基于“模型认知”的高三化学教学设计

王强

[摘   要]成环反应在近几年的高考中频频出现，学生对该内容陌生度高，解题时常常遇到困难。为了帮助学生系统地解决问题，基于“模型认知”设计教学流程，让学生通过生活情境、问题情境感知原型，并通过对原型的对比、分析、概括，构建成环反应思维模型，进而运用模型解决问题。教学设计中，将成环反应的解题思维方法外显为相应的模型，可增强学生提炼信息的能力，培养学生的化学学科核心素养。

[关键词]模型认知;成环反应;二轮复习;教学设计

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）11-0064-03

“模型认知”是化学学科核心素养的主要组成部分，《普通高中化学课程标准（2017年版）》要求学生能通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型;能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律[1]。模型具有深刻性、规律性和指导性，它能使知识系统化、组织化和结构化。当学生知识框架零散、知识记忆零碎时，构建模型有助于学生对化学知识的记忆、贮存、再现和迁移，可帮助学生更加深入地理解现象本质，发现内在的变化规律，指导一般问题的解决[2]。化学教学的任务之一就是让学生学会从实际问题出发，对研究对象进行比较、分析、归纳和概括，然后抓住本质特征，通过抽象和简化的方法构建合理模型，并运用模型解决实际问题。

一、教学设计背景

中学化学教材中，只在部分章节中零星地展示了有机环状化合物的结构简式，没有涉及这些环状化合物的形成过程，没有设置关于成环反应的专题。而近几年各地高考的化学试卷中经常出现以有机物成环反应为核心内容的试题，而这些成环反应大多包含在陌生的信息提示中，形式变化大，对碳链骨架变化、官能团转变等知识和信息的整合能力要求比较高。学生大多习惯链状有机化合物之间的相互转化，而对于“首尾相连”的成环反应相对陌生，无法熟练地提取新信息的实质内容，缺乏重组知识、解决问题的思维模型。为了提升学生整合新信息、重组知识的能力，进而建立有效的思维模型，高三二轮复习过程中，需基于“模型认知”来设计“成环反应”专题复习课。

二、教学设计思路

首先以成环反应为主线，通过原创题目创设生活情境，激发学生学习兴趣，引发学生思考，让学生感知成环反应的原型，并提出猜想，形成“首尾相连”的成环思想。接着通过引入常见的成环反应，为学生呈现更多的原型素材，引导学生通过对比原型之间的共同特点，并进行分析、推理、概括，构建成环反应思维模型。然后通过高考模拟题和课后作业，有针对性地对成环反应加强练习。在练习过程中，学生通过运用模型，抛开干扰因素，抓住成环的本质特征，应用逆推法合理切断，再根据已掌握的知识设计环状有机化合物的合成线路。在课堂教学设计中，笔者参考顾建辛的“模型认知”教学结构[3]，提出了“成环反应”二轮复习教学结构，具体如图1所示。

整个教学流程为：以感知原型为出发点，中间经过提出猜想，通过对比、分析、概括，构建思维模型;再通过习题情境，理解、运用模型，最终解决问题;课后布置作业，让学生进行角色转换，组织学生命题，并相互交换题目，完成试卷，然后相互批改，借此深化学生对知识的理解和模型的应用。

三、教学流程

1.创设情境，感知原型

【创设情境】首先PPT展示用玉米做的一次性杯子，指出此杯子不会引起“白色污染”，可以被微生物降解，最终生成CO2和H2O，激发学生的学习兴趣。然后由生活情境转为问题情境，提示杯子的主要成分为聚乳酸（PLA），聚乳酸又称聚丙交酯，是一种新型药物缓释载体，使用后可以被自然界的微生物降解，可由乳酸（）直接缩聚制备。让学生写出乳酸直接缩聚制备聚乳酸的化学反应方程式。

对于链状的缩聚，学生较为熟悉，可以很快地写出该化学反应方程式：

【问题引导】乳酸在缩聚生成聚乳酸时，根据官能团的性质，还可以发生哪些副反应？

学生思考、讨论后指出环状副产物，教师顺势抛出第二个问题。

【问题展示】乳酸在缩聚时，也可形成环状二聚体，请写出乳酸生成环状二聚体的化学反应方程式。

对于环状二聚体，学生有一定的陌生感，但教师设置的题目难度不大，学生联想羟基和羧基的性质，得出通过酯化反应，首尾相连，便可形成环状化合物。经过思考可以写出：

设计意图：通过创设生活情境和问题情境，让学生感知成环反应的原型;在化学反应方程式的书写过程中，逐渐由平时熟知的“链状相连”逐步过渡到“首尾相连”成环方式。情境问题相对简单，为由浅入深的教学做好铺垫。

