基于主題式教學的教學設計與實踐

姚明站 唐李銘

摘要：通過主題式教學，為學生建立真實化的學習情境，對教學材料創設有意義的連接，將關注點集中在學生身上，對學習環節的各個層面進行量身定做的設計，重新組織和整合教學內容，讓學生主動探究、積極體驗并建構學科知識，培養學生多視角、深層次的思考能力，使學生在學習中具有完整的思考過程體驗，進而建構解決問題的思維模型。

關鍵詞：主題式教學;思考過程體驗;建構思維模型

文章編號：1008-0546（ 2019）07-0071-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.021

在突出化學核心素養教學及立德樹人的命題指導下，學科觀念、學科思想在命題中更加顯現出來。從近年來全國各地高考命題的情況看，化合物同分異構體的考查方向多側重于多官能團的位置異構考查，考生需要結合題目信息確定物質的分子式和官能團，再書寫符合題意的同分異構體。其中芳香族化合物的考查更為常見，原因是芳香族化合物在苯環上取代的可能性相對固定，而真實情境中的有機物往往分子量稍大，利于與情境相結合進行考查。

生活中的常用藥阿司匹林，結構相對簡單，有羧基和酚酯基，同時又有苯環，有較多的同分異構體，與有機化學相關知識點聯系緊密，基于此設計了以阿司匹林為對象的主題式教學，開展了以“素養為本”的給定條件下同分異構體的書寫的教學。

一、教學目標

通過阿司匹林以及與之同分異構的其它藥物，認識有機物結構和性質的多樣性，了解化學變化的對立統一、聯系發展;從有機物性質與結構的關系理解，培養宏觀辨識和微觀探析的意識，學習基于證據推理的思維方法;通過“宏一微一符”三重表征結合的方法構建符合特定條件的有機物同分異構體的書寫模型;通過合作交流、自我提升激發學習熱情及科學探究精神。

二、教學設計

【引入】展示阿司匹林說明書，了解阿司匹林的分子式、結構簡式以及其具有的官能團。

環節1：從阿司匹林看有機物分子式的判斷

【活動l】閱讀下列材料，回答問題：

不飽和度是有機物分子不飽和程度的量化標志，用希臘字母Ω表示，計算公式：Ω=（碳原子數x2+2-氫原子數）÷2。若不飽和度為l，表示分子中含有一個雙鍵（C=C或C=O）或一個環。

（1）常見結構的不飽和度（見表1）

（3）分子式為C2H40的不飽和度等于多少？寫出其所有可能的結構簡式。

（4）迅速判斷下列有機物中與阿司匹林

【設計意圖】閱讀學習不飽和度的概念，通過問題（1）的訓練建立不飽和度與結構之間的聯系，為有機物分子式的確定奠定基礎;根據有機物的結構簡式確定有機物的分子，很多同學都是“硬上”，無論是哪種元素都是扳著指頭數，不但費時，特別針對較復雜結構極易數錯，毫無章法。

根據有機物的結構簡式確定分子式，其中碳原子數只能靠硬數，0、N、X（鹵原子）等一般不會太多硬數也不費事，但氫原子數往往較多且有機結構有時是以鍵線式給出，硬數就非常困難，這就是引入不飽和度的真正目的所在，可以通過不飽和度進行計算而得氫原子數目。通過問題（2）確定阿司匹林的分子式，構建確定有機物分子式的模型：①給有機物中碳原子編號，以確定碳原子個數（如苯環結構6個碳原子等，因不是命名編號起點無關緊要）;②數清0、N、X等其它非氫原子數目;③計算有機物的氫原子數目：若為烴或烴的含氧衍生物（0原子的出現不影響H原子數的計算），只要先算出有機物的不飽和度，根據Ω=（C原子數x2+2-H原子數）÷2計算H原子數目;若含有一X或-N02等，由于-X和-N02均是取代一個H原子，所以-X和-N02每增加一個，對應的H原子就少一個;若含有-NH2或-NH-的形式引入N原子，則每多一個N原子對應就多一個H原子;④書寫有機物的分子式。有機物分子式確定模型中最為困難的是H原子數目的確定，具體建構的過程也不必一次性完成，可以在學習過程中不斷完善。如在學習各類烴的通式時構建烴分子中H原子數一定為偶數的特點，學習鹵代烴時構建其是由烴中H原子被鹵原子取代而來。

