基于PCK理念的有机化学教学方法与策略研究_有机化学论文

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      有机化学对促进社会进步，推动科技发展、提高生活质量、改善人类的生存环境等都有着十分重要的作用。一直以来，相当一部分学生对有机化学“不适应”，患有“有机过敏症”。突破有机化学学习的瓶颈，教师除了要具备学科专业知识、课程教学知识，还应具有把学科知识转化为教学任务，又由教学任务有效地转化为学生实际获得[1]的学科教学知识（PCK）。作为PCK主体的教师，只有深度解读教材、全面了解学生、优化教学方法，才能带领学生“突出重围”，走出有机化学学习的困境。

      一、深度解读教材

      教材作为教学内容的物化形态，是教学系统必须具有的实质性的因素，在教学系统中占据重要地位[2]。教材不仅提供了一定的文化科学知识，还为教师的教学提供了指导。教师深度解读教材，能深化对知识的理解，把握知识的逻辑联系，并获得一定的教学组织、形式和方法的知识，从而丰富教师的PCK。所以，教材对教学活动和教学质量必然会产生决定性的影响。故而全面、准确并深刻地解读教材对实施有效教学有着非比寻常的价值。

      1.把握不同模块的目标要求

      本轮课程改革和以往历次课改的一个重要区别在于课程内容设置的模块化，分为必修课程和选修课程。必修课程是在义务教育化学课程的基础上为全体高中学生开设的课程，旨在促进学生三维教学目标的发展，初步形成学生适应未来发展所需的基本科学素养，也为学生学习其他化学课程模块奠定基础。选修课程则是在必修课程的基础上为满足不同学生的学习需求设置的课程模块。选修课程的学习无论是在方式、方法上，还是内容要求等方面都有更高的标准。更加突出学习方法的改善（自主探究、实践参与）、知识的实际应用（与生产生活紧密联系）和思维能力的培养；选修课程为提高学生化学科学素养，为促进具有不同潜能和特长学生未来的发展打下良好的基础[3]。

      有机化学知识是化学科学的核心知识之一，高中化学教材中主要分布在必修模块《化学2》[4]“重要的有机化合物”和选修模块《有机化学基础》[5]（以下简称“基础”）中。在必修模块中知识难度要求较低，学生可通过典型有机代表物在生产生活中应用的学习，初步了解有机化学的知识，体会有机化学对人类文明、社会发展和个人生活质量提高的重要作用。教学目标定位在“知道、说出、举例、了解、认识”等第一、第二层次上。选修模块“基础”则系统地研究有机化合物的组成与结构，学习各类有机物的性质与应用，认识有机物在人类生活和经济发展中的重要作用。其教学目标侧重于“应用、设计、评价、掌握、灵活运用、形成、养成、具有、树立”等第三、第四层次上。如乙醇在必修模块中只要求学生了解乙醇的组成、主要性质和结构特点，在选修模块中是通过对乙醇性质探究，学习醇的化学性质和结构（乙醇能与金属钠反应而不能与乙醚反应），并通过对物质性质差别的归因分析，感悟官能团之间的相互影响，建立物质结构决定物质性质的学科思想。

      2.吃透教材内容的知识逻辑

      教材是课程标准进一步细化的文本呈现形式，是课程标准的具体化体现（见表1）。课堂教学目标设计、教学任务设计、教学活动设计等都是以教材内容分析为前提。因此，教师要将课程标准中的内容主题、化学科学理解的基本结构和学生认识规律结合起来理解化学教材的组织结构[6]。将教材内容逻辑转化为学科知识逻辑，再由学科知识逻辑转化为学生心理认知逻辑，最终转化为学生的实际获得。

      

      “基础”建立在《化学2》中专题3“有机化合物的获得与应用”基础上进行教学延伸与拓展，引导不同学习需求学生进行系统、深入学习有机化学基础知识。“基础”属于专门领域的学科课程，按照二级学科分类的思路对知识体系进行编排，注重知识的内在逻辑联系[7]。“基础”突出了“结构决定性质”这一主线，构建结构、性质、反应、合成之间的内在联系。首先，在知识逻辑性的把握上，不局限于某一个模块、章节或单元，应站在化学学科整体的角度去理解高中教材的各个模块，整体上感受和理解知识，实现对化学核心知识的意义建构[8]。其次，要整体把握学科知识，理解同一知识点或同一类型知识在不同模块中要达到的教学要求，做好不同层次知识间的对接，构建整体的学科知识体系。如苯的结构与性质，在《化学2》中，是通过苯的系列实验探究，说明苯分子中不存在碳碳单键和碳碳双键交替出现的现象，而是一种介于上述两者之间的特殊共价键。在“基础”中，对苯的这种特殊结构学习是通过对苯的

