立足问题解决的化学教学

【关键词】问题解决;学科核心素养;烷烃

【中图分类号】G633.8  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2021）54-0153-04

【作者简介】张金怡，江苏省常州高级中学（江苏常州，213000）教师，高级教师。

扬州大学吴星教授曾指出：高中生化学核心素养必须且只能在化学问题解决的学习中形成和发展。[1]这是因为化学问题解决的学习往往需要通过在真实而复杂的情境中发现问题、提出问题，运用化学学科的思维方式分析问题，开展学科探究活动，最终获得问题解决的方案和结果，从而实现化学学科知识的习得，学科能力的提升，科学精神和社会责任感的培养以及正确价值观的塑造。现以新人教版必修二“烷烃”为例，从基于化学问题解决的途径开展教学实践，落实化学学科核心素养。

一、教学分析

1.课标分析。

相较于2003年版的高中化学课标，2017年版课标在内容要求部分将“了解有机化合物中碳的成键特征，举例说明有机化合物的同分异构现象”调整到了“简单的有机化合物及其应用”的主题中，知识体系安排更为合理。同时降低了对甲烷性质的要求，明确了对具体有机物中碳原子成键特点的认知。

此外，课程标准还提供了相关教学策略、学习活动建议和情境素材建议，明确了相关学业要求。课程标准的修订和完善，为教学的开展、活动的设计和学科核心素养的落实奠定了良好的基础。

2.教材分析。

人教版和苏教版两个版本的新教材对新课标给予了不同的呈现方式。

人教版变化较大。标题从“最简单的有机化合物”到“认识有机化合物”，内容从原来的在认识甲烷的基础上穿插烷烃结构和性质，变为先认识有机物中碳原子的成键特点，从甲烷结构到烷烃结构，再基于甲烷及烷烃的用途，系统认识烷烃的性质，最终建立对有机物通性的一般认识。教材侧重体现了“结构决定性质，性质决定用途”的化学学科核心观念，隐含了从“一般到个别，再从个别到一般”的学科认知方式，对有机化学的学习起到了承前启后的作用。教材还设置了“资料卡片”“思考与讨论”“数据”“实验”等栏目，为教学活动开展提供了素材和方向。

苏教版新教材沿袭了旧版的特色，抓住有机物中的典型代表物，从获得这些物质的途径出发，呈现了相关领域的应用。促使学生感受到真实的、有用的化学，有效激发学生的学习兴趣和热情。教材中明确将搭建球棍模型作为学生必做实验。

3.学情分析。

从学科知识来看，学生已从化学键的角度理解了甲烷结构和碳原子的成键特点;从学科能力来看，学生初步具备了模型搭建、分析推理、归纳概括的能力;从学生的心理状态来看，有机化学的学习是全新的一页，学生在情绪和心理上都处于兴奋状态， 是教学的良机。

二、教学目标

结合对教材及学情的分析，确立本节课的教学目标。

基于球棍模型的搭建，认识烷烃分子的结构特征，知道同系物以及烷烃中的同分异构现象，从宏观和微观相结合的视角分析问题;围绕三个核心问题的深入探讨，体会问题解决过程中的证据推理，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系;基于烷烃的应用，感受化学对改善人类生活的价值，体会科学态度与社会责任。

三、教学设计思路与主要环节

如图1所示，基于課标的要求，本节课的设计对两个版本的教材内容进行了重组整合，创设真实情境，并围绕三个问题逐步推进教学的展开，实现创造性地使用教材。

通过组织搭建烷烃球棍模型的学生探究活动，引导学生发现有机物中的同分异构现象，进而总结同分异构的有关概念，经历发现问题、寻找证据、解决问题的过程;并从烷烃的微观分子结构走向烷烃的宏观物理和化学性质，体会化学对人类生活和社会进步的巨大作用，感受化学工作者在其中发挥的重要作用。

