有機化學基于師范生核心素養的實踐教學能力培養研究

李萬梅，林子筠，章鵬飛

杭州師范大學材料與化學化工學院，杭州 311121

有機化學作為化學學科最重要的專業基礎課程之一，理論知識前后聯系緊密以及涉及的化學反應多而復雜且難以理解掌握，導致其課堂教學效果將直接影響學生課堂學習的成效和后續學習的主動程度，從而間接決定著學生的培養質量。因此，有機化學課程作為化學學科的基礎與先導，在化學專業學生學習過程中起著中流砥柱的作用。化學師范專業的學生作為日后的教育工作者，提高他們的核心素養已成為教育改革的重中之重。核心素養是指學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展的必備品格和關鍵能力。而師范生作為學生，形成的教師專業化發展必備品格和關鍵能力即實踐教學能力。與部分專業課程不同，有機化學是以實踐為基礎的傳統學科，熟練掌握其中涉及的理論知識和實踐操作，在化學專業中顯得尤為重要。化學學科核心素養主要體現在五個方面：“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“實驗探究與創新意識”“科學精神與社會責任”。因而，在培養師范生的過程中將理論知識與實踐操作緊密結合，二者相輔相成，共同發展。本文分別從“證據推理與模型認知”“實驗探究與創新意識”“科學精神與社會責任”三個角度著手，提出培養師范生核心素養的三種方法，幫助師范生將知識融會貫通，靈活運用[1]，也為師范生的教育改革提供廣泛思路，提升師范生教學能力，從而切實培育中小學生核心素養。

1 有機化學課堂教學現狀

有機化學教學不僅需要學生掌握化學的基礎理論知識，還需要鍛煉學生的實踐能力。根據我校多年的教育改革經驗和對綜合實驗的觀察和分析來看，有機化學課堂上經常會出現“有實驗無探究”的問題：理論課與實驗課相脫節，教學改革只針對實驗課，理論知識與實驗結合困難。此外，我校師范生的有機化學課程開設時間為大二上、下兩學期，在此階段學生自主探究問題的愿望并不強烈，大部分學生存在著通過記背方程式完成課業題目，按照實驗書上的步驟進行操作完成實驗等按方抓藥、缺乏創造力的問題[2]。這將導致學生在學習有機化學理論知識的過程中，逐漸失去獨立思考和深度理解的能力；在完成實驗實踐過程中只“淺嘗”到了實驗的應試操作，不會主動理解消化涉及的實驗原理，導致實踐主動性和探究精神的缺乏。

因此，想要提高化學教育師范生的核心素養，就必須解決在師范生培養過程中存在的問題。以上述問題為突破口，在有機化學課程教育中必須抓住以下幾個關鍵點：在課程設計上使理論課堂更加精準地服務于實驗課程；在師范教育中培養師范生的實踐意識；提高師范生理論與實踐相結合的綜合理念。只有這樣，師范生才能在日后的教學工作中做到言傳身教，用自己的核心素養去解決中學生在化學學習過程中遇到的問題，讓他們更好地將理論知識和實驗操作緊密結合，進一步提高中小學有機化學教學工作質量。

此外，目前核心素養的理論要求師范生具備適應自身發展和符合社會需要的關鍵能力，將學習過程與方法視為學習過程的重中之重，這也與終身教育理念的內核一致。師范生的核心素養不僅要求師范生提升自身的專業能力和教學水平，還要求師范生能夠將培養學生核心素養的教學理念貫徹傳承，在日后教學工作中發揮作用，增強中小學生的實踐意識。因此，若要切實提升中小學教育水平，將核心素養理念融入到大學有機化學教育這一改革已迫在眉睫。

2 有機化學課堂師范生核心素養培養觀念缺失的原因分析

2.1 理性思維的缺乏導致師范生核心素養培養觀念的缺失[3]

