基于化學(xué)史的探究式教學(xué)模式的實(shí)踐研究
——以“苯”為例

楊 玫

（湖南幼兒師范高等專科學(xué)校，湖南 常德415000）

1 教學(xué)設(shè)計(jì)背景概述

1.1 教材與學(xué)情分析

《科學(xué)·化學(xué)》是中職五年制小學(xué)教育公共基礎(chǔ)課程的培養(yǎng)教材，“苯”為第八章第三節(jié)第二個(gè)框題。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了烷烴和烯烴的相關(guān)知識(shí)，對(duì)鏈烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也有了一定的了解，已初步具備“物質(zhì)的構(gòu)成決定性質(zhì)”的觀念。在此前提下學(xué)習(xí)環(huán)狀烴，可以與烷烴和烯烴對(duì)比，求同存異，依據(jù)有機(jī)物某些性質(zhì)進(jìn)行建模與推理，推斷結(jié)構(gòu)，分析性質(zhì)。

1.2 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)本節(jié)課內(nèi)容與課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)生所要具備的化學(xué)核心素養(yǎng)目標(biāo)[1-2]，確定了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，見表1。

表1 教學(xué)目標(biāo)

1.3 教學(xué)重點(diǎn)

苯的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)。

1.4 教學(xué)難點(diǎn)

苯的結(jié)構(gòu)。

1.5 教學(xué)思路設(shè)計(jì)

本課采用“化學(xué)史線、知識(shí)線和探究線”三線結(jié)合的教學(xué)模式。“化學(xué)史線”—?jiǎng)?chuàng)設(shè)教學(xué)情境，感悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；“探究線”—引導(dǎo)學(xué)生積極思考，交流討論，參與課堂活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與感；“知識(shí)線”—總結(jié)歸納知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到教學(xué)目的。三線相輔相成，滲透融合，具體思路見圖1。

圖1 教學(xué)思路圖

2 教學(xué)過程

2.1 引入課題

[化學(xué)史料1]

19世紀(jì)初期，煤氣開始廣泛使用，生產(chǎn)煤氣時(shí)會(huì)有少量液體剩余，這引起了英國科學(xué)家法拉第的關(guān)注。他用5年時(shí)間把該液體蒸餾，最后在80°C左右獲得新液體，并且將它命名為“氫的重碳化合物”[4]。

就踏著歷史的腳步與化學(xué)家們一起來探究這種“新液體”的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。

2.2 苯的物理性質(zhì)

師：展示這種“新液體”（試劑瓶封裝好），依據(jù)已學(xué)知識(shí)，合理利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的試劑和儀器探究其物理特性（如密度、溶解性等）。儀器和試劑：試管、膠頭滴管、該液體、水、酒精、四氯化碳（CCl4）、冰塊。

分組實(shí)驗(yàn)1：五人為一組，思考討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)①：觀察“新液體”的顏色和狀態(tài)，聞氣味。

實(shí)驗(yàn)②：3只試管各加入2 mL“新液體”，再分別加入等量酒精、CCl4和水，振蕩靜置，觀察現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)③：試管中加入4 mL“新液體”，將其放入冰水混合物中。

學(xué)生活動(dòng)：匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。

學(xué)生1：實(shí)驗(yàn)①，無色、透明的液體，有好聞的氣味。

學(xué)生2：實(shí)驗(yàn)②，酒精、水與該液體不互溶，與CCl4互溶。

學(xué)生3：實(shí)驗(yàn)③，液體凝固。

師：引導(dǎo)學(xué)生討論問題，總結(jié)物理性質(zhì)。

小結(jié)：無色透明的液體，不溶于水和酒精，易溶于CCl4，低溫條件下易凝固。

[化學(xué)史2]

1834年，米希爾里希蒸餾苯甲酸和石灰的混合物，得到了法拉第提純的“新液體”，命名為“苯”。之后日拉爾等人發(fā)現(xiàn)苯僅由有C、H兩種元素組成，含碳量高達(dá)92.3%，密度是同溫同壓下乙炔的3倍。

師：根據(jù)日拉爾的測(cè)定，計(jì)算苯的分子量，并確定苯的分子式。

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)給出的信息，計(jì)算分子量。

小結(jié)：苯的相對(duì)分子質(zhì)量為78，分子式C6H6。

2.3 苯的化學(xué)性質(zhì)

提問：苯是高度不飽和烴，那么苯的結(jié)構(gòu)是怎樣呢？

學(xué)生活動(dòng)：對(duì)苯的分子結(jié)構(gòu)提出假設(shè)，并推測(cè)其化學(xué)性質(zhì)。

可能的結(jié)構(gòu)：①CH3-C≡C-C≡C-CH3；②CH2=CHC≡C-CH=CH2；③CH≡C-CH=CH-CH=CH2（推測(cè)可能存在兩個(gè)碳碳三鍵或者一個(gè)碳碳三鍵和兩個(gè)雙鍵）。

