基于心智模型探析的高中有机化学教学实践与思考

2017-04-04胡先锦

化学教学 2017年2期

胡先锦

摘要：在探查高中生有機化学心智模型的基础上，针对高中有机化学特点进行探索性实践。采用模型方法、思维导图法等展开教学，引导学生强化分子结构意识，建构有机思维模型，培养学生模型认知和自主建构能力，丰富认知情境经验，促进有机知识的结构化，提升三重表征能力。

关键词：有机化学；心智模型；化学教学

文章编号：1005–6629（2017）2–0037–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

笔者曾通过半结构式访谈和二段式诊断测验等方法探查了高二、高三物化班学生的有机化学心智模型。结果发现学生存在的有机化学心智模型以“结构——性质”为核心，但是存在表述精确性问题和认知偏差，表述复杂性和结构化程度存在群体差异[1]。基于此研究结果，并为了改善这种状况，笔者针对有机化学的学科特点和学生认知，尝试采用模型方法和思维导图法等进行高中有机化学（《有机化学基础》[2]，苏教版）教学，以促进有机化学知识的深入理解和意义建构，提高学生有机化学的掌握水平。

1 注重模型认知，强化分子结构意识，形成有机化学思维模型

在不同的自然事物或自然现象中，存在着共同的运动规律，这是模型方法建立的哲学根据。模型认知也是高中化学学科核心素养的组成部分之一。郑长龙[3]认为，根据反映方式不同，化学教学中的模型可分为物质模型和思考模型（笔者研究认为，思考模型即为心智模型）两类。其中，物质模型主要有物质结构模型以及化工生产模型，如分子结构和晶体结构模型，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种抽象反映。

1.1 利用物质模型的直观教学，正确把握有机分子结构特征

有机化学的核心是有机分子的结构，它是认识和研究有机物命名、转化、同分异构现象以及有机物的性质和用途等问题的基础。因此，初学有机化学必须借助直观模型，培养学生空间想象能力和模型认知能力，引导学生逐步建立有机分子中各原子在三维空间内的相对位置概念，形成正确理解有机物结构特征的心智模型。

笔者在教学中组织学生自主搭建有机分子模型，引导学生将立体模型与平面结构式进行比对，通过自主探索，可以达成几个重要的基本共识：①碳能形成4个价键；②烷烃的碳链呈锯齿形而不是直线排列；③二氯甲烷仅有一种结构；④单键可以绕着自身键轴旋转，而双键、叁键则不能；⑤乙炔是直线型分子，乙烯、苯是平面型分子。并以此为基础，再扩展到学习简单有机物的命名、等效氢（碳）、有机分子中原子的共线共面问题以及同分异构体的书写等。实践证明，这种直观的“模型”教学方式加上循序渐进的教学策略，学生不仅容易接受知识，还能提升他们学好有机化学的信心。

随后，在熟悉分子结构模型的基础上，笔者采用“楔形式”表达有机分子的空间构型，引导学生学会在平面上解决立体问题。例如，利用甲烷分子中一个C和任意2个H原子可处于同一平面（三角形规则），结合乙烯、苯、甲醛等分子的平面形构型，一些有机分子的空间结构可在平面上用楔形式表示出来（见图1），这样有助于学生理解有机分子中原子在空间的相对位置，提高对有机物分子结构的认知。

1.2 重视思考模型的引导训练，逐步形成有机化学特征思维

培育学生良好的模型认知素养，能帮助学生建立解决化学问题的思维框架，建立科学理论与经验之间的联系，揭示解决复杂化学问题的思维路径。在高中有机化学内容中，对于同分异构体、有机推断与有机合成等内容，采用模型思想进行教学，能有效提升学生的有机化学思维水平。

如对于同分异构体的教学中，首先要引导学生认知“等效氢”问题。教学中，从基本的分子模型出发，引导学生对高中阶段常见的结构对称的有机分子进行有序归纳（见表1），可以帮助学生较好地理解等效氢（碳）的问题，培养模型认知能力。

通过对上述有机分子对称轴或对称平面的探寻，让学生认识到有机分子中对称结构是普遍存在的；通过判定对称型有机分子中的等效氢（碳）的种类数，可为学生解决后续更为复杂的同分异构问题，以及根据图谱及数据信息分析推断有机物的分子结构等问题奠定基础，提高学生的心智模型综合应用水平。

此外，当前的高考化学卷中有机推断与合成题的不断修改、进步，新颖的物质、未知的反应、前沿的背景，都让学生感到力不从心，甚至出现“有机恐惧症”。然而，这正是对学生的逻辑思维能力、综合分析能力、问题解决能力和有机化学模型认知能力的综合考查。针对这一问题，结合心智模型的转变机制，笔者以2015年江苏高考化学卷第17题为例，开设了一节“有机推断与合成”专题复习研讨课，原题如下：

化合物F是一种抗心肌缺血药物的中间体，可以通过以下方法合成：