時間:2023-07-27 15:56:32
導言:作為寫作愛好者,不可錯過為您精心挑選的10篇有機化學入門知識,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內容能為您提供靈感和參考。
1.缺乏足夠的思想準備
有機化學開篇時,一些學生習慣全套照搬學習無機化學的經驗,不能適應有機化學的學習,覺得有機化學內容繁雜,毫無規律,漸漸地失去學習興趣和信心.他們沒有把握有機化學學習的下列特點:
①有機化合物通常用結構簡式表示;
②有機化合物性質與結構的關系密切;
③有機化合物空間構型的認識,需要一定的空間想象能力.
學生學習上難以適應得狀況,如果不能調整過來,后續學習就會產生困難.
2.學習基礎、認知水平障礙
學習有機化學,需要學生具有豐富的空間想象能力.由于學生的空間立體觀念較差,對于分子的立體結構常常想象不出來.
例如,學習同分異構體概念后,總還有不少學生把二氯甲烷分子的二個形式不同的結構式說成是同分異構體.
3.對官能團的結構特征、主要性質掌握不牢
有些學生對許多官能團的意義理解不透,區分不清.在學習或解題時,若不能辨清相關的官能團,就會出現思維障礙,從而導致錯誤.
例如,阿斯匹林的結構簡式為:[JG(][LJH,S(1,3,5)][JJ3,YS;4]COOHOOCCH3[JG)]
則1 mol阿斯匹林跟足量的NaOH溶液充分反應,消耗NaOH溶液的物質的量為多少?
在解題中,學生知道羧基、酯基能與NaOH溶液反應,但忽略了水解產物中有酚,酚也能與NaOH溶液反應.
4.逆向思維能力差,系統性不強
練習呆板,常常是“照葫蘆畫瓢”,缺乏創造性,抑制了學生思維能力的拓展,對掌握的知識難以深化鞏固.
例如,以乙醇為原料設計合成 ,如果缺乏知識的系統性和有機合成常用的解題方法――逆推法,就難以達到合成的目的,這就是正向思維抑制了逆向思維的發展.
二、解決有機化學學習障礙的對策
1.激發和保持學生的學習興趣
俗話說得好,興趣是最好的老師.要想學生能夠學好有機化學,必須使教學能夠吸引學生,讓學生產生興趣,提高學習效果.在有機化學教學中,我們應精心準備、認真安排教學內容,并穿插一些學生頗感興趣的生活知識,特別是在知識的重難點教學中,挖掘能激發興趣的內容,以保持學生的學習興趣.
例如,在同分異構體的命名與書寫教學中,提出“天干”十字的同時,不妨帶出“地支”十二字,學生對“子、丑、寅、卯……”等字是感興趣的,因為在他們的記憶中,這些字是屬于卜卦先生的,這樣他們就容易接受“天干”十字.還有,在同分異構體的書寫訓練時,不妨讓學生練習“碳架”結構書寫,同時可展示“碳架”結構模型,有條件和學校還可讓每一學生配備一套塑料的分子小模型,以增強教學直觀效果,提高學生學習興趣.
2.循序漸進,平穩過渡
在新課的教學過程中,要對學生的整體水平及特點作充分摸底,消除學生的恐懼心理.對初學者也不宜提過高要求,一般以會考標準為宜,不足之處可在練習或單元復習中彌補.
[HJ0.95mm]例如,在《乙醇》教學中,要求學生了解乙醇的組成和主要性質及重要應用,而乙醇的化學性質中,與活潑金屬反應只限于鈉,氧化反應限于催化氧化,脫水反應限于分子內脫水成烯.在習題課中深化要求,如消去反應能否發生、哪些醇能被氧化為醛等.作業的布置應注意難度和梯度.這樣,將難點分散到各個階段環節,循序漸進、各個擊破,最后達到完整認識醇的目的,以利于學習過渡.
此外,加強直觀教學,采用掛圖、模型、演示實驗和學生分組實驗等手段,培養學生觀察力和想象力,讓抽象的知識形象化,便于學生理解和記憶.
3.總結歸納,掌握學習的一般方法
學生剛接觸到有機化學,興趣很濃.但由于有機化學的顯著特點是:多、雜、亂,其種類繁多、結構復雜、與生產生活聯系密切,使之成為中學化學的難點,會考、高考的熱點,其學習的方法又與無機化學的學習有明顯的不同之處.如果不幫助學生總結有機化學的特點及學習的一般方法,學生將很難入門.
(1)結構決定性質,進行歸納學習
有機化學學習的一般方法是:結構性質用途制法同類物質.因此,從結構出發,抓住官能團的特性是學好有機化學的關鍵.
例如,醛類物質的官能團為醛基(-CHO),由于醛基的特殊結構決定了醛類物質的化學性質為既可以發生還原反應(與H2加成反應)又可以發生氧化反應(銀鏡反應、與新制氫氧化銅的反應).而含有醛基的物質均可以發生上述反應,如:甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯、葡萄糖、麥芽糖等都可以發生銀鏡反應.
(2)加強針對練習,及時總結規律
通過章節學習得來的知識是零散無序的,在一單元或一專題學完之后,幫助學生進行整理,多加強不同類型題的訓練就顯得尤其重要.教師要引導學生在練中找規律,在做中總結經驗,學以致用,觸類旁通,以提高解題速度,培養歸納能力.
①“價鍵守恒”原理即碳四鍵、氧二鍵、氫一鍵,這是推導、書寫結構式的重要依據.
②根據有機物的衍變關系:烴醇醛羧酸酯,推斷有機物的結構,找出衍變關系中的突破口,然后逐層推導得出結論.
③分子組成為中碳氫原子個數比為1∶[KG-*2]2的有機物完全燃燒后,生成的二氧化碳和水蒸汽的物質的量相等.
④具有相同最簡式的有機物,無論以何種比例混合,只要總質量恒定,完全燃燒時耗氧量和生成的CO2和H2O的量均為定值.
二、研究過程及成果
在研究過程中,通過了解學生的學習情況和學習心理,及時把握了學生的思想動態;通過聽課請教,真實獲取了第一手資料;通過讀書、查閱資料,認真學習,提高了理論基礎并以此來指導實踐;在個人的教育教學實踐中,又不斷總結思考,積累了大量經檢。經過一年的研究工作,現將研究過程和成果總結如下:
1.找到一個好的抓手——結構決定性質,性質決定用途,由個別到一般,讓學生“有法可依”。
無機化學教學中強調“結構決定性質,性質決定用途”的思想,學生在學習有機化學的過程中應體會到這種思想,這讓各類有機物的學習“有法可依”。那么,如何幫助學生找到這個“法”,就是我們在課程的教學設計中始終要關注的核心問題。在有機化學入門學習階段,教師要及時給與學生學法指導:①記憶一些基本概念、規則和事實是學習有機化學的基礎,只有這樣才能保證有效的應用這些知識。要特別注意細節,如化學方程式中不用“等號”而用“箭頭”,并注明反應條件;用結構簡式表示物質的組成。②對照比較,找出其共性和差異,促進新知識的獲得。③學生必須對已學習的知識加以組織和精加工,在零散的知識中找出其內在規律,從而結串成網。④變式練習,舉一反三,促進學生知識地遷移,創造性地解決問題。
2.用生活素材創設學習情境,從生活中走進有機化學。
在教學中可以創設這樣的情境:“傳說在古代的中國,有個叫杜康的人發明了酒。他兒子黑塔也跟杜康學會了釀酒技術。后來,黑塔率族移居現江蘇省鎮江。在那里,他們釀酒后覺得酒糟扔掉可惜,就存放起來,在缸里浸泡。到了二十一日的酉時,一開缸,一股從來沒有聞過的香氣撲鼻而來。在濃郁的香味誘惑下,黑塔嘗了一口,酸甜兼備,味道極佳,便貯藏著作為‘調味漿’。你知道這是什么嗎?它就是‘酉’加‘二十一日’——醋。在日常生活中,我們飲用的食醋,其主要成分是乙酸,因此乙酸又叫醋酸,是大家非常熟悉的一種有機酸,普通醋含醋酸3%~5%,山西陳醋含醋酸7%。我們知道性質決定于結構。下面我們來了解乙酸的分子結構……”這樣引入,激發學生求知的欲望,并將前一課時的內容與本節課的知識建立了聯系。對于一些常見藥品,教師可事先讓學生查閱它的說明書,從商品名、俗名、化學名、分子式、結構式及物質的類別對身邊的常見藥品進行分析,討論常用藥品中的有機成分,引導學生了解有機化合物的分類方法。