核磁共振谱图以及取代反应产物的种类和价键的断裂与形成等方面进行讨论探究。显而易见，前者是基于对宏观物质性质的探究以达成对苯的结构的认识。而后者则着眼于微观结构的探秘，从本质上去探究和理解苯的结构。上述不同阶段不同的知识架构设计，符合知识内容螺旋式上升的逻辑关系。最后，从知识整体的视角理解教材，有利于学生揭示知识的内在因果关系。在必修教材中主要是通过典型有机化合物性质的学习，感性地认识有机化学知识，而在“基础”中则是通过对物质结构（碳链、官能团）的研究理性地把握知识，使学生既知其然，也知其所以然。

      所以，教师在组织教学时必须认真梳理教材、研读教材、吃透教材，弄清知识的来龙去脉和内在的逻辑关系，实现“用专业学科知识与教育学知识综合地去理解特定单元的教学如何组织、呈现以适应学生的不同兴趣和能力”。亦即，以学生容易理解和接受的方式呈现给学生，创生一种师生共享的“语言”。

      3.明晰教材栏目的设计意图

      “基础”在栏目的设置上与课改前的教材比较有了很大的改进，增设了“你知道吗”、“活动与探究”、“拓展视野”等10种栏目。这些功能各异的栏目承载着教材的核心内容，为教师设计教学程序，开展多种形式的教学活动，建构学科知识体系提供了丰富的教学资源。这些栏目为学生学习提供了更丰富、更具体、更生动的学习素材，使学生视野得以开阔，思维得到拓展，能力得到提升[9]；这些栏目的设计既是落实知识与技能的环节，也是实现对学生科学过程、方法和情感态度教育的有效途径；这些栏目的设计还有助于对学生学习兴趣的激发，学习方法的完善，学习能力的培养，学习个性的张扬。如教材中“回顾与总结”栏目目的是帮助学生通过问题线索学会归纳整理知识、促进学生学会反思、提高自我评价和自我调适的能力。“拓展视野”虽不是教学的基本要求，但选择适当的内容拓展延伸对将来有意向进一步深入学习化学的学生有引导作用，同时可以帮助学生深刻理解化学知识。如，通过“单糖的立体异构”、“镰刀型贫血症”、“酶的催化作用”等内容的学习，学生会感悟到物质世界的千姿百态，千变万化是微观世界的真实写照，也正是由于其分子内部结构的微妙差异或变化，致使物质的性质发生质的变化（结构决定性质的化学观）。

      二、全面了解学生

      如今，教育关注的焦点已从教师的教学转移到学习和学生知识的形成[10]。以人为本，以生为本的课堂转型在全面推开。课堂转型使教学的出发点和着力点由注重教师的“教”，逐渐转变为引导学生的“学”，突出对人真实的“学”的关注。课堂教学从教学内容选择、程序设计、情境创设、活动安排等，都朝着以学生学习为中心转变。这与PCK所研究的三大主题“教什么？怎么教？怎么学？”高度契合。以学生学习为中心，实现课堂转型的关键在于全方位、多角度地了解和理解学生。这其中包括了对认知基础、认知技能、认知态度、学习习惯和意志品质等方面的了解。

      现代学习理论认为，“学习是学习者主动接受刺激、积极思维、知识建构与学习行为等发生持久变化的过程和结果”。而这种思维、知识建构都和学生的“过去”有着割舍不掉的联系，这种“过去”必然会制约着学习的开展和深入进行，影响到教学目标的达成。所以，对学生已有知识、经验、思维、智慧、能力、情感等方面的了解，和对学生当下的实际需求的满足，是优化教学过程，提高学习效率的重要保证。

