以問題為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)

萬(wàn)云蕾

在新時(shí)代教育改革背景下，教師要始終堅(jiān)持以學(xué)生為課堂的主體，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的成長(zhǎng)，并以引導(dǎo)者和組織者的身份帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)；要積極創(chuàng)新教學(xué)方法，以問題為導(dǎo)向開展教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生思考問題、解決問題，使學(xué)生的問題分析能力和解決能力得到提高。下面以人教版高中化學(xué)“甲烷”的教學(xué)為例，闡述在高中化學(xué)教學(xué)中運(yùn)用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法的教學(xué)流程。教師教學(xué)中應(yīng)用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效能，并為學(xué)生化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善和自身的全面發(fā)展提供助力。

一、教材分析

“甲烷”是人教版高一化學(xué)“有機(jī)化合物”章節(jié)的內(nèi)容，此部分內(nèi)容相對(duì)初中知識(shí)而言較為深?yuàn)W。這是學(xué)生首次接觸有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)方面的內(nèi)容。甲烷為有機(jī)化合物內(nèi)容的重要組成部分。烴是有機(jī)化合物知識(shí)的主要內(nèi)容，而甲烷是烷烴最簡(jiǎn)單的分子。在這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，教師要讓學(xué)生知曉研究有機(jī)化合物的基本原理與方法，并在此基礎(chǔ)上貫徹化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)、高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。

二、學(xué)情分析

學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過化學(xué)知識(shí)，對(duì)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)有淺顯的理解。有機(jī)化合物的類型很多，但由于學(xué)生在初中時(shí)期對(duì)此類知識(shí)并未進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，所以在高中階段學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)感到有困難。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過對(duì)甲烷電子式的描述，讓學(xué)生可以從更小的視角來觀察其四面體構(gòu)型及碳鍵的鍵合特性。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試與建模方法，構(gòu)建“宏觀—微觀—符號(hào)”三元描述體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷分子結(jié)構(gòu)與性能的辨識(shí)與認(rèn)識(shí)，對(duì)其進(jìn)行深入的分析與研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)性思考。

3.通過對(duì)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，尤其是官能團(tuán)對(duì)有機(jī)化合物性能的影響，了解它們的基本作用，并對(duì)其進(jìn)行探究。

4.尋找并設(shè)計(jì)具有探索意義的問題，將各種知識(shí)聯(lián)系起來，以便學(xué)生運(yùn)用與轉(zhuǎn)移，發(fā)展學(xué)生的自主思維與創(chuàng)造力。

5.能夠?qū)瘜W(xué)、環(huán)境、生態(tài)等實(shí)際問題進(jìn)行多視角的剖析，從而加強(qiáng)對(duì)社會(huì)的責(zé)任意識(shí)，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行正確的情感、態(tài)度、價(jià)值觀等方面的教育。

四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：通過對(duì)甲烷化學(xué)組成的分析，認(rèn)識(shí)其本質(zhì)和特性。

教學(xué)難點(diǎn)：研究甲烷的置換過程及機(jī)理。

五、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境——天然氣“西氣東輸”工程

導(dǎo)入時(shí)，教師可以利用大部分學(xué)生了解的事情或者社會(huì)時(shí)事熱點(diǎn)來設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)問題時(shí)應(yīng)以激發(fā)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的積極性、強(qiáng)化綜合能力為準(zhǔn)則。

教師播放西氣東輸工程簡(jiǎn)介視頻，并說明：西氣東輸工程是指將我國(guó)西部豐富的天然氣資源向東部進(jìn)行運(yùn)輸?shù)墓こ蹋摴こ梯^為巨大，西起新疆輪臺(tái)縣塔里木輪南油田，東至上海，全線采用自動(dòng)化控制。該工程總長(zhǎng)為4200千米，整體運(yùn)輸線路較長(zhǎng)，使得新疆和沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平得以提升，不僅帶來了巨大的社會(huì)效益，還能有效提升我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，被稱為“西部大發(fā)展”的里程碑項(xiàng)目。

師：根據(jù)材料可知，西氣東輸是將我國(guó)西部資源進(jìn)行深層次開發(fā)后，向東部傳送的工程。該工程主要以天然氣為主，能有效地提高人民群眾的生活水平，改變能源消耗單一的格局。通過視頻可以知道西氣東輸主要傳送的是天然氣。那誰(shuí)能說說天然氣是什么？

生：天然氣是一種氣體，可以燃燒，是一種有效的潔凈能源。

師：沒錯(cuò)，那么天然氣的主要成分是什么？為什么說它是可以高效燃燒且較為干凈的能源呢？

生：其主要成分為甲烷。根據(jù)資料顯示，同樣體積的煤氣有甲烷。分別燃燒同質(zhì)量的褐煤、汽油、甲烷，對(duì)比后可知，1kg褐煤的釋熱為55MJ，1kg汽油的釋熱為46MJ，1kg甲烷的釋熱為55.5MJ。而在同樣的溫度下，甲烷在燃燒后放出的二氧化碳量是最少的，由此可見，相比于其他能源而言，天然氣是較為清潔的能源。

