支架式教學模式在高中有機化學計算教學中的應用

摘要:結合有機化學計算教學的特點，通過具體案例探討支架式教學模式在有機化學計算教學中應用。

關鍵詞:支架式教學模式;有機化學計算

文章編號:1005-6629(2010)07-0022-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

1支架式教學模式基本要素

支架式教學是通過提供一套恰當的概念框架來幫助學習者建構對知識的理解，這種框架中的概念是按照學生智力和理解能力的“最近發展區”來建立，通過框架的支撐作用，使學生的認知發展不斷由實際水平提升到潛在水平。支架式教學模式的基本要素如表1所示[1]:

2有機化學計算教學的支架式教學模式探討

2.1模式構建

基于建構主義有效教學模式——支架式教學模式的探討，并結合高中有機化學計算的特點，構建適合教學的有效模式，如圖1所示[2]:

2.2 模式應用——有機物分子式的確定

[創設情境，引入新課]講述有機化學的發展史，展現人類認識、使用和合成有機物的過程。

[問題支架]科學家是如何研究有機化合物的?

[搭建支架]有機化合物分子式確定的一般步驟如下:

[進入情境]

1781 年，拉瓦錫首先把他的燃燒理論用在有機化合物的分析上。他將有機化合物完全燃燒，通過體積量度和測定重量來分析燃燒后的產物。他發現，有機物燃燒后都生成二氧化碳和水。1789 年，他通過對葡萄酒釀制過程的分析認為，質量守恒定律同樣適用于有機化合物，從而為有機化合物的定量分析奠定了基礎。

1810 年，蓋.呂薩克和泰納爾將有機物與氯酸鉀做成小丸，干燥后放在硬質玻璃管中，強熱使之燃燒，把所產生的氣體收集于倒置在汞面上的玻璃瓶中，進行體積測量。

1814 年，貝齊里烏斯進一步改進了有機元素分析方法，他采用苛性鉀吸收碳酸氣，氯化鈣管吸收水。這樣，燃燒后生成的碳酸氣和水就可以直接進行稱量。

1830 年，德國化學家李比希，他用CuO作氧化劑將僅含C、H、O元素的有機物氧化，產生的H2O用無水CaCl2吸收，CO2用KOH濃溶液吸收。分別稱取吸收前后吸收劑的質量，計算碳、氫原子在分子中的含量，如果碳和氫的百分含量相加不是百分之百，而又未檢出其他元素，則其差值即為氧的百分含量[3]。

有機物的元素定量分析最早就是由李比希提出的，他創立的有機化學精確的C、H分析法，沿用至今。請根據他的方法，結合研究有機化合物的一般步驟，完成下面的試題:

[試題1呈現]某有機化合物A含碳77.8 %，含氫為7.40 %，其余為氧，A的相對分子質量為甲烷的6.75倍。求該有機物的分子式。

[試題分析]根據概念框架，學生不難發現，求有機物分子式之前，必先求出其實驗式。因此，結合情境可得出:氧的質量分數為:100 %-77.8 %-7.40 %=14.8 %， 所以， N(C)∶N(H)∶N(O)=77.8 %/12∶7.4 %/1∶14.8 %/16=7∶8∶1，故: 實驗式為C7H8O

又由: MA=16×6.75=108， 所以(C7H8O)n=108，n=1，分子式為: C7H8O

[追加問題]據此確定有機物A中含苯環的所有可能的結構簡式?其中能與FeCl3發生顯色反應的有機物分子結構簡式?

[背景支架]同分異構體的常見類型有:(1)碳鏈異構;(2)官能團位置異構; (3)官能團異構。

[思考分析]由分子式不難看出，式中的C與H關系符合苯的同系物的通式，所以，含氧的官能團就可能是醇羥基、醚或酚羥基。且此題的同分異構體類型只可能為官能團位置異構和官能團異構。故A的結構簡式有:

其中，可使FeCl3發生顯色反應的有機物分子中肯定含有酚羥基，故為上述的后三種。

[歸納總結]通過試題講解，并歸納總結，可以鞏固學生對有機化合物分子結構式確定的一般過程。

[獨立探索]學生對新知識的建構不是從零開始的，而是建立在已有的知識經驗和概念框架下。在學生獨立探索過程中，若遇到具體的問題情境，學生的原有的知識經驗能與新知識進行碰撞，經歷兩個基本過程即“同化”和“順應”，完成對知識的意義建構。此時，呈現另一試題，讓學生獨立探索，自主發現問題，嘗試解決問題。

