唐琛 于少华 陈银
摘要: 基于核心素养的创设真实生活情景的教学,激发学习兴趣,结合乙酸分子结构和酯化反应的球棍模型拼插活动,让学生沉浸式地体会并深入理解“结构决定性质”的学科理念。对学生的课堂表现进行不同水平层次的划分,引导学生在自主思考、小组讨论、小组互评、教师追问等进阶式互动中不断发现问题、解决问题,提升认识水平,发展宏观辨识与微观探析素养,为“教、学、评”一体化的课堂教学提供实践参考。
关键词: “教、学、评”一体化; 乙酸; 核心素养; 高中化学教学
文章编号: 10056629(2022)07004805
中图分类号: G633.8
文献标识码: B
1 理论依据
立德树人作为教育的根本任务,落实到化学学科就是培养学生的化学学科核心素养。为了更好地发展学生的核心素养,教师需明确“为什么教、为什么学、评什么”,具备正确的教育理念。《普通高中化学课程标准(2017年版)》(简称“新课标”)在课程基本理念中提出: 积极倡导“教、学、评”一体化,使每个学生化学学科核心素养得到不同程度的发展;在教学与评价建议中提出: 实施“教、学、评”一体化,有效开展化学日常学习评价,教师应积极探索开展化学日常学习评价的策略和有效途径方式[1]。“教、学、评”一体化的教学应注重评价目标与教学目标的一致性、评价任务与学习任务的一致性,教师应能够基于一体化的视角设计教学内容、教学方式以及效果测评,增强课堂教学的有效性[2,3]。本文以“饮食中的有机化合物——乙酸”为例,开展基于核心素养的“教、学、评”一体化的教学实践探索。
2 主题的确立
“饮食中的有机化合物——乙酸”是2019年鲁科版高中化学必修第二册第三章第3节的内容。新课标对“乙酸”的要求是“认识乙酸的结构及其主要性质与应用;结合典型实例认识官能团与性质的关系,知道氧化、加成、取代、聚合等有机反应类型。知道有机化合物之间在一定条件下是可以转化的”。学生对生活中的醋已有所了解,对酸的通性和用途也有所接触。通过简单烃和乙醇等内容的学习,已了解官能团决定有机物的化学性质,初步认识分子结构与性质的关系。
乙酸是烃的衍生物的典型代表,也是醋的主要成分,可让学生体会到有机化合物与日常生活密切相关,也能用所学的知识解释和说明乙酸在生活中常见的一些现象和用途。同时通过乙酸的分子结构、化学性质以及用途的关联,可让学生感受并形成有机化学学习的重要思路——结构决定性质,性质决定用途,提升“宏观辨识和微观探析”的化学学科核心素养。
文献中关于“乙酸”的教学课例很多,但大都聚焦于生活化情景[4,5],将“教、学、评”一体化理念运用于中学教学实践的研究并不多见[6]。本课例选取“乙酸”为主题,以核心素养为导向,以教学目标为引领,将教、学、评三者融通,在教学设计和教学实践的各个环节尽量一致,协调配合,促进教学目标的高效达成。
3 教学和评价思路
基于“教、学、评”一体化理念,以教学目标为导向,确定“乙酸”的教学和评价思路如表1所示。根据教学目标确定学习任务,评价任务与学习任务保持一致。评价任务需根据学生的课堂表现,先确定学生认识水平,再利用生生互評、教师追问等方式,帮助学生提高认识水平,进而达成教学目标。
4 教学实践过程
4.1 情境导入,感知乙酸
[导入]介绍乙酸在生活、生产、制药等领域的用途,引发学生认识乙酸的兴趣。
[学习任务1]根据生活经验,请同学们互相交流并总结乙酸具有的性质。
学生完成小组讨论交流、小组代表分享与组间补充完善。教师总结: 乙酸是无色具有刺激性气味的液体,易溶于水,具有酸性等性质。
[评价任务1]诊断学生归纳总结物质性质的水平以及将用途和性质相关联的能力。以下是教学实践过程中,不同层次的学生表现。
生1: 无色液体。
生2: 能闻到醋味,有刺激性气味,具有挥发性。
生3: 生活中有不同浓度的醋,因此水溶解性好。
生4: 水垢的主要成分是碳酸钙,醋酸能除水垢,具有酸性……
过程性评价说明: 大部分学生能说出乙酸的部分性质,有些相应的性质是由醋酸在生活中的用途关联得到。
[过渡]乙酸为什么具有酸性?性质由什么决定?接下来一起探究乙酸的分子结构。
4.2 乙酸的分子结构分析
[学习任务2]乙酸的结构简式为CH3COOH,请拼插乙酸的球棍模型。
学生分组拼插后,选取两个代表性结构(如图1所示),让学生相互评价,解释说明。教师此时进行深度追问,让学生深入到原子结构进行解释,为后续从成键、断键角度理解有机反应奠定基础。
图1 学生拼插的乙酸分子模型
[评价任务2]诊断学生能否从原子成键特点说明解释乙酸的分子结构模型,发展学生从微观角度认识物质的水平。以下是教学实践中,不同水平学生的表现。
水平1: 无法正确拼插乙酸的分子模型,尤其是碳氧双键部位。
水平2: 能正确拼插乙酸的分子模型,但仅是记住羧基结构,无法从原子结构角度进行解释说明。
水平3: 能正确拼插乙酸的分子模型,并能从原子结构的角度进行解释说明。
过程性评价说明: 刚开始时大部分学生处于水平2,通过教学过程中教师的追问、学生的反思,本任务结束后,大部分学生能提升到水平3,即能从原子结构角度对乙酸的分子结构进行完整的说明论证。
教师结合板书,并从原子结构角度对乙酸的分子结构再次进行精炼提升小结,同时提出问题“乙酸为什么具有酸性呢?”。
4.3 乙酸酸性的探究
[学习任务3]从分子结构角度分析乙酸的酸性?
