高中课程标准中有机化学内容的分析与思考_课程标准论文

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进入21世纪后,随着现代分析技术的发展,有机化学迎来了快速发展的黄金时期。在中学课程中设置有机化学内容有利于学生了解有机化学的研究方法,学习有机化合物的组成、结构及性质等方面的基础知识,认识有机化合物在人类生活和社会经济发展中的重要意义,从而激发学生学习和探究的兴趣,提高其科学素养。目前,《普通高中化学课程标准(实验)》(以下简称《课程标准》)规定,中学有机化学教学主要包括三个方面的内容:一是初步掌握有机化合物的组成、结构和性质等方面的基础知识;二是认识实验在有机化合物研究中的重要作用,了解有机化学研究的基本方法,并掌握有关实验的基本技能;三是认识有机化合物在人类生活和社会经济发展中的重要意义。笔者通过对高中有机化学课程内容设置、涵盖的科学方法以及教学和评价进行分析、总结,试图完善有机化学课程、考试评价内容和方式。

一、课程内容设置分析

(一)内容设置上体现学术性原则

不同的阶段,学生学习有机化学的认识对象和认识程度是不一样的。中学阶段侧重于学生对有机物性质的认识,对于结构及转化的学习只是为了能更好地认识性质;而大学阶段则侧重于学生对有机物结构及转化(有机合成)的认识,这样能够使学生更加系统、深入地学习和理解有机化学。《课程标准》在内容设置上考虑了中学生的认知特点,介绍了有机化学的重点知识内容。主要体现出以下两个特点。

1.注重有机化学内容的基础性

必修部分的有机化学是以生产、生活中的有机物为切入点,介绍化石燃料中的烃类物质、生活中常用的有机物质以及高分子材料等,以激发学生学习有机化学的兴趣,提升学生的科学素养。在选修模块5《有机化学基础》中,系统地介绍了有机化学基础知识,包括四个方面的知识内容:有机化合物的组成与结构;烃及衍生物的性质与应用;糖类、氨基酸和蛋白质;合成高分子化合物。《课程标准》中在有机物的组成与结构部分中涉及现代有机化合物的分析方法。其课程设置的具体思路如图1所示。

2.兼顾研究方法的系统性和时代性

虽然中学有机化学也侧重有机物性质的认识,但是,在教材的编写中却更注重对有机化学的研究方法的介绍:①有机化合物的结构测定法。不管是提取的天然有机物质还是人工合成的有机化合物,得到的都是含有杂质的粗产品。要想对其结构进行分析和确认,应先对其分离提纯,再进行鉴定。分离提纯有机物的方法有很多,基本思路是根据目标有机物与杂质在物理性质上的差异来进行分离,具体可以利用在某种溶剂溶解度的差异采用重结晶或萃取的方法,或利用沸点的差异采用蒸馏的方法,或利用与物质间吸附作用力的大小差异采用色谱方法。得到纯的产品后,再利用元素分析、质谱分析和核磁及红外等现代仪器分析手段对其结构和骨架进行分析,最终得出其准确的分子结构(具体见图2);②有机化合物逆分析合成法。在得到某个天然化合物的分子结构后,当发现该物质在生活或生产中都可以应用,特别是生命科学中可作为药物、需要大量合成时,可利用逆推合成分析法对其合成路线进行分析,选择合适廉价的合成路线进行合成(具体见图3)。

(二)在保证学术性的基础上,体现有机化学的价值功能和社会性

有机化学课程内容在保证知识的系统性和专业性的基础上,介绍了化合物在生产生活中的应用,体现出了有机化学研究的价值以及有机化合物应用的广泛性。由于有机化学课程功能的学科取向关注课程的学术性和知识的传承,而课程功能的社会取向则关注知识在社会中的应用,强调在生产、生活问题情境中学习化学,因此中学化学应将有机化学功能定位于学科性与社会性的统一,即注重将有机化学知识与社会应用相联系。如人们吃的糖类、油脂和蛋白质等天然有机物,服装和家庭生活用品中的各种合成纤维以及新型的具有特殊功能的有机高分子化合物,在治疗各种疾病中发挥着巨大作用的有机合成药物等。

二、课程涵盖的科学方法分析

(一)分类法

分类是根据事物之间的共同点和差异点,把研究对象区分为不同的类别的逻辑方法。在高中有机化学中主要是对有机化合物以及反应的类型进行分类。

1.物质分类

在有机化学中,可以按照物质的结构性质进行分类。按官能团分为烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、醛、羧酸、酯等,即将具有相同官能团的化合物分为一类。因为官能团具有一定的性质,根据所含有的官能团可以推断其化学性质,反过来,也可以根据化合物具有的性质推断出其所含有的官能团。

2.反应类型分类

根据反应过程机理以及反应物与产物的关系,可以将有机反应分为取代反应、加成反应、消去反应、氧化反应和还原反应等;根据化合物的官能团以及能发生的反应类型还可以推断出反应产物。

