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      立足問題解決的化學(xué)教學(xué)

      2021-09-08 21:34:21張金怡
      關(guān)鍵詞:烷烴問題解決學(xué)科核心素養(yǎng)

      【關(guān)鍵詞】問題解決;學(xué)科核心素養(yǎng);烷烴

      【中圖分類號】G633.8? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009(2021)54-0153-04

      【作者簡介】張金怡,江蘇省常州高級中學(xué)(江蘇常州,213000)教師,高級教師。

      揚州大學(xué)吳星教授曾指出:高中生化學(xué)核心素養(yǎng)必須且只能在化學(xué)問題解決的學(xué)習(xí)中形成和發(fā)展。[1]這是因為化學(xué)問題解決的學(xué)習(xí)往往需要通過在真實而復(fù)雜的情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,運用化學(xué)學(xué)科的思維方式分析問題,開展學(xué)科探究活動,最終獲得問題解決的方案和結(jié)果,從而實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科知識的習(xí)得,學(xué)科能力的提升,科學(xué)精神和社會責(zé)任感的培養(yǎng)以及正確價值觀的塑造。現(xiàn)以新人教版必修二“烷烴”為例,從基于化學(xué)問題解決的途徑開展教學(xué)實踐,落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

      一、教學(xué)分析

      1.課標(biāo)分析。

      相較于2003年版的高中化學(xué)課標(biāo),2017年版課標(biāo)在內(nèi)容要求部分將“了解有機化合物中碳的成鍵特征,舉例說明有機化合物的同分異構(gòu)現(xiàn)象”調(diào)整到了“簡單的有機化合物及其應(yīng)用”的主題中,知識體系安排更為合理。同時降低了對甲烷性質(zhì)的要求,明確了對具體有機物中碳原子成鍵特點的認(rèn)知。

      此外,課程標(biāo)準(zhǔn)還提供了相關(guān)教學(xué)策略、學(xué)習(xí)活動建議和情境素材建議,明確了相關(guān)學(xué)業(yè)要求。課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善,為教學(xué)的開展、活動的設(shè)計和學(xué)科核心素養(yǎng)的落實奠定了良好的基礎(chǔ)。

      2.教材分析。

      人教版和蘇教版兩個版本的新教材對新課標(biāo)給予了不同的呈現(xiàn)方式。

      人教版變化較大。標(biāo)題從“最簡單的有機化合物”到“認(rèn)識有機化合物”,內(nèi)容從原來的在認(rèn)識甲烷的基礎(chǔ)上穿插烷烴結(jié)構(gòu)和性質(zhì),變?yōu)橄日J(rèn)識有機物中碳原子的成鍵特點,從甲烷結(jié)構(gòu)到烷烴結(jié)構(gòu),再基于甲烷及烷烴的用途,系統(tǒng)認(rèn)識烷烴的性質(zhì),最終建立對有機物通性的一般認(rèn)識。教材側(cè)重體現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)決定用途”的化學(xué)學(xué)科核心觀念,隱含了從“一般到個別,再從個別到一般”的學(xué)科認(rèn)知方式,對有機化學(xué)的學(xué)習(xí)起到了承前啟后的作用。教材還設(shè)置了“資料卡片”“思考與討論”“數(shù)據(jù)”“實驗”等欄目,為教學(xué)活動開展提供了素材和方向。

      蘇教版新教材沿襲了舊版的特色,抓住有機物中的典型代表物,從獲得這些物質(zhì)的途徑出發(fā),呈現(xiàn)了相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。促使學(xué)生感受到真實的、有用的化學(xué),有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。教材中明確將搭建球棍模型作為學(xué)生必做實驗。

      3.學(xué)情分析。

      從學(xué)科知識來看,學(xué)生已從化學(xué)鍵的角度理解了甲烷結(jié)構(gòu)和碳原子的成鍵特點;從學(xué)科能力來看,學(xué)生初步具備了模型搭建、分析推理、歸納概括的能力;從學(xué)生的心理狀態(tài)來看,有機化學(xué)的學(xué)習(xí)是全新的一頁,學(xué)生在情緒和心理上都處于興奮狀態(tài), 是教學(xué)的良機。

