1、682023.4（下）摘 要：在普通高中化学课堂教学中，教师需要通过动手实验、纸笔练习、分组讨论和展示等核心活动提升学生的课堂主体性，引导学生自主思考和体验，亲历学习和实践全过程，以达到知识内化、能力提升的教学目的。针对“探究有机物分子结构特点”这一教学重难点，本文将搭建有机物的球棍模型作为活动线，将认识碳原子的成键特点作为认识发展线，引导学生在动手实践中认识碳原子的成键数目、成键类型、成键方式，通过亲历学习和实践全过程，实现知识内化、能力提升。关键词：高中化学 核心活动 模型搭建 有机物分子的结构特点 中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1672-6715（2023）08-0
2、068-07*李书霞，清华大学附属中学教师。核心素养需要在多种形式的学习活动中逐步形成。化学课堂的核心活动通常有动手实验、纸笔练习、分组讨论和展示等，在普通高中化学课堂教学中，教师需要通过核心活动提升学生的课堂主体性，注重学生的自主思考和体验，引导学生亲历学习和实践全过程，以达到知识内化、能力提升的目的。因此，在进行教学设计时，如何策划有效的核心活动以突破教学重难点，便显得尤为重要。一、明确教学重难点，搭建进阶型活动框架简单的有机化合物隶属于高中化学借助核心活动 突破教学重难点以“探究有机化合物分子结构特点”为例李书霞*化学69学科教育与教学总第 344 期必修2的第三章，是学生学习有机化学的
3、入门课，主要的教学任务是带领学生认识典型有机物的结构和性质，初步建立研究有机化合物的一般思路。“认识有机化合物的结构特点”是本章的开篇内容。普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）（以下简称“课标”）要求“知道有机化合物分子是有空间结构的，以甲烷、乙烯、乙炔、苯为例认识碳原子的成键特点，以乙烯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯为例认识有机化合物中的官能团。知道有机化合物存在同分异构现象”1，并首次将“搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点”列为学生必做实验，倡导学生通过模型拼插活动来学习和理解有机物的结构特点。对于有机化学的启蒙课，教师既要注重教学策略的趣味性和直观性，也要引导学生关注无机化学
4、和有机化学不同的研究对象和研究方法。据此，笔者设计了搭建模型的6个核心活动（表1），将模型搭建作为明线，将渗透其中的学科思想方法作为暗线，为学生创造自主动手、动脑的探究机会，在不断进阶的学习任务中发展学生对有机物结构特点的认识，并通过动手实践解决“探究有机物分子结构特点”这一教学重难点。二、结构化学习过程，预设课堂教学与成效（一）衔接前课，规划课前学习内容为保障课堂教学效果，在前一节课要做好各项准备工作，包括：1.引导学生学习有机物、烃的概念，并认识有机化合物在人类生活和社会发展中的表1 进阶型学习活动表步骤核心活动活动目的主要意图1利用超轻黏土和牙签搭建甲烷（CH4）分子的球棍模型认识碳原子
5、的成键数目和甲烷的空间构型避免成型模型材料导致的先入为主，从摸索中获得新知2搭建二氯甲烷（CH2Cl2）的球棍模型强化对甲烷四面体构型的理解，初步认识取代反应避免理解与直观体验的分离，从体验中深化理解3搭建含有两个碳原子的烃分子的球棍模型认识碳原子间可形成单键、双键或三键，可以通过多种方式满足碳的四价原则避免知识间的割裂，搭建知识间的桥梁4搭建含有四个碳原子的烃分子的球棍模型丰富对碳原子连接方式的认知，理解同分异构现象，了解饱和与不饱和碳原子避免被动接受，促发“头脑风暴”5搭建分子式为 C5H12的烃分子的球棍模型强化对同分异构（碳链异构）的认识，熟悉较为复杂的分子的空间结构，初识“结构决定性
6、质”的学科思想避免知其然而不知其所以然，领会学科思想6搭建分子式为 C2H6O 的球棍模型体会杂原子的成键原则，认识烃的衍生物的官能团异构现象避免课程内容“失联”，为后续内容奠定基础702023.4（下）重要意义，借此激发学生深入学习的兴趣和动力。2.引导学生分析C、H、O、Cl原子的结构，了解四种元素的成键特点。3.了解球棍模型材料的组成，比如在球棍模型中，不同的原子，其大小和颜色不同，小棍代表化学键，即原子之间的强烈作用力。通过上述预学习内容，帮助学生理解四种元素的成键规则及模型材料组成，为之后的模型搭建和有机物的学习打下基础。（二）针对重难点问题，基于意图强化活动成效为突破教学的重难点，
