基于化学史的探究式教学模式的实践研究——以“苯”为例

杨 玫

（湖南幼儿师范高等专科学校，湖南 常德415000）

1 教学设计背景概述

1.1 教材与学情分析

《科学·化学》是中职五年制小学教育公共基础课程的培养教材，“苯”为第八章第三节第二个框题。学生已经学习了烷烃和烯烃的相关知识，对链烃的结构和性质也有了一定的了解，已初步具备“物质的构成决定性质”的观念。在此前提下学习环状烃，可以与烷烃和烯烃对比，求同存异，依据有机物某些性质进行建模与推理，推断结构，分析性质。

1.2 教学目标

依据本节课内容与课程标准，结合学生所要具备的化学核心素养目标[1-2]，确定了本节课的教学目标，见表1。

表1 教学目标

1.3 教学重点

苯的结构和化学性质。

1.4 教学难点

苯的结构。

1.5 教学思路设计

本课采用“化学史线、知识线和探究线”三线结合的教学模式。“化学史线”—创设教学情境，感悟科学发现过程，激发学习兴趣；“探究线”—引导学生积极思考，交流讨论，参与课堂活动，增强学生的课堂参与感；“知识线”—总结归纳知识点，达到教学目的。三线相辅相成，渗透融合，具体思路见图1。

图1 教学思路图

2 教学过程

2.1 引入课题

[化学史料1]

19世纪初期，煤气开始广泛使用，生产煤气时会有少量液体剩余，这引起了英国科学家法拉第的关注。他用5年时间把该液体蒸馏，最后在80°C左右获得新液体，并且将它命名为“氢的重碳化合物”[4]。

就踏着历史的脚步与化学家们一起来探究这种“新液体”的结构性质。

2.2 苯的物理性质

师：展示这种“新液体”（试剂瓶封装好），依据已学知识，合理利用实验台上的试剂和仪器探究其物理特性（如密度、溶解性等）。仪器和试剂：试管、胶头滴管、该液体、水、酒精、四氯化碳（CCl4）、冰块。

分组实验1：五人为一组，思考讨论，设计实验方案。

实验①：观察“新液体”的颜色和状态，闻气味。

实验②：3只试管各加入2 mL“新液体”，再分别加入等量酒精、CCl4和水，振荡静置，观察现象。

实验③：试管中加入4 mL“新液体”，将其放入冰水混合物中。

学生活动：汇报实验现象和结论。

学生1：实验①，无色、透明的液体，有好闻的气味。

学生2：实验②，酒精、水与该液体不互溶，与CCl4互溶。

学生3：实验③，液体凝固。

师：引导学生讨论问题，总结物理性质。

小结：无色透明的液体，不溶于水和酒精，易溶于CCl4，低温条件下易凝固。

[化学史2]

1834年，米希尔里希蒸馏苯甲酸和石灰的混合物，得到了法拉第提纯的“新液体”，命名为“苯”。之后日拉尔等人发现苯仅由有C、H两种元素组成，含碳量高达92.3%，密度是同温同压下乙炔的3倍。

师：根据日拉尔的测定，计算苯的分子量，并确定苯的分子式。

学生活动：根据给出的信息，计算分子量。

小结：苯的相对分子质量为78，分子式C6H6。

2.3 苯的化学性质

提问：苯是高度不饱和烃，那么苯的结构是怎样呢？

学生活动：对苯的分子结构提出假设，并推测其化学性质。

可能的结构：①CH3-C≡C-C≡C-CH3；②CH2=CHC≡C-CH=CH2；③CH≡C-CH=CH-CH=CH2（推测可能存在两个碳碳三键或者一个碳碳三键和两个双键）。

过渡：这些结构式是否是对的呢？跟着科学家的脚步继续前行。

[化学史3]

1860年左右，科学家发现在三溴化铁（FeBr3）的催化下，苯与液溴发生取代反应：C6H6+Br2→C6H5Br+HBr，苯的一溴取代物只有一种结构。

提问：苯的一溴取代物只有一种结构，这说明什么问题？

学生：苯分子中六个氢等效，结构①可能符合条件。

师：实验验证结构①是否成立。

思考：结构①中存在碳碳三键，那么也应该能让溴水和高锰酸钾溶液褪色。

分组实验2：取2支试管分别加入少量苯，一支试管中加入适量溴水，另一只中加入适量高锰酸钾溶液，振荡，观察现象。

交流讨论：两支试管均不褪色，说明结构①不正确，苯中不存在碳碳双键和三键。

师：上述的讨论说明苯分子的结构不可能是链烃的形式，且具有高度对称性。

过渡：那么，苯分子的结构到底是怎样的呢？让德国科学家凯库勒来揭开它的面纱。

[化学史4]

为了揭开苯的神秘面纱，凯库勒苦思冥想，一天他梦到长蛇咬着自己的尾巴旋转，梦醒后他赶紧记录下自己的梦境，并进行大胆的猜测和分析，最终悟出了苯的结构。1866年，他提出苯是一个由6个碳原子以单双键交替结合形成的环状结构，该结构被为凯库勒式。

提问：凯库勒的假说有缺陷吗？

学生活动：交流讨论，小组汇报。

过渡：进入20世纪以来，理论物理和实验技术的快速发展为人类认识物质结构提供了理论与技术支撑，对于苯分子结构的探究也有了进一步发展。

[化学史5]

1935年，詹斯用X射线衍射法探得苯环形状、原子位置以及键长。

1988年，美国科学团队拍摄到苯的单个环状影像（出示图片）。

2009年，美国科学团队给单个并五苯分子拍照（出示图片）。

师：苯环分子是平面正六边形的结构，12个碳氢原子共平面，键与键之间的夹角为120度。6个碳碳键完全一样，是一种介于单键和双键之间的特殊的共价键（见图2）。

图2 苯环分子结构图

师：科学的发展，是踩着错误的脚步，探寻正确的方向。今天为了纪念凯库勒，书本中依旧沿用凯库勒式。

过渡：物质的结构决定性质，那么苯有哪些化学性质呢？

学生活动：思考交流，归纳总结。

小结：苯环分子可以发生取代反应和加成反应。

2.4 拓展

提问：苯的工业制法以及用途。

学生：翻阅书本，查阅资料，小组交流讨论。

小结：在工业上，苯主要从煤焦油、石油中提取，用作化工原料。

3 教学反思

在本课中，以物理性质为切入点、以“化学史线”为线索，按照“物理性质—结构—化学性质—用途”展开教学。首先，以苯的发现史为线索，通过创设教学情景，让学生跨越时空与科学家“对话”，激发学习的兴趣。接着，重复科学家思考探究的过程，得出物理性质和结构，让学生体会科学家的创造理念和思维方式，并跟随他们的脚步不断思考、提问、验证，有助于学生身临其境地经历科学研究的过程。最后，让学生依据苯的结构推测化学性质，使学生更清晰地了解“结构决定性质”。