師：你說得很對(duì)，這個(gè)量化的方法直觀而精確，足以讓人信服。當(dāng)我們碰到問題時(shí)，我們會(huì)去尋求足夠的依據(jù)去進(jìn)行分析和論證，并最后去解決問題。那么，請(qǐng)問同學(xué)們，輸氣線路總長(zhǎng)為4200千米，覆蓋了國(guó)家很大一部分區(qū)域，是怎么做到遠(yuǎn)距離傳送的？其過程中會(huì)不會(huì)泄漏甚至造成相應(yīng)的安全事故呢？

生：不會(huì)，因?yàn)樘烊粴饩哂蟹€(wěn)定的特性，能夠大規(guī)模地進(jìn)行輸送，且除人為和不可抗力因素干擾之外，泄漏概率極低。

師：是的，天然氣是一種可以燃燒的且較為清潔的能源，其主要成分為甲烷，具有一定的穩(wěn)定性。接下來請(qǐng)同學(xué)們翻開教材，讓我們對(duì)甲烷的特性進(jìn)行深入了解。

（設(shè)計(jì)意圖：教師在教學(xué)過程中以西氣東輸為背景，引導(dǎo)學(xué)生將生活和化學(xué)知識(shí)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生探索化學(xué)知識(shí)的興趣，并提高學(xué)生的認(rèn)知水平。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，與生活、時(shí)事相結(jié)合，既可以深層次理解化學(xué)知識(shí)，也可以增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。）

（二）探究甲烷的分子結(jié)構(gòu)

1.甲烷的分子結(jié)構(gòu)

師：那么，甲烷是怎么變得這么穩(wěn)定的？在研究有機(jī)物時(shí)，重要的思維是“用途、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)”。而其結(jié)構(gòu)又是如何決定其本質(zhì)的？現(xiàn)在我們來深入了解其結(jié)構(gòu)。

師：甲烷是由C和H組成的。所以我想知道，在甲烷中，C原子和H原子是通過什么樣的化學(xué)鍵來連接的？說出你的根據(jù)。

生：在甲烷中，H和C通過共價(jià)鍵相連。

生：碳原子最外層有4個(gè)電子，氫原子最外層有1個(gè)電子。

生：1個(gè)C和4個(gè)H以共用電子對(duì)連接成4條共價(jià)鏈。

師：很好，那么，同學(xué)們請(qǐng)你們把甲烷的電子形式和分子結(jié)構(gòu)都寫出來，再想想這五個(gè)原子的位置和這些甲烷分子的立體結(jié)構(gòu)如何。

學(xué)生合作設(shè)計(jì)出以下結(jié)構(gòu)圖片（見圖1），并推演不同的模式。

師：同學(xué)們推測(cè)出了三種不同的模式：平面正方形、四棱錐、正四面體。那到底哪一個(gè)才是具有甲烷分子的真實(shí)結(jié)構(gòu)呢？

學(xué)生根據(jù)自己的想象和所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)。

【演示與交流】各組分別演示自己設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)與其他學(xué)生交流自己的設(shè)計(jì)理念。

2.鍵角

教師：原子是由什么組成的？如果兩者之間的距離太接近，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的后果？同樣的，什么是共價(jià)鍵？彼此之間有什么樣的作用力呢？

生：原子是由原子核與外部的電子組成的，相互排斥、相互吸引。但是，共價(jià)鍵的實(shí)質(zhì)是具有靜電排斥作用的公用電子對(duì)。

師：從這兩個(gè)角度來看，甲烷中的每個(gè)原子，它們的共價(jià)鍵（碳?xì)滏I）是什么姿態(tài)？碳原子間的夾角（鍵角）造成什么影響？

生：因?yàn)榕懦庑?yīng)，每個(gè)原子都會(huì)離得很遠(yuǎn)，像碳?xì)滏I一樣。

師：在這個(gè)世界上，所有的物體都會(huì)達(dá)到平衡，也是說，它們之間的力量是最少的，它們之間的相互作用也是最少的。像同學(xué)們說的那樣，為了減少彼此之間的排斥，每個(gè)原子之間都要保持一定的距離，因?yàn)樗膫€(gè)碳?xì)滏I都是一樣的，所以其排斥力也在同一點(diǎn)上，也就是說，四個(gè)碳?xì)滏I的角度也是一樣的。從這一點(diǎn)上，同學(xué)們可以推斷出哪個(gè)是甲烷的具體位置嗎？

生：原子間距越大，方錐越容易被忽略。但是，由于碳?xì)滏I的角度是一致的，所以可以將其從二維結(jié)構(gòu)中剔除。因此，從這個(gè)角度來看，這個(gè)甲烷的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是正四面體。

師：經(jīng)過電子衍射試驗(yàn)，科學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，甲烷中含有同樣長(zhǎng)短、強(qiáng)度、角度的碳?xì)滏I。

