以情境引領課堂,用問題啟發思維*
——指向核心素養培育的“有機合成”教學

張傳菊

(合肥市第九中學 安徽合肥 230000)

真實情境是培養學生化學學科核心素養的重要載體。基于化學學科核心素養,創設與化學知識相關的真實情境,如化學史情境、生活情境、工業生產情境、化學實驗情境等,圍繞情境設計一系列有層次的問題鏈,能夠幫助學生構建化學學科的核心概念和基本觀念,運用所建構的化學核心概念和學科基本觀念解決實際問題,促進學生深度學習,發展學生的高級思維。筆者嘗試依托真實情境設計有意義且有梯度的問題串,對高二“有機合成”第一課時進行教學設計并實踐,取得了很好的教學效果。

一、教學目標

本節課要達到的教學目標:

(1)通過對幾種有機材料合成路線的探究,引導學生體驗有機物合成的關鍵方法,了解設計有機合成路線的一般方法。

(2)通過設置不同梯度的問題,促進學生在解決問題中主動構建新知,使知識結構化。

(3)通過對有機合成路線設計方案的交流和點評,發展學生科學探究與創新意識的科學素養。

(4)通過有機發展史和功能超分子材料性能的展示,引導學生更好地體驗有機合成在生活生產中的重要作用,發展學生對化學學科價值的認知水平。

二、教學設計思路

本節課創設了有關有機合成發展史、工業涂料和有機玻璃的單體等四種有機材料的合成路線、功能超分子材料性能等的真實情境,采用問題導向下的探究式教學模式來組織課堂教學活動。教學中,學生圍繞著有梯度的幾個核心問題對工業涂料等幾種材料的合成路線進行自主探究,從有機物分子的碳骨架、官能團等角度去實現有機物之間的轉化。學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,初步構建有機合成路線設計的一般認識模型,并通過小組交流討論設計香料——苯甲酸苯甲酯的合成路線,實現認識模型的遷移應用,從而完善原有模型。整體教學設計思路如表1所示。

表1 整體教學設計思路

三、教學設計與實施

【學生活動】閱讀下列材料。

教學環節一:有機合成的發展史

1824年,F.W?hler(德)由氰酸銨制得尿素。

1828年,F.W?hler(德)發表了著名論文《論尿素的人工合成》,開創了有機化學人工合成的新紀元。

1944年起,伍德沃德合成了24種以上具有復雜結構的天然有機分子,獲1965年諾貝爾化學獎。

1965年9月17日,我國科研人員合成結晶牛胰島素。

1972年我國著名科學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?

【設計意圖】以有機合成發展簡史為依托,引領學生走近有機合成世界的大門,不僅使學生體會到有機合成發展歷史,更使學生深刻感受到無數科學家們勇于創新的拼搏精神,培養學生的科學態度和社會責任。其中有關結晶牛胰島素和青蒿素的真實情境的創設,以“一核四層四翼”為宗旨,發揮了立德樹人的育人功能,幫助學生樹立正確的價值觀,增強文化自信。

教學環節二:有機合成的設計思路及關鍵

【學生活動】閱讀以下材料,回答問題。

材料一:工業涂料——季戊四醇的合成路線

材料二:有機玻璃的單體——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——長效緩釋阿司匹林的合成路線

問題1:上述合成路線中,用到了哪些有機原料?

問題2:上述合成路線中應用了哪些有機反應類型?

問題3:上述合成路線中采用了哪些方法實現碳鏈的增長?

問題4:上述合成路線中采用了哪些方法引入羥基?

問題5:上述合成路線中采用了哪些方法引入碳碳雙鍵?

問題6:引入鹵素原子的方法有哪些?

【交流討論】設計有機合成路線的關鍵環節是什么?

【設計意圖】本環節展示數條有機合成路線,其中材料一、二側重引導學生分析路線中碳骨架的構建方法,材料三、四側重引導學生關注官能團的引入和轉化。七個問題的設置富有層次性。問題1和問題2較簡單,學生只需粗略分析合成路線就能準確回答,診斷學生對有機原料和反應類型的認知水平,提高學生對解決后續幾個問題的信心。問題3～6引導學生精細觀察合成路線,在陌生合成路線中尋找幾個典型官能團的引入方法。這種設計比直接讓學生回顧官能團更為新穎,更富有挑戰性,極大地吸引了學生的注意力。最后一個問題上升到理性思維高度,具有升華屬性。這需要學生思考合成路線設計的多種可能,比較優劣時,要兼顧副產物少、中間體的穩定性、官能團的保護等多種因素。學生圍繞上述合成路線情境和問題,觀察分析、交流討論,找到有機合成的關鍵點——構建目標分子的碳骨架和在適當位置引入官能團,進而選擇反應試劑和條件進行轉化,同時思考并設計合成路線。

教學環節三:逆合成分析法的應用

【學生活動】以乙烯為原料合成草酸二乙酯(H5C2OOC—COOC2H5)為例,思考以下幾個問題,體會逆合成分析的方法。

問題1:草酸二乙酯在酸性條件下水解得到哪些產物?

問題2:乙烯如何制備乙醇?

問題3:草酸是由物質A連續氧化得來,物質A是什么?

問題4:由乙烯制備物質A需要幾步反應?反應類型是什么?

問題5:以乙烯為原料制備草酸二乙酯的具體路線是什么?

【教學評價】設計苯乙酸芐酯的合成路線。

【2018新課標Ⅰ卷節選】

A B C D

W G F

問題1:苯乙酸芐酯酸性水解產物是什么?

問題2:參考材料中信息,如何引入羧基?

問題3:醇如何轉化為鹵代烴?

【學生活動】設計合成路線如下:

【設計意圖】在設計合成路線之前,需要對目標產物進行逆向分析,故本環節通過幾個問題引導學生自主探究,建立逆合成分析的思維模式。

教學環節四:有機合成分子的魅力

【展示】播放與超分子相關的圖片和視頻,并進行簡要的介紹說明。

【設計意圖】讓學生了解與有機合成相關的前沿科學領域,樹立正確的理想信念,培養學生的社會責任意識,鼓勵學生為人類科學事業貢獻自己的力量。

四、教學反思

本節課在學科知識傳授基礎之上,根據新課程理念,做了以下有益的嘗試和探索。

1．創設情境,豐富體驗

本節課依托有機合成發展史、工業涂料等四種有機材料的合成路線、功能超分子材料等創設真實情境來豐富學生的認知體驗,特別是選用豐富的陌生有機材料合成路線供學生分析與論證,引導其將思路和方法應用到后續陌生物質的推理與合成中,幫助學生建立有機合成中重要的思維方式——正、逆向合成分析。

2．設計問題串,實現深度學習

深度學習是一種高水平且主動地對知識進行認知加工的學習方式。本節課環節二通過設計一系列有梯度的問題引導學生從有機物分子碳骨架、官能團等角度實現有機物的轉化,為下一環節設計具體有機物的合成路線做了有意義的鋪墊。

總之,本節課以真實情境載體,以具體問題為導向,將核心知識融入其中,通過具體教學活動,引導學生在真實情境中解決實際問題,促進學生自主建構官能團轉化和有機合成路線設計模型,實現深度學習,有效培養學生的化學學科核心素養。