基于核心素養的有機化學教學研究

許美蓮

【摘要】鹵代烴屬于烴的衍生物，它是重要的化工原料，在有機合成和推斷中具有重要的橋梁作用。以模型建構與實驗探究為主線，設計了“鹵代烴”一課，開展了基于學科核心素養的教學研究，這不僅培養了學生的核心素養，同時還培養了高中化學教師的核心素養觀念，促進教師專業發展。

【關鍵詞】核心素養 有機化學 教學策略 實驗探究

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）06-0203-03

一、教學背景

《普通高中化學課程標準（征求意見稿）》中指出，高中化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，是高中生綜合素質的具體體現，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現了學生通過化學課程學習形成的關鍵能力和必備品格。化學學科核心素養包括“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”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”5 個維度[1]。基于化學核心素養的教學是指教學目標的確定、教學內容的組織、教學過程的實施、教學結果的改進、教學評價的設計等一系列教學環節均以化學核心素養的發展作為衡量準則，培養學生的關鍵能力和必備品格。具體來說，教學目標源于化學學科核心素養、教學內容基于真實情境、教學過程的實施有利于素養的內化，關注“教、學、評”一致性，有效開展化學日常學習評價，促進學生化學學科核心素養的提升[2]。

二、教學思路

素養離不開知識，沒有知識，素養是無源之水、無本之木。然而，知識的積累并不等同于素養的發展。如果把學生當作“活的圖書館”去存儲知識，非但不能發展素養，反而會阻礙核心素養的發展。為此，我們要以學生核心素養體系引領和促進教師專業發展，指導教師準確把握各學科教學價值定位，從有效促進學生素養發展的角度，改革教學方式方法，特別是轉變知識學習方式，選擇、設計體現學科本質并具有挑戰性的真實情境、項目，推動探究學習、服務學習等，以用促學，深入關注知識形成過程，推動學校教學從以知識為本，走向以素養為本，用核心素養來統領各門學科的教學。只有這樣，立德樹人的根本任務才能真正落地[3]。

本文擬就化學課堂教學如何落實學生科學素養的培養作一些探討。結構決定性質、性質決定用途是最重要的化學思想。本課題設計的意圖是結合情境的設置、問題的設計、教學資源的開發、評價方式的選擇等潛移默化地引導學生去積極建構，教學全過程以學生為主體，給學生充分思考和動手操作的機會。教學目標有以下幾點：

1.注重類比分析，學會適當遷移。鹵代烴可看作烴分子的氫原子被鹵素原子取代后生成的化合物，其結構、物理性質與烴有相似之處，要學會遷移運用，提升學生宏微結合、證據推理和模型認知素養。

2.典型物質引路，以溴乙烷為典型代表來學習鹵代烴的化學性，重點突破鹵代烴的水解反應和消去反應的條件與鹵代烴在反應過程中結構變化的關系，并能探究其相關的實驗，培養學生實驗探究與創新意識。

3.從有機的鹵素原子的引入及其官能團的衍變關系，了解鹵代烴在有機合成中的應用，培養學生的變化平衡思想。

4.在實踐活動中，注意體會鹵代烴在日常生活中的重要應用和合理使用，了解鹵代烴在生活中的應用以及對環境和健康可能產生的影響，培養學生的科學精神與社會責任素養。

鹵代烴是在烴的基礎上通過一定的化學反應在烴分子上引入鹵原子，是有機化學學習的延伸和提高，使有機化學的學習更系統化，更接近于生活，在有機反應類型上也更完善，更綜合，為進一步培養學生學科核心素養打下良好的基礎。鹵代烴屬于烴的衍生物，它是重要的化工原料，在有機合成和推斷中具有重要的橋梁作用。教學中注意 “結構決定性質”的思想，即鹵代烴中的官能團——鹵素原子（—X）決定了鹵代烴的化學性質。注意有機物“官能團轉化”的基本規律，分析有關鹵代烴所發生的化學反應的反應類型和反應規律，培養學生的學科核心素養。教學思路如下：

三、教學實施

中學化學課堂教學中培養學生的學科核心素養，需要以知識教學為載體，主要在強化物質構性間聯系、外顯原理的隱性過程、開展疑難分析與推理、示范并引信實驗創新和關注科學倫理的教育等方面多下功夫[4]。

1.鹵代烴的概念、分類、物理性質

[教師]生活科普激發學生的學習興趣：課件展示不粘鍋 （聚四氟乙烯）、運動員受傷使用的氣霧劑（氯乙烷的藥理作用）、北京水立方[乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）]

