高中化學有機物結構與性質認知模型探析

趙燕玲

摘 要：在高中化學課堂上，通過建立認知模型，提高了化學課堂的效率。根據高中化學教學實踐可以看出，在教學過程中，要注重對模型認知的探討，讓學生對模型有更深刻的認識，這樣學生在學習的過程中就會有更明確的方法，特別是在有機推測問題的解決中，注重對模型認知的應用有著非常重要的作用。從現有的研究成果來看，主要有解析式模型、合成式模型和推理式模型。本文就模型的具體運用做了剖析，對實際操作起到一定的指導作用。

關鍵詞：有機物結構與性質；認知模型；苯酚

通過對化學知識的歸納和分析，可以看出，在化學知識體系中，有很多相似特征的內容，對于這一類型的內容，教師可以直接應用于已經掌握的學習模式，從而大大提高了學習效能。例如：在進行酸、堿和鹽的學習過程中，不同的酸、堿或者是鹽可以與同一種化學物質產生反應，因此在實踐過程中，可以將酸反應模型或者堿反應模型應用到具體的酸、堿的反應以及它們的性質等方面，這樣可以有效提高教學的教學效果。在高中化學教學中，有機推理問題是學習難點，根據模型認知，對這一類問題進行詳細的剖析和探討，具有十分重要的意義。

一、教學指導思想

在“簡單有機化合物及其應用”這一主題中，將苯酚的內容安排在碳氫化合物和乙醇的后面，這樣，學生就可以基本掌握由結構決定性質，由性質反映結構的思想和方法，同時也可以猜測出，到底是什么樣的化合物會與什么樣的試劑發生反應，以及這種反應的種類。本課程以苯酚的化學組成為出發點，注重其與醇和苯的性能對比，以實驗的方法探索其理化性能。

二、設計意圖

通過對苯酚的學習，對苯酚的潛在特性進行了推測，并讓學生自由地表達自己的想法，教師可以根據這種情況，在體會到“運用反映性”的基礎上，通過“追問”的方式，從推測進入到下一步：設計方案來證實推測。最后通過實驗得出結論，從而結束了研究的全過程?！皩W生中心”的課堂，以學生學習為主線，注重學生提出問題，注重學生實踐，注重學生思維的轉換，注重學生問題的解決[1]。

三、學生情況分析

經過前面的學習，學生對研究有機化學的方法以及有機化合物的結構與性能的關系有了一個初步認識。通過對乙醇的研究，學生已經基本了解到，乙醇中的功能基團對有機物質的主要特性有著至關重要的影響，同時也對乙醇中的功能基團羥基的特性有了比較深入的了解和把握。經過對碳氫化合物的研究，初步了解了碳氫化合物的結構和性能之間的關系，同時，在研究乙醇的過程中，教師還了解到了羥基的結構和性質之間的關系，以及羥基的化學性質。這樣，在學習苯酚的時候，學生就已經具備了良好的學習方式和知識的基礎，但是，由于酚氧基團的酸度較強（與碳酸氫根相比），三溴代苯酚的酸度較低，缺乏顏色變化的支撐等，因此，學生對本課的學習較好的策略是進行比較（苯、醇）分析，討論猜想，實驗探索。

四、教材分析

在教科書的安排上，將醇和苯酚并排在一個主題，為不同物質而具有同樣官能團的學習創造了很好的條件。在學習酚類以前，需要對碳氫化合物和碳氫化合物的衍生物有一些理解，并對有機物的反應類型有一些基本的理解。如此設計，使學生可以運用類比推理的方式，推測出與酚類有關的特性，并使學生可以在學習酚類時，對酚類進行一定的化學知識滲透。苯酚是一種重要的碳氫化合物的衍生物，將它放在醇和苯的學習之后，能夠讓學生更好地了解包含不同的官能團的物質，它們的化學性質會有很大的差異。通過對苯酚的學習，可以為之后有機物的學習打下一定的基礎，從而可以對之后的有機物進行分析，并可以利用類比學習的方式，對之后的有機物進行相關性質的分析。掌握碳氫化合物，掌握苯、醇的結構、性質。并對功能化基團在有機化合物中的作用進行了初步的了解。不過，對于酚的酸性、酸性的強弱、三溴取代、顯色反應還不太熟悉。

五、教學內容分析

這一節介紹了另一種在酒精之后出現的碳氫化合物的衍生物，因此，在教科書中也介紹了苯酚。由于苯酚中還含有羥基，因此研究苯酚的特性，可以加深對其功能基團特性的認識，同時，苯酚的特性與酒精類物質在某些方面存在差異，因此使學生了解到，這些功能基團的特性與環境中的“氛圍”之間存在著某種交互作用，從而使學生能夠從整體上認識問題，加深對該領域的認識。使學生能更好地了解苯酚的特性，并能更好地了解碳氫化合物的衍生物質。教科書的這種設置，再加上這一部分所具有的知識特征，使得在課堂上對學生進行探索式的訓練具有可行性。

