看了“甲烷和氯氣反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)（視頻）”提出“從甲烷一取代的方程式看，反應(yīng)前后氣體體積相等，但是為什么液面會上升”、“試管壁上的油狀物是什么”、“白霧是什么？如果說白霧是氯化氫的話，但是氯化氫溶于水還是有白霧呀”等問題。鼓勵學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生質(zhì)疑的意識和能力，是學(xué)生為課堂的主體觀念的實(shí)實(shí)在在體現(xiàn)。鼓勵學(xué)生提出問題不僅有利于學(xué)生建構(gòu)知識、加深問題的深度、拓寬了問題的廣度；更是保護(hù)了學(xué)生求知欲望，引導(dǎo)學(xué)生形成對解決問題的獨(dú)立見解。筆者認(rèn)為在雙向的信息交流中教師的智慧得到了充分的體現(xiàn)、知識的構(gòu)建得到了升華。

四、“結(jié)構(gòu)”探究百花齊放，形式靈活

教師對于教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)思考得比較透徹，這是好事，但往往也會導(dǎo)致起點(diǎn)較高、認(rèn)為地增加了難度。在教學(xué)中需要教師切實(shí)以學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平為教學(xué)起點(diǎn)，有意識地還原思維、降低起飛的高度是為了飛得更高。在探究甲烷的空間正四面體結(jié)構(gòu)時(shí)，馬老師和陳老師都采用了把四個(gè)氣球扎在一起的方法，以氣球的結(jié)合點(diǎn)作為原子核，四個(gè)氣球作為電子對，得到在空間自然伸展的形狀——正四面體。學(xué)生對分子中原子的空間排列方式難以理解，通過此方式讓學(xué)生直觀感受到電子對在空間的自然伸展方式，進(jìn)而理解甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。陳老師在此基礎(chǔ)上更是把扎在一起的氣球擠壓成平面正方形，然后讓氣球自然伸展再次得到正四面體，陳老師技巧性的處理解決了甲烷結(jié)構(gòu)的“正四面體和平面正方形”之爭。

與無機(jī)反應(yīng)常用的基本反應(yīng)類型不同，有機(jī)反應(yīng)類型主要著眼于有機(jī)物結(jié)構(gòu)的變化，馬老師合理地運(yùn)用了“局部替代”的思想，巧妙地引入取代反應(yīng)，并通過有機(jī)物轉(zhuǎn)化:“羧酸（乙酸）合成氨基酸（甘氨酸）”中熟練運(yùn)用“局部替代”方法，引導(dǎo)學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)比較有機(jī)物的變化，即醋酸可以看成是甲烷中的一個(gè)氫原子被醋酸根替換得到的產(chǎn)物；沒有被替代的甲基沒有變化，保留了原有的性質(zhì)，可以和氯氣發(fā)生取代反應(yīng)；進(jìn)一步推測乙酸生成甘氨酸的過程是氫原子被-NH2替代的過程。學(xué)生從有機(jī)物的組成容易判斷發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)，也進(jìn)一步確立了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”化學(xué)根本思想。

評優(yōu)課集中體現(xiàn)了教學(xué)一線的教學(xué)動向，反映了教師的創(chuàng)新意識和能力，參加本次評優(yōu)課的選手普遍比較重視實(shí)驗(yàn)的研究，從實(shí)驗(yàn)原理、方法的使用，學(xué)科思想的運(yùn)用，以及實(shí)驗(yàn)的整合、媒體的使用等方面，都得到了較好的體現(xiàn)。包括以上三節(jié)“甲烷”的教學(xué)展示中充分體現(xiàn)了學(xué)生是課堂的主人，學(xué)生掌握了學(xué)習(xí)的主動權(quán)，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、愉快學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)，知識的達(dá)成水到渠成，通過評優(yōu)課這種形式加以輻射并推而廣之，相信更加重視學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力和發(fā)展必定成為教育的新常態(tài)。

［1］宋心琦.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.化學(xué)2［M］.北京：人民教育出版社，2013

［2］張瑜.基于條件探索和裝置改進(jìn)的甲烷氯代反應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)［D］.河北：河北師范大學(xué)，2012：17～19

1008-0546（2015）10-0050-03

G632.41

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10.3969/j.issn.1008-0546.2015.10.018

*本文系全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年度教育部規(guī)劃課題“以行為優(yōu)化為核心的有效教學(xué)課例研究”（課題批準(zhǔn)號FHB110033）階段性成果之一。