以情境引領(lǐng)課堂,用問(wèn)題啟發(fā)思維*
——指向核心素養(yǎng)培育的“有機(jī)合成”教學(xué)

張傳菊

(合肥市第九中學(xué) 安徽合肥 230000)

真實(shí)情境是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體。基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),創(chuàng)設(shè)與化學(xué)知識(shí)相關(guān)的真實(shí)情境,如化學(xué)史情境、生活情境、工業(yè)生產(chǎn)情境、化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境等,圍繞情境設(shè)計(jì)一系列有層次的問(wèn)題鏈,能夠幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)學(xué)科的核心概念和基本觀念,運(yùn)用所建構(gòu)的化學(xué)核心概念和學(xué)科基本觀念解決實(shí)際問(wèn)題,促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí),發(fā)展學(xué)生的高級(jí)思維。筆者嘗試依托真實(shí)情境設(shè)計(jì)有意義且有梯度的問(wèn)題串,對(duì)高二“有機(jī)合成”第一課時(shí)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)并實(shí)踐,取得了很好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo):

(1)通過(guò)對(duì)幾種有機(jī)材料合成路線的探究,引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)有機(jī)物合成的關(guān)鍵方法,了解設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的一般方法。

(2)通過(guò)設(shè)置不同梯度的問(wèn)題,促進(jìn)學(xué)生在解決問(wèn)題中主動(dòng)構(gòu)建新知,使知識(shí)結(jié)構(gòu)化。

(3)通過(guò)對(duì)有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)方案的交流和點(diǎn)評(píng),發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的科學(xué)素養(yǎng)。

(4)通過(guò)有機(jī)發(fā)展史和功能超分子材料性能的展示,引導(dǎo)學(xué)生更好地體驗(yàn)有機(jī)合成在生活生產(chǎn)中的重要作用,發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)知水平。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課創(chuàng)設(shè)了有關(guān)有機(jī)合成發(fā)展史、工業(yè)涂料和有機(jī)玻璃的單體等四種有機(jī)材料的合成路線、功能超分子材料性能等的真實(shí)情境,采用問(wèn)題導(dǎo)向下的探究式教學(xué)模式來(lái)組織課堂教學(xué)活動(dòng)。教學(xué)中,學(xué)生圍繞著有梯度的幾個(gè)核心問(wèn)題對(duì)工業(yè)涂料等幾種材料的合成路線進(jìn)行自主探究,從有機(jī)物分子的碳骨架、官能團(tuán)等角度去實(shí)現(xiàn)有機(jī)物之間的轉(zhuǎn)化。學(xué)生自主探究教材中的典例——由原料乙烯合成草酸二乙酯的方法,初步構(gòu)建有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)的一般認(rèn)識(shí)模型,并通過(guò)小組交流討論設(shè)計(jì)香料——苯甲酸苯甲酯的合成路線,實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)模型的遷移應(yīng)用,從而完善原有模型。整體教學(xué)設(shè)計(jì)思路如表1所示。

表1 整體教學(xué)設(shè)計(jì)思路

三、教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

【學(xué)生活動(dòng)】閱讀下列材料。

教學(xué)環(huán)節(jié)一:有機(jī)合成的發(fā)展史

1824年,F.W?hler(德)由氰酸銨制得尿素。

1828年,F.W?hler(德)發(fā)表了著名論文《論尿素的人工合成》,開創(chuàng)了有機(jī)化學(xué)人工合成的新紀(jì)元。

1944年起,伍德沃德合成了24種以上具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)分子,獲1965年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1965年9月17日,我國(guó)科研人員合成結(jié)晶牛胰島素。

1972年我國(guó)著名科學(xué)家屠呦呦成功提取青蒿素。

【交流討論】從上述材料中獲得什么啟示?

【設(shè)計(jì)意圖】以有機(jī)合成發(fā)展簡(jiǎn)史為依托,引領(lǐng)學(xué)生走近有機(jī)合成世界的大門,不僅使學(xué)生體會(huì)到有機(jī)合成發(fā)展歷史,更使學(xué)生深刻感受到無(wú)數(shù)科學(xué)家們勇于創(chuàng)新的拼搏精神,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。其中有關(guān)結(jié)晶牛胰島素和青蒿素的真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè),以“一核四層四翼”為宗旨,發(fā)揮了立德樹人的育人功能,幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀,增強(qiáng)文化自信。

教學(xué)環(huán)節(jié)二:有機(jī)合成的設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵

【學(xué)生活動(dòng)】閱讀以下材料,回答問(wèn)題。

材料一:工業(yè)涂料——季戊四醇的合成路線

材料二:有機(jī)玻璃的單體——甲基丙烯酸甲酯的合成路線

材料三:化妝品防霉劑的合成路線

材料四:解熱藥物——長(zhǎng)效緩釋阿司匹林的合成路線

問(wèn)題1:上述合成路線中,用到了哪些有機(jī)原料?

問(wèn)題2:上述合成路線中應(yīng)用了哪些有機(jī)反應(yīng)類型?

問(wèn)題3:上述合成路線中采用了哪些方法實(shí)現(xiàn)碳鏈的增長(zhǎng)?

問(wèn)題4:上述合成路線中采用了哪些方法引入羥基?

問(wèn)題5:上述合成路線中采用了哪些方法引入碳碳雙鍵?