2.猜想分析，构建模型

先通过乳酸环状二聚体的生成，学生在巩固官能团性质的同时，还感知了羧基脱去羟基、羟基脱去氢原子后，基团“残片”首尾相连形成环状化合物的过程;再通过乙炔三聚成苯，讓学生感知乙炔断开部分化学键后，三个基团首尾相连形成环状的苯。让学生进行两个成环反应原型的类比，通过猜想、分析，从而初步形成“首尾相连”成环反应的思维方式。当学生的思路逐步被引导至成环反应时，教师组织学生小组讨论，展示成果，进一步归纳总结课本或学习资料中常见的成环反应[4]，促进学生进一步了解成环反应的特征。

【知识总结】投影展示。

（1）二元酸与二元醇酯化成环，以乙二酸与乙二醇为例：

（2）二元醇分子间脱水成环，以乙二醇为例：

（3）氨基酸脱水成环，以甘氨酸为例：

（4）乙烯氧化生成环氧乙烷：

（5）乙炔三聚生成苯：

设计意图：通过对这些看似零散的知识进行归纳、概括，凸显出共同的特点：根据官能团的性质，有机物一定条件下通过反应实现“首尾相连”，形成环状产物。利用成环意识搭建知识框架，构建成环反应思维模型（如图2），进而运用模型，在后续的学习中应用逆推法对目标产物合理切断，完成习题中常见的有机合成路线设计。

3.运用模型，解决问题

【问题1】PPT展示2018年浙江台州3月选考质检试题（节选）：

题目所给的信息是链状反应，而目标是环状产物，在结构特点上存在差异，学生在解题中容易形成思维盲点，给知识迁移造成困难。应用已构建的思维模型，采用逆推法，找准环的连接点，根据已知信息②对目标产物进行合理切断，如：

设计意图：通过运用模型解决实际问题，让学生了解建模的意义，更深刻地理解模型，增强对知识的迁移应用能力。

4.课后检测，强化模型

【課后作业】自主收集近年来涉及成环反应的高考真题或模拟题，并根据题目中的“陌生”信息设计成环反应的题目，同桌交换题目，完成作业后相互批改。

【优秀作业展示】2016年宝山区高三一模化学试题改编：

设计意图：让学生转换角色，充当命题人和改卷人，由被动地接受知识转变为主动思考。改编题目的过程也是学生理解知识和应用模型的过程，有利于巩固和强化学习效果。学生在相互批改作业时，还可以感知他人易错的地方，为自己避开答题“雷区”提供经验。

四、教学反思

以成环反应为主线，帮助学生复习巩固有机官能团的性质及相互转化，将零散的知识点连成“线”、织成“网”，完善学生的知识结构，增进学生对知识的理解与应用。有机合成题灵活多变，信息量大，若就题论题，学生会觉得有机知识杂乱无章，所学无用，降低学生的学习积极性。通过创设情境，感知原型，同时进行对比、归纳、概括，进而构建模型并运用模型解决问题，可以使学生避免细枝末节的干扰，抓住问题的本质特征，快速厘清解题思路，增强学生的知识迁移能力，提高学生学习的成就感和自信心。

另外，教学中教师可以通过自身具备的模型构建素养感染学生，纠正学生的错误认知。一些学生认为模型的构建就是发现适用于一切类似题目的“套路”，一旦找到“套路”，只需要生搬硬套就可以解决大部分问题，从而造成思维惰性;或者上课的目的就是等待教师下发“套路”，而忽略知识的积累和技能的提升。构建模型虽然可以让学生看清问题的本质特征，在解决问题时更容易迁移，但问题的本质特征在不同的环境中有不同的展现形式，应用模型时需要学生动用知识储备去解读新信息，灵活处理题目中遇到的实际问题，同时积极思考，灵活运用模型，切不可生搬硬套。随着知识量的增加和技能的增强，学生往往需要对之前构建的模型进行反思、优化甚至重构，不可以固定的“套路”代替模型而一劳永逸。

综上，在设计高三二轮复习课的过程中，渗透“模型认知”的化学学科核心素养，将零散的化学知识进行整合，归纳、概括问题的本质特征，构建模型，运用模型解决实际问题，有利于增强学生的知识迁移能力，有助于学生形成适用于终身学习、未来发展的必备品格和关键能力，同时提高教学成效。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  罗炳杰.化学教学中的模型认知与模型建构及应用[J].福建基础教育研究，2018（1）：132-134.

[3]  顾建辛.关于化学核心素养培育的微观思考：原电池教学中“证据推理与模型认知”[J].化学教学，2017（11）：34-38.

[4]  毛罕华.有机成环反应    新课程高考中的新贵：析2004年高考（江苏卷）有机试题[J].中学生理科月刊，2005（6）：28-31.

（责任编辑 罗 艳）