      没有对学生真正了解的教学，其教学效果是不言而喻的。有了对学生的前知识、“最近发展区”、学习内容理解和误解的知识、学力、心理特征及认知倾向等全面的了解，才能从知识、技能和情感态度等方面来科学地设定教学目标；才能合理地组织教材，重构知识内容，突出教学的重点，化解教学的难点；才能合理地运用教学策略，实施有效教学。

      1.对学生的前知识、前概念和已有经验的了解

      学生在学习新知识前，在过往的学习和生活中已积累了一定的知识和经验，这些已知和将获得的知识密切相关，有着千丝万缕的联系，这些知识、经验使学生学习有了“着力点”和“抓手”，是形成新知的认知基础。如，在学习苯酚的性质之前，学生已经掌握了水、乙醇都能和金属钠反应，原因是它们含有相同的羟基（-OH）官能团，苯酚

中存在同样的基团，不难理解苯酚也可以和金属钠反应（-OH的共性）。并通过实验事实分析三种物质中“-OH”的活性。一样的“-OH”表现出异样的性质，其缘由不辨自明。有机物性质及官能团之间的相互影响的学习水到渠成。

      2.对学生“最近发展区”的了解

      加涅的学习层次理论指出，学习是累积性的，较复杂、较高级的学习是建立在基础性学习之上的。任何一种技能，都是以已习得的、从属于它们的知识技能为基础的。因此，教师要深入研究了解学生的知识储备，把握学生的“最近发展区”。明确了学生的“最近发展区”，能清楚地看到学生能学什么，能学到什么程度。才会清晰地洞察到教学应选择什么内容、采用什么方法、教到什么程度，才能使“教”更精粹，才能切中学生的学习需求。奥苏贝尔说：“假如让我把全部教育心理学仅仅归结为一条原理的话，那么，我将一言以蔽之：影响学习的唯一最重要的因素就是学习者已经知道了什么，要探明这一点，并应据此进行教学。”

      3.对学生某一学习内容理解和误解的知识的了解

      格罗斯曼将PCK分解为四个核心组成部分，其中之一就是“学生对某一学习内容理解和误解的知识”。这一层面的PCK就是教师根据学生的前概念和前知识，预判或预测学生在将要学习的活动中的表现，可能出现的学习思路、理解障碍或问题陷阱，以便于对学生在课堂中将会出现的学习障碍与偏差及时给予引导和纠正。

      4.对学生学力的了解

      毫无疑问，教学只有根据学习者的学习能力进行针对性的教学，才能获得良好的效果。若在实施教学前，对学生的学习方法、逻辑思维方式、知识基础、认识水平、感知方式等方面都一无所知，忽视对其学力的分析，教学设计必然会脱离学生实际，从而导致教学起点与学生能力的错位，致使学生的自尊心和自信心受到重挫。这就要求我们全方位地去了解学生的学习能力，明确学生的学习差异，采用灵活变通的教学策略，因材施教。关心、呵护，尊重和引导，而不是“揠苗助长”、“越俎代庖”。

      5.对学生心理特征的了解

      学生的年龄、性别、学习动机、情感、意志等都是影响学生学习的心理因素。这些因素虽不像已有知识和起点能力那样与教学有直接的关系，却影响着教师对教学内容、教学方法、教学策略、教学手段等方面的合理选择和正确运用。心理学研究表明积极的非智力因素可以推动和促进学生智力的发展，而消极的非智力因素会阻滞学生智力的发展。在化学教学中，要达成轻负担高效益的学习，必须研究学生的心理特征，遵循学生的心理发展规律。针对不同年龄层次、不同兴趣爱好、不同思维方式和认知习惯的学生，有的放矢地改善教学方法，提高教学的实效性。

      6.对学生认知倾向的了解

      对不同的学习者而言，他们对已有信息的提取、组织和表征方式都有稳定的独特的倾向，并表现在对外界信息的感知、注意、思考、识记和解决问题的方式、方法上，同样有着个人的认知习惯和思维方式。学生的认知倾向的表现会因教师的教学风格、教学策略及教学内容的类型等因素的影响而有所差异，并可以通过教学来加以培养和调整。教学活动中教师要考虑学生认知倾向差异，实时调整教学目标和教学内容，调整和改进教学方法和策略，以达到教学的最优化效果。

