科学设计驱动问题促进学科观念建构

鞠霞

摘要：化学基本观念是化学核心素养的基本要素之一。中学化学教学要从“知识为本”转向“观念建构”，以“乙烯”新授课为例，通过设计驱动性问题，充分利用模型和实验，建构“结构决定性质，性质反映结构”的基本观念。

关键词：化学基本观念;驱动性问题;乙烯;结构;性质

文章编号：1008-0546（ 2019） 09-0066-03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.020

化学基本观念是指学生通过化学课程的学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学学科的总观性认识[1]。化学基本观念是化学核心素养的基本要素之一。宋心琦教授认为“学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标[2]”。基于这一目标，中学化学教学要从“知识为本”转向“观念建构”，课堂教学中必须超越对具体知识本身的追求，着眼于科学素养的培养。

化学教学过程中可将具体的化学知识转化为驱动型问题，通过问题引发学生主动思考，积极探究，从而建构化学观念。本文以人教版普通高中课程标准实验教科书《化学2》第三章《有机化合物》的“乙烯”教学为例，浅谈教学过程中如何科学设计驱动问题，促进学生化学学科观念的建构。

一、教学设计思路

有机化学是高中化学课程的重要学习内容之一，在学习“乙烯”之前，学生已经学习了甲烷和烷烃的性质，能初步从组成和结构的角度认识烷烃的性质，但还没有自觉形成对“结构决定性质，性质反映结构”这一学科观念的建构。“乙烯”这一物质对学生来说比较陌生，教学过程中如何让“乙烯”亲近学生，如何在学习乙烯的性质和结构的基础上，让学生有意识地建构“结构决定性质，性质反映结构”的基本观念是本节课的目标。

本节课以生活中常见的化学现象为引子，以探索乙烯的结构与性质为主线，充分利用模型和实验，以问题引领学生探究乙烯的结构和性质，将自主、合作、探究的学习方式融人课堂教学，建构“结构决定性质，性质反映结构”的基本观念，帮助学生认识乙烯产品的用途，促使学生认识社会发展与化学应用的密切关系，感受化学学科的价值。

二、教学目标

1.通过实验和数据举证探究乙烯的主要化学性质（氧化反应、加成反应），并与烷烃的性质进行对比，初步形成“结构决定性质，性质反映结构”的学科观念。

2.通过搭建乙烯和乙烷的分子模型，體会有机化合物中碳原子的成键特点。

3.通过日常生活中乙烯用途的认识，形成“性质决定用途”的学科观念，感受化学物质及其变化的价值，体会化学学科的魅力。

三、教学过程

1.课堂导入

【实物展示】密封在塑料袋中的熟苹果和黄香蕉，并与三天前所拍的熟苹果和青香蕉照片进行对比。

【设疑】用课本中的一段话解释香蕉的变化。

【学生活动】阅读教材，知道水果自身产生的乙烯有催熟的作用。

设计意图：通过日常生活中常见的现象，引发学生思考，激发学生的学习兴趣。

2.乙烯的物理性质

[问题1]乙烯对我们同学来说比较陌生，它有哪些性质呢？

【实物展示】一集气瓶乙烯气体（瓶底留有少量水）。

【学生活动】观察瓶中的气体，闻气体的气味，归纳乙烯的物理性质。

设计意图：让学生近距离观察乙烯，并亲自闻乙烯的气味，可轻松了解乙烯的物理性质。

3.乙烯的化学性质和结构

[问题2]既然乙烯能够催熟水果，那么为了使水果长期保鲜，人们通常采取什么措施呢？

【学生活动】阅读教材，得出：可用浸有高锰酸钾的硅藻土吸收乙烯以达到保鲜的目的。

【实验一】（1）将乙烯通入酸性高锰酸钾溶液，并将生成的气体产物通入澄清石灰水（图1）。

（2）将乙烯直接通入澄清石灰水。

【学生活动】观察并记录实验现象，思考现象产生的原因。

设计意图：由生活中水果的保鲜方法自然引出乙烯化学性质的学习，通过设计对比实验说明乙烯能够与高锰酸钾反应，并检验产物C02，为乙烯能够发生氧化反应提供证据。

[问题3]分析上述反应中碳元素化合价的变化，说明乙烯发生了什么反应？

【学生活动】从氧化还原反应的角度，分析碳元素化合价的变化，得出：乙烯能被高锰酸钾氧化成C02，发生氧化反应。

[问题4]除了酸性高锰酸钾，还有没有其他的氧化剂能将乙烯氧化成CO2呢？

【学生活动】联系甲烷的可燃性，很容易想到在点燃的条件下02也能将乙烯氧化成C02，说明乙烯也具有可燃性。

【实验二】点燃纯净的乙烯气体。

【学生活动】观察并记录实验现象，思考现象产生的原因。

[问题5]乙烯燃烧产生的黑烟的成分是什么？对比甲烷燃烧的现象，结合两者的分子组成，思考产生黑烟的原因。

【学生活动】讨论、回答。

设计意图：教材中仅用一句话直接告知学生乙烯能使高锰酸钾溶液褪色是氧化反应，学生是不能理解的。本节课中通过实验检验出C02，在此基础上引导学生运用氧化还原的知识很容易分析出乙烯发生了氧化反应，再顺理成章地引出乙烯与氧气的氧化反应，基于证据的推理，能够培养学生的化学学科素养。

