科學設計驅動問題促進學科觀念建構

鞠霞

摘要：化學基本觀念是化學核心素養的基本要素之一。中學化學教學要從“知識為本”轉向“觀念建構”，以“乙烯”新授課為例，通過設計驅動性問題，充分利用模型和實驗，建構“結構決定性質，性質反映結構”的基本觀念。

關鍵詞：化學基本觀念;驅動性問題;乙烯;結構;性質

文章編號：1008-0546（ 2019） 09-0066-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.020

化學基本觀念是指學生通過化學課程的學習，在深入理解化學學科特征的基礎上所獲得的對化學學科的總觀性認識[1]。化學基本觀念是化學核心素養的基本要素之一。宋心琦教授認為“學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念，應當是中學化學教學的第一目標[2]”。基于這一目標，中學化學教學要從“知識為本”轉向“觀念建構”，課堂教學中必須超越對具體知識本身的追求，著眼于科學素養的培養。

化學教學過程中可將具體的化學知識轉化為驅動型問題，通過問題引發學生主動思考，積極探究，從而建構化學觀念。本文以人教版普通高中課程標準實驗教科書《化學2》第三章《有機化合物》的“乙烯”教學為例，淺談教學過程中如何科學設計驅動問題，促進學生化學學科觀念的建構。

一、教學設計思路

有機化學是高中化學課程的重要學習內容之一，在學習“乙烯”之前，學生已經學習了甲烷和烷烴的性質，能初步從組成和結構的角度認識烷烴的性質，但還沒有自覺形成對“結構決定性質，性質反映結構”這一學科觀念的建構。“乙烯”這一物質對學生來說比較陌生，教學過程中如何讓“乙烯”親近學生，如何在學習乙烯的性質和結構的基礎上，讓學生有意識地建構“結構決定性質，性質反映結構”的基本觀念是本節課的目標。

本節課以生活中常見的化學現象為引子，以探索乙烯的結構與性質為主線，充分利用模型和實驗，以問題引領學生探究乙烯的結構和性質，將自主、合作、探究的學習方式融人課堂教學，建構“結構決定性質，性質反映結構”的基本觀念，幫助學生認識乙烯產品的用途，促使學生認識社會發展與化學應用的密切關系，感受化學學科的價值。

二、教學目標

1.通過實驗和數據舉證探究乙烯的主要化學性質（氧化反應、加成反應），并與烷烴的性質進行對比，初步形成“結構決定性質，性質反映結構”的學科觀念。

2.通過搭建乙烯和乙烷的分子模型，體會有機化合物中碳原子的成鍵特點。

3.通過日常生活中乙烯用途的認識，形成“性質決定用途”的學科觀念，感受化學物質及其變化的價值，體會化學學科的魅力。

三、教學過程

1.課堂導入

【實物展示】密封在塑料袋中的熟蘋果和黃香蕉，并與三天前所拍的熟蘋果和青香蕉照片進行對比。

【設疑】用課本中的一段話解釋香蕉的變化。

【學生活動】閱讀教材，知道水果自身產生的乙烯有催熟的作用。

設計意圖：通過日常生活中常見的現象，引發學生思考，激發學生的學習興趣。

2.乙烯的物理性質

[問題1]乙烯對我們同學來說比較陌生，它有哪些性質呢？

【實物展示】一集氣瓶乙烯氣體（瓶底留有少量水）。

【學生活動】觀察瓶中的氣體，聞氣體的氣味，歸納乙烯的物理性質。

設計意圖：讓學生近距離觀察乙烯，并親自聞乙烯的氣味，可輕松了解乙烯的物理性質。

3.乙烯的化學性質和結構

[問題2]既然乙烯能夠催熟水果，那么為了使水果長期保鮮，人們通常采取什么措施呢？

【學生活動】閱讀教材，得出：可用浸有高錳酸鉀的硅藻土吸收乙烯以達到保鮮的目的。

【實驗一】（1）將乙烯通入酸性高錳酸鉀溶液，并將生成的氣體產物通入澄清石灰水（圖1）。

（2）將乙烯直接通入澄清石灰水。

【學生活動】觀察并記錄實驗現象，思考現象產生的原因。

設計意圖：由生活中水果的保鮮方法自然引出乙烯化學性質的學習，通過設計對比實驗說明乙烯能夠與高錳酸鉀反應，并檢驗產物C02，為乙烯能夠發生氧化反應提供證據。

[問題3]分析上述反應中碳元素化合價的變化，說明乙烯發生了什么反應？

【學生活動】從氧化還原反應的角度，分析碳元素化合價的變化，得出：乙烯能被高錳酸鉀氧化成C02，發生氧化反應。

[問題4]除了酸性高錳酸鉀，還有沒有其他的氧化劑能將乙烯氧化成CO2呢？

【學生活動】聯系甲烷的可燃性，很容易想到在點燃的條件下02也能將乙烯氧化成C02，說明乙烯也具有可燃性。

【實驗二】點燃純凈的乙烯氣體。

【學生活動】觀察并記錄實驗現象，思考現象產生的原因。

[問題5]乙烯燃燒產生的黑煙的成分是什么？對比甲烷燃燒的現象，結合兩者的分子組成，思考產生黑煙的原因。

【學生活動】討論、回答。

設計意圖：教材中僅用一句話直接告知學生乙烯能使高錳酸鉀溶液褪色是氧化反應，學生是不能理解的。本節課中通過實驗檢驗出C02，在此基礎上引導學生運用氧化還原的知識很容易分析出乙烯發生了氧化反應，再順理成章地引出乙烯與氧氣的氧化反應，基于證據的推理，能夠培養學生的化學學科素養。