      二、教學(xué)目標(biāo)

      結(jié)合對教材及學(xué)情的分析,確立本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

      基于球棍模型的搭建,認(rèn)識烷烴分子的結(jié)構(gòu)特征,知道同系物以及烷烴中的同分異構(gòu)現(xiàn)象,從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析問題;圍繞三個核心問題的深入探討,體會問題解決過程中的證據(jù)推理,建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系;基于烷烴的應(yīng)用,感受化學(xué)對改善人類生活的價值,體會科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。

      三、教學(xué)設(shè)計思路與主要環(huán)節(jié)

      如圖1所示,基于課標(biāo)的要求,本節(jié)課的設(shè)計對兩個版本的教材內(nèi)容進(jìn)行了重組整合,創(chuàng)設(shè)真實情境,并圍繞三個問題逐步推進(jìn)教學(xué)的展開,實現(xiàn)創(chuàng)造性地使用教材。

      通過組織搭建烷烴球棍模型的學(xué)生探究活動,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)有機物中的同分異構(gòu)現(xiàn)象,進(jìn)而總結(jié)同分異構(gòu)的有關(guān)概念,經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)、解決問題的過程;并從烷烴的微觀分子結(jié)構(gòu)走向烷烴的宏觀物理和化學(xué)性質(zhì),體會化學(xué)對人類生活和社會進(jìn)步的巨大作用,感受化學(xué)工作者在其中發(fā)揮的重要作用。

      1.祥云火炬為什么能在環(huán)境惡劣的珠峰頂端持續(xù)燃燒?——情境創(chuàng)設(shè)

      回望2008年,北京奧運祥云火炬登頂珠穆朗瑪峰。它以大氣的外表、良好的性能,被廣泛贊譽,是中國留給世界的寶貴遺產(chǎn)。祥云火炬的神奇究竟在何處,為何能在空氣稀薄、環(huán)境惡劣的珠峰持續(xù)燃燒,通過今天的學(xué)習(xí)將共同揭開和“祥云”有關(guān)的化學(xué)秘密。

      【設(shè)計意圖】2008年北京奧運是舉世矚目的大事,也是鐫刻在全國各族人民腦海中值得驕傲和自豪的永恒記憶。通過視頻播放“祥云”火炬登頂珠峰這一激動人心的場面,激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷,以飽滿的情緒開啟一節(jié)課的學(xué)習(xí)。同時提出了圍繞該真實情境的核心問題:“祥云火炬為什么能在環(huán)境惡劣的珠峰持續(xù)燃燒?”從而引發(fā)學(xué)生的思考,并產(chǎn)生迫切的愿望去解決問題。以此提升學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。

      2.祥云火炬中使用了什么燃料?——認(rèn)識烷烴的組成和與結(jié)構(gòu)。

      【投影】祥云火炬構(gòu)造圖:燃料是火炬設(shè)計的關(guān)鍵之一,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注祥云火炬所使用的燃料——丙烷。展示丙烷分子的比例模型,確定丙烷的分子組成,再與甲烷的組成進(jìn)行對比,找到名稱中的“甲”“丙”和碳原子數(shù)之間的關(guān)系。

      【小結(jié)1】烷烴的簡單命名。

      【分組實驗】以四人一小組為單位,搭建甲烷、乙烷和丙烷的球棍模型。仔細(xì)觀察甲烷、乙烷、丙烷的球棍模型,對比:隨著碳原子數(shù)的增大,氫原子數(shù)有何變化規(guī)律?三種物質(zhì)的原子連接方式有何相似之處?

