高中化学有机物结构与性质认知模型探析

赵燕玲

摘 要：在高中化学课堂上，通过建立认知模型，提高了化学课堂的效率。根据高中化学教学实践可以看出，在教学过程中，要注重对模型认知的探讨，让学生对模型有更深刻的认识，这样学生在学习的过程中就会有更明确的方法，特别是在有机推测问题的解决中，注重对模型认知的应用有着非常重要的作用。從现有的研究成果来看，主要有解析式模型、合成式模型和推理式模型。本文就模型的具体运用做了剖析，对实际操作起到一定的指导作用。

关键词：有机物结构与性质；认知模型；苯酚

通过对化学知识的归纳和分析，可以看出，在化学知识体系中，有很多相似特征的内容，对于这一类型的内容，教师可以直接应用于已经掌握的学习模式，从而大大提高了学习效能。例如：在进行酸、碱和盐的学习过程中，不同的酸、碱或者是盐可以与同一种化学物质产生反应，因此在实践过程中，可以将酸反应模型或者碱反应模型应用到具体的酸、碱的反应以及它们的性质等方面，这样可以有效提高教学的教学效果。在高中化学教学中，有机推理问题是学习难点，根据模型认知，对这一类问题进行详细的剖析和探讨，具有十分重要的意义。

一、教学指导思想

在“简单有机化合物及其应用”这一主题中，将苯酚的内容安排在碳氢化合物和乙醇的后面，这样，学生就可以基本掌握由结构决定性质，由性质反映结构的思想和方法，同时也可以猜测出，到底是什么样的化合物会与什么样的试剂发生反应，以及这种反应的种类。本课程以苯酚的化学组成为出发点，注重其与醇和苯的性能对比，以实验的方法探索其理化性能。

二、设计意图

通过对苯酚的学习，对苯酚的潜在特性进行了推测，并让学生自由地表达自己的想法，教师可以根据这种情况，在体会到“运用反映性”的基础上，通过“追问”的方式，从推测进入到下一步：设计方案来证实推测。最后通过实验得出结论，从而结束了研究的全过程。“学生中心”的课堂，以学生学习为主线，注重学生提出问题，注重学生实践，注重学生思维的转换，注重学生问题的解决[1]。

三、学生情况分析

经过前面的学习，学生对研究有机化学的方法以及有机化合物的结构与性能的关系有了一个初步认识。通过对乙醇的研究，学生已经基本了解到，乙醇中的功能基团对有机物质的主要特性有着至关重要的影响，同时也对乙醇中的功能基团羟基的特性有了比较深入的了解和把握。经过对碳氢化合物的研究，初步了解了碳氢化合物的结构和性能之间的关系，同时，在研究乙醇的过程中，教师还了解到了羟基的结构和性质之间的关系，以及羟基的化学性质。这样，在学习苯酚的时候，学生就已经具备了良好的学习方式和知识的基础，但是，由于酚氧基团的酸度较强（与碳酸氢根相比），三溴代苯酚的酸度较低，缺乏颜色变化的支撑等，因此，学生对本课的学习较好的策略是进行比较（苯、醇）分析，讨论猜想，实验探索。

四、教材分析

在教科书的安排上，将醇和苯酚并排在一个主题，为不同物质而具有同样官能团的学习创造了很好的条件。在学习酚类以前，需要对碳氢化合物和碳氢化合物的衍生物有一些理解，并对有机物的反应类型有一些基本的理解。如此设计，使学生可以运用类比推理的方式，推测出与酚类有关的特性，并使学生可以在学习酚类时，对酚类进行一定的化学知识渗透。苯酚是一种重要的碳氢化合物的衍生物，将它放在醇和苯的学习之后，能够让学生更好地了解包含不同的官能团的物质，它们的化学性质会有很大的差异。通过对苯酚的学习，可以为之后有机物的学习打下一定的基础，从而可以对之后的有机物进行分析，并可以利用类比学习的方式，对之后的有机物进行相关性质的分析。掌握碳氢化合物，掌握苯、醇的结构、性质。并对功能化基团在有机化合物中的作用进行了初步的了解。不过，对于酚的酸性、酸性的强弱、三溴取代、显色反应还不太熟悉。

五、教学内容分析

这一节介绍了另一种在酒精之后出现的碳氢化合物的衍生物，因此，在教科书中也介绍了苯酚。由于苯酚中还含有羟基，因此研究苯酚的特性，可以加深对其功能基团特性的认识，同时，苯酚的特性与酒精类物质在某些方面存在差异，因此使学生了解到，这些功能基团的特性与环境中的“氛围”之间存在着某种交互作用，从而使学生能够从整体上认识问题，加深对该领域的认识。使学生能更好地了解苯酚的特性，并能更好地了解碳氢化合物的衍生物质。教科书的这种设置，再加上这一部分所具有的知识特征，使得在课堂上对学生进行探索式的训练具有可行性。

