指向深度學習的有機化學核心概念教學策略研究

周慧智

[摘 ? 要]以蘇教版選修5教材《有機化學基礎》的“同分異構體”的教學為例，從“研讀課標考綱，明確實際教學要求;研究各省高考試題，熟知真題常見題型;調整教學順序，打下堅實知識“地基”;拆分教材內容，逐步進入深度學習;借助結構模型，化抽象為具體直觀;緊跟教材步伐，逐級進階高考真題”六個方面入手，初步研究和總結同分異構體深度學習教學策略。

[關鍵詞]有機化學;核心概念;深度學習;教學策略;同分異構體

[中圖分類號] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2021）02-0075-03

有機化學是高中化學的重要組成部分。在學習蘇教版化學教材必修2的有機化學模塊時，學生常通過死記硬背來學習有機化學的知識，思維基本處于初階思維階段，而選修5《有機化學基礎》的學習對象是選考學生，其思維要求也相應提升，學生在學習中可能會產生焦慮感。因此，在選修5《有機化學基礎》的教學中，如何組織教學幫助學生從有機化學的初階思維上升到高階思維，提高學生有機化學的學習效果，是教師首先要考慮的問題。筆者試圖通過引導學生深度學習有機化學核心概念，使有機化學知識體系化、結構化，從而幫助學生發展化學思維和提升學習效果。

一、深度學習的基本內涵

美國學者Ference Marton和Roger Saljo在布魯姆的認知過程維度的基礎上于1976年首次提出了深度學習理論，它是基于學生閱讀的實驗，針對只是孤立記憶和非批判性接受知識的淺層學習，提出的關于學習層次的一個概念。

隨后國內外學者從不同角度發展和深入了深度學習的相關理論與研究，筆者比較認同這樣的觀點：深度學習是指學習者在理解的基礎上批判性地學習新知識，將它融入原有的認知系統中，與認知系統中的其他知識進行聯系，并將獲得的知識遷移應用到新的情境中，做出決策和解決相關問題的學習。深度學習是一種能幫助學生獲得更為靈活的知識、更為深刻的理解的學習方式。

二、有機化學核心概念

化學核心概念的特征是數量逐漸增加、難度逐漸增大、視覺漸變微觀、更強調化學變化等。化學核心概念是處于化學學科核心位置的概念性知識，是能夠統攝和關聯多個化學知識的重要化學概念、原理及能解決大多數實際問題的化學學科思想和方法。化學核心概念的學習能極大地促進學生化學基本觀念的形成與建構。

《有機化學基礎》中的有機化學核心概念有同分異構體、官能團、同系物、空間結構、有機合成、加成反應、消去反應等。

“同分異構體”是高中有機化學課程的核心概念之一，在中學化學學科100個關鍵詞中因其重要程度排在第44位。同分異構體的特點是類型多樣且概念抽象、原理復雜且關系發散。筆者選取“同分異構體”作為案例，進行促進深度學習的教學策略研究。

三、促進“同分異構體”深度學習的教學策略

1.研讀課標考綱，明確實際教學要求

化學教材必修2中的有機化學模塊要求“能辨認兩種最簡單的有機物分子式對應的同分異構體”，再高一層次的要求是“能書寫這幾種同分異構體”，這都是處于初階思維的淺層學習，而《有機化學基礎》中對同分異構體的學習要求明顯增多。課程標準、考試說明和學科指導意見中對“同分異構體”相關知識的教學要求詳見表1-1、表1-2、表1-3。

2.研究各省高考試題，熟知真題常見題型

同分異構體是有機化學的高考難點，也是拉大區分度的分層點。參照考試說明的知識條目，研究2017-2019年各省化學高考試題，對涉及同分異構體的考點分布和考查方式進行統計整理。

通過對統計表格（略）的分析可以非常明確歷年各省高考試題對同分異構體這個核心概念考查的重視程度，而且近幾年主要考查學生對限定條件下同分異構體書寫的能力，且集中在有機大題的對同分異構體的考查，不僅要判斷同分異構體的總數，還要求書寫出特定的結構。

3.調整教學順序，打下堅實知識“地基”

《有機化學基礎》中“同分異構體”的教學內容設置在“有機物的分類和命名”之后。筆者認為，要掌握“同分異構體”這個核心概念，首先需要儲備“等效氫”“官能團”（即有機物的結構與性質）“有機物的分類”“有機物的命名”這些基礎知識。

“等效氫”是為官能團的位置異構預備思維。“官能團”和“有機物的分類”是為官能團類別異構儲備基礎知識。雖然在化學教材必修2的有機化學模塊中學生已學過常見有機化合物的官能團，但由于教材體系的編排，在有機化學模塊后安排的是《化學反應原理》，這個模塊與有機化學是完全脫節的，相當于學生時隔半年后才有機會再次接觸有機化學，為此“有機物分類”的學習應調整在“同分異構”之前，而且要增加“有機物分類”的教學課時，將教材中的官能團結構與性質進行系統性復習。另外，“不飽和度”的知識也是分析同分異構體官能團類別異構的重要知識，所以在復習官能團結構與性質時可以增加“不飽和度”的學習。“有機物的命名”中首先要求學生具備正確分析烴基位置的能力，這也是在為官能團的位置異構思維做預備。由于有機物的結構有多種寫法，基團可以在碳原子周圍的4個角度出現，所以學生在書寫同分異構體時若不是有序書寫，則很可能會有重復，如果不確定所寫同分異構體是否重復時，可以通過系統命名法進行檢查。

