立足問題解決的化學教學
——以必修二“烷烴”教學為例

張金怡

揚州大學吳星教授曾指出：高中生化學核心素養必須且只能在化學問題解決的學習中形成和發展。［1］這是因為化學問題解決的學習往往需要通過在真實而復雜的情境中發現問題、提出問題，運用化學學科的思維方式分析問題，開展學科探究活動，最終獲得問題解決的方案和結果，從而實現化學學科知識的習得，學科能力的提升，科學精神和社會責任感的培養以及正確價值觀的塑造。現以新人教版必修二“烷烴”為例，從基于化學問題解決的途徑開展教學實踐，落實化學學科核心素養。

一、教學分析

1.課標分析。

相較于2003年版的高中化學課標，2017年版課標在內容要求部分將“了解有機化合物中碳的成鍵特征，舉例說明有機化合物的同分異構現象”調整到了“簡單的有機化合物及其應用”的主題中，知識體系安排更為合理。同時降低了對甲烷性質的要求，明確了對具體有機物中碳原子成鍵特點的認知。

此外，課程標準還提供了相關教學策略、學習活動建議和情境素材建議，明確了相關學業要求。課程標準的修訂和完善，為教學的開展、活動的設計和學科核心素養的落實奠定了良好的基礎。

2.教材分析。

人教版和蘇教版兩個版本的新教材對新課標給予了不同的呈現方式。

人教版變化較大。標題從“最簡單的有機化合物”到“認識有機化合物”，內容從原來的在認識甲烷的基礎上穿插烷烴結構和性質，變為先認識有機物中碳原子的成鍵特點，從甲烷結構到烷烴結構，再基于甲烷及烷烴的用途，系統認識烷烴的性質，最終建立對有機物通性的一般認識。教材側重體現了“結構決定性質，性質決定用途”的化學學科核心觀念，隱含了從“一般到個別，再從個別到一般”的學科認知方式，對有機化學的學習起到了承前啟后的作用。教材還設置了“資料卡片”“思考與討論”“數據”“實驗”等欄目，為教學活動開展提供了素材和方向。

蘇教版新教材沿襲了舊版的特色，抓住有機物中的典型代表物，從獲得這些物質的途徑出發，呈現了相關領域的應用。促使學生感受到真實的、有用的化學，有效激發學生的學習興趣和熱情。教材中明確將搭建球棍模型作為學生必做實驗。

3.學情分析。

從學科知識來看，學生已從化學鍵的角度理解了甲烷結構和碳原子的成鍵特點；從學科能力來看，學生初步具備了模型搭建、分析推理、歸納概括的能力；從學生的心理狀態來看，有機化學的學習是全新的一頁，學生在情緒和心理上都處于興奮狀態，是教學的良機。

二、教學目標

結合對教材及學情的分析，確立本節課的教學目標。

基于球棍模型的搭建，認識烷烴分子的結構特征，知道同系物以及烷烴中的同分異構現象，從宏觀和微觀相結合的視角分析問題；圍繞三個核心問題的深入探討，體會問題解決過程中的證據推理，建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系；基于烷烴的應用，感受化學對改善人類生活的價值，體會科學態度與社會責任。

三、教學設計思路與主要環節

如圖1所示，基于課標的要求，本節課的設計對兩個版本的教材內容進行了重組整合，創設真實情境，并圍繞三個問題逐步推進教學的展開，實現創造性地使用教材。

圖1 設計思路

通過組織搭建烷烴球棍模型的學生探究活動，引導學生發現有機物中的同分異構現象，進而總結同分異構的有關概念，經歷發現問題、尋找證據、解決問題的過程；并從烷烴的微觀分子結構走向烷烴的宏觀物理和化學性質，體會化學對人類生活和社會進步的巨大作用，感受化學工作者在其中發揮的重要作用。