学生自主思考后,小组内讨论交流,小组代表分享汇报,小组间交流补充。
[评价任务3]诊断学生能否从化学键的角度进行相应的思考,并和乙醇的分子结构进行对比分析,发展学生从微观角度认识物质的水平。以下是教学实践过程中,不同水平学生的表现。
水平1: 只单一地关注到C—H键和O—H键。
水平2: 能同时关注到C—H键或O—H键,但无法判断哪种可能性大。
水平3: 能同时关注到C—H键或O—H键,并能联想到官能团决定有机物的化学性质,官能团内部的化学键比碳骨架中的化学键容易断裂。
过程性评价说明: 大部分学生能认识到乙酸具有酸性,说明在水中会断键形成H+,且能关注到乙酸分子中有C—H键和O—H键,但具体断的是哪种键呢?大部分学生从感性上认为应该是O—H键,小部分学生提出了质疑,为什么不是C—H键?此时大部分学生调用已有知识来支持自己的观点: 一般情况下,有机化合物中官能团内部的化学键比碳骨架内部的容易断裂,因此官能团决定了有机物的化学性质,乙酸中断O—H键的可能性比C—H键大。
教师肯定学生的观点后,追问: 乙醇和水中也含有O—H基团,为什么不具有明显的酸性?
水平1: 乙醇、水、乙酸的结构不同,性质不同。
水平2: 乙醇、水、乙酸分子中与—OH相连的基团不同导致的。
过程性评价说明: 大部分学生知道“结构决定性质”,能关注到乙醇、水和乙酸的分子结构不同,但不知道分子结构具体是如何影响性质的。
教师引导学生从分子结构角度进行分析,并进行总结提升。乙酸中与—OH相连的是—COCH3,—COCH3吸引电子的能力大于—H,因此乙酸O—H中的共用电子对比水O—H中的共用电子对更加偏向氧原子,O—H极性增加,容易断键,从而呈酸性。乙醇中与—OH相连的是—CH2CH3,—CH2CH3吸引电子能力小于—H,因此乙醇O—H的极性小于水O—H的极性,不容易发生断键,不显酸性。
[学习任务4]自主设计实验并验证乙酸可能具有的化学性质——酸性。
学生自主设计;小组内交流讨论,学生代表汇报分享,小组间相互补充完善;自主实施实验方案。
[评价任务4]复习巩固酸的通性,诊断并发展学生设计探究物质性质实验的水平。以下是教学实践过程中,不同水平学生的表现。
水平1: 酸的通性掌握不全,只能整理出几条。
水平2: 能完整整理出酸的通性,但未能关注反应发生需要实验现象提供证据。
水平3: 能完整整理出酸的通性,且能通过实验现象证实反应的发生。
过程性评价说明: 大部分学生能完整地整理出酸的通性,但在设计实验和根据实验现象证明乙酸具有酸性时,部分学生出现了问题。比如: 选择NaOH溶液和乙酸反应,可以证明乙酸具有酸性,但此反应没有明显的实验现象,如何证明乙酸确实与NaOH溶液发生反应,表现出酸性呢?此时,教师可以引导学生小组讨论,通过生生互评等方式,帮助部分学生在此任务中提升设计探究实验的水平。
4.4 乙酸酯化反应的探究
[过渡]乙酸还具有什么性质?蒸鱼时加一些料酒和醋可以减少腥味,增加香味,为什么?让学生分析可能的原因。根据学生的猜想: 乙酸和乙醇可能生成某种香味的物质,演示实验验证,如图2所示。实验结束,教师说明,反应确实生成了某种具有香味的物质,且科学家证实了此反应还生成了水。
[学习任务5]用球棍模型模拟拼插反应过程,并解释说明拼插过程。
小组交流讨论后开展模型拼插活动。图3是学生拼插的三种典型生成物的结构,小组代表汇报分享,并指出成键、断键的情况,再小组相互补充完善,并达成一致意见。
教师精炼小结: 生成物结构的不同来源于反应过程中成键、断键部位的不同,这三种结构的区别在于断的是碳骨架中的化学键还是官能团中的化学键,官能团中的化学键相比于碳骨架容易断裂,因此图3a为乙酸乙酯最具可能性的结构模型。
乙醇和乙酸中官能团内部的化学键断裂形成乙酸乙酯,有两种可能的途径,如图4所示。利用同位素示踪法可以明确: 乙酸中断碳氧单键、乙醇中断氧氢键,再总结提升到酯化反应中的成、断键情况,即“酸脱羟基、醇脱氢”。
[评价任务5]通过酯化反应的模拟拼插,体会反应中的成键、断键情况,分析生成物的结构,理解有机反应的实质,诊断发展从成键、断键角度认识有机反应的水平;通过酯化反应机理的探讨,提高证据推理意识。以下是教学实践过程中,不同水平学生的表现。
水平1: 知道生成物中有水,但无理由地随意拼插。
水平2: 根据生成物中有水以及官能团内化学键比碳骨架中化学键容易断裂,有依据地进行拼插。
水平3: 根据生成物中有水以及官能团内化学键比碳骨架中化学键容易断裂,有依据地进行拼插,并能准确地说出成键、断键位置。
过程性评价说明: 大部分学生在此环节中能准确拼插乙酸乙酯的分子结构模型,并能根据同位素示踪法正确地判断出乙酸和乙醇分子成键、断键的位置;少部分学生在此环节可以通过小组讨论以及生生评价的方式,提升相应的认识水平。
4.5 学以致用
[学习任务6]1.书写R1—COOH和R2—OH在濃硫酸作催化剂和加热情况下反应的化学方程式。
2. 预测乳酸的化学性质,思考如何通过乳酸制备聚乳酸?