[教師]創設問題情景：1995年Nobel Chemistry Prize授予了致力于研究臭氧層被破壞的三位環境化學家。Freon（氟里昂）是造成臭氧損耗的主要原因之一。氟里昂是氟氯代烴的總稱，可簡寫為CFC，常見的有氟里昂-11（CCl3F），氟里昂-12（CCl2F2）。氟里昂被大量用于冷凍劑和煙霧分散劑，據估計每年逸散到大氣中的CFC達70萬噸，已積存在大氣中的CFC是一個很難解決的問題。

⑴請問氟氯代烴是烴嗎？

⑵溴乙烷（C2H5Br）是否與氟里昂屬于同一類物質？

[學生]是。

[教師]引入鹵代烴的概念、分類、物理性質。

設計意圖：分類是一種重要的學習方法，將無規的分為有規律的，按照不同的特點劃分事物，使事物更有規律，以幫助學生建立解決化學問題的思維框架，提升模型認知素養。

2.鹵代烴在生活中的用途以及對環境和健康可能產生的影響

設計意圖：引導學生關注與化學有關的社會熱點問題，認識環境保護和資源開發的重要性；具有可持續發展意識、綠色化學觀念和變化平衡思想；深刻理解化學、技術、社會和環境之間的相互關系，贊賞化學對社會發展的重大貢獻，能運用已有知識和方法綜合分析化學過程對自然可能帶來的各種影響，權衡利弊，勇于承擔責任，積極參與有關化學問題的社會決策。

[教師]鹵代烴的典型物質是溴乙烷，下面我們來學習溴乙烷。

3.溴乙烷

⑴溴乙烷的組成與結構

[師生互動]構建知識模型。

[教師]通過計算機課件、分子立體模型展示乙烷、乙醇、溴乙烷的結構。

[引導]類比分析，適當遷移。鹵代烴可看作烴分子的氫原子被鹵素原子取代后生成的化合物，其結構、物理性質與烴有相似之處，要學會遷移運用。

[師生互動]問溴乙烷分子中最多有多少原子共面？有多少種等效氫？

⑵ 溴乙烷的化學性質

[教師]C-Br鍵為極性鍵，由于溴原子吸引電子能力強，C-Br鍵易斷裂，使溴原子易被取代。因Br的作用，溴乙烷的化學性質比乙烷活潑，能發生許多化學反應。

[教師]引導學生回顧在必修2學過的乙醇的結構和化學性質，推測溴乙烷的化學性質。

[學生]實驗探究溴乙烷的化學性質：溴乙烷分別在NaOH的水溶液和醇溶液中加熱，觀察實驗現象。

[學生]探究：取溴乙烷加入氫氧化鈉的醇溶液，共熱；將產生的氣體通入酸性高錳酸鉀溶液中，觀察酸性高錳酸鉀溶液是否褪色。

[學生]得出結論：溴乙烷能發生取代反應和消去反應。

[教師創設問題情境]

①為什么生成的氣體通入高錳酸鉀溶液前要先通入盛水的試管？（ 除乙醇 ，乙醇能使高錳酸鉀酸性溶液褪色）

②還可以用什么方法鑒別乙烯，這一方法還需要將生成的氣體先通入盛水的試管中嗎？（溴水）

設計意圖：引導學生進行類比分析，學會適當遷移。能通過觀察、辨識一定條件下物質的形態及變化的宏觀現象，初步掌握物質及其變化的分類方法，并能運用符號表征物質及其變化；從物質的微觀層面探析，能理解物質的組成、結構和性質的關系；能初步學會收集證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設，基于證據進行分析推理，解釋證據與結論之間的關系；能認識化學現象與模型之間的聯系，能依據物質及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的框架。在學習中，各種比例模型、球棍模型的建立，有利于深刻認識有機物的空間結構，共線、共面問題，同時借助等效轉換思想，將原來陌生的事物轉化為熟悉的事物，通過對研究對象的等效替代來認識研究對象。如利用等效轉換思想，可以很好地解決同分異構問題。將模型建構與等效轉換思想結合，不僅可以使問題變得簡裝易解，而且能深刻認識研究對象，對知識、技能和能力的遷移，創造性解決問題，都會有很大的幫助，從而提升證據推理與模型認知素養。

[師生互動]建構思維模型，發生消去反應的條件：

①烴中碳原子數≥2。

②連鹵原子的相鄰碳原子上有氫原子。

③反應條件：強堿的醇溶液、加熱。

[教師]能否通過消去反應制備乙炔？用什么鹵代烴？

[討論交流]

鹵代烴發生消去反應，主要是鹵素原子與相鄰且氫較少的碳原子上的氫一起結合在鹵化氫脫去。如果相鄰碳原子上沒有氫原子，則不能發生消去反應；如果相鄰碳原子上都有氫原子，則可能有多種消去方式，如：CH3CH2CHCH3在發生消去反應時，生成物可能為CH3CH=CHCH3 或CH3CH2CH=CH2。