1.祥云火炬为什么能在环境恶劣的珠峰顶端持续燃烧？——情境创设

回望2008年，北京奥运祥云火炬登顶珠穆朗玛峰。它以大气的外表、良好的性能，被广泛赞誉，是中国留给世界的宝贵遗产。祥云火炬的神奇究竟在何处，为何能在空气稀薄、环境恶劣的珠峰持续燃烧，通过今天的学习将共同揭开和“祥云”有关的化学秘密。

【设计意图】2008年北京奥运是举世瞩目的大事，也是镌刻在全国各族人民脑海中值得骄傲和自豪的永恒记忆。通过视频播放“祥云”火炬登顶珠峰这一激动人心的场面，激发学生的爱国主义情怀，以饱满的情绪开启一节课的学习。同时提出了围绕该真实情境的核心问题：“祥云火炬为什么能在环境恶劣的珠峰持续燃烧？”从而引发学生的思考，并产生迫切的愿望去解决问题。以此提升学生科学态度与社会责任的学科核心素养。

2.祥云火炬中使用了什么燃料？——认识烷烃的组成和与结构。

【投影】祥云火炬构造图：燃料是火炬设计的关键之一，引导学生关注祥云火炬所使用的燃料——丙烷。展示丙烷分子的比例模型，确定丙烷的分子组成，再与甲烷的组成进行对比，找到名称中的“甲”“丙”和碳原子数之间的关系。

【小结1】烷烃的简单命名。

【分组实验】以四人一小组为单位，搭建甲烷、乙烷和丙烷的球棍模型。仔细观察甲烷、乙烷、丙烷的球棍模型，对比：随着碳原子数的增大，氢原子数有何变化规律？三种物质的原子连接方式有何相似之处？

【小结2】①烷烃通式;②烷烃（饱和烃）概念;③同系物概念。

【设计意图】将烷烃、饱和烃、同系物这样原本零散的化学概念，通过丙烷建立了彼此的联系，且环环相扣、层层递进。从观察搭建好的模型开始，建立学生对球棍模型的初步了解，从微观层面探析物质分子的组成和结构，并对物质进行分类，找到同类物质的相关性和各异性，促进对化学概念的理解。

【应用与实践】①基于对烷烃的认识，推断含4个碳原子的烷烃分子式;②结合预测，搭建含4个碳原子的烷烃的球棍模型;③比较所搭球棍模型，是否完全相同？

【对比观察】出现了两种结构：一种是有支链的，一种没有。

【小结3】①同分异构现象;②同分异构体。

学生结合自己搭建的球棍模型，写出正丁烷和异丁烷的结构式。同时发现，随着碳原子数的增加，烷烃的结构日益复杂，用结构式来表示有机物的组成和结构不够方便，所以需要一种更为简洁的表达方式——结构简式。

【设计意图】在明晰烷烃、同系物等相关概念的基础上，将其应用于实践，由烷烃的通式推导出四个碳原子的烷烃的分子式。学生通过对不同小组搭建模型的比较，自主发现有机物中同分异构的现象。基于上述证据，建立对化学概念模型的认知。而正、异丁烷结构式的书写，既是对旧知的巩固，更感受到了结构式表达复杂有机物组成和结构的繁琐，为结构简式的引入做好自然的铺垫，强化了学生知识获得的体验过程。

3.为什么选择丙烷作为祥云火炬的燃料？——理解烷烃的性质。

作为祥云火炬的燃料，丙烷必然可以燃烧。书写化学方程式后，发现燃烧产物和甲烷相同。这就带来新的问题，同样可以燃烧，且燃烧产物也相同，为什么选择了丙烷作为祥云火炬的燃料？学生通过交流讨论提出了可能的因素，并做相互评价。