過渡：這些結(jié)構(gòu)式是否是對(duì)的呢？跟著科學(xué)家的腳步繼續(xù)前行。

[化學(xué)史3]

1860年左右，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在三溴化鐵（FeBr3）的催化下，苯與液溴發(fā)生取代反應(yīng)：C6H6+Br2→C6H5Br+HBr，苯的一溴取代物只有一種結(jié)構(gòu)。

提問：苯的一溴取代物只有一種結(jié)構(gòu)，這說明什么問題？

學(xué)生：苯分子中六個(gè)氫等效，結(jié)構(gòu)①可能符合條件。

師：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)①是否成立。

思考：結(jié)構(gòu)①中存在碳碳三鍵，那么也應(yīng)該能讓溴水和高錳酸鉀溶液褪色。

分組實(shí)驗(yàn)2：取2支試管分別加入少量苯，一支試管中加入適量溴水，另一只中加入適量高錳酸鉀溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象。

交流討論：兩支試管均不褪色，說明結(jié)構(gòu)①不正確，苯中不存在碳碳雙鍵和三鍵。

師：上述的討論說明苯分子的結(jié)構(gòu)不可能是鏈烴的形式，且具有高度對(duì)稱性。

過渡：那么，苯分子的結(jié)構(gòu)到底是怎樣的呢？讓德國科學(xué)家凱庫勒來揭開它的面紗。

[化學(xué)史4]

為了揭開苯的神秘面紗，凱庫勒苦思冥想，一天他夢(mèng)到長蛇咬著自己的尾巴旋轉(zhuǎn)，夢(mèng)醒后他趕緊記錄下自己的夢(mèng)境，并進(jìn)行大膽的猜測(cè)和分析，最終悟出了苯的結(jié)構(gòu)。1866年，他提出苯是一個(gè)由6個(gè)碳原子以單雙鍵交替結(jié)合形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被為凱庫勒式。

提問：凱庫勒的假說有缺陷嗎？

學(xué)生活動(dòng)：交流討論，小組匯報(bào)。

過渡：進(jìn)入20世紀(jì)以來，理論物理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展為人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了理論與技術(shù)支撐，對(duì)于苯分子結(jié)構(gòu)的探究也有了進(jìn)一步發(fā)展。

[化學(xué)史5]

1935年，詹斯用X射線衍射法探得苯環(huán)形狀、原子位置以及鍵長。

1988年，美國科學(xué)團(tuán)隊(duì)拍攝到苯的單個(gè)環(huán)狀影像（出示圖片）。

2009年，美國科學(xué)團(tuán)隊(duì)給單個(gè)并五苯分子拍照（出示圖片）。

師：苯環(huán)分子是平面正六邊形的結(jié)構(gòu)，12個(gè)碳?xì)湓庸财矫?，鍵與鍵之間的夾角為120度。6個(gè)碳碳鍵完全一樣，是一種介于單鍵和雙鍵之間的特殊的共價(jià)鍵（見圖2）。

圖2 苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)圖

師：科學(xué)的發(fā)展，是踩著錯(cuò)誤的腳步，探尋正確的方向。今天為了紀(jì)念凱庫勒，書本中依舊沿用凱庫勒式。

過渡：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，那么苯有哪些化學(xué)性質(zhì)呢？

學(xué)生活動(dòng)：思考交流，歸納總結(jié)。

小結(jié)：苯環(huán)分子可以發(fā)生取代反應(yīng)和加成反應(yīng)。

2.4 拓展

提問：苯的工業(yè)制法以及用途。

學(xué)生：翻閱書本，查閱資料，小組交流討論。

小結(jié)：在工業(yè)上，苯主要從煤焦油、石油中提取，用作化工原料。

3 教學(xué)反思

在本課中，以物理性質(zhì)為切入點(diǎn)、以“化學(xué)史線”為線索，按照“物理性質(zhì)—結(jié)構(gòu)—化學(xué)性質(zhì)—用途”展開教學(xué)。首先，以苯的發(fā)現(xiàn)史為線索，通過創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，讓學(xué)生跨越時(shí)空與科學(xué)家“對(duì)話”，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。接著，重復(fù)科學(xué)家思考探究的過程，得出物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的創(chuàng)造理念和思維方式，并跟隨他們的腳步不斷思考、提問、驗(yàn)證，有助于學(xué)生身臨其境地經(jīng)歷科學(xué)研究的過程。最后，讓學(xué)生依據(jù)苯的結(jié)構(gòu)推測(cè)化學(xué)性質(zhì)，使學(xué)生更清晰地了解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”。