⑶ 檢驗鹵代烴中的鹵原子

[教師]如何檢驗溴乙烷中的Br原子？請同學們按以下方案進行實驗、展示實驗結果并解釋出現這種現象的原因。

[學生]方案一：把硝酸銀溶液滴入溴乙烷中。實驗現象是什么？為什么會出現這種現象？（溴乙烷不是電解質，不能電離出Br-）

[學生]方案二：把硝酸銀溶液滴入溴乙烷與氫氧化鈉溶液反應后的混合液中。實驗現象是什么？為什么會出現這種現象？請用化學方程式解釋。（產生黑褐色沉淀，NaOH+AgNO3=AgOH↓+NaNO3，2AgOH=Ag2O↓+H2O）

[教師]以上方案都不能檢驗溴乙烷中的Br原子，請同學們通過小組合作，設計實驗方案、通過實驗驗證設想、展示實驗結果并解釋出現這種現象的原因。

[學生]把稀硝酸溶液滴入溴乙烷與氫氧化鈉溶液反應后的混合液中至酸性，再滴加硝酸銀溶液，觀察現象。

【討論交流】形成思維模型。

檢驗鹵代烴中的鹵原子一般流程：

設計意圖：化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗探究是認識物質及其變化的重要活動。實驗創新利于學生的發展，促進深度理解、發散思維。實驗探究與創新意識這一核心素養的具體表現為：能發現和提出有探究價值的化學問題，能依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作；對觀察記錄的實驗現象和數據進行加工并得出結論；能與他人交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進實驗的設想；能尊重事實和證據，具有獨立思考，敢于質疑和批判的創新精神。

[教師創設問題情境]用何種波譜可以方便地檢驗產物中有乙醇生成？

[學生交流討論]核磁共振氫譜。

[拓展1]能否通過消去反應制備乙炔？用什么鹵代烴？

[拓展2]用乙烷和溴發生取代反應可得到溴乙烷，乙烯和溴化氫發生加成反應也可得到溴乙烷，請比較這兩個方案哪個更好？理由是什么？

[拓展3]乙烷、乙烯都可以以石油和生物質中來，哪個途徑更好？

設計意圖：了解鹵代烴在有機合成中的應用，培養學生的變化平衡思想。實驗創新方向是實驗的簡約化和綠色化。綠色化學研究的問題著眼于當前發展和未來發展并重，合成方法就具備“原子經濟性”原則，即盡量使參加反應過程的原子都進入最終產物，盡量減少副產品；盡量采用可再生的原料，特別是用生物質代替石油和煤等礦物原料；學生能初步對實驗方案和原料來源的選擇進行評價等。提升學生變化平衡、創新意識與科學精神等方面核心素養。[本課小結]同學們討論小結：比較溴乙烷的取代反應和消去反應 。

口訣——無醇則有醇，有醇則無醇。

設計意圖：討論思考、列表小結，幫助學生進一步完善認知模型。

四、教學反思

充分挖掘化學實驗的教學功能，教學內容的處理上并不是簡單羅列，而是創設真實的問題情境，實現知識向素養轉化，逐步從“知識本位”走向“素養為重”。利用“整個體系”內的思維框架圖，實現了從“整個體系”到“具體反應”的思維轉換。發展學生對化學實驗探究活動的好奇心和興趣，養成注重實證、嚴謹求實的科學態度，增強合作探究意識，形成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神，樹立安全意識和環保意識。

課堂教學的過程就是師生互動的過程。若教師缺乏較高的化學學科素養，對所教內容理解不深刻，對偶發問題處理不到位，就無法居高臨下、深入淺出地給學生以啟發、引領，也就不可能正確有效地指導和支持學生的化學學習，提升學生的核心素養也交成為一紙空談[5]。學生的核心素養要得到有效培養，其關鍵和核心在于教師應該具有核心素養。只有教師具有核心素養，學生的核心素養發展才有其可能性。因此，化學教師需要加強學習，提高自身化學專業水平，努力成為創新型、學者型教師，這不僅培養了學生的核心素養，同時還培養了高中化學教師的核心素養，促進教師專業發展。

參考文獻：

[1]《普通高中化學課程標準》教育部基礎教育課程教材專家工作委員會普通高中課程標準修訂組[M].2017年版：3.

[2]王星喬，滕巧，汪紀苗，包朝龍.基于化學核心素養的教學設計[J].化學教學.2017（5）：51-55.

[3]張卓玉.引導育人模式變革的指針.聚焦核心素養·專家解讀[EB/OL].2016-10-27http：//www.100ft2.com/ShowNews/？20332- 1.html.

[4][5]江旭峰，陸燕海.讓核心素養在化學教學中落地[J].中學化學教學參考.2017（10）：4-9.