(二)比较法

比较是辨别同异、区分事物之间的相同点和不同点的逻辑方法。比较的依据是事物之间客观存在着的差异性和同一性。例如,通过比较的方法可以确定苯甲酸、苯甲醇和苯酚在水溶液中酸性的强弱。

比较法和分类法是有机化学教学过程中最重要的科学方法之一,能很好地指导学生发现有机物之间的内在联系及其演化的规律性,促使有机化学知识的系统化。学生掌握了这两种科学方法,就可以掌握有机化合物的性质、反应及其转化的规律,轻松地学好有机化学。

(三)模型法

在有机化学研究中,使用模型方法主要是反映和再现物质的化学结构。其内容主要包括两个方面:一是分子内原子的空间分布和相对的位置;二是这些原子之间的相互作用,即化学键。因此,有机化合物结构的表达有三种类型:键线模型、球棍模型和填充模型。其中,球棍模型和填充模型可以直观地判断有机化合物分子中原子的相对位置、成键方式以及分子的空间构型。如对乙基苯甲酸结构的三种模型表示(具体见图4)

三、对内容设置、教学策略及评价方式的思考

(一)对课程内容的思考

目前,中学有机化学中化合物的重点内容是烃及其衍生物,这里的衍生物包括卤代物及含氧衍生物。对于生命科学中以及在生产和生活中常见的含氮化合物,并没有进行系统的介绍,只是在生命科学中的有机化学物质中有所涉及,介绍了氨基酸和肽键的形成以及蛋白质的性质。因此笔者建议在课程标准修订及教材编写中增加硝基化合物、胺及酰胺等含氮化合物的结构及性质,丰富有机化学知识内容体系,从而构建一个更加完整的有机化合物知识体系。

(二)对教学策略与设计的思考

1.根据文理科的差异制定不同的教学策略

文科生在高中学习化学主要目的是提升科学素养,对有机化学的认识可能主要停留在感性认知的阶段,所以,教师在教学过程中更要介绍有机化合物在生产生活中的应用。而对于那些准备选修有机化学基础模块的学生,教师则应在教学过程中整合必修模块中的有机化学知识和选修有机化学基础模块,在教学过程中具体可按照如下顺序进行(具体见图5)。

2.构建网络化的知识体系

在学生学习化学有机物之后,教师应引导学生认识不同类别有机物之间的联系,构建一个网络化的有机化学反应及转化体系(见图6)。网络化的知识体系有利于学生整体认识有机化合物之间的关系。

3.合理使用模型工具

在学生学习分子的结构和空间构型前,教师可以简单介绍结构的一些理论,如电负性、杂化轨道理论等,以利于学生从本质上理解和掌握有机化学结构与性质的关系。同时,在空间构型的教学过程中,教师可以使用一些教学模具来帮助学生理解有机化学的原子成键情况及空间排布情况。

4.加强实验教学

新课程在实行模块设置后,把实验化学设置为一个单独的模块。因此,在有机化学模块教学中教师应注重各种类型的有机化学实验,包括有机物的制备、分离提纯和鉴定等实验,教师最好能按照有机化学的研究方法系统地进行教学。比如,首先从结构和性质的角度出发,分析陌生的化合物具有的物理性质和化学性质,其次,按照逆推合成分析法尝试设计有简单化合物进行合成的路线,查找相关文献以优化合成路线,再次,按照优化好的路线进行一步甚至多步合成,包括对中间体及目标产物进行分离提纯,最后,进行结构的分析和确认,证明得到的化合物就是目标化合物。因为有些有机合成具有反应比较复杂、反应条件要求严格、副产物较多等特点,所以在整个实验过程中要加强学生对有机化学研究方法的认识,发展学生的探究能力。

(三)对评价方式的思考

目前,普通高中的化学课程在必修2中只是介绍在生产生活中具有广泛应用的化合物,将有机化学的主体内容放在有机化学基础模块。而在高考评价中,不同省的考试方案对有机化学的考试方式有着不同的处理方式。为了体现有机化学在化学学科中的主体地位,北京、天津、广东、安徽、浙江和江苏等省市都将有机化学基础模块作为必考内容,而目前新课程高考化学为体现课程的选择性,将有机化学基础模块作为了选考内容,既有利于学生化学科学素养的提高,又有利于学生以后更好地学习化学知识。

目前普通高中化学课程中的有机化学内容体现了其学科特点,在研究方法和内容设置上注重基础性、科学性和时代性,这就要求在教学过程中教师要不断领悟课程理念,总结经验,体现有机化学的特色和学科价值。今后,在课程标准修订和考试评价的过程中,应不断完善有机化学课程内容和考试方式,以更好地推动普通高中课程改革和高考内容与形式改革的平稳实施。

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