問(wèn)題6:引入鹵素原子的方法有哪些?

【交流討論】設(shè)計(jì)有機(jī)合成路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是什么?

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)展示數(shù)條有機(jī)合成路線,其中材料一、二側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生分析路線中碳骨架的構(gòu)建方法,材料三、四側(cè)重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注官能團(tuán)的引入和轉(zhuǎn)化。七個(gè)問(wèn)題的設(shè)置富有層次性。問(wèn)題1和問(wèn)題2較簡(jiǎn)單,學(xué)生只需粗略分析合成路線就能準(zhǔn)確回答,診斷學(xué)生對(duì)有機(jī)原料和反應(yīng)類型的認(rèn)知水平,提高學(xué)生對(duì)解決后續(xù)幾個(gè)問(wèn)題的信心。問(wèn)題3～6引導(dǎo)學(xué)生精細(xì)觀察合成路線,在陌生合成路線中尋找?guī)讉€(gè)典型官能團(tuán)的引入方法。這種設(shè)計(jì)比直接讓學(xué)生回顧官能團(tuán)更為新穎,更富有挑戰(zhàn)性,極大地吸引了學(xué)生的注意力。最后一個(gè)問(wèn)題上升到理性思維高度,具有升華屬性。這需要學(xué)生思考合成路線設(shè)計(jì)的多種可能,比較優(yōu)劣時(shí),要兼顧副產(chǎn)物少、中間體的穩(wěn)定性、官能團(tuán)的保護(hù)等多種因素。學(xué)生圍繞上述合成路線情境和問(wèn)題,觀察分析、交流討論,找到有機(jī)合成的關(guān)鍵點(diǎn)——構(gòu)建目標(biāo)分子的碳骨架和在適當(dāng)位置引入官能團(tuán),進(jìn)而選擇反應(yīng)試劑和條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化,同時(shí)思考并設(shè)計(jì)合成路線。

教學(xué)環(huán)節(jié)三:逆合成分析法的應(yīng)用

【學(xué)生活動(dòng)】以乙烯為原料合成草酸二乙酯(H5C2OOC—COOC2H5)為例,思考以下幾個(gè)問(wèn)題,體會(huì)逆合成分析的方法。

問(wèn)題1:草酸二乙酯在酸性條件下水解得到哪些產(chǎn)物?

問(wèn)題2:乙烯如何制備乙醇?

問(wèn)題3:草酸是由物質(zhì)A連續(xù)氧化得來(lái),物質(zhì)A是什么?

問(wèn)題4:由乙烯制備物質(zhì)A需要幾步反應(yīng)?反應(yīng)類型是什么?

問(wèn)題5:以乙烯為原料制備草酸二乙酯的具體路線是什么?

【教學(xué)評(píng)價(jià)】設(shè)計(jì)苯乙酸芐酯的合成路線。

【2018新課標(biāo)Ⅰ卷節(jié)選】

A B C D

W G F

問(wèn)題1:苯乙酸芐酯酸性水解產(chǎn)物是什么?

問(wèn)題2:參考材料中信息,如何引入羧基?

問(wèn)題3:醇如何轉(zhuǎn)化為鹵代烴?

【學(xué)生活動(dòng)】設(shè)計(jì)合成路線如下:

【設(shè)計(jì)意圖】在設(shè)計(jì)合成路線之前,需要對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行逆向分析,故本環(huán)節(jié)通過(guò)幾個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生自主探究,建立逆合成分析的思維模式。

教學(xué)環(huán)節(jié)四:有機(jī)合成分子的魅力

【展示】播放與超分子相關(guān)的圖片和視頻,并進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹說(shuō)明。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生了解與有機(jī)合成相關(guān)的前沿科學(xué)領(lǐng)域,樹立正確的理想信念,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí),鼓勵(lì)學(xué)生為人類科學(xué)事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課在學(xué)科知識(shí)傳授基礎(chǔ)之上,根據(jù)新課程理念,做了以下有益的嘗試和探索。

1．創(chuàng)設(shè)情境,豐富體驗(yàn)

本節(jié)課依托有機(jī)合成發(fā)展史、工業(yè)涂料等四種有機(jī)材料的合成路線、功能超分子材料等創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境來(lái)豐富學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn),特別是選用豐富的陌生有機(jī)材料合成路線供學(xué)生分析與論證,引導(dǎo)其將思路和方法應(yīng)用到后續(xù)陌生物質(zhì)的推理與合成中,幫助學(xué)生建立有機(jī)合成中重要的思維方式——正、逆向合成分析。

2．設(shè)計(jì)問(wèn)題串,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是一種高水平且主動(dòng)地對(duì)知識(shí)進(jìn)行認(rèn)知加工的學(xué)習(xí)方式。本節(jié)課環(huán)節(jié)二通過(guò)設(shè)計(jì)一系列有梯度的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生從有機(jī)物分子碳骨架、官能團(tuán)等角度實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化,為下一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)具體有機(jī)物的合成路線做了有意義的鋪墊。

總之,本節(jié)課以真實(shí)情境載體,以具體問(wèn)題為導(dǎo)向,將核心知識(shí)融入其中,通過(guò)具體教學(xué)活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中解決實(shí)際問(wèn)題,促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)官能團(tuán)轉(zhuǎn)化和有機(jī)合成路線設(shè)計(jì)模型,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí),有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。