      三、优化教学方法

      为了达成教学目标的要求，教学需要根据学生的心理发展水平，采取适切的表征内容的教学手段和教学策略，以帮助学生在既定的情境中构建最有效的理解，是PCK“将特定学习内容显示给学生的策略性知识”的基本要求。教材是实现教学目标的关键要素，教学方法的选择，必须根据教材的内容和特点。学生是课堂教学的主体，教学方法的选择也需要从学生的实际情况出发，以转变教学方式为支点，撬起深度教学的“大作为”。

      1.剖析结构，揭示本质

      有机化学课程的中心问题是结构与性质的关系问题，把握结构与性质是学好有机化学的关键。从有机物的结构特征出发，可以很好地理解物质的性质特征。教学中要牢牢抓住结构和性质这条主线，从结构出发弄清有机化合物的性质，掌握有机化合物之间的转化，揭示有机反应的机理，从本质上理解结构与性质的关系。

      乙烯和苯同属不饱和烃，但性质差异很大。乙烯可以发生加成反应、加聚反应、氧化反应等。在乙烯等单烯烃中存在不饱和π键，π键的键能小于碳碳σ键，容易发生断裂而反应。苯也是一种不饱和烃，其不饱和程度更高，但苯不能使溴水褪色，也不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，并没有表现出类似烯烃的性质。在乙烯等单烯烃中，碳碳π键是相对独立的，容易断裂。苯分子中6个碳原子之间的价键完全相同，是一种介于单键和双键之间的独特的键（离域大π键），虽能体现不饱和价键的性质，如，在一定条件下可以和

等物质发生加成反应，但不能使溴水和酸性高锰酸钾溶液褪色。苯结构的特殊性，从本质上揭示了苯化学性质与不饱和烃的相异性。

      2.注重比较，促进理解

      比较是化学学习中最为有效的方法之一。比较，能发现物质之间的共同点与差异性；比较，能加深对所学知识的理解；比较，还有利于发现物质之间的变化规律。在有机化学学习中要充分利用比较的方法，剖析物质间存在的某些相似、相同或相异之处。通过对官能团之间的某些共性、差异和特殊性的比较，启迪学生思维，引导学生弄清知识之间的内在联系，深化理解所学知识，实现知识的意义建构。

      在苯酚、水、乙醇中存在着相同的基团“-OH”，与羟基相连的分别是苯环、氢原子、乙基，由于这些原子或原子团的相互影响，使“-OH”中“O-H”键的极性发生变化。其中苯环与酚羟基中氧原子形成p-π共扼，使“O-H”键极性加强，在水分子作用下电离能力增强，显示弱酸性；乙醇中甲基的电子云密度比氢原子大，使醇中“O-H”键极性减弱，结果导致电离能力减弱。因而，随着苯酚、水、乙醇中羟基“O-H”键极性减弱，其与钠的反应剧烈程度也在减弱。

      3.浓缩要点，减轻负担

      有机化学知识信息量大，有机物种类多，反应复杂，学生记忆负担重。教学中应避免“宏大”与“整全”，应将教材中主干、重点的内容，进行浓缩简化、去粗取精、抽象概括，减轻学生的学习负担。浓缩简化就是提炼知识要点，扣准关键性字眼，把要识记的材料加以概括和压缩，使需记忆的知识数量减少，达到事半功倍的效果。

      烃的命名是初学者的难点之一。教学中将复杂的命名原则“削枝留干，以主带从”，进行浓缩与简化。冗长的命名原则缩略为：“长、近、简、多、小”。选择碳链最“长”的链为主链，从支链靠“近”端点的一侧编号，命名时支链从“简单”到复杂（先甲基后乙基），当同时有几个相同碳原子链时选择支链“最多”的为主链，主链编号要保证取代基序号总数“最小”。

      烃的同分异构体书写规则可缩略为：主链由长到短，环由大到小，支链由整到散（少到多），位置由心到边，排列由邻到间再到对，并注意碳链的对称性。

      4.强化直观感性体验

      有机物结构复杂，反应原理抽象，学生难以记忆和理解。让学生直观地了解和认识有机化合物的结构、反应历程和反应机理是有机化学学习的重要策略。运用图形、模型和动画教学能激起学生的感性认识，获得生动的表象，进而准确、全面、深刻地理解和掌握知识。