問題（4）的訓練特別關鍵，如何迅速判斷是否為阿司匹林的同分異構體需要緊抓兩點：一是同分異構體的概念;二是阿司匹林分子共有9個C原子（除苯環外還有3個）、4個0原子、Ω=6（除苯環外為2），而8種結構與阿司匹林相似都具有苯環結構，所以只要關注側鏈有3個C、4個0且Ω=2就可以迅速判斷出來。通過問題（3）和問題（4）訓練學生的逆向思維能力，為同分異構體的書寫思維模型的構建作好鋪墊。

問題（5）的訓練是在問題（4）的基礎上確定有機物的官能團（類別）異構，這也是同分異構體書寫的關鍵步驟之一。就羧基而言，就可以變出如酯基、醛基和羥基、醛基和醚鍵、羰基和羥基、羰基和醚鍵等諸多不同結構。也可以總結歸納一下其它常見的官能團異構。

環節2：從阿司匹林看有機物官能團類型的判斷

【活動2】交流與討論下列問題：

（1）從下列選項中選擇符合阿司匹林及其同分異構體X的性質。

①能與Na反應;

②能與NaOH溶液反應;

③能與NaHC03溶液反應;

④能與FeCl3溶液發生顯色反應;

⑤能發生銀鏡反應;

⑥能與新制Cu（OH）2產生磚紅色沉淀;

⑦能與溴水發生取代反應;

⑧水解產物能與FeCl3溶液發生顯色反應。的性質

（2）根據下列描述寫出相對應的含氧有機結構片段。

①能與Na反應，但不能與NaOH反應：

。

②能與NaOH反應，但不能與Na反應：

。

③能與NaHC03溶液反應放出C0：氣體：____。

④能發生銀鏡反應，但不能與NaHC03溶液反應放出CO2氣體：____。

⑤不能與FeCl3溶液發生顯色反應，但水解產物之一能發生此反應：____。

（3）寫出分子式為C7H602符合下列條件的有機物的結構簡式。

①能與NaHC03溶液反應放出C02氣體：______。

②Imol該物質能與含2mol NaOH的水溶液反應：_____

。 ③既能水解又能發生銀鏡反應：____。 【設計意圖】從全國各地試卷命題中可以發現，同分異構體的書寫一般都是限定具有某些指定性質（即具有某種指定官能團）的同分異構體的書寫，故而只有熟知各類官能團的性質才能迅速確定要書寫的有機物具有的官能團的類別，對官能團的性質進行復習歸納是非常有必要的。通過3個有梯度的問題的設置，逐步深化學生對官能團性質的認識，訓練學生的思維敏捷性，進一步為同分異構體的書寫奠基。

環節3：從阿司匹林看有機物官能團位置的判斷

【活動3】交流與討論下列問題：

0

（1） 3有幾種不同化學環境的氫？若不改變苯環取代基的結構，兩個取代基處于什么位置核磁共振氫譜峰數目最少？寫出其結構簡式。

（2）分子式為C8H802，屬于芳香族化合物的有機物有多種。

①寫出只有4種不同化學環境的氫所有可能的結構簡式（除苯環外不含其它環狀結構）。

②從上述結構中任選一種，用文字描述出其區別于其它物質的性質，請同組同學迅速指出其結構。

【設計意圖】核磁共振氫譜是同分異構體的書寫中進行結構確定的常用限定條件，通過問題（1）讓學生認識到苯環對稱結構對氫的種類的重要影響。根據等效氫判斷規則可知，阿司匹林分子共有6種不同化學環境的氫：若不改變苯環取代基的結構，兩個取代處于對位時分子結構具有高度對稱性，只有4種不同化學環境的氫，此時氫的種類數最少。問題（2）訓練學生的同分異構體的書寫規則以及思維的全面性和深刻性，開放性很強，很具有挑戰性。