（三）共用電子對(duì)的互斥

教師用四個(gè)相同的氣球來模仿甲烷中因相互排斥引起的碳?xì)滏I的空間位置。學(xué)生自己體驗(yàn)。

教師演示：將四個(gè)同樣的氣球放在一起，輕輕施加一個(gè)力，讓學(xué)生觀察——這四個(gè)氣球呈現(xiàn)為平面正方形，之后松手，在自然情況下呈現(xiàn)的是正四面體的情況。

師：我們把氣球看作碳?xì)滏I，而四個(gè)氣球中間的連接點(diǎn)是碳原子。四個(gè)氣球互相推擠，可以看成是公用電子對(duì)，互相排斥?？梢娖渥钐烊坏男螒B(tài)是四面體，其在空間上也會(huì)呈現(xiàn)自然取向排列。此時(shí)，可以確定甲烷是一種正四面體。

（設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)現(xiàn)有價(jià)鍵的認(rèn)識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)新的概念進(jìn)行深入的了解，并在分組中進(jìn)行討論和交流，從而構(gòu)建出甲烷分子各種可能的立體結(jié)構(gòu)，然后從鍵角和排斥力兩個(gè)方面逐步推導(dǎo)出甲烷分子的立體構(gòu)型。同時(shí)，用氣球來模擬公用電子對(duì)的排斥性，促使學(xué)生從分子間相互作用的角度來理解甲烷的空間構(gòu)型，從而使學(xué)生知曉“電子對(duì)的互斥”就變得更加直觀和容易。）

（四）甲烷中碳原子的成鍵特點(diǎn)

師：甲烷分子中的四價(jià)電子和四價(jià)的碳分子，它們之間可以通過四個(gè)共價(jià)鍵連接在一起。那么，有機(jī)化合物中的碳是不是只能和其他四個(gè)原子，以四個(gè)共價(jià)鍵連接在一起？有沒有其他的形態(tài)？請(qǐng)列出C2H6、C2H4、C2H2的電子式和結(jié)構(gòu)式，并構(gòu)建相應(yīng)的分子模型。

讓學(xué)生用海綿球、牙簽來構(gòu)建分子的結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行小組討論。

生：除了能和H原子組成公共對(duì)，還能與C原子組成公共對(duì)。

生：兩個(gè)碳原子除了能組成公共對(duì)外，還能組成雙對(duì)或三對(duì)。

師：很好，同學(xué)們能通過動(dòng)手實(shí)踐找到這個(gè)定律。碳是由4個(gè)價(jià)的電子組成的，能與其他原子組成共用電子對(duì)，從而構(gòu)成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物。為了符合這個(gè)“四價(jià)”的碳鍵，我們有三種方式：

其一，烴類分子間有4對(duì)共用電子對(duì)。

其二，碳碳間由2對(duì)共用（雙鍵）和2對(duì)C-H共用電子對(duì)組成。

其三，碳碳間存在3個(gè)共用（三鍵）對(duì)、1對(duì)碳?xì)滏I的共用電子對(duì)，從而產(chǎn)生各種共同的電子對(duì)。這些共同的電子對(duì)會(huì)對(duì)整個(gè)分子的立體構(gòu)象產(chǎn)生重要的作用。具體內(nèi)容我們會(huì)在以后的課堂上詳細(xì)介紹。此時(shí)，我們應(yīng)重點(diǎn)了解一下，在有機(jī)化合物中，碳鍵的形成規(guī)律是符合不同形態(tài)的“四價(jià)”原理的。

（設(shè)計(jì)意圖：若是單純地從已知知識(shí)了解碳原子成鍵特征，學(xué)生的思維會(huì)受到限制，因此，為避免此問題，教師在教學(xué)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的探討，找出符合四價(jià)原理的方式，提高學(xué)生探索化學(xué)知識(shí)的認(rèn)知能力，使其能更好地了解有機(jī)碳鍵形成的知識(shí)，提升學(xué)生的探索能力、學(xué)習(xí)能力和認(rèn)知能力。）

六、教學(xué)反思

本次教學(xué)中，教師有效地訓(xùn)練學(xué)生圍繞問題進(jìn)行知識(shí)探索的能力，并引導(dǎo)學(xué)生在問題逐漸深化的基礎(chǔ)上強(qiáng)化自身認(rèn)知。但是在具體教學(xué)中，教師未有效地對(duì)學(xué)生能否進(jìn)行有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行全面了解，因此，部分學(xué)生存在學(xué)習(xí)疑問。在之后的教學(xué)中，教師應(yīng)深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，設(shè)置不同層次的問題，促使學(xué)生緊跟教師的教學(xué)思路，鍛煉學(xué)習(xí)探究能力，進(jìn)而增強(qiáng)教學(xué)效果，使學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)得以提升。

（作者單位：陜西省安康市漢濱區(qū)漢濱高級(jí)中學(xué)）

編輯：常超波