3.充分利用演示實驗或學生分組實驗,使教學銜接工作事半功倍。
化學是一門以實驗為基礎的自然科學學科,在教學中改變傳統的教師一言堂,學生被動接受的實驗授課方式,倡導學生主動參與的探究型實驗教學模式對教學大有裨益。如在學習Na和乙醇的反應時,可以先作一個對比實驗——Na放在煤油中的現象。通過實驗學生不僅強化了烴的性質,而且自然得出乙醇和Na反應的實質。這樣就充分利用實驗研究了物質的性質與反應,從結構角度深化了認識。
4.利用電教技術,活化教學銜接。
多媒體和網絡技術被引入課堂教學領域,一定程度上代替了粉筆、黑板等傳統媒體,實現了它們無法實現的教學功能。使用微觀模擬軟件可以幫助學生跨越宏觀和微觀的思維障礙。如在回憶復習甲烷、乙烯的結構和性質時,通過計算機課件展示甲烷、乙烯的立體結構模型;通過實驗錄像再現甲烷、乙烯的燃燒,以及它們與溴的四氯化碳溶液和高錳酸鉀酸性溶液的反應,引導學生討論甲烷、乙烯的結構和性質的相似點和不同點,過渡到烷烴和烯烴的結構和性質的相似性和差異性上。多媒體等網絡技術的應用,豐富了教學手段,增加了教學資源,擴大了課堂容量,拓寬了學生視野,激發了學生學習興趣。同時,傳統教學和現代教學有機結合,揚長補短,相得益彰,提高了教與學的效果。
5.積極開展校本課程,通過研究性學習,聯系無機化學與有機化學,拓寬學生的視野。
校本課程的開展為學生研究性學習提供了有力保障,讓學生聯系課堂的知識去拓展,又可以應用于課堂,打破了傳統課堂教學模式,給學生以研究過程的體驗,激發起學生對科學研究的意識和興趣。在教學過程中可以和無機化學教學相類似,多開展研究性學習,實施STS教育,使學生通過實踐獲得直接體驗。如學生就結合學習工具——修正液,提出了這樣的課題,“修正液的成分分析及利弊探討”,在這樣的研究實踐中,學生不僅興致高漲,充滿熱情,而且綜合能力也得到進一步提高。
中圖分類號:G634 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)06(b)-0000-02
在人類已知的化合物中,有機化合物占多絕大多數。與生命有關的有機化合物使地球充滿了生機和活力,新合成的數以千萬計的有機物豐富了我們的物質世界,滿足了人們的社會需要,提高了人們對物質及其變化的認識,有機物在我們的生活中無處不在,學習有機化學能激發學生學習化學的興趣,提高學生的科學素養。
有機模塊的課程標準要求:(1)初步掌握有機化合物的組成、結構、性質等方面的基礎知識;(2)認識實驗在有機化合物研究中的重要作用,了解有機化學研究的基本方法,掌握有關實驗的基本技能;(3)認識有機化合物在人類生活和社會經濟發展中的重要意義。
新課程倡導“從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發,幫助學生認識化學與人類生活的密切關系,關注人類面臨的與化學相關的社會問題,培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力。”“了解化學科學發展的主要線索,理解基本的化學概念和原理,認識化學現象的本質,理解化學變化的基本規律,形成有關化學科學的基本觀念”。依據以上標準有機教材在編排上力求從學生熟悉的有機物入手,通過各種模型、圖片、資料卡片、學生活動、思考與交流、實驗探究等欄目引導學生主動參與多種探究活動,經歷探究的過程,激發學習的興趣,通過生動直觀的表象,建立空間立體感,理解有機化學化學結構和性質及其用途之間的規律,及其現象的本質原因,形成有機化學的基本觀念:分類觀、結構與性質觀、反應觀等,學會觀察、實驗、查閱資料等收集信息的手段,及比較、分類、歸納、概括等方法。尤其是歸納法和演繹法,由典型代表物的性質推測出一類物質的性質,由一類物質的性質分析具體物質的性質。通過有機化學的學習,使學生感受到了有機化學結構上的奇妙與和諧,深刻體驗到了化學對個人和社會的貢獻。
有機化學有與無機化學學習相似的規律,也有其獨有的規律。下面以烷烴為例,探討有機化學的學習規律,認識有機化學結構和性質、用途之間的關系,掌握學習有機化學的方法及實驗技能,認識有機物對人類的重要作用。
烷烴是學習有機化學的基礎,是學習有機化學的門檻,在烷烴的學習中集中有機化學的核心概念――同系物和同分異構體,學習本章目的在于使學生初步了解學習化學的思維方法。
1 樹立結構決定性質的觀念――結構觀
1.1 建立立體結構
(1) 原子的成鍵方式及成鍵特征;
(2) 空間結構及原子的空間環境;
(3) 具體方法――物質結構理論、模型演示、動畫、學生自制模型;
(4) 關于結構的幾種表示方法――分子式、結構式、結構簡式、空間構型
以最簡單的有機物――甲烷為例,從物質結構分析碳原子的原子結構分析其成鍵方式,確定甲烷的分子式、電子式、結構式,分析化學鍵特征,在鍵長、鍵能、鍵角上都相等;再讓學生以碳原子為核心自制球棍模型,探究甲烷的空間結構:平面正四邊形、正四面體結構;用圖片和動畫、球棍模型和比例模型展示甲烷的正四面體結構,并與平面正四邊形進行比較:正四面體結構,鍵角是109?28?,四個氫原子的絕對位置和相對位置相同;若是平面正四邊形,鍵角是90 ?,四個氫原子的絕對位置相同,相對位置不同,C-H鍵成90?,C-H鍵成180?,這樣的區分為甲烷的取代反應生成物二氯甲烷只有一種結構埋下伏筆,從性質驗證反映其結構。后續課程從同分異構體的角度:二氯甲烷不存在同化異構體反證了甲烷的四面體結構,但學生對二氟二氯甲烷的在平面上不同寫法還不能區分,認為是同一種物質,說明學生對甲烷的四面體結構還沒有真正理解,學生對知識的理解是一個漸近的過程。
1.2 抓結構特點
甲烷的結構的典型特點是有C-H,立體結構。分析結構特點就從三個方面來看:(1)看化學鍵;(2)看原子間的連接方式;(3)看連接形狀及空間形狀:鏈和環;立體和平面。這樣從結構相似分析認識有機物的類別。比如烷烴的特點是:C-C,C-H;C-C連接成鏈狀;立體結構:看立體結構,一方面要看原子在空間的位置是平面結構還是立體結構,另一方面要看原子在空間的相對位置,是軸對稱圖形還是中心對稱圖形,哪些原子的空間位置相同,哪些不同。理解C-C單鍵可以旋轉,以C為核心的四個單鍵所成的原子或原子團在空間成立體結構,所以C原子周圍的四個單鍵所連接的原子或原子團可以任意互換。如果學生對這樣的結構認識比較深刻,學生看到物質的結構簡式,就很容易認識烷烴,不會由于在紙面上的位置不同,而誤認為是不同的物質。
1.3 抓結構的典型特征推測可能的斷鍵形式
把結構與化學反應的實質結合起來,學習有機反應,應抓住結構上的典型特點。比如烷烴的性質,主要的斷鍵形式是C-H斷裂,H原子被其它的原子或原子團所代替,發生取代反應。而以后要學的烯烴的性質,結構上的典型特點是C=C鍵,反應時,C=C鍵中一個鍵發生斷裂,在雙鍵兩側的碳原子各加上一個原子或原子團,這就是加成反應。
2 抓典型物質的典型性質――典型觀
2.1 與生活實際相聯系激發學生的學習興趣
有機物中最簡單有機物是甲烷,甲烷是重要的燃燒和化工原料,是重要的能源物質,是我國“西氣東輸”的重要工程,使學生認識到化學就在我們的身邊。提出問題甲烷為什么能做為能源物質和化工原料呢?