      在对物质结构分析、反应机理探讨时，一些简单分子（甲烷、乙烯、乙炔、苯）的空间结构运用传统的球棍模型、比例模型就可以达到比较理想的效果，对于那些复杂结构和反应历程的表达却无能为力。在当下富媒体时代利用计算机软件制作动画进行教学已成为一种常态。通过动态模拟抽象的立体结构，“再现”反应历程，变抽象为直观，变静态为动态，变不可见为可见。如乙炔与水的反应可以利用计算机制作Flash动画，将反应历程清晰地呈现。在催化剂存在的条件下加热，首先是碳碳叁键断裂和水分子氢氧键断裂形成的氢原子、羟基发生加成反应生成烯醇，这种不稳定的烯醇式结构发生了分子内的重排（演示价键的断裂和原子的迁移）形成一种稳定化合物乙醛。

      5.构建网络，内化吸收

      作为PCK四个重要组成部分之一的“特定学习内容在横向和纵向上组织和结构的知识”，在有机化学学习中显得尤为突出。不同有机物之间既有区别也有联系，通过对比分析，找出它们之间的区别，通过综合归纳发现其内在联系，掌握不同物质之间的相互转化关系，构建知识网络，使知识条理化、系统化，实现对知识的融会贯通与灵活运用，将所学新知识纳入到自己原有的知识架构中，使之成为知识系统中的一部分。

      “结构决定性质”是化学学习的重要观念和方法，围绕这一思想，指导学生运用分析、比较和归纳的方法，以碳原子结构为中心，以官能团为主线，建立起结构、性质、转化、合成及应用的转化关系，“编织”知识网络，使有机化学知识成为一个有机的整体。或以有机化学反应为中心，按不同官能团有机物的性质、合成、应用交织成网（见图1），内化吸收。

      

      6.强化实验，追求创新

      化学是一门以实验为基础的科学，化学的学习和研究都是以化学实验作为基础的。著名化学家戴安邦先生曾说过：“化学实验是实施全面化学教育的一种最有效的形式。”基础化学教学中，化学实验的重要性是不言而喻的。然而实验教学仍是课堂教学的薄弱环节，加强化学实验教学，提高实践创新能力，是提高学习效率的重要举措。当下实验教学“黑板上画实验，课堂上讲实验，课后背实验”的现象依然存在。强化实验教学势在必行。带领学生走进实验室，从最基本的实验操作抓起，通过一系列的典型实验，分析实验原理，选择适当的仪器和药品，安装实验装置，规范操作要领，引导学生进行观察、记录，正确分析处理实验数据，发现总结规律，得出正确结论。在此基础上对教材实验进行合理整合，设计一些综合性强的探究实验，由学生自己经过分析写出设计方案，通过独立的操作来验证自己的设计方案，并与其他同学的方案进行比较，分析优缺点，改进实验设计，提高实验的效率。学生自行设计实验方案，既激发了学生的创新意识，调动了学生学习的积极性，又培养和锻炼了学生的创新思维能力。

      7.联系实际，学以致用

      坚持理论联系实际是课堂必须遵循的教学原则。理论联系实际能学会运用化学知识去解决实际问题，并在解决问题过程中深化对所学知识的理解，使知识得到升华；理论联系实际能拓宽学生的学习思路，培养思维的灵活性、适应性，关心社会生活，用所学知识解释生活现象，提高知识的迁移能力和应用能力。

      在教学中及时向学生提供最新科技领域和社会关注的热点问题等专题性科普资料。如新能源、新材料、新药物等，以及医学、生命科学、环境科学、材料科学、信息科学等与化学密切相关的科学。并在教学中适时地把涉及生产、生活、科技等知识作为背景材料或切入点，创设问题情景，让学生从有机化学的视角进行观察和分析，学会对背景材料的处理和运用，将所学知识融会贯通，真正做到理论联系实际，学以致用。

      8.揭示规律，巧用方法

      同分异构体是有机化学中的重要概念，是有机化学学习中的一个重点。其涉及知识点多、知识面广，特别是有机物同分异构体书写问题更是学生学习中的难点。

      

      著名教育家叶圣陶说：“教师教各种学科，其最终目的在达到不复需教，而学生能自为研索、自求解决。故教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导，必令学生运其才智，勤于练习，领悟之源广开，纯熟之功弥深，乃为善教者。”这是不教之教，是真正的教，最大的教，最美的教，是教学的最高境界。

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