理科課程的重點便是要培養學生的理性思維，在基于核心素養培養的課程改革中，理性思維的引導是化學教學的必要手段，亦是培養學生核心素養的關鍵一步。學生具有理性思維就有了解決問題的基本思路，也有了從事研究方向的科學指南。理性思維的應用一般包括整理舊知、建立邏輯關系、構建模型、總結反思四個方面。通過對實驗課堂的觀察和研究，我們發現在完成某一實驗之前，學生并未對腦海中已有的學科知識進行整理、回憶并羅列出與該實驗課題相關的有機化學理論知識，而是按照實驗書上的操作逐步地進行試劑的稱量和裝置的搭建，沒有獨立的思考過程，也自然就建立不起邏輯的思維框架，無法構建出合理的邏輯框架。學生在完成實驗之前的準備工作不應僅停留在謄寫預習報告的層面上，而是要構建與實驗相關的知識框架，用理論知識充實豐富框架中的細節之處，探究實驗完成的機理本質，最后在實驗完成后進行總結和反思，回顧實驗過程中的不足之處，而不是僅停留于實驗后產率的計算等數據處理層面。

2.2 對比歸納能力欠缺導致師范生核心素養培養觀念的缺失

有機化學課程涉及種類繁多、結構復雜、數量巨大的各類化合物及變化多端的化學反應，學生在學習時往往找不到側重點，欠缺對知識的對比和歸納的能力，難以掌握學習有機化學的正確方法，自然就不能靈活應用理論知識解決實踐中遇到的問題。教師可以在培養學生核心素養的基礎上鍛煉學生對知識的對比、歸納、整合的能力，幫助學生梳理理論知識并將理論知識投射到實踐過程中。

比如，有機化學實驗必修課程內容之一是利用溴苯和鎂在無水乙醚的環境中發生反應制備格氏試劑，再將格氏試劑與苯甲酸乙酯反應制取三苯甲醇。對應到理論課堂中涉及格氏試劑反應的教學內容：格氏試劑在該反應中不需要過量，而在酰鹵化合物和格氏試劑反應時卻需要過量的格氏試劑(圖1)。格氏試劑添加量的不同究其原因是反應本質的不同，其涉及的理論知識如下：雖然酯類化合物和酰鹵化合物都屬于羧酸衍生物，但發生親核反應的活性：酰鹵類化合物>酮類化合物>酯類化合物。酯類化合物發生親核反應時會生成活性比它高的酮類化合物，酮類化合物進一步發生親核反應生成醇，所以在制取三苯甲醇的過程中不需要過量的格氏試劑也能得到目標產物；而酰鹵化合物在發生親核反應時會生成活性比它低的酮類化合物，需要再加過量的格氏試劑使其活化進一步發生親核反應生成醇。

圖1 酯、酮與格式試劑反應的對比

教師在教學過程中將二者加以比較并帶領學生辨析思考有機反應本質的不同，學生就能理清化學反應的設計思路，掌握化學反應的機理，學會用對比歸納的方法學習有機化學知識，面臨實際問題時靈活運用，實踐能力和核心素養也能同時得到培養。

3 有機化學課堂教學中融入核心素養的理念提升實踐意識的方法

3.1 利用認知矛盾展開教學

學生在學習有機化學知識時，往往不能將知識點整合歸納，形成完整嚴密的邏輯知識體系，學習起來費時費力且效果不佳，難以在實驗課堂上將理論知識運用自如。因此，我們提出對理論課堂進行改革，教師在講解知識時，可以介紹大學中的理論知識與學生中學階段所學知識的差異，不同之處的互相碰撞引起學生的探究興趣和學習愿望，形成積極的認知氛圍[4]，幫助學生構建出前后學習知識的差異模型，加深學生的印象，培養學生的理性思維，在“證據推理與模型認知”方面培養學生的核心素養。此時再引入學科問題，可以使學生產生實驗探究的欲望從而設計實驗，解決了理論課堂和實驗課程結合不夠緊密的問題，既提升了師范生的學習能力，又為他們提高實踐教學能力提供例證。比如，在講解酸和醇發生酯化反應時，學生在高中的基礎有機化學中學習過乙酸乙酯的合成反應，將“酸脫羥基醇脫氫”作為酯化反應的唯一機理，教師便可從此處入手，向學生介紹“醇脫羥基酸脫氫”的具體例子(圖2),這樣既復習了前文提及的三苯甲醇的制備相關的知識，又能將兩種不同的機理加以比較分析，鍛煉學生對比、歸納知識的能力，培養學生的核心素養。