2.2 結構預測――可能的斷鍵和成鍵形式、實驗驗證
在分析甲烷結構的基礎上引導學學生探究分析C-H比較穩定,但在一定的條件也可以斷裂,可能的斷鍵形式,共有4個C-H可能斷裂,4個C-H可能一次斷裂或逐次斷裂
2.3 反應類型
穩定性:不與強酸強堿強氧化劑反應;一定條件下反應:燃燒反應――燃燒熱值大,燃燒產物無污染――高效清潔:學生寫熱化學方程式(復習已有的知識),寫化學方程式,與無機反應相區別“”,燃燒產物及應用:作為燃料的原因。在此基礎上引導學生進行元素的定性分析方法:
取代反應:結構預測――可能的斷鍵形式C-H;實驗驗證:甲烷與氯氣在光照條件下反應:探究反應的條件,通過實驗現象推測反應的產物。結合甲烷的空間結構和現象分析甲烷與氯氣的取代反應:斷鍵實質、產物,從而歸納總結取代反應是烷烴的特征反應。斷鍵的實質是C-H鍵發生斷裂,H原子被其它原子或原子團所取代,取代反應的比例關系是n(H):n(X2)=1:1,原子的空間位置保持不變,為鹵代烴的同分異構的思維形成作準備。由于甲烷中有四個H原子,取代反應是逐次進行的,所以取代反應的產物從一鹵代烴到四鹵代烴,產物為混合物,在烷烴的應用上通常不用于鹵代烴的制備,烷烴取代反應的意義更在于讓學生認識引導學生從結構上分析物質的性質,理解取代反應和斷鍵形式的關系,從而拉開有機學習的序幕。掌握學習有機化學的學習方法:結構性質反應用途。
3 抓住核心概念的學習――同系物、同分異構體
同系物和同分異構體的學習是有機化學中重要的核心概念。這兩個概念貫穿有機化學學習的始終,同系物概念的學習是有機物類別學習的重要體現。同分異構的學習,使學生認識到有機物與無機物在結構的典型差別,認識到有機物種類繁多的原因。引導學生建立這兩種概念的學習方式和思維方法,就顯得尤為重要。
從烷烴的甲烷入手,復習甲烷的性質,穩定性,取代反應;理解其結構特點,是一個四面體結構,空間中的四個氫原子的位置,為其氯代物是否有同分異構體作伏筆,也為理解烷烴的立體結構作準備。學習中雖然通過展示了甲烷的球棍模型和比例模型,力求建立空間立體概念,理解其氫原子只有一種,但在判斷二氟二氯甲烷的結構有幾種時,部分學生仍然寫成兩種甚至是更多種,說明學生對甲烷空間的立體結構并沒有真正的理解,在其潛意識里還認為是平面結構,可見學生對知識的理解是一個漸近的過程。在理解鞏固甲烷結構和性質的基礎上,引導學生學習其它的烴,從結構性質進行分析,這些物質在結構上的特點是:從元素組成上分,只有C和H兩種元素;從原子的成鍵方式看:C-C,C-H;從C原子的聯結方式上看,C-C連接成鏈狀;從空間結構上看C-C和C-H在空間連接上成立體結構;從分子組成上看,相差n個CH2原子團,通式相通都是CnH2n+2。從以上分析可知:烷烴在結構上相似,在分子組成上相差一個或若干個CH2原子團。在分析其性質,學生觀察書上的數據,發現烷烴在物理性質從狀態、密度、熔沸點上都呈現規律性的變化;又從其結構上的相似性推測,其它烷烴的化學性質也相似,都不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,都能和鹵素單質發生取代反應。從以上結構和性質兩個方面進行歸納總結,這一類物質的間關系就是同系物關系。類似與無機化學的同主族元素。找出同系物的同和異,同系物一定是同一類物質,通式相同,結構相似,化學性質相似;異:分子式不同,相差n個CH2原子團,物理性質熔沸點一定不同。并與已學過的易混概念相比較:同位素、同素異形體、同種物質相比較,進行概念辨析。同系物的關鍵點在于讓學生理解同系物一定是同一類物質。
同分異構體的學習第一個層次重在理解結構上不同,雖然在紙面上的寫法不同,但卻是同種結構。第二個層次,是學會寫同分異構體,這是以后寫其它類別物質同分異構體的基礎,能寫出主鏈、支鏈,怎樣確定支鏈及支鏈的位置,怎樣找對稱;同分異構體書寫后能從對稱的角度:軸對稱或中心對稱,理解C-C可以旋轉,C原子周圍的四個單鍵不論在紙面上何種寫法,但結構只有一種,理解C原子的種類和H原子種類,為鹵代烴的同化異構體的書寫提供固著點。向學生滲透同分異構體的不同類別:碳干異構和位置異構。烷烴同分異構體的核心是抓住C-C可以旋轉,C原子周圍連接的四個單鍵的原子或原子團的空間位置相同;理解對稱軸和對稱中心。
在變式訓練中,學會抓住辨別同系物、同分異構體、同位素、同種物質、同位素、同素異形體、同種物質之間關鍵要素。同系物是同類物質,C數不同;同分異構體,是分子式相同,結構不同;同位素是同種原子;同種物質只是狀態不同;同素異形體,是同種元素的原子組成物質的原子個數或結構不同。
總之在有機化學入門學習時,抓住烷烴以上方面的學習,能迅速找到有機學習的敲門磚,為順利有效地進行后續有機化學的學習,掌握學習有機化學的思路方法打下扎實的基礎。
參考文獻
[1] 夏軍.淺談蘇教版《有機化學基礎》中科學方法的教育[J].中學生數理化(高中版?學研版),2011年02期.
[2] 劉蕾.中學有機化學知識內容的分析及教學策略研究[D].山東師范大學,2005年.
一、根據學科特點,掌握認識問題的一般方法
有機化學是中學化學重要組成部分、從物質的數量上講有機物的種類達千萬種,是無機物的近百倍。尤其是有機化學進入生命科學領域,正在發揮日益重要的作用。在近幾年高考中有機化學與生物的綜合也相當多。中學有機化學是有機化學中最簡單、最基礎的部分,但整個有機化學的學習方法對了解更多的有機知識、研究更廣闊的有機領域有著重要的意義。同學剛接觸到有機化學,興趣很濃。這時候,是再一次激發學生學習興趣的最佳時期,也是進行學習方法與學習能力培養的最佳時期。但由于有機化學其種類繁多、結構復雜、與生產生活聯系密切,使之成為中學化學的難點,會考、高考的熱點,其學習的方法又與無機化學的學習有明顯的不同之處。如果不幫助學生總結有機化學的特點及學習的一般方法學生將很難入門。
(1):結構決定性質—學習有機化學的法寶。于是在教完甲烷、乙烯之后,我就總結出有機化學學習的一般規律與方法:結構性質(物理性質、化學性質)用途制法(工業制法、實驗室制法)一類物質。因此學習有機化學要從結構出發,了解每一類有機物的結構特點,比較不同類有機物結構上的差異,掌握有機反應中有機物結構上的變化等等。在教學中反復強調這樣的學習方法:結構性質用途制法一類物質。結構決定性質,性質反映結構在有機化學中表現得特別明顯,這不僅表現在化學性質中,同時也體現在物理性質上。因此教育學生在有機化學的學習中,要善于利用好這個法寶。這樣在有機化學學習時能觸類旁通,收到事半功倍之效果。
比如在“乙炔”的教學,我就先出示乙炔分子的球棍結構模型,介紹乙炔分子的結構后。我讓學生預測乙炔的化學性質,班里大多數同學都能說出其化學性質。到了講烴的衍生物,我又特別強調了官能團的作用,再次強調這樣的學習方法:結構(官能團)性質用途制法一類物質。我請同學自己站起來闡述這樣的研究方法,我順著這樣的思路一點一點地講下去,很清晰,學生自己掌握,復習時也就感覺到有規律可循、有方法可用。有機化學其實很好學,重要的是要培養學生學習方法,時時提醒學生,以后就是進入高一級學校,有機化學的學習與研究也采用的是同樣的方法,這在一定程度上也激發了他們學習與探索的興趣。
(2):普遍性與特殊性的共存。有機物雖然種類繁多,但有同系物,而同系物的結構和性質是相似的,這就是普遍性。因此,在復習時只要認真弄懂一個或幾個化合物,就可推知其它同系物的性質,從而把龐大的有機物體系化和規律化。但是,任何特殊性都不能完全包括在普遍性之中,學習中要善于在有機物的特殊性中發現普遍性,又要在普遍性的指導下研究特殊性。以醇為例:醇類能催化氧化為醛、發生消去生成烯,但(CH3)3C-OH不能氧化成醛,CH3-OH、(CH3)3C-CH2-OH不能消去生成烯,這是普遍性與特殊性的關系。乙醇能與水互溶,但維生素A難溶于水;乙醇與甲醚雖然組成相同,但由于結構不同,兩物質的熔沸點等性質相差甚遠。前者是量變引起了質變,后者是質變引起量變。乙醇、苯酚、乙酸、葡萄糖分子中均含有羥基,因而它們都能與金屬鈉反應放出氫氣,但由于與羥基相連的基團各不相同,基團間相互影響的結果使羥基表現出來的性質又具有明顯的差異,如:乙醇、葡萄糖溶液呈中性,苯酚溶液呈弱酸性,乙酸溶液呈明顯酸性,這是普遍聯系與相互影響的辯證關系。
二、立足基礎,訓練學生邏輯思維方法
