基于“模型認知”的高三化學教學設計

王強

[摘? ?要]成環反應在近幾年的高考中頻頻出現，學生對該內容陌生度高，解題時常常遇到困難。為了幫助學生系統地解決問題，基于“模型認知”設計教學流程，讓學生通過生活情境、問題情境感知原型，并通過對原型的對比、分析、概括，構建成環反應思維模型，進而運用模型解決問題。教學設計中，將成環反應的解題思維方法外顯為相應的模型，可增強學生提煉信息的能力，培養學生的化學學科核心素養。

[關鍵詞]模型認知;成環反應;二輪復習;教學設計

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）11-0064-03

“模型認知”是化學學科核心素養的主要組成部分，《普通高中化學課程標準（2017年版）》要求學生能通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型;能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律[1]。模型具有深刻性、規律性和指導性，它能使知識系統化、組織化和結構化。當學生知識框架零散、知識記憶零碎時，構建模型有助于學生對化學知識的記憶、貯存、再現和遷移，可幫助學生更加深入地理解現象本質，發現內在的變化規律，指導一般問題的解決[2]?；瘜W教學的任務之一就是讓學生學會從實際問題出發，對研究對象進行比較、分析、歸納和概括，然后抓住本質特征，通過抽象和簡化的方法構建合理模型，并運用模型解決實際問題。

一、教學設計背景

中學化學教材中，只在部分章節中零星地展示了有機環狀化合物的結構簡式，沒有涉及這些環狀化合物的形成過程，沒有設置關于成環反應的專題。而近幾年各地高考的化學試卷中經常出現以有機物成環反應為核心內容的試題，而這些成環反應大多包含在陌生的信息提示中，形式變化大，對碳鏈骨架變化、官能團轉變等知識和信息的整合能力要求比較高。學生大多習慣鏈狀有機化合物之間的相互轉化，而對于“首尾相連”的成環反應相對陌生，無法熟練地提取新信息的實質內容，缺乏重組知識、解決問題的思維模型。為了提升學生整合新信息、重組知識的能力，進而建立有效的思維模型，高三二輪復習過程中，需基于“模型認知”來設計“成環反應”專題復習課。

二、教學設計思路

首先以成環反應為主線，通過原創題目創設生活情境，激發學生學習興趣，引發學生思考，讓學生感知成環反應的原型，并提出猜想，形成“首尾相連”的成環思想。接著通過引入常見的成環反應，為學生呈現更多的原型素材，引導學生通過對比原型之間的共同特點，并進行分析、推理、概括，構建成環反應思維模型。然后通過高考模擬題和課后作業，有針對性地對成環反應加強練習。在練習過程中，學生通過運用模型，拋開干擾因素，抓住成環的本質特征，應用逆推法合理切斷，再根據已掌握的知識設計環狀有機化合物的合成線路。在課堂教學設計中，筆者參考顧建辛的“模型認知”教學結構[3]，提出了“成環反應”二輪復習教學結構，具體如圖1所示。

整個教學流程為：以感知原型為出發點，中間經過提出猜想，通過對比、分析、概括，構建思維模型;再通過習題情境，理解、運用模型，最終解決問題;課后布置作業，讓學生進行角色轉換，組織學生命題，并相互交換題目，完成試卷，然后相互批改，借此深化學生對知識的理解和模型的應用。

三、教學流程

1.創設情境，感知原型

【創設情境】首先PPT展示用玉米做的一次性杯子，指出此杯子不會引起“白色污染”，可以被微生物降解，最終生成CO2和H2O，激發學生的學習興趣。然后由生活情境轉為問題情境，提示杯子的主要成分為聚乳酸（PLA），聚乳酸又稱聚丙交酯，是一種新型藥物緩釋載體，使用后可以被自然界的微生物降解，可由乳酸（）直接縮聚制備。讓學生寫出乳酸直接縮聚制備聚乳酸的化學反應方程式。

對于鏈狀的縮聚，學生較為熟悉，可以很快地寫出該化學反應方程式：

【問題引導】乳酸在縮聚生成聚乳酸時，根據官能團的性質，還可以發生哪些副反應？

學生思考、討論后指出環狀副產物，教師順勢拋出第二個問題。

【問題展示】乳酸在縮聚時，也可形成環狀二聚體，請寫出乳酸生成環狀二聚體的化學反應方程式。

對于環狀二聚體，學生有一定的陌生感，但教師設置的題目難度不大，學生聯想羥基和羧基的性質，得出通過酯化反應，首尾相連，便可形成環狀化合物。經過思考可以寫出：

設計意圖：通過創設生活情境和問題情境，讓學生感知成環反應的原型;在化學反應方程式的書寫過程中，逐漸由平時熟知的“鏈狀相連”逐步過渡到“首尾相連”成環方式。情境問題相對簡單，為由淺入深的教學做好鋪墊。