圖2 酯化反應認知矛盾實例

這樣的教學方法既能幫助學生形成知識體系，學習理論知識事半功倍，又能使他們在實驗課上進行實際操作時靈活運用理論知識，完善實驗過程，具備獨立思考和分析問題的能力。且提升師范生的核心素養又能讓他們在教學過程中培養中小學生的核心素養，提升中小學生探究實驗，獨立思考并解決科學問題的能力。

3.2 理論課堂注重教學留白[5]

有機化學課堂要注意留白，這不僅能夠提升學生獨立解決問題的能力，也給學生留下了思維發散的充分空間和探究實驗的廣泛思路。教師要在興趣導向的作用下培養學生的核心素養，引發學生對有機化學知識的好奇心，這樣才能激發學生對實驗的探究興趣。傳統的有機化學教學課堂上多以教師為中心展開教學過程，這樣“滿堂灌”式的教學方式雖然便捷，但是近年來有許多調查和研究表明，全程以教師講授為主的課堂缺少互動，并不能達到最理想的教學效果，過多的教學內容反而抑制了學生大腦的興奮狀態，使學生學到的知識僵化而不能夠將理論知識精準應用到實踐中去，嚴重地影響了有機化學教學效果，且與先進人才培養體系不匹配[6]。正確的做法便是教師在教學過程中有意地留出一些時間給學生進行理論知識的記憶和加工，注重對學生探究精神和創新意識的培養，并激發他們調動知識儲備，將知識結合起來，融會貫通且加以運用，這樣在操作實驗時，學生就能進行對舊知的回顧與思考，不至于盲目地按照操作步驟完成實驗。對于師范生而言，亦能在此過程中收獲到學科知識，積累到教學素材，為日后成為稱職的中小學教師打下堅實的基礎。比如在前文提及的羧酸衍生物進行親核反應的內容時，教師可以在講完酯類化合物與格氏試劑發生親核反應后，再以留下疑問的方式讓學生對酰鹵化合物與格氏試劑進行親核反應的本質展開思考與討論；再比如有機化學實驗課程內容之一是制備肉桂酸，該實驗選用了苯甲醛和醋酸酐在無水醋酸鉀做縮合試劑的條件下進行反應得到目標產物，教師可以在此時向學生拋出問題，可不可以用乙醛代替苯甲醛進行反應并說明理由。學生通過查閱相關資料分析總結出不能替換的原因是乙醛的α位碳上有氫原子，不能和醋酸酐發生羥醛縮合反應，而苯甲醛α位碳上沒有氫原子，可以進行反應。這樣先思考再實驗后反思的過程，打破理論與實踐之間的隔閡，與此同時鍛煉了學生檢索和分析文獻的能力。也可以就實驗中遇到的問題與老師同學展開討論[7]，培養學生的合作精神，進一步培養學生的核心素養，培育全方面發展的人才[8]。

注重課堂留白的另一種行之有效的手段是將翻轉課堂與傳統課堂相結合，以翻轉課堂的高效性、及時性彌補傳統教學方式的不足。翻轉課堂打破傳統的“先教后學”模式[9]，在講授章節內容知識之前要求學生自行學習線上平臺提供的教學視頻，使學生對知識產生整體的把握和清晰的認知，教師在課堂上對課程內容進行適當的總結和拓展，幫助學生鞏固知識，查缺補漏，亦能拓寬學生學習視野，學生可以在教師的引導下掌握更加先進的科學理念和研究方法，增強創新意識，而不僅拘泥于書本上的課程容量。翻轉課堂的應用幫助教師在有限的教學時間里使學生學習的知識范圍最大化，在面對師范生的教學過程中，教師也可以利用課堂上的時間讓師范生上臺講解，不僅考查了他們的知識掌握程度，而且鍛煉了實踐教學能力。師范生在這樣的教學模式下同時積累了學科知識和教學經驗，為將來的教學生涯打下穩固的根基。

我們尤其要在面向師范生的有機化學課堂上注重課堂留白，這樣既能夠從“科學探究與創新意識”角度培養師范生的核心素養，鍛煉實踐能力，提升有機化學課堂教學效果，又為他們日后的教學工作打下良好基礎，保證教學工作的高質量和高效率，中小學化學教育事業也將在這樣的推動下蓬勃發展。