科學方法的第二層次為邏輯思維方法,即進行化學思維,通過分析、綜合、抽象、概括、歸納、總結等過程,最后上升為理論的形式。邏輯思維就是要運用唯物辯證法去分析,判斷和推理的思考方法,邏輯思維須依據正確的概念和判斷。知識是思維的基礎,思維的無序主要是貯存在大腦中的各知識點的無序。因此,教學中教師應首先抓“雙基”的落實,抓知識點的橫縱聯系,幫助學生養成整理知識點的習慣,串點成線,交線成網,使各知識點系統化、網絡化,網絡化的知識便于記憶,便于有序地貯存在大腦中。因此,培養學生思維的邏輯性,首先必須加強基本概念的學習,并對其能夠透徹理解。在有機化學基本原理的教學中,引導學生通過分析,綜合、比較、判斷、推理等邏輯思維過程,掌握其來龍去脈。解題時,將新問題納入網絡中,產生對應的遷移。
教學中,我首先強調有機物分子式、電子式、結構式、結構簡式書寫的熟練性和規范性。同分異構體、同系物等各個概念的落實。再是幫助學生養成整理知識點的習慣,串點成線。如在學完烴和烴的衍生物后,可以列以下表格讓學生完成,以提高比較和記憶。
類別通式官能團代表物主要化學性質烷烴烯烴……
基礎知識掌握后要引導學生橫向聯想,提高思維的靈活性。如在學習了烴的空間結構后,學生已掌握了乙烯的平面結構,即兩個碳原子和四個氫原子在一個平面上,在此基礎上,可進行如下練習:下列結構中,所有碳原子是否在同一個平面上:A、B、僅僅在橫向上產生聯想是不夠的,還要積極引導學生向縱向深入,加強縱向化學知識的聯系和綜合,即學科內綜合,其目的是培養學生思維的流暢性。思維流暢,聯想豐富,能夠在短時間內形成較多的知識信息和解題方法,從而迅速解答題目,一般可通過對綜合題的分析、練習來達到目的。如:在學習了烴和烴的衍生物知識后,都知道有機物的結構和衍變關系非常重要,我們可以通過一些衍變關系來進行歸納復習,使學生的知識縱向深入,把不同類別的有機物進行有機聯系。例如某有機物A有如下轉化關系,若G中含有四個碳原子,分別寫出A、B、C、D、E、F、G的結構簡式?通過對該題的練習,使學生對鹵代烴、烯烴、醇、醛、羧酸、酯的知識(特別是衍變關系)得到系統復習和比較,思維縱向發展,形成了知識鏈。
可見根據問題的因果關系和類屬關系,用發展變化的觀點去分析綜合,使學生的思維靈活多變,不斷形成科學的思維的方法。
三.以實驗方法為載體,提升學生分析和解決問題的能力
科學方法的第三層次為分析、解決問題的方法。縱觀中學化學教學,在這種層次上的科學方法包括實驗法、守恒法、極限法、圖像法等。而實驗法是又是有機教學中最為常用的方法也是培養學生相當高的獨立探索能力和創造性的一種方法。我認為在實際教學過程中,可把培養學生的實驗能力具體歸為以下幾個方面:1、按一定的認知目的安排觀察或實驗活動2、讓學生獨立地完成觀察與實驗3、啟發并指導學生得出正確合理的結論并進行報告4、可能的情況下,讓學生通過設計實驗來說明問題,讓學生從不同的角度去理解、掌握知識,達到“求異”的目的。
如:在講授乙醛的性質的時候,我先在課堂上演示乙醛的銀鏡反應和乙醛與新制的氫氧化銅的反應,強調一些在實驗過程中應該注意的問題,然后我就請兩個同學來演示用甲醛代替乙醛的同樣反應,要求其他同學注意觀察并指出其錯誤,并讓他們根據他們所操作的實驗結果引出正確的結論。通過這些課堂實驗,及時糾正錯誤,學生感受頗深,他們自己做實驗時就很動腦筋,也很規范,提高了他們的觀察能力和實驗能力。
又如:在醇、酚、醛的化學性質實驗教學中,先以一組設疑作為前導,啟迪思維:(1)做乙醇與鈉反應的實驗,為什么要用無水乙醇?而做醇的氧化實驗時用95o/o的乙醇?(2)苯酚為什么能溶于氫氧化鈉溶液?而不溶于碳酸氫鈉溶液?這組實驗設疑不但可以促學生邊實驗邊思考,而且可以達到溫故知新的效果。在實驗過程中,我一邊巡回指導,用敏銳的眼光撲捉學生心靈的信息,一邊根據實驗的不同階段,巧妙、及時設疑:(1)醛與新制Cu(OH)2反應,為什么會出現藍—綠—黃—磚紅色沉淀?(2)做銀鏡實驗需要注意什么?否者會引起什么現象?通過這組設疑,提高學生對實驗現象的觀察能力,訓練和活躍了他們的思維。在實驗小結時,將一組有一定深度的問題留給學生:(1)以實驗結果歸納醇、酚、醛在結構和化學性質上有哪些共性和差異性?(2)用簡單的方法區別丙三醇、乙醛、苯酚、苯甲醛。這樣一環扣一環,步步設疑,步步深入,步步點撥,培養學生歸納總結和研討問題的能力。:
又如在講授了醇羥基,酚羥基和羧羥基的活潑性的比較后,我就要求學生通過實驗驗證。在我的提示下很多同學都能通過測量對應鈉鹽的PH值,比較三種不同羥基中氫原子的活潑性。在很多教學中我都采取了學生實驗證明的方法。這樣不僅增強了學生敢于質疑、敢于向友威挑戰的勇氣和批判思維這一創新人才必備用金素質;通過發現問題分析問題制定方案實施方案評價比較的過程,使學生科學的學習方法得到了有效的訓練;通過設想方案、動手改進、展現成果的探究過程,學生享受到了成功的快樂和激發了學習熱情;激起學生學習的興趣,也很大程度提升了學生分析和解決問題能力。
達爾文曾經說過:“最有價值的知識是關于方法的指示。”方法的學習和掌握需要在教與學具體協同過程中進行,只有重視方法的教育,才能使學生學會學習,才能真正培養和發展學生智能,落實素質教育。
參考文獻
關鍵詞:有機物組成和結構;教學實錄;知識價值
文章編號:1005?6629(2014)3?0044?05 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
1 教學分析
1.1 對教學內容的分析
本節課的教學內容選自蘇教版選修5專題1第一單元“科學家怎樣研究有機物”。“有機物組成和結構的研究”的教學內容蘊含著豐富的知識價值,主要體現在:
第一,組成和結構問題是化學的基本問題,是進一步研究反應問題的重要基礎。毫無疑問,本節課的學習將會涉及有關的研究方法及其應用,可以增進學生對化學科學方法及其相互聯系的了解。分子生物學、天然有機化學、醫學以及材料學等領域都要涉及有機物的組成和結構研究。本節課的學習無疑可以作為這些領域的學習、研究基礎,并且跟《實驗化學》模塊中現代實驗方法的學習有著更為直接的聯系。
第二,促進學生發展的認知價值。本課的內容體現了有機物研究的一般程序和方法,教學中要讓學生體會到研究有機物組成和結構的基本流程和思想方法,并能將這些思想方法運用于以后的有機化學的學習中,對學生認識、了解和體會在化學問題解決中靈活應用多種學科知識和方法的重要性有著典型的意義,能有效地培養學生的有關意識,從而使學生在認知水平和認知能力上得到提升和發展。
1.2 學情分析
高二的學生已經通過化學必修2的學習對一些常見而典型的有機物的性質有一定的認識和了解,化學必修1專題1的學習培養了學生基本的實驗能力和科學素養,為實驗設計奠定了一定的基礎。同時學生也初步具備了運用現代網絡資源獲取信息的能力。
但同時筆者了解到:學生常常覺得有機化學比無機化學更難學,原因在于方程式更復雜,背起來更難。在學生的頭腦中,化學就是要背要記很多知識,我們把這種情況稱為“學習化學還沒入門”。化學學習的門到底是什么?應該是化學學科的思想和方法。如果課堂教學沒有對學生思想和方法的引領,沒有對教學內容內在價值的深刻理解,那么教學就只是“知識的堆砌”,學生接受的是沒有形成系統的散亂的知識,而沒有在頭腦中形成知識的整體框架和核心觀念;學生接受的是解題技巧的訓練,而沒有對化學學科思想和方法有初步的認識。這樣的學生永遠入不了化學的門。
鑒于以上對教學內容和學生情況的分析,筆者認為本節課的教學應從挖掘知識的內在價值入手,讓學生體會其中的實用價值、學科價值和學習價值,從而實現從具體性知識傳授到核心觀念建構,從知識解析為本到促進學生認知發展為本。
2 教學目標
2.1 知識與技能
(1)了解有機化合物結構測定的一般步驟和程序,能進行確定有機物分子式的簡單計算。
(2)初步學會識別質譜、紅外光譜、核磁共振氫譜。
2.2 過程與方法
(1)通過有機化合物分子式的確定知道定性和定量分析在有機化學中的應用。
(2)通過有機化合物結構式的確定了解光譜分析在有機化學中的應用。
2.3 情感態度與價值觀
感受現代物理學及計算機技術對有機化學發展的推動作用,體驗嚴謹、求實的有機化合物研究過程。
3 教學實錄
環節一 設置情境,懸疑激趣
[師]在人類衣食住行所需的物品中,有許多是有機物,有機物是我們生活不可或缺的物質。
[師](出示一種有機物樣品R),它是生命代謝產物之一,通過測定它在血液中的含量可以測運動強度。
[投影]新聞:花游姑娘上岸就“扎針”(北青網法制晚報)
[投影]圖片展示R在食品行業、醫藥行業、化妝品業、農畜業方面的廣泛應用。
[師]如果想知道R是什么物質,你的思路是怎樣的?