      【小結(jié)2】①烷烴通式;②烷烴(飽和烴)概念;③同系物概念。

      【設(shè)計意圖】將烷烴、飽和烴、同系物這樣原本零散的化學(xué)概念,通過丙烷建立了彼此的聯(lián)系,且環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)。從觀察搭建好的模型開始,建立學(xué)生對球棍模型的初步了解,從微觀層面探析物質(zhì)分子的組成和結(jié)構(gòu),并對物質(zhì)進(jìn)行分類,找到同類物質(zhì)的相關(guān)性和各異性,促進(jìn)對化學(xué)概念的理解。

      【應(yīng)用與實踐】①基于對烷烴的認(rèn)識,推斷含4個碳原子的烷烴分子式;②結(jié)合預(yù)測,搭建含4個碳原子的烷烴的球棍模型;③比較所搭球棍模型,是否完全相同?

      【對比觀察】出現(xiàn)了兩種結(jié)構(gòu):一種是有支鏈的,一種沒有。

      【小結(jié)3】①同分異構(gòu)現(xiàn)象;②同分異構(gòu)體。

      學(xué)生結(jié)合自己搭建的球棍模型,寫出正丁烷和異丁烷的結(jié)構(gòu)式。同時發(fā)現(xiàn),隨著碳原子數(shù)的增加,烷烴的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜,用結(jié)構(gòu)式來表示有機物的組成和結(jié)構(gòu)不夠方便,所以需要一種更為簡潔的表達(dá)方式——結(jié)構(gòu)簡式。

      【設(shè)計意圖】在明晰烷烴、同系物等相關(guān)概念的基礎(chǔ)上,將其應(yīng)用于實踐,由烷烴的通式推導(dǎo)出四個碳原子的烷烴的分子式。學(xué)生通過對不同小組搭建模型的比較,自主發(fā)現(xiàn)有機物中同分異構(gòu)的現(xiàn)象。基于上述證據(jù),建立對化學(xué)概念模型的認(rèn)知。而正、異丁烷結(jié)構(gòu)式的書寫,既是對舊知的鞏固,更感受到了結(jié)構(gòu)式表達(dá)復(fù)雜有機物組成和結(jié)構(gòu)的繁瑣,為結(jié)構(gòu)簡式的引入做好自然的鋪墊,強化了學(xué)生知識獲得的體驗過程。

      3.為什么選擇丙烷作為祥云火炬的燃料?——理解烷烴的性質(zhì)。

      作為祥云火炬的燃料,丙烷必然可以燃燒。書寫化學(xué)方程式后,發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物和甲烷相同。這就帶來新的問題,同樣可以燃燒,且燃燒產(chǎn)物也相同,為什么選擇了丙烷作為祥云火炬的燃料?學(xué)生通過交流討論提出了可能的因素,并做相互評價。

      在此基礎(chǔ)上,教師從三方面進(jìn)行歸納整理:首先,價格因素;其次,基于丙烷的物理性質(zhì)——甲烷沸點很低,不易液化,丙烷則相對容易,便于貯存在火炬中;丙烷還能適應(yīng)比較寬的溫度范圍,在零下40℃時仍能產(chǎn)生1個以上飽和蒸氣壓,高于外界大氣壓,形成燃燒;最后,應(yīng)用場景,丙烷含碳量高,燃燒的火焰呈明亮的黃色,有良好的可視性,便于識別和電視轉(zhuǎn)播、新聞攝影的需要。

      【小結(jié)4】由此可見,丙烷作為祥云火炬的燃料是綜合了其化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)和實際需求的結(jié)果。這也是我們將化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用于實際時常常需要考慮的因素。

      【設(shè)計意圖】基于物質(zhì)分類的結(jié)果,從甲烷的化學(xué)性質(zhì)推知丙烷及烷烴的化學(xué)性質(zhì),體現(xiàn)有機物研究從個別到一般的研究思路。引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度探尋“祥云”火炬選擇丙烷作為燃料的原因,著力科學(xué)探究意識的養(yǎng)成,也為選修有機化學(xué)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