因此調整化學教材必修2的教學順序，不僅是將 “同分異構體”這節課放在“有機物的分類和命名”之后，而且還要適當增加教學課時，復習回顧舊知識，適當補充新知識，為學生深度學習“同分異構體”打下堅實的知識“地基”，這也正好符合學生的學習思維進階特點。

4.拆分教材內容，逐步進入深度學習

《有機化學基礎》中關于“同分異構體”的內容有些集中，將碳架異構、官能團類別異構、官能團位置異構集中呈現在一張表格上（見表2-1），筆者認為加入丙基（—C3H7）、丁基（—C4H9），一氯烷烴可能具有的結構簡式，以及C5H10的同分異構體的討論，將一張表格拆分成三張表格（見表2-2、2-3、2-4），更能幫助學生逐步進入深度學習。

利用表2-2首先鞏固碳鏈異構的書寫方法和技巧，特別是加入的丙基和丁基，為碳鏈異構注入了新鮮血液，為官能團位置異構的另一種思維方法做了完美的鋪墊。

表2-3是三種烷烴一氯代物同分異構體的討論，是為幫助學生順利進入官能團位置異構學習而設計的環節，首先用烷烴碳鏈異構的思維打開第一步，然后借助“等效氫”的知識尋找不同位置的氫原子，學生很自然就進入了官能團位置異構的學習。在已經掌握烷烴碳鏈異構結合官能團位置異構這種方法后，教師可以把表2-2中的丙基與丁基的碳鏈異構結合一氯丙烷、一氯丁烷同分異構體進行另一種思維的分析：一氯丙烷可以拆分為丙基和氯原子、一氯丁烷可以拆分為丁基和氯原子，將氯原子固定，把丙基和丁基的各種同分異構體與氯原子拼接。這是利用烷基的碳鏈異構結合官能團類別異構的另一種分析方法，特別適合含氧官能團引入后同分異構體的分析。其實這兩種分析方法是具有一致性的，一種是固定各種烷烴移動氯原子，另一種是固定氯原子移動烷基。兩種方法相得益彰，對學生同分異構體的深度學習是缺一不可的。

表2-4則是學習官能團類別異構、官能團類位置異構、碳架異構三種類型同分異構的綜合應用，要應用“不飽和度”分析官能團的類別，還要引入環狀結構的書寫。這三張表格的討論，難度逐步加深，思維方法逐漸增多，循序漸進、逐層深入研究物質同分異構體的書寫，對學生由初階思維上升到高階思維起到了關鍵性作用。

5.借助結構模型，化抽象為具體直觀

有機物的結構屬于微觀結構層面，因此“同分異構體”的知識比較抽象，僅靠教師的語言描述，學生是很難真切地體會到同分異構體的內涵的。

經過化學教材必修1和必修2的學習，學生已經逐漸具備從微觀結構的角度認識物質結構多樣性的能力。在“同分異構體”的教學中，教師可以借助球棍模型的搭建、動態模型或動畫的展示，幫助學生理解同分異構體的知識。例如，設計學生活動：搭建丁烷的兩種同分異構體的球棍模型;還可以利用ChemOffice中的ChemDraw進行模型教學，用Chemical 3D展示正丁烷和異丁烷的結構，幫助學生直觀感受什么是碳鏈異構，同時培養學生的空間想象能力。

6.緊跟教材步伐，逐級進階高考真題

“同分異構體”深度學習的高階思維，不是短時間內就能培養的，需要有長期的配套練習，不斷進行深度學習。《有機化學基礎》的課后習題編排就突出了這種長期配套練習的意識。除了“同分異構體”這一課的本課練習外，還將相關練習題持續編排在不同章節的練習中，如專題2的“本專題作業”中有兩題;專題3“脂肪烴”的“練習與實踐”中有一題、“芳香烴”的“練習與實踐”中有兩題、“本專題作業”中有一題;專題4“鹵代烴”的“練習與實踐”中有兩題、“本專題作業”中有一題。因此，教師要研讀教材課后配套練習，緊跟教材的步伐，讓學生在學習其他有機化學知識的同時持續進行同分異構體相應習題的訓練。

高考真題源于教材又高于教材，因此教師只是緊跟教材步伐用好教材上的習題還是遠遠不夠的。例如，研究近3年浙江省高考化學中“同分異構體”的相應試題發現，有機大題對同分異構體的考查主要集中在芳香族化合物限定條件下同分異構體的書寫。為此，教師應根據學生在《有機化學基礎》中的學習進程，在教材編排的同分異構體練習的基礎上，逐級增加含苯環的芳香族化合物同分異構體的練習、與高考真題題型和難度接近的同分異構體的練習，直至最后進階到高考真題的練習中。

以上這些是基于“同分異構體”對有機化學核心概念深度學習策略的探討。當然，關于深度學習，仍有很多問題值得我們進行更為深入的研究。

（責任編輯 羅 ? 艷）