[生]必須先知道它的組成和結構。
[板書]有機化合物組成和結構的研究
設計意圖:通過介紹未知物R在實際中的廣泛應用,激發學生的認知興趣,并將測定未知物R的結構作為一條情境線索貫穿本節課教學始終,并通過任務驅動學生的認知發展。
環節二 方案探討,體會方法
[師]課前布置了自主學習的任務,請同學們設計實驗方案測定物質R的元素組成和含量。下面請同學匯報設計方案。
[生]
先燃燒得到CO2和水,然后通過一定的物質吸收二氧化碳和水,再根據質量守恒定律,從二氧化碳和水的質量求得碳和氫的質量,再求得氧的質量。
[師]請同學評價剛才的實驗方案。
[生1]方案基本可行,但是我擔心燃燒是否充分。
[師]他想到了實驗的一個關鍵點,如果燃燒不充分生成了CO,那么通過該裝置測得的元素含量就不準確,顯然實驗中還有很多細節問題需要我們進一步考慮。
[生2]我覺得根據已知事實不能確定R中不含有C、H、O以外的其他元素!
[生3]我覺得這個裝置能測定有機物的組成,但是無法測定有機物的結構。
[師]還有同學設計了這樣的實驗裝置(如圖2):
請同學評價這兩套實驗方案。
[生1]這個裝置把O2換成了CuO,我覺得可以接觸充分,保證有機物完全燃燒。
[生2]差不多,大同小異。
[師]“同”在哪里?“異”在哪里?
[生]原理大致相同,但是細節上有差別。
[師]請大家對比以下三種物質的碳含量:C4H10:82.8%;C5H12:83.3%;C6H14:83.7%。你能得出什么結論?
[生]這個測定實驗的精確度要求較高,元素含量的細微差別將導致分子式測定的差異。
[師]如果有機物中還含有C、H、O以外的其他元素,用什么方法能完成對其他元素的測定呢?
[生]鈉熔法、銅絲燃燒法。
[師]燃燒法和鈉熔法均采取了怎樣的思路完成對有機物組成的確定呢?
[生]轉化為易測定的無機物,例如二氧化碳、水。
[師]是的,當遇到難以測定的物質時,應想辦法轉化為易測定的物質。轉化法是研究的一種重要思路。
設計意圖:通過討論和評價測定有機物組成元素和含量的實驗方案,讓學生體會有機物研究中的重要方法――轉化法和實驗法,同時培養學生評價反思的能力和嚴謹的態度。
環節三 回顧歷史,體驗成功艱辛
[師]通過討論我們基本確定了實驗方案。雖然方案設計出來了,但還只是紙上談兵,真正要將方案付諸實施,還會面臨很多問題。其實大家的想法和兩百年前的科學家不謀而合,科學家們將方案付諸于實踐。下面我們來看幾位科學家的研究工作:
[投影]
設計意圖:通過確定有機物R的分子式的計算,讓學生總結和體會確定有機物分子式的一般思路。
環節五 類比思維,確定結構
[師]請每個同學嘗試寫出分子式為C3H6O3的有機物可能的結構。
[生]書寫的結構中原子之間有多種連接順序和結合方式。
[師]大家寫出了這么多種結構,你能從中確定R的結構嗎?你有沒有解決問題的辦法呢?
[師]李比希和維勒在19世紀時就已發現同一種分子式出現不同的結構的現象,當時兩人各自得到的兩種性質完全不同的物質――氰酸和雷酸,但經測定這兩種分子組成完全相同,隨后由貝采尼烏斯提出了“同分異性”,后改為“同分異構”。
同分異構現象的存在給確定有機物結構帶來了困難。怎樣才能快速確定有機物的結構,這是在當時實驗手段還不完善的情況下科學家面臨的又一難題。李比希和維勒巧妙地解決了這個問題。他們共同提出了基團理論,最早開展了對有機分子結構理論的探索。
[投影]
[師] 1832年李比希和維勒從苦杏仁中得到液態杏仁油(化學名叫苯甲醛C7H6O),由其制備出一系列衍生物,如苯甲酸(C7H6O2)、苯酰氯(C7H5ClO)等。他們分析了這些衍生物,發現其中都存在著起基本主體作用的基團C7H5O。這種基團若加上H、OH、Cl和NH2就能生成上述各種有機物質。這種現象猶如一個氫原子加上H、OH、Cl和NH2就能生成H2、H2O、HCl和NH3分子一樣。也就是說,在無機化合物里一個原子所起的作用,在有機化合物方面所不同的是一個基團(或原子團)在起著作用。
由此可見,有機物雖然復雜繁多,然而通過跟簡單的無機物的對比之后,就會發現研究工作變得簡單明確得多。
[師]從李比希的這項貢獻中你能受到哪些啟發?
[生1]李比希采用了有機物和無機物對比的方法。
[生2]可以從基團的角度研究有機物。
[師]是的。李比希提出了基團的概念,由基團衍生出另一個概念叫官能團。從基團和官能團的角度研究有機物的結構可以事半功倍。如何將有機物的結構和有機物的特性掛鉤呢?
[生]可以從性質推測有機物中含有的基團或官能團,再將基團拼起來。
[投影]
設計意圖:首先通過學生書寫R的結構體會結構的多樣性,再對比李比希的基團理論得出確定有機物結構的思路。
[師]從你所掌握的信息中,你猜測有機物R中有哪些官能團呢?
[生1] R是酸味劑、調節pH,所以有酸性,具有羧基。
[生2]能發生聚合反應,所以有羥基。
[實驗1] R中加石蕊指示劑
[實驗現象]溶液變紅。
[實驗2] R中加金屬鈉
[實驗現象]反應劇烈,產生氣體,并發生燃燒。
[師]通過實驗你得出了什么結論?
[生1] R中有羧基和羥基。
[師]經紅外光譜分析可以確定R中有羥基和羧基,經核磁共振譜圖分析可以確定R中有四種化學環境不同的氫原子,其個數比為3:1:1:1,結合這兩個結構信息,我們最后確定的R是怎樣的結構?
[師]原來R就是生命活動的代謝產物之一的乳酸,它同時在生產生活的各個領域有著重要的應用。
[師]通過這堂課的學習你認為研究有機物的組成和結構常用哪些方法?
[生]談收獲和體會。
[投影]
(1)轉化法是研究的一種重要方法;
(2)實驗法是有機化學研究的基本方法;
(3)類比遷移法是科學研究的常用方法;
(4)基團拼接法常用于確定有機物的結構。
5 教學反思
5.1 通過歷史的視角凸顯學科思維方法,讓學生經歷科學家的探索過程
著名化學家徐光憲教授曾經說:我認為化學的教學要把21世紀化學的生動活潑的、立體多維的形象向學生展示出來。他認為:不要只講靜態的當代化學,要回顧歷史和展望未來。因此本節課以李比希等科學家測定有機物分子組成和結構的研究過程為思維主線,通過三組化學史實的介紹讓學生體驗研究過程的艱辛,獲得研究思路的啟發,從而收獲成功的喜悅,體驗情感的沖擊。
第二組化學史實是李比希提出基團理論。從李比希和維勒發現同分異構現象到為了解決這個問題嘗試從結構角度思考問題,通過有機物和無機物的類比提出基團理論的全過程展現給學生,學生從中能領會科學家是怎樣思考問題的,并從科學家的思路中獲得研究思路的啟發和靈感,從而學習解決問題的類比遷移法。
第三組化學史實是有機物結構測定在歷年諾貝爾獎的獲獎情況介紹,激發學生了解現代物理方法測定有機物結構的興趣。
5.2 通過情境的設置突出知識的應用價值,讓學生體驗問題解決的過程
“有機物組成和結構的研究”這節課理論性較強,所以教學中應盡量貼近學生生活。因此教學中以未知物R(乳酸)的結構測定作為主線貫穿本節課的始終,從一開始以神奇的有機物R在生命活動中的作用到R在各領域的廣泛應用這樣的生活化情境引入課題,激發學生的探求欲望,到課的展開過程中始終以“確定R的組成和結構”作為任務進行驅動,將學生的思維始終置于懸疑狀態,通過解決實際問題的形式將“裸露”的知識“包裝”起來,讓學生覺得學習是有意義的,為生成有效的課堂奠定了興趣基礎。
5.3 通過問題的引導突破認知瓶頸,提升學生的思維能力
教學過程中教師提問的形式、提問的內容、提問的時機都將影響學生思維能力的提升。北師大王磊教授提出:教師的提問中有利于學生認識發展的問題主要是關系性問題、為什么性問題、怎么辦的問題、思路性問題。關系性問題就是引導學生認識事物和知識之間的內在聯系的問題,思路性問題就是展現學生思維過程和思維方法的問題。這堂課將思路性問題貫穿課堂的始終,設計了這樣幾個思路性問題:
在討論學生設計的測定有機物組成元素的實驗方案時,追問設計方案的學生,“你的設計思路是怎樣的?”,追問評價的同學,“你還有什么想法?”。
在完成了未知物R的分子式計算后提問,“確定有機物分子式的基本思路是怎樣的?”。
在學生寫出了多種R可能的結構式后,追問“對大家寫出來的這么多種結構,你能從中確定R的結構嗎?你有沒有解決問題的辦法呢?”。