[試題2呈現]實驗測定某有機物元素質量組成為C:69 %，H:4.6 %，N:8.0 %，其余是O，相對分子質量在300~400之間，確定該有機物的:

A. 實驗式B. 相對分子質量C. 分子式

[試題分析]此題和上一試題有相似之處，即都給出了所含元素的質量分數，但也有不同之處，即相對分子質量，上一題是明確的數值，可本題給的是范圍，相比之下，難度有所提升。

[思考分析]氧的質量分數為:100 %-69 %-4.6 %-8.0 %=18.4 %，所以，N(C)∶N(H)∶N(N)∶N(O)=69 %/12∶4.6 %/1∶8.4 %/14∶18.4 %/16=10∶8∶1∶2，從而確定實驗式:C10H8NO2

實驗式的求解模式，因學生通過上一題的訓練，已能順利完成，但相對分子質量的求解，學生受知識的缺陷，思維的定勢的影響，可能無法順利解決問題。這時，教師應給予學生適當的啟發、指導和幫助，并鼓勵學生間相互交流、討論、碰撞，共同思考問題的解決方案。

[協作交流]在個人探索的基礎上，組織小組內討論，并在教師的適當啟發和指導下，確定相對分子質量的可能的解決方案有:

[方案1]從N元素入手:由相對分子質量在300~400之間，及N元素的質量分數可知:N元素的相對質量在24~32之間，而在這之間的N元素的相對質量只可能為28，因此，該有機物的相對分子質量為:28/8 %=350

[方案2]從O元素入手:由相對分子質量在300~400之間，及O元素的質量分數可知:O元素的相對質量在55~74之間，而在這之間的O元素的相對質量只可能為64，因此，該有機物的相對分子質量為:64/18.4 %=350

[方案3]從C元素入手:由相對分子質量在300~400之間，及C元素的質量分數可知:C元素的相對質量在207~276之間，而在這之間的C元素的相對質量可能為216、228、240、252、264，因此，無法用C元素的相對質量來確定有機物的相對分子質量。

[方案4]從H元素入手:由相對分子質量在300~400之間，及H元素的質量分數可知:H元素的相對質量在14~18之間，而在這之間的H元素的相對質量可能為15、16、17，因此，也無法用H元素的相對質量來確定有機物的相對分子質量。

組織全班學生對各個方案進行討論、評價和分析。在此基礎上得出做此類型題目的一般步驟和規律。

[效果評價]教師在聽取學生討論、交流的過程中，鼓勵學生，一方面清晰表達自己的思維過程，另一方面，將自己的思維和他人的思維進行比較，不斷補充、完善和修正自己的思維方式。同時，采取學生自我評價，小組對個人評價、教師對小組和學生的評價等多樣化的評價方式，達到對知識的深層理解，實現思維成果共享的目的，最終完成對新知識意義建構的過程。

3 結論

支架式教學模式提供的概念框架符合有機化學計算教學的要求，能有效幫助教師組織教學的各個環節活動。該模式的優勢作用在于:一方面，能促使教師關注學生的“最近發展區”，以學生為中心，從學生已有知識經驗出發，搭建概念框架，充分發揮學生接受知識的主動性，有效地幫助學生形成解決問題的固有思維模式;另一方面，獨立探索促進了學生發現問題、分析問題的能力，協作交流促進了學生解決問題的能力，從而讓學生在自主、合作學習的基礎上，加深對知識的理解;最后，通過學生個人的自我評價、學習小組對個人的學習評價及教師對學生群體和個人的評價，讓學生從不同角度理解自己，反思自己，提升自己。總之，這種模式能充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用，有利于學生對知識意義的建構順利完成。

參考文獻:

[1]亓永英，許嘉馳. 化學支架式探究性實驗教學模式研究[J].教學與管理，2006:131～132.

[2]王璐. 支架式對話課課堂教學結構探討[J].廣西民族學院學報(哲學社會科學版)，2002:208～211.

[3]袁莉，白蒲嬰，郭效軍. 化學史簡明手冊[M].蘭州:甘肅科學技術出版社，2006.