環節4：從阿司匹林看有機物同分異構體的書寫

【活動4】交流與討論下列問題：

（1）寫出滿足下列條件的阿司匹林（ O-CCH3）

COOH的一種同分異構體Y的結構簡式：________________________ ①能遇FeCl3溶液顯紫色;②苯環上只有一種一溴取代物;③能發生銀鏡反應;④1mol該化合物能分別與1mol NaOH和2mol金屬鈉反應。

要求：①條件要簡單正確，題于中不出現有“某官能團”、“若干取代基”等;

②若所命試題答案與所給結構不同，任務宣告失敗;

③答案可以不唯一，但若所命試題答案與除所給結構外還有超過兩種結構，任務宣告失敗。

（3）根據本節課的學習，總結同分異構體書寫的一般程序，畫出思維導圖。

【設計意圖】通過前3個環節的開展，為最終限定條件的同分異構體的書寫作好了準備。問題（1）由題給信息知其分子式為C9H804，其不飽和度為6;由“能遇FeCl3溶液顯紫色”，可推知分子含有Ho≤二≥結構單元，減去6個C、1個0以及4個不飽和度，還剩下3個C、3個0以及2個不飽和度;由“苯環上只有一種一溴取代物”，可推知苯環上的氫均等效，說明分子具有高度對稱性;再由“發生銀鏡反應”，可推知分子中含有-CHO和由“1mol該化合物能分別與1mol NaOH和2mol金屬鈉反應”，可推知該分子有一個酚羥基、一個醇羥基，由于分子具有高度對稱性，這兩個羥基必然處于分子的對稱軸上，即排在苯環的對位上，再結合剩余的C、0的個數以及不飽和度可知，必還有兩個醛基對稱地分布在分子對稱軸的兩邊。可以推斷出符

問題（2）通過任務完成，學生自編習題并相互進行評價，使學生學會思考、學會學習，不僅把知識“裝進”自己的頭腦，還要學會對問題進行分析和思考，再把知識變為自己的“主見”，自己的“能力”，是檢驗學生知識掌握程度及運用能力的一種有效方法，從而達到跳出題海全面掌握知識的目的，極大地調動了學生的學習興趣，使得學生由機械呆板的乏味“刷題”者變成了有興趣的研究者。最后再由學生畫出同分異構體的書寫的一般程序，畫出思維導圖，內化成思維模型，形成自己的能力。

三、反思與啟示

1.通過主題式教學，為學生建立真實化的學習情境，對教學材料創設有意義的連接，從而激發學生的學習潛能，更有利于促進師生及學生間的合作和協調關系。主題式教學將關注點集中在學生身上，對學習環節的各個層面進行量身定做的設計，選擇合適的主題，重新組織和整合教學內容，讓學生主動探究、積極體驗并建構學科知識，在知識積累過程中提升學生信息獲取、邏輯思維等多方面的能力，有利于培養學生多視角、深層次的思考能力，使學生在學習中具有完整的思考過程體驗[1]。

2.任何事物背后必有道理，所謂思維模型其實就是萬物背后的那個道理，它指導我們，面對一個問題，應該如何去做，如何去解決。細細揣摩之后，還能告訴我們這樣做之后的結果是什么，以及這樣做的原因。在教學中，教師要通過組織教學，逐步建構解決問題的思維模型，以期培育學生的模型認知能力。以思維模型建構為核心的教學有助于學生提升解決實際問題的能力，開發自我潛能，發展多樣個性。

參考文獻

[1]金芳芳.“主題式復習”的實踐和思考[J].中學化學教與學，2019（1）：40-43