在此基础上，教师从三方面进行归纳整理：首先，价格因素;其次，基于丙烷的物理性质——甲烷沸点很低，不易液化，丙烷则相对容易，便于贮存在火炬中;丙烷还能适应比较宽的温度范围，在零下40℃时仍能产生1个以上饱和蒸气压，高于外界大气压，形成燃烧;最后，应用场景，丙烷含碳量高，燃烧的火焰呈明亮的黄色，有良好的可视性，便于识别和电视转播、新闻摄影的需要。

【小结4】由此可见，丙烷作为祥云火炬的燃料是综合了其化学性质、物理性质和实际需求的结果。这也是我们将化学物质应用于实际时常常需要考虑的因素。

【设计意图】基于物质分类的结果，从甲烷的化学性质推知丙烷及烷烃的化学性质，体现有机物研究从个别到一般的研究思路。引导学生从不同的角度探寻“祥云”火炬选择丙烷作为燃料的原因，着力科学探究意识的养成，也为选修有机化学的系统学习打下基础。

4.烷烃在生活中还有哪些应用？——了解烷烃的用途。

【投影】丙烷的用途不仅仅局限在火炬燃料，还可用作发动机、家用取暖系统的燃料。其他烷烃也被广泛应用在生活生产的各个领域，打火机中的液体是液化的丁烷，汽油中含有多种碳原子数不同的烷烃。

【总结】祥云火炬的神奇也不仅仅在于它选择了丙烷作为燃料，还在于设计师将飞机发动机和火箭燃烧技术也应用其中，这就涉及了更多学科的知识。2022年冬奥火炬“飞扬”也已诞生，这又是一次技术的飞跃和突破，而化学学科又在其中发挥了怎样的作用呢？有兴趣的同学不妨做进一步的深入了解。

【设计意图】紧扣主题、回归情境，让学生了解烷烃在日常生活生产中的更多应用，体会化学对于改善人类生活和促进社会发展的积极意义。也让学生看到化学工作者在各个领域所发挥的重要作用，感受国家科技的进步与腾飞，再次唤醒学生心中的民族自豪感。

四、教学反思

1.基于问题探究的情境创设。

情境搭建了连接现实生活和学科领域的桥梁，为培育学生的学科核心素养提供了载体。而合适的情境一般总是跟实际问题的解决联系在一起。2020年东京奥运会火炬传递过程中火炬熄灭的新闻，一度引发了大家的关注。在这个节点上回顾2008奥运火炬传递这一学生熟悉的社会性事件作为提炼问题的情境，有效降低了探究的起点，消除了学生思想上的抗拒感，由浅入深、由表及里的层层推进，展示了化学学科在社会活动参与中的责任担当，加深不同民族的国家认同感，增强学生民族自信心，是培育学生科学精神和社会责任这一化学学科核心素养的体现。

2.基于学生主动学习的活动设计。

化学学科核心素养的培养，需要引导并组织学生参与多样化的学习活动。本节课，学生在观察对比、交流讨论、搭建分子球棍模型的基础上构建了烷烃、同系物、同分异构等化学概念，由被动接受转变为主动探究，取得了良好的效果。在搭建模型的过程中，学生更是表现得饶有兴趣，他们视自己搭建的分子模型为艺术品，搭出异丁烷结构的组别更是珍惜自己的作品。正如教育家苏霍姆林斯基所说，在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者。因此，教师需要精心构思、大胆创新，设计出适合学生认知水平的活动，让学生在自主探究的过程中，感受知识获取的快乐，提升自主学习的能力。

当然，基于“问题解决”模式的课堂教学并不是发展高中学生化学核心素养的唯一途径。作为化学教师，应基于多元化的视角和多样化的方式，促进学科核心素养的培养;使学生深刻体会，化学科學带给世界的不只是知识的进化和思维的启发，更是一种力量的支撑、精神的鞭策和创造的信念。[2]

【参考文献】

[1]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（5）：3-7.

[2]吴星.高中化学核心素养的建构视角[J].化学教学，2017（2）：3-7.