基于心智模型探析的高中有機化學教學實踐與思考

胡先錦

摘要：在探查高中生有機化學心智模型的基礎上，針對高中有機化學特點進行探索性實踐。采用模型方法、思維導圖法等展開教學，引導學生強化分子結構意識，建構有機思維模型，培養學生模型認知和自主建構能力，豐富認知情境經驗，促進有機知識的結構化，提升三重表征能力。

關鍵詞：有機化學； 心智模型； 化學教學

文章編號：1005–6629（2017）2–0037–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

筆者曾通過半結構式訪談和二段式診斷測驗等方法探查了高二、高三物化班學生的有機化學心智模型。結果發現學生存在的有機化學心智模型以“結構——性質”為核心，但是存在表述精確性問題和認知偏差，表述復雜性和結構化程度存在群體差異[1]?；诖搜芯拷Y果，并為了改善這種狀況，筆者針對有機化學的學科特點和學生認知，嘗試采用模型方法和思維導圖法等進行高中有機化學（《有機化學基礎》[2]，蘇教版）教學，以促進有機化學知識的深入理解和意義建構，提高學生有機化學的掌握水平。

1 注重模型認知，強化分子結構意識，形成有機化學思維模型

在不同的自然事物或自然現象中，存在著共同的運動規律，這是模型方法建立的哲學根據。模型認知也是高中化學學科核心素養的組成部分之一。鄭長龍[3]認為，根據反映方式不同，化學教學中的模型可分為物質模型和思考模型（筆者研究認為，思考模型即為心智模型）兩類。其中，物質模型主要有物質結構模型以及化工生產模型，如分子結構和晶體結構模型，球棍模型和比例模型等，是心智模型的外在表征。思考模型是原型在思想中的一種抽象反映。

1.1 利用物質模型的直觀教學，正確把握有機分子結構特征

有機化學的核心是有機分子的結構，它是認識和研究有機物命名、轉化、同分異構現象以及有機物的性質和用途等問題的基礎。因此，初學有機化學必須借助直觀模型，培養學生空間想象能力和模型認知能力，引導學生逐步建立有機分子中各原子在三維空間內的相對位置概念，形成正確理解有機物結構特征的心智模型。

筆者在教學中組織學生自主搭建有機分子模型，引導學生將立體模型與平面結構式進行比對，通過自主探索，可以達成幾個重要的基本共識：①碳能形成4個價鍵；②烷烴的碳鏈呈鋸齒形而不是直線排列；③二氯甲烷僅有一種結構；④單鍵可以繞著自身鍵軸旋轉，而雙鍵、叁鍵則不能；⑤乙炔是直線型分子，乙烯、苯是平面型分子。并以此為基礎，再擴展到學習簡單有機物的命名、等效氫（碳）、有機分子中原子的共線共面問題以及同分異構體的書寫等。實踐證明，這種直觀的“模型”教學方式加上循序漸進的教學策略，學生不僅容易接受知識，還能提升他們學好有機化學的信心。

隨后，在熟悉分子結構模型的基礎上，筆者采用“楔形式”表達有機分子的空間構型，引導學生學會在平面上解決立體問題。例如，利用甲烷分子中一個C和任意2個H原子可處于同一平面（三角形規則），結合乙烯、苯、甲醛等分子的平面形構型，一些有機分子的空間結構可在平面上用楔形式表示出來（見圖1），這樣有助于學生理解有機分子中原子在空間的相對位置，提高對有機物分子結構的認知。

1.2 重視思考模型的引導訓練，逐步形成有機化學特征思維

培育學生良好的模型認知素養，能幫助學生建立解決化學問題的思維框架，建立科學理論與經驗之間的聯系，揭示解決復雜化學問題的思維路徑。在高中有機化學內容中，對于同分異構體、有機推斷與有機合成等內容，采用模型思想進行教學，能有效提升學生的有機化學思維水平。

如對于同分異構體的教學中，首先要引導學生認知“等效氫”問題。教學中，從基本的分子模型出發，引導學生對高中階段常見的結構對稱的有機分子進行有序歸納（見表1），可以幫助學生較好地理解等效氫（碳）的問題，培養模型認知能力。

通過對上述有機分子對稱軸或對稱平面的探尋，讓學生認識到有機分子中對稱結構是普遍存在的；通過判定對稱型有機分子中的等效氫（碳）的種類數，可為學生解決后續更為復雜的同分異構問題，以及根據圖譜及數據信息分析推斷有機物的分子結構等問題奠定基礎，提高學生的心智模型綜合應用水平。

此外，當前的高考化學卷中有機推斷與合成題的不斷修改、進步，新穎的物質、未知的反應、前沿的背景，都讓學生感到力不從心，甚至出現“有機恐懼癥”。然而，這正是對學生的邏輯思維能力、綜合分析能力、問題解決能力和有機化學模型認知能力的綜合考查。針對這一問題，結合心智模型的轉變機制，筆者以2015年江蘇高考化學卷第17題為例，開設了一節“有機推斷與合成”專題復習研討課，原題如下：

化合物F是一種抗心肌缺血藥物的中間體，可以通過以下方法合成：

（1）化合物A中的含氧官能團為 和

（填官能團的名稱）。

（2）化合物B的結構簡式為 ；由C→D的反應類型是： 。

（3）寫出同時滿足下列條件的E的一種同分異構體的結構簡式 。

Ⅰ.分子含有2個苯環

2 應用思維導圖，構建有機知識網絡，強化有機化學三重表征