学生自主思考,小组交流讨论,小组代表汇报分享,小组间交流补充,最后由教师归纳总结陌生有机物性质预测的思路方法。
[评价任务6]通过学以致用的任务,巩固学生对酯化反应的理解和应用,诊断并发展对陌生有机物性质进行预测的思路方法。以下是教学实践过程中,不同水平学生在预测乳酸性质时的表现。
水平1: 无任何思考角度,凌乱地预测几个性质。
水平2: 具有一定的思考角度,通过分析结构,能找到相应的官能团,但对相应官能团的性质不熟悉。
水平3: 具有预测陌生有机物性质的思考角度和方法,通过分析结构,找出官能团羟基和羧基,然后类比乙醇和乙酸的性质进行预测。
过程性评价说明: 大部分学生在此环节能准确书写陌生有机物的酯化反应方程式以及预测乳酸的化学性质,但在分析如何通过乳酸制备聚乳酸时出现了困难。此时教师可以通过追问、引导的方式,帮助学生找到分析此问题的思路方法。
5 教学效果及反思
教是以目标为导向,指向学科核心素养的培养;学是为了发展核心素养,与教的内容保持一致;评则是为了促进教和学。教、学、评三者本质一致,教、学、评一体化、三者融通,共同指向发展学生的学科核心素养[9]。加强对“新课标”的研读,深入理解核心素养,主动探索与实践教、学、评一体化课堂教学,才能真正发展学生的核心素养。
本课例以发展核心素养为导向,将课程内容和核心素养进行关联,设计符合学情的学习任务和评价任务,如表1所示。教学过程中,首先根据学生的课堂表现,明晰划分学生真实的认识水平,再以此为教学起点,通过连续追问、生生间互评等方式,引导学生自我分析、质疑辩论等帮助学生解答疑惑、找到解决问题的思路方法从而提升认识水平,达到教学目标,发展核心素养。教学结束后,可组织学生访谈、作业设计等诊断评价学生的水平,以此促进学生的批判性思维及自我评价、反思能力的不断提高。
从本课实践效果看,真实的生活情境激发了学生的学习兴趣,乙酸的分子结构和酯化反应过程球棍模型的拼插活动,让学生沉浸式地体会并深入理解“结构决定性质”的观念方法。同时结合小组讨论、实验探究等多种学习任务让学生一直保持较高的学习热情,在自主思考、小组讨论、小组互评、教师追问等进阶式互动中不断发现问题与解决问题,提升认识水平,形成结构决定性质、性质决定用途的有机化学思考视角,发展“宏观辨识与微观探析”化学核心素养。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部制定. 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]申燕, 程俊, 柳先美, 尹红. 基于教、学、评一体化理念的高中化学教学实施——以“铁盐和亚铁盐”的两节省级优质课为例[J]. 化学教学, 2022, (1): 38~43.
[3]孙亚红, 熊辉, 申敬红, 相红英. “教、学、评”一体化的深度学习教学实践——以“探究五大连池矿泉水补铁功能”为例[J]. 化学教学, 2021, (1): 46~51.
[4]杨军峰, 冯新平. 以真实问题情境发展学生核心素养——以“乙酸”教学为例[J]. 现代中小学教育, 2021, 37(5): 30~33.
[5]钱鹏, 宋茜. “创设情境、驱动任务”的教學评一致性教学设计——以“乙酸”为例[J]. 知识文库, 2019, (20): 64~65.
[6]赵春梅, 陆艳. 高中化学课堂“教、学、评”一体化的实践问题与策略思考[J]. 化学教学, 2021, (6): 37~41.