引导学生探索:乙烯结构与性质的教学与思考_乙烯论文

引领学生探幽入微——“乙烯结构与性质”的教学及反思,本文主要内容关键词为:乙烯论文,性质论文,结构论文,学生论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

在有机化学教学中,有机物的分子结构及其与性质的关系始终是重点和难点。学生学习有机物的结构之所以困难,一方面是因为微观世界看不见、摸不着,只能靠想象;另一方面,分子结构理论本身抽象、深奥,所涉及的数理基础是中学生所不具备的。怎样让学生在步入“分子结构”的初始阶段,以可接受的方式学习有机物的结构,进而领悟性质与结构的关系,多年来一直是困扰着教学的现实问题。经过反复思考与实践,我们认为,以现代教学媒体为手段,巧用模型演绎推理,引导学生深入微观世界探究结构奥秘,启迪学生科学思维等,是突破难点的有效之策。

本文试以“乙烯结构与性质”为例阐释基本的教学思路。此内容源于新课程标准实验教科书《化学2(必修)》(人教版)—《来自石油和煤的两种基本化工原料》。

一、教学过程设计

1.实验引导,形成认知冲突

根据建构主义理论,学生的学习总是以自己原有的经验背景为依托,将新知识与自己认知结构中的原有知识进行相互作用,通过同化和顺应的方式建构新知识的意义,同时,自己的认知结构得到丰富、重组和优化。教师按照教材安排的“石蜡油分解实验”进行演示,学生清楚地观察到石蜡的蒸气通过炽热的碎瓷片表面发生化学反应,生成一定量的气体,该气体能使酸性高锰酸钾溶液的紫色褪去,也能使溴的四氯化碳溶液褪色,可燃。此前学生对烷烃的性质和结构已经有了一定的认识,本实验直观地表明,石蜡油分解产生的气体中,有与烷烃性质迥然不同的物质存在,这气体是什么物质?

2.结构演绎,乙烯浮出水面

对于上述不同于烷烃的气体,教师引导学生从反应物和反应类型进行分析,学生比较容易确认其仍然是碳氢化合物,此时教师顺水推舟,提出问题:

[问题]画出乙烷的电子式和结构式,若将乙烷在隔绝空气条件下加强热发生分解,得等物质的量的两种气体,试写出这两种气体的化学式。有的学生对题中“两种气体”是什么判断不清,此时教师给予必要地提示:其中一种气体是氢气,学生不难写出另一种气体的化学式()。但是,是什么?它的结构是怎样的?这是学生依靠原有的知识难以解决的新问题,认知冲突进一步升级。带着强烈的求知欲,学生在教师的引领下开始了对乙烯结构和性质的探幽之旅。

首先,从分子组成上看,该气体分子()与乙烷具有相同的碳原子数,但少两个氢原子。教师随即展示乙烷的球棍模型,拿掉两个“氢原子”,问剩余的两个键怎么办?有的学生说把它们接在一起。追问:那么原来的碳氢键的角度会变化吗?学生对此表示迷惘。接着,辅以Flash动画演示乙烷的立体模型转变为乙烯的平面模型的过程,让学生直观地看出乙烯的结构特征。反问:分子与乙烷分子的几何构型一样吗?两个碳原子间共用的电子对数目相同吗?乃至碳碳键间键长、牢固程度相同吗?(学生分组,自主讨论。)

在高一学生还不具备认识碳碳双键(σ键和π键)的情况下,通过这种传统的实物模型与现代多媒体手段的有机结合,不仅激发了学生的学习兴趣,也培养了他们演绎和推理能力,还培养了科学思想方法。特别是在他们的头脑中形成了关于乙烯分子结构的深刻表象,为进一步学习乙烯的结构特征及其与性质的关系奠定了良好的基础。

3.质疑问难,深入揭示本质

学生通过主动参与以上教学过程,已经对乙烯的分子结构形成了表象的认识,但还没有深入认识到此种结构有什么特点。于是,接下来设计以下系列问题,这些问题层层递进,旨在让学生拾级而上。

(1)乙烯分子中共平面的原子数是多少?

(2)乙烯分子中碳碳键长比乙烷的长还是短?

(3)乙烯的碳碳双键可以认为是乙烷分子中两个氢原子断裂后“对接弯曲”而成的,扭曲了的东西是否应该被还原为本来面目?