[问题6]通过刚才的学习，我们已经初步感受到乙烯的化学性质比甲烷等烷烃活泼，乙烯还能发生什么反应呢？

【学生活动】阅读教材，得出：乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色。

【实验三】将纯净的乙烯通入溴的四氯化碳溶液中。

【学生活动】观察并记录实验现象。与乙烷的化学性质进行对比，思考、讨论性质产生差异的原因：乙烯与乙烷的结构不同。

[问题7]根据乙烯的分子组成，结合有机物中碳原子的成键特点（碳四价），制作乙烯的模型，对比乙烯和乙烷的结构，指出两者的不同之处。

【学生活动】动手制作乙烯模型，书写乙烯的结构式、电子式、结构简式，分析、讨论乙烯和乙烷的结构的不同。

设计意图：通过三个实验，引出性质差异的矛盾冲突，激发学生探究乙烯结构的学习欲望，初步建构起“结构决定性质”的学科基本观念。通过分子模型的搭建，使学生对有机分子的结构认识形象化，有效地降低了抽象思维的难度。

【资料展示】[3]

[问题8]结合表中信息，你还能发现乙烯分子中碳与碳之间的化学键有什么特殊之处？

【学生活动】讨论、回答：乙烯分子中的碳碳双键有一个键易断裂。

[问题9]根据碳碳双键的特点，查阅课本，从化学键的角度，你认为乙烯与溴反应时断键情况是怎样的？

【学生活动】讨论、回答，试着书写乙烯与溴反应的化学方程式。

【教师引导】阅读课本P68，了解加成反应的概念。

[问题10]对比乙烯与溴的加成反应和甲烷的取代反应，思考两者的不同点。

【学生活动】讨论、回答。

【资料在线】最理想的原子经济。

【迁移应用】书写乙烯在一定条件下与H2、HCl、H20等反应的化学方程式。

设计意图：乙烯的加成反应是本节课的重点，也是难点，通过对具体数据的分析，学生对“碳碳双键”的认识更加的形象具体，轻松突破教学难点。通过对比取代反应和加成反应，从原子利用率高的角度，加强对加成反应的认识，同时培养学生绿色化学的思想。通过练习，达成对重点知识的巩固和落实，规范化学用语的书写。

[问题11]乙烯自身能否发生加成反应呢？

【角色扮演】学生模拟乙烯分子之间的加成反应。

【师生互动】分析乙烯自身加成并聚合的过程，并书写乙烯加聚反應的方程式。

4.乙烯的用途

【图片展示】聚乙烯塑料等乙烯的用途。

【学生活动】认识乙烯是重要的化工原料，体会乙烯的产量是衡量国家石油化工水平的标志。

设计意图：通过学生的“角色扮演”体会乙烯加成聚合反应的本质，再由乙烯的加聚反应产物自然引入乙烯的用途，帮助学生建构“性质决定用途”的基本观念。

5.课堂总结

【教师结语】乙烯等化学物质来源于社会生活，同时又服务于社会生活，而化学的意义就是在充分了解化学物质性质的基础上，对化学物质进行改造，使它们更好地服务于社会和生活，这就是化学的魅力所在。

【布置任务】（1）以“乙烯”为中心绘制一张思维导图，联系生活实际，内容不限于课本，提出更多关于乙烯的问题，写在思维导图上。

（2）已知：丙烯的结构简式为：CH3-CH =CH2

请根据所学知识，分析丙烯的结构特点，预测其可能的化学性质;分析其能否与HCl反应，若能，写出可能的产物;若不能，说明理由。

设计意图：引导学生课后反思，利用思维导图的方式，形成联系的视角，强化系统认知，培养自主学习的能力[4]。通过丙烯的拓展延伸，实现本节课主干知识的整合提升，进一步强化“结构决定性质”的基本观念，初步形成“反应条件决定反应产物”的学科观念。

四、教学反思

学起于思，思源于疑。问题是思维的开始，能揭示矛盾，引起思考，激发学习动机，推动学生解决问题的欲望。化学教学过程中要将具体的化学知识转化为驱动性问题，通过问题引发学生主动思考，积极探究，从而建构化学观念[5]。

本节课围绕乙烯的性质、结构和用途，设置了11个驱动问题，每一个问题的设置遵循学生的认知规律，指向具体的教学内容，问题之间的连接具有启发性和逻辑性，问题与问题之间环环相扣，形成揭示整个学习过程的问题链，有利于学生形成“结构决定性质，性质反映结构”的化学学科基本观念。

参考文献

[1]毕华林，卢巍，化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考，2011（6）：3-6

[2] 宋心琦，胡美玲.对中学化学的主要任务和教学改革的看法[J].化学教育，2001（9）：9-13

[3] 曾昭琼，等，有机化学上册（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1993：51

[4]周全，陈凯，段慧宇，“基于蜡烛燃烧的高中化学绪言课”教学设计[J].中学化学教学参考2017（8）：20-23

[5]杭伟华，“观念建构”视角下的“化学键”教学设计[J]化学教学，2016（12）：45-47