在介紹了基團理論后,繼續讓學生思考“既然基團結構與性質之間存在著緊密的聯系,那么從分子式確定有機物的結構可以遵循怎樣的思路?”、“從李比希的研究過程中你能受到哪些啟發?”。
通過這些問題可以更好地啟發學生思考研究過程中蘊含的思路和方法,使學生達到高層次學習水平。
近年來,隨著我國對創新型人才培養問題的日益重視,大力加強素質教學,培養和激發學生的創造力的同時,進一步鞏固學生的基礎知識就顯得尤為重要[1]。在我國,無論是在綜合性院校、理工科院校,還是職業技術院校,大都開設了高分子的本科專業,包括:高分子化學與物理專業、高分子材料專業以及高分子加工專業等。在課程設置方面,基本都開設了高分子化學、高分子物理和高分子分析方法等基礎課程以及高分子專業基礎實驗。然而我們在教學實踐中發現,學生很難將之前開設的基礎課程中的知識融會貫通,對生活實例不能做出相應合理的解釋。高分子作為一個實用性很強的專業,各門專業課之間有著密切的聯系:利用高分子化學知識合成出不同結構的高分子材料,高分子材料的結構將直接影響其性能,在對材料進行加工時又需要運用高分子物理和流變學等知識[2]。如果學生們不能將專業基礎知識活學活用、融會貫通,那么他們將很難應對高分子專業相關工作中的實際問題。因此,我們嘗試針對高分子專業的培養方案,在開設高分子化學、高分子物理、高分子成型加工以及高分子結構分析方法這些專業課程的基礎上,新增了一門《涂料學》課程,安排在第7學期進行,計劃學時為32學時。力求通過本課程的學習,鞏固之前學到的專業知識并將其融會貫通,同時拓寬學生的知識面,提高其實踐能力。為了達到教學目標,培養出基礎扎實、有創新思維、創新能力的高素質人才,《涂料學》課程的本科教學內容和教學方法的設計就是必須考慮的首要問題。為此,筆者結合從事涂料課程教學與科研的經驗,參考接收本科生進行涂料實習單位的反饋意見,同時結合《涂料學》課程自身特點,做了一些初步的探討。
一、《涂料學》課程的特點和意義
高分子的主要應用領域集中在涂料、塑料、粘合劑和助劑四方面。進入21世紀以來,我國涂料行業發展迅速,對涂料行業科研技術人才的需求量大大增加[3]。為此,在國內一部分高校中的高分子相關專業開設了涂料相關課程。《涂料學》課程是建立在高分子化學、有機化學、無機化學、膠體化學、表面化學與表面物理、流變學、材料力學、光學和顏色學科基礎上的一門綜合性學科,但又不是這些學科的簡單加和而有其自身理論。對于高分子專業的學生而言,如何能將其學到的無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識貫穿統一起來,《涂料學》無疑是一個不二選擇。開設涂料課程,一方面使今后從事涂料行業的學生進入工作崗位后,盡快成為行業技術骨干;另一方面對于今后從事非涂料領域的高分子學生而言,課程的學習過程也是對之前學到的化學和材料學基礎知識鞏固、加強和提高的過程。
二、《涂料學》教學的主要內容
涂料學課程的內容多,課時少,教師難以在短時間內將涂料行業所需的內容講深、講透。在課程教學的過程中,教師應該堅持理論結合實際的教學方針,對知識結構優化調整,做到簡單而不淺顯,深奧而不枯燥。在教學內容上,要注重兩方面的統一:一方面注意《涂料學》課程章節間的聯系和統一,這門課程涉及到涂料概述、顏料、溶劑、樹脂等內容,各部分內容既相對獨立,又相互聯系;另一方面,要把握《涂料學》課程與無機化學、有機化學、物理化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識貫穿統一。教師在教學中應該重點介紹以下內容。
1.涂料的基本知識。這部分內容主要介紹涂料概念、組成、類別、功能以及發展概況。結合日常生活所接觸的涂料,使學生掌握涂料的基本概念、分類和作用。讓學生們了解到,現代涂料學的發展是以化學,特別是高分子科學為基礎,結合界面科學和流變學發展起來的。了解涂料的發展背景和面臨的挑戰,懂得涂料的發展趨勢。通過對目前報道較新的,具有特殊功能的涂料的介紹來激發學生對涂料的興趣,并為以后進行涂料的科學研究開好頭。
2.顏料相關理論。顏料和填料是涂料生產不可缺少的成分之一。其作用不僅是色彩和裝飾性,更重要的是改善涂料的物理化學性能,提高涂層的機械強度、附著力、防腐性能、耐光性和耐候性。讓學生了解遮蓋力、著色力和吸油值等基本概念。在授課過程中,這部分知識與物理化學中的雙電層理論聯系緊密,可以對以前的基礎知識鞏固提高。關于顏料的分散是教學的重點。
3.溶劑知識。溶劑是不包括無溶劑涂料在內的,各種液態涂料中所含有的,為使得液態涂料完成施工過程的必要的一類物質。原則上不構成涂膜,也不存留在涂膜中。在授課過程中,這部分知識與有機化學和高分子物理中的極性、溶解力、粘度等相關知識聯系緊密,可以對以前的基礎知識鞏固提高。在教學中,使學生掌握根據溶劑理論選用溶劑和改善涂料性能,了解有機溶劑對環境的危害,開發綠色水性涂料和高固體份涂料是涂料行業的趨勢。
4.樹脂知識。成膜物質是組成涂料的基礎,它具有粘結涂料中其他組分形成涂膜的功能,對涂料和涂膜的性能起到決定性的作用。例如,在丙烯酸樹脂章節中的內容與高分子化學基礎課中自由基聚合和聚合方法的相關知識密切聯系。不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂和聚氨酯章節中內容與高分子化學基礎課中的縮聚和逐步聚合相關內容聯系緊密。因此,授課的過程也是對以前的知識復習,深入體會和提高的過程,將這些基本知識與涂料制備技術相互滲透,相得益彰,這也正是開設《涂料學》課程的特色。
三、教學方法
1.教學與生活、生產相結合,注重理論聯系實際。涂料是一門理論性和應用性都很強的交叉學科。理論知識比較晦澀,但大多數基本理論知識都已經在本科基礎課教學階段涉及,在涂料課程中只是有針對性的學習,必須與實際結合才能使學得的知識深化和牢固,也才能引起學生的興趣。在教學的初期階段,為了使得學生盡快入門,熟悉涂料學,就要將日常生活、生產與涂料結合,介紹生活和生產中涂料的應用,提高學生從心理上對課程的接受程度。眾所周知,涂料學的特點是“入門易、學懂難”。為了提高教學效率,改善教學效果,必須要注重理論聯系實際。這種聯系實際上是基礎知識與涂料學的聯系;涂料學與實際應用的聯系。把涂料學作為有機化學、高分子化學、高分子物理等基礎知識實踐的對象,會使學生對所學過的基礎知識鞏固提高,為今后打下堅實的理論基礎。在涂料學理論實踐過程中,學生可以去涂料生產廠和研究院所參觀學習。學習涂料生產方法和檢測方法,了解生產設備和檢測儀器設備。學生往往很有興致,注意力高度集中,因此將理論知識寓于合適的實際背景中進行講授效果明顯。
2.開設涂料實驗。在高分子化學實驗的基礎上,開設涂料實驗課程[4]。高分子化學實驗中,一般開設甲基丙烯酸甲酯(或苯乙烯)的乳液聚合、聚酯合成實驗等,可以在這些實驗的基礎上,進一步開設丙烯酸乳液合成、低分子量聚酯合成以及低分子量聚酯與異氰酸酯固化等,并且可以進一步開設乳膠漆的制造、涂料性能檢測等系列實驗,讓學生自己合成樹脂,自己配制涂料,自己對涂料和涂層進行檢測。通過實驗,不但將課堂所學到的理論知識通過實驗鞏固提高,而且訓練學生進行涂料生產和科學研究的方法,培養學生的動手能力,分析和解決問題的能力。
四、結語
總之,筆者對在高分子專業本科教學中開設《涂料學》課程的必要性、優化教學內容、改進教學方法進行了初探,提出開設《涂料學》課程的必要性:一方面,對于處于專業知識學習的學生而言,通過本課程的學習,加強他們對高分子專業基礎知識的鞏固,為今后從事高分子相關專業的工作打好堅實的理論基礎;另一方面,針對今后從事涂料行業的學生,涂料行業快速發展,科技含量越來越高,涂料學課程的開設正好可以滿足涂料行業對大批高層次科研技術人員的需求。
參考文獻:
[1]徐光憲.我對素質教育的認識[J].大學化學,2004,19(3):1-8.
[2]陳立貴,袁新強,李雷權,等.構建符合學校定位的高分子專業人才培養方案的研究[J].科技資訊,2009,(22),161-162.
