基于化學史的探究式教學模式的實踐研究
——以“苯”為例

楊 玫

（湖南幼兒師范高等專科學校，湖南 常德415000）

1 教學設(shè)計背景概述

1.1 教材與學情分析

《科學·化學》是中職五年制小學教育公共基礎(chǔ)課程的培養(yǎng)教材，“苯”為第八章第三節(jié)第二個框題。學生已經(jīng)學習了烷烴和烯烴的相關(guān)知識，對鏈烴的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也有了一定的了解，已初步具備“物質(zhì)的構(gòu)成決定性質(zhì)”的觀念。在此前提下學習環(huán)狀烴，可以與烷烴和烯烴對比，求同存異，依據(jù)有機物某些性質(zhì)進行建模與推理，推斷結(jié)構(gòu)，分析性質(zhì)。

1.2 教學目標

依據(jù)本節(jié)課內(nèi)容與課程標準，結(jié)合學生所要具備的化學核心素養(yǎng)目標[1-2]，確定了本節(jié)課的教學目標，見表1。

表1 教學目標

1.3 教學重點

苯的結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)。

1.4 教學難點

苯的結(jié)構(gòu)。

1.5 教學思路設(shè)計

本課采用“化學史線、知識線和探究線”三線結(jié)合的教學模式。“化學史線”—創(chuàng)設(shè)教學情境，感悟科學發(fā)現(xiàn)過程，激發(fā)學習興趣；“探究線”—引導學生積極思考，交流討論，參與課堂活動，增強學生的課堂參與感；“知識線”—總結(jié)歸納知識點，達到教學目的。三線相輔相成，滲透融合，具體思路見圖1。

圖1 教學思路圖

2 教學過程

2.1 引入課題

[化學史料1]

19世紀初期，煤氣開始廣泛使用，生產(chǎn)煤氣時會有少量液體剩余，這引起了英國科學家法拉第的關(guān)注。他用5年時間把該液體蒸餾，最后在80°C左右獲得新液體，并且將它命名為“氫的重碳化合物”[4]。

就踏著歷史的腳步與化學家們一起來探究這種“新液體”的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。

2.2 苯的物理性質(zhì)

師：展示這種“新液體”（試劑瓶封裝好），依據(jù)已學知識，合理利用實驗臺上的試劑和儀器探究其物理特性（如密度、溶解性等）。儀器和試劑：試管、膠頭滴管、該液體、水、酒精、四氯化碳（CCl4）、冰塊。

分組實驗1：五人為一組，思考討論，設(shè)計實驗方案。

實驗①：觀察“新液體”的顏色和狀態(tài)，聞氣味。

實驗②：3只試管各加入2 mL“新液體”，再分別加入等量酒精、CCl4和水，振蕩靜置，觀察現(xiàn)象。

實驗③：試管中加入4 mL“新液體”，將其放入冰水混合物中。

學生活動：匯報實驗現(xiàn)象和結(jié)論。

學生1：實驗①，無色、透明的液體，有好聞的氣味。

學生2：實驗②，酒精、水與該液體不互溶，與CCl4互溶。

學生3：實驗③，液體凝固。

師：引導學生討論問題，總結(jié)物理性質(zhì)。

小結(jié)：無色透明的液體，不溶于水和酒精，易溶于CCl4，低溫條件下易凝固。

[化學史2]

1834年，米希爾里希蒸餾苯甲酸和石灰的混合物，得到了法拉第提純的“新液體”，命名為“苯”。之后日拉爾等人發(fā)現(xiàn)苯僅由有C、H兩種元素組成，含碳量高達92.3%，密度是同溫同壓下乙炔的3倍。

師：根據(jù)日拉爾的測定，計算苯的分子量，并確定苯的分子式。

學生活動：根據(jù)給出的信息，計算分子量。

小結(jié)：苯的相對分子質(zhì)量為78，分子式C6H6。

2.3 苯的化學性質(zhì)

提問：苯是高度不飽和烴，那么苯的結(jié)構(gòu)是怎樣呢？

學生活動：對苯的分子結(jié)構(gòu)提出假設(shè)，并推測其化學性質(zhì)。

可能的結(jié)構(gòu)：①CH3-C≡C-C≡C-CH3；②CH2=CHC≡C-CH=CH2；③CH≡C-CH=CH-CH=CH2（推測可能存在兩個碳碳三鍵或者一個碳碳三鍵和兩個雙鍵）。