3.3 聯系社會，強調有機化學理論知識在生產生活中的應用

有機化學的學習與生產生活密不可分，有機化學理論知識不僅要與實驗課程緊密結合，還要在生活中的實踐應用上發揮重要作用。立足培養學生的正確科學精神和社會責任是有機化學課程教學改革的重要方面之一。比如，教師在講解溴化氫的過氧化物效應時，可引入反應(圖3)。該反應產物是抗精神失常藥物氟奮乃靜和三氟拉嗪的中間體1-氯-3-溴丙烷。將化學反應機理和實際生活結合的教學方法提升了教學的延展性，學生收獲到的知識不僅拘泥于書本上的方程式，也能了解到這些機理如何應用到日常生活中。

圖3 溴化氫的過氧化物效應聯系應用

此外，有機化合物的合成不僅僅只有一條路徑，工業制備與實驗室制備并不完全相同。以醇的制法為例，醇的工業合成方法有很多種：由合成氣合成、羰基合成、烯烴合成、農副產品發酵生產等，而實驗室中可以通過鹵代烴的水解、與格氏試劑發生化學反應等多種方法制備醇。工業制法側重于化學反應的經濟性和環保性，重在反應帶來的經濟效益，實驗室制備著重于藥品的純度和裝置的搭建難度等因素，以探索和研究為重。教師在教學過程中可將兩種不同的制法以對比的形式講給學生，使學生在掌握化學理論知識的同時緊跟社會發展腳步，理論知識與生產實踐緊密結合，齊頭并進。

因此，當教師在基于培養學生核心素養的目標上進行課堂教學時，要與社會的發展相輔相成，鍛煉學生能將理論知識應用到實踐過程中以解決實際問題的能力。這樣我們培養出的就不是只會讀書而不懂得變通的模式化學生，而是切實貼合新時代發展要求的創新型人才。尤其在經濟飛速發展的今天，化學與實際生活聯系更加密切，教師在教學過程中更應緊跟社會步伐，培養學生的科學核心素養和實踐意識，使師范生在大學期間的學習過程中形成科學探究精神和強烈的社會責任，在日后的教學過程中實現教育的傳承，培養出懂創新、能實踐的多方面綜合發展的中小學生。這也與STSE(STSE是由科學(Science)、技術(Technology)、社會(Society)、環境(Environment)構成的STSE教育，強調科學、技術與社會、環境的相互關系，重視科學技術在社會生產、生活環境和社會發展中的作用，是指導和實施學科教育的新理念)教育的基本精神相吻合，將有機化學教育與社會的發展、生產與生活、生存環境等密切聯系起來，使學生受到更加良好全面的教育[10]。聯系實際生產生活的應用以STSE教育作為強大的理論支撐，不僅能拓寬學生的知識廣度，亦能促進學生全方位發展，增強學生適應社會的能力。學生在教師的引導下了解科技發展的最新動態，主動發現、探究并解決問題，關心化學知識與人類社會的關系，從而增強學習的針對性，追隨時代發展腳步。師范生在核心素養得以培養的同時，積累實際操作知識，迅速分析得出結論，提高自身實踐教學能力，有機化學課堂教育也因此在聯系社會這一教學模式的發展與傳承中具有了生命力和時代感。

4 結語

為打破有機化學理論知識與實踐過程結合不緊密的僵局，提出將核心素養觀念融入有機化學理論課堂的三種教育措施：利用認知矛盾，注重課堂留白，緊密聯系社會，從知識、興趣、經驗等多角度出發來達到使理論知識與實踐活動同頻共振，學生全面發展的目的。

作為未來教育事業的中堅力量，師范生肩負著傳承職業精神，培育祖國未來的歷史責任與光輝使命，因而對師范生的教育就彰顯出重要的意義。培養優秀師范生的宗旨就是培養師范生的核心素養，提升實踐意識，使他們具有完備的邏輯知識體系和豐富的解決問題的經驗，這樣師范生才能在未來的教學生涯中發揮關鍵作用，取得良好的教學效果。