[問題6]通過剛才的學習，我們已經初步感受到乙烯的化學性質比甲烷等烷烴活潑，乙烯還能發生什么反應呢？

【學生活動】閱讀教材，得出：乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色。

【實驗三】將純凈的乙烯通入溴的四氯化碳溶液中。

【學生活動】觀察并記錄實驗現象。與乙烷的化學性質進行對比，思考、討論性質產生差異的原因：乙烯與乙烷的結構不同。

[問題7]根據乙烯的分子組成，結合有機物中碳原子的成鍵特點（碳四價），制作乙烯的模型，對比乙烯和乙烷的結構，指出兩者的不同之處。

【學生活動】動手制作乙烯模型，書寫乙烯的結構式、電子式、結構簡式，分析、討論乙烯和乙烷的結構的不同。

設計意圖：通過三個實驗，引出性質差異的矛盾沖突，激發學生探究乙烯結構的學習欲望，初步建構起“結構決定性質”的學科基本觀念。通過分子模型的搭建，使學生對有機分子的結構認識形象化，有效地降低了抽象思維的難度。

【資料展示】[3]

[問題8]結合表中信息，你還能發現乙烯分子中碳與碳之間的化學鍵有什么特殊之處？

【學生活動】討論、回答：乙烯分子中的碳碳雙鍵有一個鍵易斷裂。

[問題9]根據碳碳雙鍵的特點，查閱課本，從化學鍵的角度，你認為乙烯與溴反應時斷鍵情況是怎樣的？

【學生活動】討論、回答，試著書寫乙烯與溴反應的化學方程式。

【教師引導】閱讀課本P68，了解加成反應的概念。

[問題10]對比乙烯與溴的加成反應和甲烷的取代反應，思考兩者的不同點。

【學生活動】討論、回答。

【資料在線】最理想的原子經濟。

【遷移應用】書寫乙烯在一定條件下與H2、HCl、H20等反應的化學方程式。

設計意圖：乙烯的加成反應是本節課的重點，也是難點，通過對具體數據的分析，學生對“碳碳雙鍵”的認識更加的形象具體，輕松突破教學難點。通過對比取代反應和加成反應，從原子利用率高的角度，加強對加成反應的認識，同時培養學生綠色化學的思想。通過練習，達成對重點知識的鞏固和落實，規范化學用語的書寫。

[問題11]乙烯自身能否發生加成反應呢？

【角色扮演】學生模擬乙烯分子之間的加成反應。

【師生互動】分析乙烯自身加成并聚合的過程，并書寫乙烯加聚反應的方程式。

4.乙烯的用途

【圖片展示】聚乙烯塑料等乙烯的用途。

【學生活動】認識乙烯是重要的化工原料，體會乙烯的產量是衡量國家石油化工水平的標志。

設計意圖：通過學生的“角色扮演”體會乙烯加成聚合反應的本質，再由乙烯的加聚反應產物自然引入乙烯的用途，幫助學生建構“性質決定用途”的基本觀念。

5.課堂總結

【教師結語】乙烯等化學物質來源于社會生活，同時又服務于社會生活，而化學的意義就是在充分了解化學物質性質的基礎上，對化學物質進行改造，使它們更好地服務于社會和生活，這就是化學的魅力所在。

【布置任務】（1）以“乙烯”為中心繪制一張思維導圖，聯系生活實際，內容不限于課本，提出更多關于乙烯的問題，寫在思維導圖上。

（2）已知：丙烯的結構簡式為：CH3-CH =CH2

請根據所學知識，分析丙烯的結構特點，預測其可能的化學性質;分析其能否與HCl反應，若能，寫出可能的產物;若不能，說明理由。

設計意圖：引導學生課后反思，利用思維導圖的方式，形成聯系的視角，強化系統認知，培養自主學習的能力[4]。通過丙烯的拓展延伸，實現本節課主干知識的整合提升，進一步強化“結構決定性質”的基本觀念，初步形成“反應條件決定反應產物”的學科觀念。

四、教學反思

學起于思，思源于疑。問題是思維的開始，能揭示矛盾，引起思考，激發學習動機，推動學生解決問題的欲望。化學教學過程中要將具體的化學知識轉化為驅動性問題，通過問題引發學生主動思考，積極探究，從而建構化學觀念[5]。

本節課圍繞乙烯的性質、結構和用途，設置了11個驅動問題，每一個問題的設置遵循學生的認知規律，指向具體的教學內容，問題之間的連接具有啟發性和邏輯性，問題與問題之間環環相扣，形成揭示整個學習過程的問題鏈，有利于學生形成“結構決定性質，性質反映結構”的化學學科基本觀念。

參考文獻

[1]畢華林，盧巍，化學基本觀念的內涵及其教學價值[J].中學化學教學參考，2011（6）：3-6

[2] 宋心琦，胡美玲.對中學化學的主要任務和教學改革的看法[J].化學教育，2001（9）：9-13

[3] 曾昭瓊，等，有機化學上冊（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1993：51

[4]周全，陳凱，段慧宇，“基于蠟燭燃燒的高中化學緒言課”教學設計[J].中學化學教學參考2017（8）：20-23

[5]杭偉華，“觀念建構”視角下的“化學鍵”教學設計[J]化學教學，2016（12）：45-47