其中，苯酚的分子量與酒精的相似之處（二者均含有羥基），是探索酚類化合物性能的依據，同時，在苯酚的分子量上，其與酒精的差異（羥基是由苯基連接起來的），也給了學生更多的探索空間。所以，把這一部分的內容設計為研究性的教學是最好的選擇。以課本和學生的實際狀況為依據，這一節課的探索可以被分成兩個方面，一是對苯酚中羥基和苯基性質的探討（官能團共性），在這個過程中，高中生的知識轉移的能力獲得了鍛煉，同時也使學生體驗到了探索的一般方法和技巧。二是討論了苯基與羥基之間的作用（功能基團特征），從而充分調動了同學們的創造力。

六、相關模型

基于對模型的認識，對模型的運用，進行了詳細的剖析和說明，具有重要的理論和現實意義。這里有一些特定的模型說明。

首先就是綜合模型。綜合模型是一種常用的模型。通過對有關知識的歸納，可以發現，在有機化合物的合成中，存在著一條固定的規則，那就是“原材料—反應—目的產物”。通常情況下，將一種化合物轉化為一種新的化合物，包括碳鏈的增加和減少、官能團的改變、成環和開環，都是一種有機的化學反應。在有機推理題中，以一條簡單的有機化合物的綜合路徑為基礎，以一幅轉換流程圖為表現方式，對于所涉及的未學習到的知識，應根據所涉及的問題進行補充。在有機合成中，起始物質可能是單一的，也可能是多種的。雖然反應的過程有很多種，但本質上卻是一樣的，因此，根據這個綜合的模型，對一些特殊的問題進行分析，就能為解答問題鋪平道路。

其次是對化學建模的理論研究。在特定的答案中使用的另一個重要模型是推理模型。從有機推理問題的特定解答出發，其關鍵在于對不同種類的有機化合物進行化學結構的推理。通過實際分析可知，由于目標產物是由原材料合成而獲得，因此，原材料自身的碳骨架結構必定會在目標產物中體現出來，著重于原材料和產品的碳骨架結構和功能基團的特定變化，從而能夠對產品的結構進行合理切割。對于不能使用所學知識進行截取的情形，就必須以題目信息為基礎，對有關內容進行補充，再進行截取。以此為依據，以“原材料—被切割的中間體—最終產品”為指導，對該方法的制備過程進行預測。然后再根據題目給出的具體合成路線，來推測不同的有機化合物。

七、研究有機化合物在高中化學教學中的意義

在人們從事的化學工作中，所涉及的有機合成領域有著普遍的應用特點，存在于日常生活中。中國是人口大國，所以對糧食的需求也非常高。而有機化學則是與糧食、化肥等密切相關的學科，要使糧食的產量穩定增長，只有在有機化學的作用下，糧食的產量才會高。此外，藥物都是基于有機化學的原則，基于這個原則，可以制造出大量的抗感染、抑菌藥物，保障人們身體健康。而有機物與新能源開發中的一些重要技術有著緊密的聯系，從這一點就可以看到有機物在人類所依賴的生態環境中所扮演的角色。因此，研究化學對人類的將來至關重要。

八、基于有機物結構與性質認知模型的措施

（一）重視教學環節設計，發展學科核心素養

以發展學生的核心素養為基礎，展開化學教學設計，與傳統意義上的教學設計相比，它的教學內容更加豐富，具有更強的針對性和更好的教學效果。在進行苯酚的化學性質學習的時候，這一節課程立足于學生的學情，注重對教學環節的設計，一步一步地進行，這與化學學科核心素養緊密相連，將重點放在提高學生的靈活性上。同時還可以提高學生的獨立思考能力，提高學生對問題的發現、分析和解決能力。酚類物質的酸度和酸度的強度，是這一節的重點。筆者在教學設計環節中，將化學實驗、化學原理、模型建構等多個角度進行了整合，讓學生親自體會了從實驗設計和實驗觀察，從電離常數的數據分析到性質總結的科學研究過程。該課程注重培養學生的實踐技能和思考技能，強調了實驗的探究性質，強調了學生的主體性。此外，利用學生以前學過的關于苯和甲苯以及醇的知識，將其轉移到苯酚的學習上，讓學生真正感受到結構決定性質的化學學習方法，再一次體驗到有機物分子基團之間的相互影響。這節課程緊緊圍繞培養學生的學科核心素養的基本理念展開教學環節的設計，提高了學生的認識水平，對教學中的重點和難點問題進行了有效解答，通過創造情境來建立知識，在對學生進行全方位的教育的過程中，實現了對學生化學學科核心素養全方位的培養。

（二）重視實驗

化學學科核心素養作為課堂教學的關鍵力量，整堂課充分滲透化學學科核心素養，以實驗為中心，學生探究、教師演示相結合，不能將課堂變為教師一個人的課堂，學生的主觀能動性要較好地發揮出來，在落實核心素養的前提下進行教學設計?！侗椒印愤@堂課分為五個教學片段，將知識弱化，進而發展成為以核心素養為中心。在苯酚的講解中，以學生的發展為基礎，從學生的本位出發，進行教學設計，層層遞進。在這個過程中，實驗占據了本堂課的主體地位，通過實驗得出結論，讓學生感受到親自設計實驗、得出結論的過程[2]。