(1)原子的成鍵方式及成鍵特征。(2)空間結構及原子的空間環境。(3)具體方法——物質結構理論、模型演示、動畫、學生自制模型。(4)關于結構的幾種表示方法——分子式、結構式、結構簡式、空間構型。以最簡單的有機物——甲烷為例,從物質結構分析碳原子的原子結構分析其成鍵方式,確定甲烷的分子式、電子式、結構式,分析化學鍵特征,在鍵長、鍵能、鍵角上都相等;再讓學生以碳原子為核心自制球棍模型,探究甲烷的空間結構:平面正四邊形、正四面體結構;用圖片和動畫、球棍模型和比例模型展示甲烷的正四面體結構,并與平面正四邊形進行比較:正四面體結構,鍵角是109°28′,四個氫原子的絕對位置和相對位置相同;若是平面正四邊形,鍵角是90°,四個氫原子的絕對位置相同,相對位置不同,C-H鍵成90°,C-H鍵成180°,這樣的區分為甲烷的取代反應生成物二氯甲烷只有一種結構埋下伏筆,從性質驗證反映其結構。后續課程從同分異構體的角度:二氯甲烷不存在同化異構體反證了甲烷的四面體結構,但學生對二氟二氯甲烷的在平面上不同寫法還不能區分,認為是同一種物質,說明學生對甲烷的四面體結構還沒有真正理解,學生對知識的理解是一個漸近的過程。
1.2抓結構特點
甲烷的結構的典型特點是有C-H,立體結構。分析結構特點就從三個方面來看:(1)看化學鍵;(2)看原子間的連接方式;(3)看連接形狀及空間形狀:鏈和環;立體和平面。這樣從結構相似分析認識有機物的類別。比如烷烴的特點是:C-C,C-H;C-C連接成鏈狀;立體結構:看立體結構,一方面要看原子在空間的位置是平面結構還是立體結構;另一方面要看原子在空間的相對位置,是軸對稱圖形還是中心對稱圖形,哪些原子的空間位置相同,哪些不同。理解C-C單鍵可以旋轉,以C為核心的四個單鍵所成的原子或原子團在空間成立體結構,所以C原子周圍的四個單鍵所連接的原子或原子團可以任意互換。如果學生對這樣的結構認識比較深刻,學生看到物質的結構簡式,就很容易認識烷烴,不會由于在紙面上的位置不同,而誤認為是不同的物質。
1.3抓結構的典型特征推測可能的斷鍵形式
把結構與化學反應的實質結合起來,學習有機反應,應抓住結構上的典型特點。比如烷烴的性質,主要的斷鍵形式是C-H斷裂,H原子被其它的原子或原子團所代替,發生取代反應。而以后要學的烯烴的性質,結構上的典型特點是C=C鍵,反應時,C=C鍵中一個鍵發生斷裂,在雙鍵兩側的碳原子各加上一個原子或原子團,這就是加成反應。
2抓典型物質的典型性質——典型觀
2.1與生活實際相聯系激發學生的學習興趣
有機物中最簡單有機物是甲烷,甲烷是重要的燃燒和化工原料,是重要的能源物質,是我國“西氣東輸”的重要工程,使學生認識到化學就在我們的身邊。提出問題甲烷為什么能做為能源物質和化工原料呢?
2.2結構預測——可能的斷鍵和成鍵形式、實驗驗證
在分析甲烷結構的基礎上引導學學生探究分析C-H比較穩定,但在一定的條件也可以斷裂,可能的斷鍵形式,共有4個C-H可能斷裂,4個C-H可能一次斷裂或逐次斷裂。
2.3反應類型
穩定性:不與強酸強堿強氧化劑反應;一定條件下反應:燃燒反應——燃燒熱值大,燃燒產物無污染——高效清潔:學生寫熱化學方程式(復習已有的知識),寫化學方程式,與無機反應相區別“”,燃燒產物及應用:作為燃料的原因。在此基礎上引導學生進行元素的定性分析方法:取代反應:結構預測——可能的斷鍵形式C-H;實驗驗證:甲烷與氯氣在光照條件下反應:探究反應的條件,通過實驗現象推測反應的產物。結合甲烷的空間結構和現象分析甲烷與氯氣的取代反應:斷鍵實質、產物,從而歸納總結取代反應是烷烴的特征反應。斷鍵的實質是C-H鍵發生斷裂,H原子被其它原子或原子團所取代,取代反應的比例關系是n(H)∶n(X2)=1∶1,原子的空間位置保持不變,為鹵代烴的同分異構的思維形成作準備。由于甲烷中有四個H原子,取代反應是逐次進行的,所以取代反應的產物從一鹵代烴到四鹵代烴,產物為混合物,在烷烴的應用上通常不用于鹵代烴的制備,烷烴取代反應的意義更在于讓學生認識引導學生從結構上分析物質的性質,理解取代反應和斷鍵形式的關系,從而拉開有機學習的序幕。掌握學習有機化學的學習方法:結構性質反應用途。
①物質的組成、性質、變化;
②化學量及化學用語;
③物質結構和元素周期律;
④化學反應速率和化學平衡;
⑤電解質溶液。
⑵元素及其化合物主要包括:
①金屬部分:堿金屬、鎂鋁、鐵銅等。
②非金屬部分:氫、鹵素、氧族、氮族、碳族等。
⑶有機化學主要包括:
①烴:飽和烴、不飽和烴、芳香烴等。
②烴的衍生物:醇、酚、醛、羧酸、酯、鹵代烴、硝基化合物、糖類、氨基酸、蛋白質等。
③有機材料:天然有機高分子材料、合成材料、新型材料等。
⑷化學實驗主要包括:
①常用儀器的使用與用途;
②化學實驗基本操作;
③氣體的實驗室制法;
④物質的分離、提純和鑒別;
⑤化學實驗的記錄方法和基本實驗的設計等。
⑸化學計算主要包括:
①基本計算:常用量的計算、化學式的計算、溶液的計算、化學方程式的計算等。
②綜合計算:兩種或兩種以上基本計算的綜合應用。
二、能力結構:
⒈觀察能力測試要點:
能夠通過對實驗現象、實物、模型、圖形、圖表、自然界、生產、生活中的化學現象的觀察,獲取有關的感性知識和印象,并對這些感性知識進行初步加工和記憶。
①化學實驗現象的觀察:由此獲得化學抽象概念,如化學原理的實驗分析。
②實物及其模型的觀察:由此思考實物結構特征,如化學物質的結構分析。
③化學圖形圖表的審視:由此捕捉化學隱含信息,如化學規律的函數分析。
④化學自然現象的觀察:由此把握自然現象內涵,如自然現象的實驗分析。
⑤化學生產現象的觀察:由此理解化學技術價值,如生產原理的觀察分析。
⒉實驗能力測試要點:
①用正確的化學實驗基本操作,完成規定的“學生實驗”能力。
②觀察記錄實驗現象,分析和處理實驗結果和數據得出正確結論的能力。
③初步處理實驗過程中有關安全問題的能力。
④能識別和繪制典型的實驗儀器裝置圖的能力。
⑤根據實驗試題的要求,設計簡單實驗方案的能力。
⒊思維能力測試要點:
①對中學化學知識融會貫通的能力。
②解析實際問題(包括對化學微觀結構的三維想象),調用(分解、遷移、轉換、重組)相關知識予以解決的能力。
③處理信息并總結成規律,并用以推理、想象的創造能力。
④選擇解決問題最佳方案的評價能力。
⑤化學問題數學處理的創造能力。
思維品質的層次:
①思維的嚴密性(邏輯性、深刻性、精確性和科學性)和流暢性(敏捷性)。
②思維的整體性(廣闊性、有序性和綜合性)。
③思維的創造性(變通性、獨特性)。
⒋自學能力測試要點:
①敏捷地接受試題所給出的新信息的能力。
一、反思備課過程的教學設計,建構學科觀念
備課過程是根據課程標準的要求,將知識點進行梳理和篩選,結合學生的具體情況選取恰當的教學方法,優化課堂結構,以達到課堂教學效益最優化的目的。反思備課階段主要涉及以下幾方面。
1.教學內容反思
《乙醇》課題內容是以學生初中所學的有機化合物常識為基礎的,提倡從學生的生活經驗出發,在介紹了甲烷、乙烯、苯等烴的基礎上引入的,體現著由淺入深,由簡單到復雜的認知規律。課程標準要求:知道乙醇的組成和主要性質,認識其在日常生活中的應用[2]。教師要從學生生活實際和已有知識出發,從實驗開始組織教學內容,盡力滲透結構分析的觀點。教師需要特別注意的是必修中對有機化合物官能團的學習有所體現,但不能隨意加深。如:乙醇的性質是本節課的重點和難點,教師通過結構分析促進學生理解,但不能推演到醇類的性質,要合理確定教學重點、難點,避免超標增加難度而影響學生學習化學的興趣。
2.班級學情反思
從學生學習能力上看,經過近一個半學期的高中化學學習,學生已經初步學會了分析物質結構與性質的關系。從學生心理情況看,由于本單元知識十分貼近生活,都是生活中經常接觸到的物質,學生的情緒與心理都會處于一種興奮狀態,會產生一種自然的探究欲望。教師把握好上述學生的特點,對培養學生學習化學興趣將會大有幫助。從學生已有的對“乙醇”知識經驗看:知道乙醇的元素組成和化學式,知道乙醇易溶于水,易燃,能做燃料、溶劑。
