以情境引领课堂,用问题启发思维*——指向核心素养培育的“有机合成”教学

张传菊

(合肥市第九中学 安徽合肥 230000)

真实情境是培养学生化学学科核心素养的重要载体。基于化学学科核心素养,创设与化学知识相关的真实情境,如化学史情境、生活情境、工业生产情境、化学实验情境等,围绕情境设计一系列有层次的问题链,能够帮助学生构建化学学科的核心概念和基本观念,运用所建构的化学核心概念和学科基本观念解决实际问题,促进学生深度学习,发展学生的高级思维。笔者尝试依托真实情境设计有意义且有梯度的问题串,对高二“有机合成”第一课时进行教学设计并实践,取得了很好的教学效果。

一、教学目标

本节课要达到的教学目标:

(1)通过对几种有机材料合成路线的探究,引导学生体验有机物合成的关键方法,了解设计有机合成路线的一般方法。

(2)通过设置不同梯度的问题,促进学生在解决问题中主动构建新知,使知识结构化。

(3)通过对有机合成路线设计方案的交流和点评,发展学生科学探究与创新意识的科学素养。

(4)通过有机发展史和功能超分子材料性能的展示,引导学生更好地体验有机合成在生活生产中的重要作用,发展学生对化学学科价值的认知水平。

二、教学设计思路

本节课创设了有关有机合成发展史、工业涂料和有机玻璃的单体等四种有机材料的合成路线、功能超分子材料性能等的真实情境,采用问题导向下的探究式教学模式来组织课堂教学活动。教学中,学生围绕着有梯度的几个核心问题对工业涂料等几种材料的合成路线进行自主探究,从有机物分子的碳骨架、官能团等角度去实现有机物之间的转化。学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,初步构建有机合成路线设计的一般认识模型,并通过小组交流讨论设计香料——苯甲酸苯甲酯的合成路线,实现认识模型的迁移应用,从而完善原有模型。整体教学设计思路如表1所示。

表1 整体教学设计思路

三、教学设计与实施

【学生活动】阅读下列材料。

教学环节一:有机合成的发展史

1824年,F.Wöhler(德)由氰酸铵制得尿素。

1828年,F.Wöhler(德)发表了著名论文《论尿素的人工合成》,开创了有机化学人工合成的新纪元。

1944年起,伍德沃德合成了24种以上具有复杂结构的天然有机分子,获1965年诺贝尔化学奖。

1965年9月17日,我国科研人员合成结晶牛胰岛素。

1972年我国著名科学家屠呦呦成功提取青蒿素。

【交流讨论】从上述材料中获得什么启示?

【设计意图】以有机合成发展简史为依托,引领学生走近有机合成世界的大门,不仅使学生体会到有机合成发展历史,更使学生深刻感受到无数科学家们勇于创新的拼搏精神,培养学生的科学态度和社会责任。其中有关结晶牛胰岛素和青蒿素的真实情境的创设,以“一核四层四翼”为宗旨,发挥了立德树人的育人功能,帮助学生树立正确的价值观,增强文化自信。

教学环节二:有机合成的设计思路及关键

【学生活动】阅读以下材料,回答问题。

材料一:工业涂料——季戊四醇的合成路线

材料二:有机玻璃的单体——甲基丙烯酸甲酯的合成路线

材料三:化妆品防霉剂的合成路线

材料四:解热药物——长效缓释阿司匹林的合成路线

问题1:上述合成路线中,用到了哪些有机原料?

问题2:上述合成路线中应用了哪些有机反应类型?

问题3:上述合成路线中采用了哪些方法实现碳链的增长?

问题4:上述合成路线中采用了哪些方法引入羟基?

问题5:上述合成路线中采用了哪些方法引入碳碳双键?

问题6:引入卤素原子的方法有哪些?

【交流讨论】设计有机合成路线的关键环节是什么?

【设计意图】本环节展示数条有机合成路线,其中材料一、二侧重引导学生分析路线中碳骨架的构建方法,材料三、四侧重引导学生关注官能团的引入和转化。七个问题的设置富有层次性。问题1和问题2较简单,学生只需粗略分析合成路线就能准确回答,诊断学生对有机原料和反应类型的认知水平,提高学生对解决后续几个问题的信心。问题3～6引导学生精细观察合成路线,在陌生合成路线中寻找几个典型官能团的引入方法。这种设计比直接让学生回顾官能团更为新颖,更富有挑战性,极大地吸引了学生的注意力。最后一个问题上升到理性思维高度,具有升华属性。这需要学生思考合成路线设计的多种可能,比较优劣时,要兼顾副产物少、中间体的稳定性、官能团的保护等多种因素。学生围绕上述合成路线情境和问题,观察分析、交流讨论,找到有机合成的关键点——构建目标分子的碳骨架和在适当位置引入官能团,进而选择反应试剂和条件进行转化,同时思考并设计合成路线。

教学环节三:逆合成分析法的应用

【学生活动】以乙烯为原料合成草酸二乙酯(H5C2OOC—COOC2H5)为例,思考以下几个问题,体会逆合成分析的方法。

问题1:草酸二乙酯在酸性条件下水解得到哪些产物?

问题2:乙烯如何制备乙醇?

问题3:草酸是由物质A连续氧化得来,物质A是什么?

问题4:由乙烯制备物质A需要几步反应?反应类型是什么?

问题5:以乙烯为原料制备草酸二乙酯的具体路线是什么?

【教学评价】设计苯乙酸苄酯的合成路线。

【2018新课标Ⅰ卷节选】

A B C D

W G F

问题1:苯乙酸苄酯酸性水解产物是什么?

问题2:参考材料中信息,如何引入羧基?

问题3:醇如何转化为卤代烃?

【学生活动】设计合成路线如下:

【设计意图】在设计合成路线之前,需要对目标产物进行逆向分析,故本环节通过几个问题引导学生自主探究,建立逆合成分析的思维模式。

教学环节四:有机合成分子的魅力

【展示】播放与超分子相关的图片和视频,并进行简要的介绍说明。

【设计意图】让学生了解与有机合成相关的前沿科学领域,树立正确的理想信念,培养学生的社会责任意识,鼓励学生为人类科学事业贡献自己的力量。

四、教学反思

本节课在学科知识传授基础之上,根据新课程理念,做了以下有益的尝试和探索。

1．创设情境,丰富体验

本节课依托有机合成发展史、工业涂料等四种有机材料的合成路线、功能超分子材料等创设真实情境来丰富学生的认知体验,特别是选用丰富的陌生有机材料合成路线供学生分析与论证,引导其将思路和方法应用到后续陌生物质的推理与合成中,帮助学生建立有机合成中重要的思维方式——正、逆向合成分析。

2．设计问题串,实现深度学习

深度学习是一种高水平且主动地对知识进行认知加工的学习方式。本节课环节二通过设计一系列有梯度的问题引导学生从有机物分子碳骨架、官能团等角度实现有机物的转化,为下一环节设计具体有机物的合成路线做了有意义的铺垫。

总之,本节课以真实情境载体,以具体问题为导向,将核心知识融入其中,通过具体教学活动,引导学生在真实情境中解决实际问题,促进学生自主建构官能团转化和有机合成路线设计模型,实现深度学习,有效培养学生的化学学科核心素养。