在研究有機化合物時，必然要進行實驗。在此基礎上，通過對不同類型有機化合物的化學方程進行相關的研究，掌握它們之間的作用規律。在教學過程中，學生要通過對實驗進行觀察，從而理解實驗的目標，理解實驗的材料，掌握實驗的步驟，對實驗的效果進行觀測，并對其進行討論和分析。化學實驗基本上是以化學反應為基礎的。在進行實驗之前，要先對各種材料的物性進行觀測，比如：色彩、味道、狀態等，然后再把加入的藥劑、加入的先后次序、加入的藥劑數量、所需要的外界環境等都記得清楚，這樣才能更好地記憶化學反應方程。對在實驗中發生的不同反應進行觀測，如生成氣體、變色、沉積等。在實驗完成后，對所制得的產品進行色、味的觀測。實踐是檢驗真理的唯一尺度，而從實際中得到的東西又是最值得回味的。唯有親自去做，學生才會對這個過程有更深層次的了解。所以，重視和加強對有機物質的認識，才能使學生更好地掌握有機物質。

（三）創新課程引入，激發學生興趣

本教學設計通過鴉片戰爭導入，通過嗎啡的結構引出苯酚的結構。通過苯酚軟膏預測苯酚的性質，進而進行實驗探究驗證猜想。苯酚的結構含有苯環和羥基，但其化學性質并不是苯與醇的加和，在指導學生復習苯和醇的性質的基礎上，通過實驗探究得出結論。這樣既讓學生復習了舊知，又讓學生發現了問題，發現它們之間的差異，從而在學生的腦海里建立起苯酚的認知模型。教師的教學思維也會發生改變，在進行每一堂課之前，備課是課堂教學的關鍵一步，在設計教學環節上，做到全面育人，反對以知識為中心的教學。整堂課所得出的結論都是基于多個證據得出來的，基于學生親自的探究過程得出來的。

（四）制造認知沖突，促進學生思維發展

核心素養是我國基礎教育改革的定向標?；A教育是學生學習的基礎，沒有基礎教育，學生很難構建學科知識體系。作為教師，要推行核心素養，重視基礎教育，重視實驗探究，強調觀念的構建過程，注重學生思維模型的構建，注重教、學、評一體化，發揮教學的診斷功能。在具體的教學過程中，重視學生的思維變化，在實驗探究中，多引導學生根據已有的知識進行猜想，注意引發學生現有知識與已有知識之間的認知矛盾，這樣既讓學生學習了新知識，也讓學生復習了舊知識，這樣層層遞進有利于知識的掌握。

（五）解題訓練中提升學生構建模型的能力

為了讓學生可以熟練地運用已知模型來對化學問題進行求解，在進行解題訓練的過程中，教師要重點指導學生迅速地掌握問題實質，找到其中的關系，進而建立起模型，還可以運用其驗證、辨析假設和邏輯推理得到的結論[3]。比如說，在與化學反應有關的相關的計算題中，一定要讓學生按照題干的描述，將里面所涉及的全部化學反應方程式都精確地列出來，之后，用邏輯推理來辨別問題的本質，然后以參與化學反應的各類物質的化學性質和相關原理、規律為依據，順利地找到它們之間的數量關系并列式，從而獲得正確的答案。經過這種標準化的解題流程的培訓，能夠有效提高學生對模型的認識，培養他們利用數學模型來解決化學計算問題的思考方式，從而增強學生思考問題的邏輯和嚴密程度。

結束語

指導學生從對苯酚化學性質的分析推理，到對其進行設計實驗驗證，最終建立起知識和思維的體系，并建立起新的知識模式，從而將知識系統化、組織化和結構化。在進行高中化學模型認知的過程中，通過讓學生進行協作探索，在不知不覺中對學生的分析、推理、創新、綜合等高階思維進行培養，從而提高了學生的學習品質。

在進行高中化學模型認知教學時，教師要對模型認知進行深入探索，開展實驗探究，并在此基礎上，進一步指導學生化學模型認知的潛在發展點，促使學生理性地拔高自己的長點，使學生在課堂上所學到的東西變成現實化和生活化。這給教師的職業能力帶來了極大的考驗，這將會推動教師深入教學反思與教學科研，從而推動其職業素質與職業技能的提高。

參考文獻

[1]鄒映波，商曉芹.促進化學學科核心素養發展的教學實踐案例研究：以“基于信息反應解決有機推斷問題”為例[J].高中數理化，2018（2）：43-45.

[2]黃素雯.例談有機合成認識模型在單元復習中的應用[J].化學教學，2018（8）：77-81.

[3]陳小燕.淺析高中化學課堂教學中的模型認知應用[J].名師在線，2020（3）：27-28.