3.學法教法反思
有機物同無機物相比,在組成、結構、性質等方面有著明顯的差別,因此有機化學知識是高一學生學習的難點之一。由于教學是分別針對某一具體有機物進行的,并且這些有機物的主要性質、典型反應及結構特點等內容有著明顯差異,這些知識間的內在聯系不易被發現或容易忽視[3]。
學生學習過程的主線設計為:從乙醇的組成、結構和性質出發,建立“組成―結構―性質―用途”的有機物學習模式,掌握學習和研究有機物的一般規律,為《有機化學基礎》(選修5)的學習打下堅實的基礎。
教學設計要對知識(教什么)和過程(如何教)做出決策,即要用恰當的方法教最有價值的知識。筆者教學前準備好供全體學生觀看乙醇的大型比例模型和課堂上讓學生自己搭建乙醇的小型球棍模型,化抽象為具體,促進對乙醇分子結構的理解,進而加深對乙醇脫水消去反應和與水對比分別跟鈉反應差異性等性質的牢固掌握。結合本節課課程特點,乙醇教學設計的主線是:詩歌引入小結已知的乙醇用途觀察乙醇物理性質動手搭建乙醇結構模型實驗探究乙醇主要化學性質拓展乙醇用途課后延伸探究。
本節課結束后,筆者發現學生對“結構決定性質”的理解要經歷一個漸進與發展過程。很多學生認為有機物的性質零亂而不系統的,有機反應是通過死記硬背來學習的,這樣造成很大的記憶負擔,覺得有機化合物的學習非常繁雜,學過亦忘記。因此筆者認為:醇羥基官能團是本節課的重難點之所在,要通過“乙醇”學習,建構“結構與組成決定性質,性質決定物質的用途”的學科觀念。
二、反思課堂進程的教學組織,促進有效教學
課堂教學的對象是活潑可愛的學生,因此課堂教學是一個復雜的動態的過程。教學中的反思要求教師全身心投入教學活動,關注所使用的方法和手段以及達到的效果,捕捉教學中的靈感,及時調整設計思路和方法,使課堂教學效果達到最佳。
1.創設情境導入過程的反思
本節課中,由李白《將進酒》:“人生得意須盡歡,莫使金樽空對月”引領學生走進乙醇,通過實物展示多種品牌的酒激發學生的興趣。教師請學生淺嘗葡萄酒,聞高度白酒,觀察乙醇,小結乙醇的物理性質。學生掌握很多關于酒文化的優美詩句,對課上品嘗葡萄酒感覺十分新鮮,學習氣氛很活躍。
但引入的內容不精練,占時過長。教師應力爭用最少的話語、最短的時間,迅速而巧妙地縮短師生間的距離以及學生與教材間的距離,將學生的注意力集中到聽課上來。
2.探究新知建構過程的反思
學習方法的引導要細致。學生進行乙醇催化氧化實驗很是興奮,實驗觀察往往是無序的。結果是實驗場面激動人心,學生描述實驗現象不全面。教師適時加強觀察方法的指導,引導學生從固體、液體、氣體三個方面來觀察和描述,即①固體:銅絲的顏色先后的變化;②液體:銅絲插入乙醇中,乙醇有什么現象;③氣體(或氣味):乙醇的氣味有怎樣變化。學習方法的指導才能更好促進學生的思維品質向更深度發展。同時要引導學生合理安排時間,使整個實驗過程更加緊湊。
教學預設與生成的處理要機智和靈活。學生觀察了乙醇與鈉的實驗,與以前學過的水與鈉進行比較討論。筆者發現討論中凸顯出學生對水的結構不清晰,限制了用類比方法討論的進行。這是課前沒有預設到的,教學時讓兩位學生在黑板上分別寫出乙醇和水的結構式,再鼓勵其他同學給予評判。
要關心學生的個性特點。教師應把自己的角色定位在引導者上,尊重學生的差異和多樣性,把培養學生積極進取、各具特色的個性作為一項重要的教育任務。如:學生討論乙醇與鈉反應機理時,通過有關實驗裝置和獲取的數據,經過合理推算得出:1mol乙醇與足量的鈉反應可得到0.5molH2,那是什么氫原子參加了反應?學生思考有三類氫原子:甲基氫、亞甲基氫和羥基氫,教師適時地從乙醇結構中氫原子的差異與獲得氫氣的比例關系上予啟發、推理。討論過程中教師要允許學生插話,因為課堂插話的學生通常是認真聽課、積極思考、思維敏捷的學生。教師不能為刻意完成教學任務而扼殺學生探究的積極性,可以根據需要適時地調整教學計劃,順應學生探究的需要,即順應學生發展的需要。但如何兼顧學生的發展和課堂時間的緊湊,教師還需要再做深入研討。
要加強知識網絡的構建。學習了乙醇性質,教師幫助學生建立起“乙醇乙醛乙酸”的知識網絡,進一步理解有機物之間的轉化,知道有機反應及有機化合物在生產、科研的重要作用,為后續了解有機合成做鋪墊。課后學生反應終于找到有機物學習入門的感覺,有著恍然大悟之感。
三、反思課后教學的拓展延伸,開展興趣活動
課后教師可以引導學生利用多種資源課后將乙醇內容加以深化,如利用教材“拓展視野”中假酒和交警檢測酒駕知識讓興趣小組學生做課后延伸探究,與課前收集信息設計方案呼應。
一、要強化從感性到理性、從具體到抽象的認識規律
在中學化學教學中,給學生以感性、直觀表象知識能幫助學生建立理性分析的基礎,從而得出規律。如在講述濃度對化學平衡的影響這部分內容時,課本選用了FeCl,溶液和KSCN溶液的反應。也要先弄清楚FeCI,、KSCN、Fe(SCN),、KC1等物質在溶液中的顏色和溶液顏色與溶液濃度的關系,才可進一步認識改變物質濃度對平衡移動方向的影響。為了說明降低反應物濃度平衡向逆反應方向‘轉動,常在反應體系中加入還原鐵粉以降低FeCI,的濃度,使平衡向逆反應方向移動。這種變化可以很容易地通過混合溶液的血紅色變淡而觀察到。但是,Fe“可以氧化Fe而轉變為Fe“;Fe“在水溶液中呈淡綠色等,學生尚未學習,因此,只有在補充了上述知識后,才可加以應用。即只有具備了一定的元素化合物知識,才能通過觀察、思維,形成理論認識的知識體系。
二、適當利用多種教學媒體,給學生豐富的聯想空間,進而理解理論的內涵。
隱喻聯想思維,是指個人可以將截然不同的的事物有機地結合起來。美國創造學專家戈爾頓對隱喻聯想思維提出一個形象的口號“將生疏的事物看得熟悉,將熟悉的事物看得生疏。”有機化合物的同分異構現象和同分異構體的判定對于初學有機化學的學生有一定的難度,難點在于對平面結構式建立起立體空間觀念,學習伊始即應打好基礎。如一氯甲烷不存在異構體,但結構式可有四種形式,若展示一氯甲烷的球棍模型,與四種結構式寫法比較,學生會立即否定一氯甲烷有四種異構體的想法,并為今后認識有機化合物的同分異構現象奠定了以三維立體空間為思考出發點的思路。
三、聯系生活實際,運用比喻,化解難點
聯系學生已有的知識和生活實際,運用事物間的相似性,通過以甲喻乙,由此及彼,以降低理論學習的難度,4使學生盡快地從具體事物過渡到抽象思維,理解事物本質,建立理論概念是理論教學常用的方法。這里,關鍵在于突破難點。譬如,有關可逆過程的動態平衡的性質和特征(如化學平衡、電離平衡、溶解平衡、水解平衡等)常用蓄水池進出水流的速度與池內蓄水量的變化之間的關系比喻化學平衡系統中正、逆反應速度與組分百分含量變化的關系;用蚊蟲逐燈、蜜蜂采蜜、氫原子核外電子照片疊印等比喻模擬電子運動,想象電子云的形象;以“頭碰頭”、“肩并肩”比喻電子云重疊方式等。應當明確,比喻具有“啟發入門”、“搭橋過渡”的作用,利于學生接受理論,而不是理論本身。要注意不可濫用比喻。
四、運用歸納、演繹方法形成理論,發展創造性的思維能力
激發學生的創造性思維,首先要從破除學生對事物認識上各種固有功能固有的惰性思維人手。這種惰性突出表現為沿襲固有的處事慣例、權威意識和無批判等現象。化學基本理論與元素化合物之間存在著內在的、本質的、統一的聯系。.基本理論的教學,一方面以元素化合物知識為實際材料,通過歸納演繹的方法建立理論概念和規律;另一方面又要通過基本理論分析研究具體的元素化合物的結構、性質、用途,系統地掌握元素化合物的知識。兩者相互依存,相得益彰。
1.歸納。為了便于學生系統地掌握重要的非金屬氣態氫化物,如氯化氫、硫化氫、氨、水、甲烷等;中學教學涉及的某些氫化物如氟化氫、溴化氫、碘化氫、磷化氫、硅化氫、砷化氫、硒化氫、碲化氫等的結構與性質的關系,可從分子構型與主要化學性質之間的聯系進行歸納總結。