其中，苯酚的分子量与酒精的相似之处（二者均含有羟基），是探索酚类化合物性能的依据，同时，在苯酚的分子量上，其与酒精的差异（羟基是由苯基连接起来的），也给了学生更多的探索空间。所以，把这一部分的内容设计为研究性的教学是最好的选择。以课本和学生的实际状况为依据，这一节课的探索可以被分成两个方面，一是对苯酚中羟基和苯基性质的探讨（官能团共性），在这个过程中，高中生的知识转移的能力获得了锻炼，同时也使学生体验到了探索的一般方法和技巧。二是讨论了苯基与羟基之间的作用（功能基团特征），从而充分调动了同学们的创造力。

六、相关模型

基于对模型的认识，对模型的运用，进行了详细的剖析和说明，具有重要的理论和现实意义。这里有一些特定的模型说明。

首先就是综合模型。综合模型是一种常用的模型。通过对有关知识的归纳，可以发现，在有机化合物的合成中，存在着一条固定的规则，那就是“原材料—反应—目的产物”。通常情况下，将一种化合物转化为一种新的化合物，包括碳链的增加和减少、官能团的改变、成环和开环，都是一种有机的化学反应。在有机推理题中，以一条简单的有机化合物的综合路径为基础，以一幅转换流程图为表现方式，对于所涉及的未学习到的知识，应根据所涉及的问题进行补充。在有机合成中，起始物质可能是单一的，也可能是多种的。虽然反应的过程有很多种，但本质上却是一样的，因此，根据这个综合的模型，对一些特殊的问题进行分析，就能为解答问题铺平道路。

其次是对化学建模的理论研究。在特定的答案中使用的另一个重要模型是推理模型。从有机推理问题的特定解答出发，其关键在于对不同种类的有机化合物进行化学结构的推理。通过实际分析可知，由于目标产物是由原材料合成而获得，因此，原材料自身的碳骨架结构必定会在目标产物中体现出来，着重于原材料和产品的碳骨架结构和功能基团的特定变化，从而能够对产品的结构进行合理切割。对于不能使用所学知识进行截取的情形，就必须以题目信息为基础，对有关内容进行补充，再进行截取。以此为依据，以“原材料—被切割的中间体—最终产品”为指导，对该方法的制备过程进行预测。然后再根据题目给出的具体合成路线，来推测不同的有机化合物。

七、研究有机化合物在高中化学教学中的意义

在人们从事的化学工作中，所涉及的有机合成领域有着普遍的应用特点，存在于日常生活中。中国是人口大国，所以对粮食的需求也非常高。而有机化学则是与粮食、化肥等密切相关的学科，要使粮食的产量稳定增长，只有在有机化学的作用下，粮食的产量才会高。此外，药物都是基于有机化学的原则，基于这个原则，可以制造出大量的抗感染、抑菌药物，保障人们身体健康。而有机物与新能源开发中的一些重要技术有着紧密的联系，从这一点就可以看到有机物在人类所依赖的生态环境中所扮演的角色。因此，研究化学对人类的将来至关重要。

八、基于有机物结构与性质认知模型的措施

（一）重视教学环节设计，发展学科核心素养

以发展学生的核心素养为基础，展开化学教学设计，与传统意义上的教学设计相比，它的教学内容更加丰富，具有更强的针对性和更好的教学效果。在进行苯酚的化学性质学习的时候，这一节课程立足于学生的学情，注重对教学环节的设计，一步一步地进行，这与化学学科核心素养紧密相连，将重点放在提高学生的灵活性上。同时还可以提高学生的独立思考能力，提高学生对问题的发现、分析和解决能力。酚类物质的酸度和酸度的强度，是这一节的重点。笔者在教学设计环节中，将化学实验、化学原理、模型建构等多个角度进行了整合，让学生亲自体会了从实验设计和实验观察，从电离常数的数据分析到性质总结的科学研究过程。该课程注重培养学生的实践技能和思考技能，强调了实验的探究性质，强调了学生的主体性。此外，利用学生以前学过的关于苯和甲苯以及醇的知识，将其转移到苯酚的学习上，让学生真正感受到结构决定性质的化学学习方法，再一次体验到有机物分子基团之间的相互影响。这节课程紧紧围绕培养学生的学科核心素养的基本理念展开教学环节的设计，提高了学生的认识水平，对教学中的重点和难点问题进行了有效解答，通过创造情境来建立知识，在对学生进行全方位的教育的过程中，实现了对学生化学学科核心素养全方位的培养。