(4)画出乙烯的电子式、结构式、结构简式。

问题最终落脚在乙烯的碳碳双键上。碳碳双键中有一个键不太牢固,易断裂,这是讨论乙烯化学性质、书写有关乙烯化学方程式之关键所在。通过以上问题的讨论,环环紧扣,一步步地将学生的思维引向本课的第一个高潮——完成对乙烯结构的探究。

4.双管齐下,探究构性关系

化学家们的发现总是遵循这样的程序:发现问题→提出假设→理论研究→实验验证→发现不足→提出新的理论。当完成乙烯的结构探究后,紧接着就要探究乙烯的结构与性质的关系。我们采取的方法是,根据前面已学习了的乙烯结构的知识启发学生进行演绎推理,然后再以演示实验加以验证。这种演绎推理与演示实验双管齐下的措施,使得学生思考与观察相结合。在乙烯的性质教学中,结合演示实验设计了如下的一些问题:

(1)乙烷能否使高锰酸钾溶液褪色?它说明了什么问题?

(2)乙烯通入高锰酸钾溶液中褪色,说明乙烯什么性质?(从氧化还原的观点去考虑。)

(3)推测乙烷和溴在光照下发生反应的产物。乙烯使溴水褪色是否也像乙烷一样发生了取代反应?怎么证明?(提示:已知氢溴酸和盐酸一样都是强酸。)

(4)乙烯的碳碳双键中有一个键相对易断,你能否解释乙烯使溴水褪色的原因?写出有关化学方程式。

(5)定义加成反应,并结合乙烯与溴反应方程式的书写特点,写出乙烯与氢气、溴化氢、水、氯化氢等反应的化学方程式。

(6)说说乙烯的用途,结合乙烯碳碳双键有一根易断的特点,画出乙烯变成聚乙烯的化学过程,写出有关化学方程式,并定义该反应的类型。

(7)选择正确的途径制备氯乙烷。

通过上述的演示实验、问题情境、演绎推理的有机结合,激发了学生主动参与学习的热情,真正地变“要我学”为“我要学”,形成了本课的第二个高潮。在学习了乙烯的性质之后,联系乙烯的性质再介绍其用途。

二、课堂教学反思

1.善用教材,明晰教学思路

新课程要求教师“用教科书教,而不是教教科书”,也就是要求教师把握课程标准的要求,善于运用教科书。本节课打破了按照固有知识体系讲述的教学模式,整合了教科书知识的编排体系(如将乙烯的用途放在性质后面讨论),但却紧扣本节课的知识核心——乙烯的结构和化学性质,把零散的课本知识序列化、问题化,节省了大量的教学时间,让学生真正有时间来思考分析,进行实验探究。这样的教学安排详略得当,思路清晰,重点突出,尺度把握准确,教法不拘泥于定式,不落入窠臼,灵活多变,让学生不断地经受智力的挑战,感受到了科学探究的艰辛与快乐。总的来说,这节课将新课程倡导的“三维目标”融为一体,实现了课堂教学的高效性。

2.抓住要点,促进知识迁移

本节课的要点就是乙烯的分子结构。综合运用问题猜想、模型动画、演绎推理等措施,将抽象的问题直观化,复杂的问题简单化,学生易于掌握,有利于知识的迁移。例如,乙烯发生加聚反应生成聚乙烯的反应方程式的书写及反应类型的判断是本节课的难点之一,但是在课堂上学生理解了乙烯的结构与反应特点,比较容易进行演绎推理,并且能将这种思维方式推广到其他烯烃加聚反应中,如丙烯的加聚、聚氯乙烯的制备等。说明了学生真正地实现了知识的内化,并且掌握了思考的方法。

3.理解教材,实施观念教学

实施新课程以来,我们教师最为困惑的是教学中深、广度的把握问题。

首先是课程结构发生了很大的变化,必修课程的内容可以说是面面俱到,但是有不少内容却是蜻蜓点水。我们在教学中必须要考虑到必修课程与选修课程的衔接问题。本节课的内容是学生进一步学习《有机化学基础》的基础,因此不必讲解σ键和π键的概念,也不必讲解马氏规则,但是对乙烯的分子结构,特别是碳碳双键的特点还是应该让学生形成观念的。但是,对于有些内容,如氯乙烷制备的最佳方案问题、石蜡油的裂解方程式、氯乙烯的加聚反应等内容,到底该不该涉及?这要取决于学生的学习水平。对于普通班级水平的学生,只要达到课程标准的要求即可。但是对于那些学有余力的“强化班”学生来说,也要让他们能够“吃饱”,毕竟,课程标准所规定的是最低标准,是上不封顶的。

其次是知识的结构问题。与旧教材相比,新教材的知识体系比较零碎,学科的逻辑结构不是很严谨。我们担心,如果学生不能具备良好的知识结构,那么知识的迁移功能便会大打折扣。因此,本节课还是按照“结构→性质→用途”的思路呈现,虽然比较传统,但是增加了新的元素,就是在教学过程中注重了学生的探究活动。我们设计的学生探究活动,不是追求表面上的热热闹闹,而是要求学生进行深入地思考,形成观念,使他们真正地学有所得。

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