      4.烷烴在生活中還有哪些應(yīng)用?——了解烷烴的用途。

      【投影】丙烷的用途不僅僅局限在火炬燃料,還可用作發(fā)動機、家用取暖系統(tǒng)的燃料。其他烷烴也被廣泛應(yīng)用在生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,打火機中的液體是液化的丁烷,汽油中含有多種碳原子數(shù)不同的烷烴。

      【總結(jié)】祥云火炬的神奇也不僅僅在于它選擇了丙烷作為燃料,還在于設(shè)計師將飛機發(fā)動機和火箭燃燒技術(shù)也應(yīng)用其中,這就涉及了更多學(xué)科的知識。2022年冬奧火炬“飛揚”也已誕生,這又是一次技術(shù)的飛躍和突破,而化學(xué)學(xué)科又在其中發(fā)揮了怎樣的作用呢?有興趣的同學(xué)不妨做進(jìn)一步的深入了解。

      【設(shè)計意圖】緊扣主題、回歸情境,讓學(xué)生了解烷烴在日常生活生產(chǎn)中的更多應(yīng)用,體會化學(xué)對于改善人類生活和促進(jìn)社會發(fā)展的積極意義。也讓學(xué)生看到化學(xué)工作者在各個領(lǐng)域所發(fā)揮的重要作用,感受國家科技的進(jìn)步與騰飛,再次喚醒學(xué)生心中的民族自豪感。

      四、教學(xué)反思

      1.基于問題探究的情境創(chuàng)設(shè)。

      情境搭建了連接現(xiàn)實生活和學(xué)科領(lǐng)域的橋梁,為培育學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提供了載體。而合適的情境一般總是跟實際問題的解決聯(lián)系在一起。2020年東京奧運會火炬?zhèn)鬟f過程中火炬熄滅的新聞,一度引發(fā)了大家的關(guān)注。在這個節(jié)點上回顧2008奧運火炬?zhèn)鬟f這一學(xué)生熟悉的社會性事件作為提煉問題的情境,有效降低了探究的起點,消除了學(xué)生思想上的抗拒感,由淺入深、由表及里的層層推進(jìn),展示了化學(xué)學(xué)科在社會活動參與中的責(zé)任擔(dān)當(dāng),加深不同民族的國家認(rèn)同感,增強學(xué)生民族自信心,是培育學(xué)生科學(xué)精神和社會責(zé)任這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的體現(xiàn)。

      2.基于學(xué)生主動學(xué)習(xí)的活動設(shè)計。

      化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng),需要引導(dǎo)并組織學(xué)生參與多樣化的學(xué)習(xí)活動。本節(jié)課,學(xué)生在觀察對比、交流討論、搭建分子球棍模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建了烷烴、同系物、同分異構(gòu)等化學(xué)概念,由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹骄?,取得了良好的效果。在搭建模型的過程中,學(xué)生更是表現(xiàn)得饒有興趣,他們視自己搭建的分子模型為藝術(shù)品,搭出異丁烷結(jié)構(gòu)的組別更是珍惜自己的作品。正如教育家蘇霍姆林斯基所說,在人的心靈深處,都有一種根深蒂固的需要,這就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。因此,教師需要精心構(gòu)思、大膽創(chuàng)新,設(shè)計出適合學(xué)生認(rèn)知水平的活動,讓學(xué)生在自主探究的過程中,感受知識獲取的快樂,提升自主學(xué)習(xí)的能力。

      當(dāng)然,基于“問題解決”模式的課堂教學(xué)并不是發(fā)展高中學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的唯一途徑。作為化學(xué)教師,應(yīng)基于多元化的視角和多樣化的方式,促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng);使學(xué)生深刻體會,化學(xué)科學(xué)帶給世界的不只是知識的進(jìn)化和思維的啟發(fā),更是一種力量的支撐、精神的鞭策和創(chuàng)造的信念。[2]

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]吳星.對高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認(rèn)識[J].化學(xué)教學(xué),2017(5):3-7.

      [2]吳星.高中化學(xué)核心素養(yǎng)的建構(gòu)視角[J].化學(xué)教學(xué),2017(2):3-7.

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