2.猜想分析，構建模型

先通過乳酸環狀二聚體的生成，學生在鞏固官能團性質的同時，還感知了羧基脫去羥基、羥基脫去氫原子后，基團“殘片”首尾相連形成環狀化合物的過程;再通過乙炔三聚成苯，讓學生感知乙炔斷開部分化學鍵后，三個基團首尾相連形成環狀的苯。讓學生進行兩個成環反應原型的類比，通過猜想、分析，從而初步形成“首尾相連”成環反應的思維方式。當學生的思路逐步被引導至成環反應時，教師組織學生小組討論，展示成果，進一步歸納總結課本或學習資料中常見的成環反應[4]，促進學生進一步了解成環反應的特征。

【知識總結】投影展示。

（1）二元酸與二元醇酯化成環，以乙二酸與乙二醇為例：

（2）二元醇分子間脫水成環，以乙二醇為例：

（3）氨基酸脫水成環，以甘氨酸為例：

（4）乙烯氧化生成環氧乙烷：

（5）乙炔三聚生成苯：

設計意圖：通過對這些看似零散的知識進行歸納、概括，凸顯出共同的特點：根據官能團的性質，有機物一定條件下通過反應實現“首尾相連”，形成環狀產物。利用成環意識搭建知識框架，構建成環反應思維模型（如圖2），進而運用模型，在后續的學習中應用逆推法對目標產物合理切斷，完成習題中常見的有機合成路線設計。

3.運用模型，解決問題

【問題1】PPT展示2018年浙江臺州3月選考質檢試題（節選）：

題目所給的信息是鏈狀反應，而目標是環狀產物，在結構特點上存在差異，學生在解題中容易形成思維盲點，給知識遷移造成困難。應用已構建的思維模型，采用逆推法，找準環的連接點，根據已知信息②對目標產物進行合理切斷，如：

設計意圖：通過運用模型解決實際問題，讓學生了解建模的意義，更深刻地理解模型，增強對知識的遷移應用能力。

4.課后檢測，強化模型

【課后作業】自主收集近年來涉及成環反應的高考真題或模擬題，并根據題目中的“陌生”信息設計成環反應的題目，同桌交換題目，完成作業后相互批改。

【優秀作業展示】2016年寶山區高三一模化學試題改編：

設計意圖：讓學生轉換角色，充當命題人和改卷人，由被動地接受知識轉變為主動思考。改編題目的過程也是學生理解知識和應用模型的過程，有利于鞏固和強化學習效果。學生在相互批改作業時，還可以感知他人易錯的地方，為自己避開答題“雷區”提供經驗。

四、教學反思

以成環反應為主線，幫助學生復習鞏固有機官能團的性質及相互轉化，將零散的知識點連成“線”、織成“網”，完善學生的知識結構，增進學生對知識的理解與應用。有機合成題靈活多變，信息量大，若就題論題，學生會覺得有機知識雜亂無章，所學無用，降低學生的學習積極性。通過創設情境，感知原型，同時進行對比、歸納、概括，進而構建模型并運用模型解決問題，可以使學生避免細枝末節的干擾，抓住問題的本質特征，快速厘清解題思路，增強學生的知識遷移能力，提高學生學習的成就感和自信心。

另外，教學中教師可以通過自身具備的模型構建素養感染學生，糾正學生的錯誤認知。一些學生認為模型的構建就是發現適用于一切類似題目的“套路”，一旦找到“套路”，只需要生搬硬套就可以解決大部分問題，從而造成思維惰性;或者上課的目的就是等待教師下發“套路”，而忽略知識的積累和技能的提升。構建模型雖然可以讓學生看清問題的本質特征，在解決問題時更容易遷移，但問題的本質特征在不同的環境中有不同的展現形式，應用模型時需要學生動用知識儲備去解讀新信息，靈活處理題目中遇到的實際問題，同時積極思考，靈活運用模型，切不可生搬硬套。隨著知識量的增加和技能的增強，學生往往需要對之前構建的模型進行反思、優化甚至重構，不可以固定的“套路”代替模型而一勞永逸。

綜上，在設計高三二輪復習課的過程中，滲透“模型認知”的化學學科核心素養，將零散的化學知識進行整合，歸納、概括問題的本質特征，構建模型，運用模型解決實際問題，有利于增強學生的知識遷移能力，有助于學生形成適用于終身學習、未來發展的必備品格和關鍵能力，同時提高教學成效。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 羅炳杰.化學教學中的模型認知與模型建構及應用[J].福建基礎教育研究，2018（1）：132-134.

[3]? 顧建辛.關于化學核心素養培育的微觀思考：原電池教學中“證據推理與模型認知”[J].化學教學，2017（11）：34-38.

[4]? 毛罕華.有機成環反應? ? 新課程高考中的新貴：析2004年高考（江蘇卷）有機試題[J].中學生理科月刊，2005（6）：28-31.

（責任編輯 羅 艷）