（二）重视实验

化学学科核心素养作为课堂教学的关键力量，整堂课充分渗透化学学科核心素养，以实验为中心，学生探究、教师演示相结合，不能将课堂变为教师一个人的课堂，学生的主观能动性要较好地发挥出来，在落实核心素养的前提下进行教学设计。《苯酚》这堂课分为五个教学片段，将知识弱化，进而发展成为以核心素养为中心。在苯酚的讲解中，以学生的发展为基础，从学生的本位出发，进行教学设计，层层递进。在这个过程中，实验占据了本堂课的主体地位，通过实验得出结论，让学生感受到亲自设计实验、得出结论的过程[2]。

在研究有机化合物时，必然要进行实验。在此基础上，通过对不同类型有机化合物的化学方程进行相关的研究，掌握它们之间的作用规律。在教学过程中，学生要通过对实验进行观察，从而理解实验的目标，理解实验的材料，掌握实验的步骤，对实验的效果进行观测，并对其进行讨论和分析。化学实验基本上是以化学反应为基础的。在进行实验之前，要先对各种材料的物性进行观测，比如：色彩、味道、状态等，然后再把加入的药剂、加入的先后次序、加入的药剂数量、所需要的外界环境等都记得清楚，这样才能更好地记忆化学反应方程。对在实验中发生的不同反应进行观测，如生成气体、变色、沉积等。在实验完成后，对所制得的产品进行色、味的观测。实践是检验真理的唯一尺度，而从实际中得到的东西又是最值得回味的。唯有亲自去做，学生才会对这个过程有更深层次的了解。所以，重视和加强对有机物质的认识，才能使学生更好地掌握有机物质。

（三）创新课程引入，激发学生兴趣

本教学设计通过鸦片战争导入，通过吗啡的结构引出苯酚的结构。通过苯酚软膏预测苯酚的性质，进而进行实验探究验证猜想。苯酚的结构含有苯环和羟基，但其化学性质并不是苯与醇的加和，在指导学生复习苯和醇的性质的基础上，通过实验探究得出结论。这样既让学生复习了旧知，又让学生发现了问题，发现它们之间的差异，从而在学生的脑海里建立起苯酚的认知模型。教师的教学思维也会发生改变，在进行每一堂课之前，备课是课堂教学的关键一步，在设计教学环节上，做到全面育人，反对以知识为中心的教学。整堂课所得出的结论都是基于多个证据得出来的，基于学生亲自的探究过程得出来的。

（四）制造认知冲突，促进学生思维发展

核心素养是我国基础教育改革的定向标。基础教育是学生学习的基础，没有基础教育，学生很难构建学科知识体系。作为教师，要推行核心素养，重视基础教育，重视实验探究，强调观念的构建过程，注重学生思维模型的构建，注重教、学、评一体化，发挥教学的诊断功能。在具体的教学过程中，重视学生的思维变化，在实验探究中，多引导学生根据已有的知识进行猜想，注意引发学生现有知识与已有知识之间的认知矛盾，这样既让学生学习了新知识，也让学生复习了旧知识，这样层层递进有利于知识的掌握。

（五）解题训练中提升学生构建模型的能力

为了让学生可以熟练地运用已知模型来对化学问题进行求解，在进行解题训练的过程中，教师要重点指导学生迅速地掌握问题实质，找到其中的关系，进而建立起模型，还可以运用其验证、辨析假设和逻辑推理得到的结论[3]。比如说，在与化学反应有关的相关的计算题中，一定要让学生按照题干的描述，将里面所涉及的全部化学反应方程式都精确地列出来，之后，用逻辑推理来辨别问题的本质，然后以参与化学反应的各类物质的化学性质和相关原理、规律为依据，顺利地找到它们之间的数量关系并列式，从而获得正确的答案。经过这种标准化的解题流程的培训，能够有效提高学生对模型的认识，培养他们利用数学模型来解决化学计算问题的思考方式，从而增强学生思考问题的逻辑和严密程度。

结束语

指导学生从对苯酚化学性质的分析推理，到对其进行设计实验验证，最终建立起知识和思维的体系，并建立起新的知识模式，从而将知识系统化、组织化和结构化。在进行高中化学模型认知的过程中，通过让学生进行协作探索，在不知不觉中对学生的分析、推理、创新、综合等高阶思维进行培养，从而提高了学生的学习品质。

在进行高中化学模型认知教学时，教师要对模型認知进行深入探索，开展实验探究，并在此基础上，进一步指导学生化学模型认知的潜在发展点，促使学生理性地拔高自己的长点，使学生在课堂上所学到的东西变成现实化和生活化。这给教师的职业能力带来了极大的考验，这将会推动教师深入教学反思与教学科研，从而推动其职业素质与职业技能的提高。

参考文献

[1]邹映波，商晓芹.促进化学学科核心素养发展的教学实践案例研究：以“基于信息反应解决有机推断问题”为例[J].高中数理化，2018（2）：43-45.

[2]黄素雯.例谈有机合成认识模型在单元复习中的应用[J].化学教学，2018（8）：77-81.

[3]陈小燕.浅析高中化学课堂教学中的模型认知应用[J].名师在线，2020（3）：27-28.