過渡：這些結(jié)構(gòu)式是否是對的呢？跟著科學家的腳步繼續(xù)前行。

[化學史3]

1860年左右，科學家發(fā)現(xiàn)在三溴化鐵（FeBr3）的催化下，苯與液溴發(fā)生取代反應(yīng)：C6H6+Br2→C6H5Br+HBr，苯的一溴取代物只有一種結(jié)構(gòu)。

提問：苯的一溴取代物只有一種結(jié)構(gòu)，這說明什么問題？

學生：苯分子中六個氫等效，結(jié)構(gòu)①可能符合條件。

師：實驗驗證結(jié)構(gòu)①是否成立。

思考：結(jié)構(gòu)①中存在碳碳三鍵，那么也應(yīng)該能讓溴水和高錳酸鉀溶液褪色。

分組實驗2：取2支試管分別加入少量苯，一支試管中加入適量溴水，另一只中加入適量高錳酸鉀溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象。

交流討論：兩支試管均不褪色，說明結(jié)構(gòu)①不正確，苯中不存在碳碳雙鍵和三鍵。

師：上述的討論說明苯分子的結(jié)構(gòu)不可能是鏈烴的形式，且具有高度對稱性。

過渡：那么，苯分子的結(jié)構(gòu)到底是怎樣的呢？讓德國科學家凱庫勒來揭開它的面紗。

[化學史4]

為了揭開苯的神秘面紗，凱庫勒苦思冥想，一天他夢到長蛇咬著自己的尾巴旋轉(zhuǎn)，夢醒后他趕緊記錄下自己的夢境，并進行大膽的猜測和分析，最終悟出了苯的結(jié)構(gòu)。1866年，他提出苯是一個由6個碳原子以單雙鍵交替結(jié)合形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被為凱庫勒式。

提問：凱庫勒的假說有缺陷嗎？

學生活動：交流討論，小組匯報。

過渡：進入20世紀以來，理論物理和實驗技術(shù)的快速發(fā)展為人類認識物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了理論與技術(shù)支撐，對于苯分子結(jié)構(gòu)的探究也有了進一步發(fā)展。

[化學史5]

1935年，詹斯用X射線衍射法探得苯環(huán)形狀、原子位置以及鍵長。

1988年，美國科學團隊拍攝到苯的單個環(huán)狀影像（出示圖片）。

2009年，美國科學團隊給單個并五苯分子拍照（出示圖片）。

師：苯環(huán)分子是平面正六邊形的結(jié)構(gòu)，12個碳氫原子共平面，鍵與鍵之間的夾角為120度。6個碳碳鍵完全一樣，是一種介于單鍵和雙鍵之間的特殊的共價鍵（見圖2）。

圖2 苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)圖

師：科學的發(fā)展，是踩著錯誤的腳步，探尋正確的方向。今天為了紀念凱庫勒，書本中依舊沿用凱庫勒式。

過渡：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，那么苯有哪些化學性質(zhì)呢？

學生活動：思考交流，歸納總結(jié)。

小結(jié)：苯環(huán)分子可以發(fā)生取代反應(yīng)和加成反應(yīng)。

2.4 拓展

提問：苯的工業(yè)制法以及用途。

學生：翻閱書本，查閱資料，小組交流討論。

小結(jié)：在工業(yè)上，苯主要從煤焦油、石油中提取，用作化工原料。

3 教學反思

在本課中，以物理性質(zhì)為切入點、以“化學史線”為線索，按照“物理性質(zhì)—結(jié)構(gòu)—化學性質(zhì)—用途”展開教學。首先，以苯的發(fā)現(xiàn)史為線索，通過創(chuàng)設(shè)教學情景，讓學生跨越時空與科學家“對話”，激發(fā)學習的興趣。接著，重復科學家思考探究的過程，得出物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，讓學生體會科學家的創(chuàng)造理念和思維方式，并跟隨他們的腳步不斷思考、提問、驗證，有助于學生身臨其境地經(jīng)歷科學研究的過程。最后，讓學生依據(jù)苯的結(jié)構(gòu)推測化學性質(zhì)，使學生更清晰地了解“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”。