1.祥云火炬為什么能在環境惡劣的珠峰頂端持續燃燒？——情境創設

回望2008年，北京奧運祥云火炬登頂珠穆朗瑪峰。它以大氣的外表、良好的性能，被廣泛贊譽，是中國留給世界的寶貴遺產。祥云火炬的神奇究竟在何處，為何能在空氣稀薄、環境惡劣的珠峰持續燃燒，通過今天的學習將共同揭開和“祥云”有關的化學秘密。

【設計意圖】2008年北京奧運是舉世矚目的大事，也是鐫刻在全國各族人民腦海中值得驕傲和自豪的永恒記憶。通過視頻播放“祥云”火炬登頂珠峰這一激動人心的場面，激發學生的愛國主義情懷，以飽滿的情緒開啟一節課的學習。同時提出了圍繞該真實情境的核心問題：“祥云火炬為什么能在環境惡劣的珠峰持續燃燒？”從而引發學生的思考，并產生迫切的愿望去解決問題。以此提升學生科學態度與社會責任的學科核心素養。

2.祥云火炬中使用了什么燃料？——認識烷烴的組成和與結構。

【投影】祥云火炬構造圖：燃料是火炬設計的關鍵之一，引導學生關注祥云火炬所使用的燃料——丙烷。展示丙烷分子的比例模型，確定丙烷的分子組成，再與甲烷的組成進行對比，找到名稱中的“甲”“丙”和碳原子數之間的關系。

【小結1】烷烴的簡單命名。

【分組實驗】以四人一小組為單位，搭建甲烷、乙烷和丙烷的球棍模型。仔細觀察甲烷、乙烷、丙烷的球棍模型，對比：隨著碳原子數的增大，氫原子數有何變化規律？三種物質的原子連接方式有何相似之處？

【小結2】①烷烴通式；②烷烴（飽和烴）概念；③同系物概念。

【設計意圖】將烷烴、飽和烴、同系物這樣原本零散的化學概念，通過丙烷建立了彼此的聯系，且環環相扣、層層遞進。從觀察搭建好的模型開始，建立學生對球棍模型的初步了解，從微觀層面探析物質分子的組成和結構，并對物質進行分類，找到同類物質的相關性和各異性，促進對化學概念的理解。

【應用與實踐】①基于對烷烴的認識，推斷含4個碳原子的烷烴分子式；②結合預測，搭建含4個碳原子的烷烴的球棍模型；③比較所搭球棍模型，是否完全相同？

【對比觀察】出現了兩種結構：一種是有支鏈的，一種沒有。

【小結3】①同分異構現象；②同分異構體。

學生結合自己搭建的球棍模型，寫出正丁烷和異丁烷的結構式。同時發現，隨著碳原子數的增加，烷烴的結構日益復雜，用結構式來表示有機物的組成和結構不夠方便，所以需要一種更為簡潔的表達方式——結構簡式。

【設計意圖】在明晰烷烴、同系物等相關概念的基礎上，將其應用于實踐，由烷烴的通式推導出四個碳原子的烷烴的分子式。學生通過對不同小組搭建模型的比較，自主發現有機物中同分異構的現象。基于上述證據，建立對化學概念模型的認知。而正、異丁烷結構式的書寫，既是對舊知的鞏固，更感受到了結構式表達復雜有機物組成和結構的繁瑣，為結構簡式的引入做好自然的鋪墊，強化了學生知識獲得的體驗過程。

3.為什么選擇丙烷作為祥云火炬的燃料？——理解烷烴的性質。

作為祥云火炬的燃料，丙烷必然可以燃燒。書寫化學方程式后，發現燃燒產物和甲烷相同。這就帶來新的問題，同樣可以燃燒，且燃燒產物也相同，為什么選擇了丙烷作為祥云火炬的燃料？學生通過交流討論提出了可能的因素，并做相互評價。

在此基礎上，教師從三方面進行歸納整理：首先，價格因素；其次，基于丙烷的物理性質——甲烷沸點很低，不易液化，丙烷則相對容易，便于貯存在火炬中；丙烷還能適應比較寬的溫度范圍，在零下40℃時仍能產生1個以上飽和蒸氣壓，高于外界大氣壓，形成燃燒；最后，應用場景，丙烷含碳量高，燃燒的火焰呈明亮的黃色，有良好的可視性，便于識別和電視轉播、新聞攝影的需要。

【小結4】由此可見，丙烷作為祥云火炬的燃料是綜合了其化學性質、物理性質和實際需求的結果。這也是我們將化學物質應用于實際時常常需要考慮的因素。

【設計意圖】基于物質分類的結果，從甲烷的化學性質推知丙烷及烷烴的化學性質，體現有機物研究從個別到一般的研究思路。引導學生從不同的角度探尋“祥云”火炬選擇丙烷作為燃料的原因，著力科學探究意識的養成，也為選修有機化學的系統學習打下基礎。

4.烷烴在生活中還有哪些應用？——了解烷烴的用途。

【投影】丙烷的用途不僅僅局限在火炬燃料，還可用作發動機、家用取暖系統的燃料。其他烷烴也被廣泛應用在生活生產的各個領域，打火機中的液體是液化的丁烷，汽油中含有多種碳原子數不同的烷烴。

【總結】祥云火炬的神奇也不僅僅在于它選擇了丙烷作為燃料，還在于設計師將飛機發動機和火箭燃燒技術也應用其中，這就涉及了更多學科的知識。2022年冬奧火炬“飛揚”也已誕生，這又是一次技術的飛躍和突破，而化學學科又在其中發揮了怎樣的作用呢？有興趣的同學不妨做進一步的深入了解。

【設計意圖】緊扣主題、回歸情境，讓學生了解烷烴在日常生活生產中的更多應用，體會化學對于改善人類生活和促進社會發展的積極意義。也讓學生看到化學工作者在各個領域所發揮的重要作用，感受國家科技的進步與騰飛，再次喚醒學生心中的民族自豪感。

四、教學反思

1.基于問題探究的情境創設。

情境搭建了連接現實生活和學科領域的橋梁，為培育學生的學科核心素養提供了載體。而合適的情境一般總是跟實際問題的解決聯系在一起。2020年東京奧運會火炬傳遞過程中火炬熄滅的新聞，一度引發了大家的關注。在這個節點上回顧2008奧運火炬傳遞這一學生熟悉的社會性事件作為提煉問題的情境，有效降低了探究的起點，消除了學生思想上的抗拒感，由淺入深、由表及里的層層推進，展示了化學學科在社會活動參與中的責任擔當，加深不同民族的國家認同感，增強學生民族自信心，是培育學生科學精神和社會責任這一化學學科核心素養的體現。

2.基于學生主動學習的活動設計。

化學學科核心素養的培養，需要引導并組織學生參與多樣化的學習活動。本節課，學生在觀察對比、交流討論、搭建分子球棍模型的基礎上構建了烷烴、同系物、同分異構等化學概念，由被動接受轉變為主動探究，取得了良好的效果。在搭建模型的過程中，學生更是表現得饒有興趣，他們視自己搭建的分子模型為藝術品，搭出異丁烷結構的組別更是珍惜自己的作品。正如教育家蘇霍姆林斯基所說，在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發現者、研究者、探索者。因此，教師需要精心構思、大膽創新，設計出適合學生認知水平的活動，讓學生在自主探究的過程中，感受知識獲取的快樂，提升自主學習的能力。

當然，基于“問題解決”模式的課堂教學并不是發展高中學生化學核心素養的唯一途徑。作為化學教師，應基于多元化的視角和多樣化的方式，促進學科核心素養的培養；使學生深刻體會，化學科學帶給世界的不只是知識的進化和思維的啟發，更是一種力量的支撐、精神的鞭策和創造的信念。［2］