7、本节课设计了6个核心活动，课堂实施过程中教师要适时进行点拨，明确每个教学活动所承载的认识发展目标。【核心活动1】利用超轻黏土和牙签自主搭建甲烷（CH4）分子的球棍模型（图1）设计意图：成型的球棍模型材料，其插孔已固定，容易使学生先入为主，不加思索地进行安装，这样不利于学生理解有机物分子的立体结构。所以本活动用超轻黏土和牙签作为材料，让学生摸索和动手实践，并结合演示实验讨论思考，从而增强学生探究的自主性，使其真正理解和接受甲烷为正四面体结构的事实，将获得的认识发展聚焦在“碳原子的成键数目和甲烷的空间构型”上。课堂效果：初始时，学生搭建模型具有随意性，未经深入思考和质疑，往往会搭建出平面型、四面体
8、型或其他不规则的形状。这时，教师需及时引导，通过师生配合，将四个气球系在一起，先压成平面，再释放，四个气球会在空中自然伸展，呈正四面体的排列方式，由此引发学生思考讨论，使其理解怎样的结构会使四对共用电子对之间的斥力最小、分子更稳定，为之后的学习做好铺垫。【核心活动2】甲烷变形记搭建二氯甲烷（CH2Cl2）的球棍模型（图2、图3）设计意图：缺乏体验的知识获取，往往难以使学生真正理解。该活动在学生对甲烷具有正四面体结构的理解基础之上，趁热打铁，利用成型的球棍材料搭建二氯甲烷的模型，帮助学生通过自主探究获取直观体验，使其获得的认识发展聚焦在“强化对甲烷四面体构型的理解，初步认识取代反应”上。课堂效果
9、：学生将甲烷的两个氢原子替代为两个氯原子之后，发现二氯甲烷只有一种结构。此时教师需引导学生思考“假设甲烷是平面型结构，那么二氯甲烷有几种构图1 黏土模型（左）和气球模型（右）71学科教育与教学总第 344 期型？”由此帮助学生在动手实践和动脑思考中提升空间想象力和对比分析的能力。图2 平面型结构的CH2Cl2图3 四面体结构的CH2Cl2【核心活动3】甲烷变形记搭建含有两个碳原子的烃分子的球棍模型（图4）设计意图：若不搭建知识之间的桥梁，学生难以形成对相关原理的整体理解。该活动旨在引导学生在已知碳原子形成4个共价键、氢原子形成1个共价键的基础上，由对甲烷的认知拓展到对C2H6、C2H4和C2H
10、2的结构的认知，体会碳原子可以和氢原子通过共价键结合，碳原子之间也可以成键，借此学习饱和碳原子和不饱和碳原子的成键特点。在此基础上，再通过“共用电子对尽可能远离”的原理来理解这些分子不同的空间构型。通过本活动，将学生获得的认识发展聚焦在“碳原子间可形成单键、双键或三键，可以通过多种方式满足碳的四价原则”上。图4 C2H6、C2H4和C2H2的球棍模型课堂效果：在搭建两个碳原子的烃分子结构模型时，部分学生只是想到了C2H6，少数学生能拓展为C2H4和C2H2，但对后二者的空间结构也存在疑问。此时，教师需引导学生先将关注点放在其中的一个碳原子上，然后通过师生配合，用四根系在一起的绳子，先排成正四面
11、体构型（即甲烷的模型），再撤掉一根绳子，发现余下的三根自然形成平面三角形（乙烯的模型），此时被关注的碳原子周围的三组键最大可能地占据了多维空间，若撤掉两根绳子，则余下的两根自然形成直线型（乙炔的模型），即被关注的碳原子周围有两组键时，直线构型使电子对之间的斥力达到最小，分子最稳定2。【核心活动4】搭建含有四个碳原子的烃分子的球棍模型，并写出分子式（图5）设计意图：给予学生自主想象与实践的空间，让其思维在动手过程中持续运转。该活动旨在进一步拓展学生的认知范围，在学生了解碳原子间也可以形成单键、双键或三键的事实基础上，引导其尝试搭建更为复杂的有机物分子模型。此时，教师需引导学生先完成四个碳原子的骨
12、架连接，再根据需要补充氢原子。学生通过不断尝试和书写所搭建模型的分子式，不仅会自主发现“分子式722023.4（下）相同结构不同”的同分异构现象，找到有机物种类繁多的重要证据，也对碳链异构（正丁烷和异丁烷）、位置异构（1-丁烯和2-丁烯）、官能团异构（单烯烃和环烷烃）有了初步印象。通过本活动，将学生获得的认识发展聚焦在“丰富对碳原子连接方式的认知，理解同分异构现象，了解饱和与不饱和碳原子”上。课堂效果：教师首先引导学生搭建四个碳原子连接的碳骨架（对氢原子的补充可以稍后进行或稍加提示），并给予学生自主寻找不同结构的探究空间。此时，相互合作的小组学生在头脑风暴中显得很兴奋，不断提出新的想法，结果发
13、现碳骨架的不同结构越找越多，可以分为链状或环状，在链状基础上还可以有支链（可以是三元环，也可以是四元环），且能感受链状是“锯齿”而非直线的事实。经过不断的探索，学生找到了丁烷的两种同分异构体，发现丁烯和环丁烷互为同分异构。【核心活动5】搭建分子式为C5H12的烃分子的球棍模型（图6）设计意图：表象与原理之间须填补归因与抽象的过程，为学生架设通往学科思想的道路。该活动旨在跟进和强化学生对同分异构现象的认识，使学生逐步领会“结构决定性质”的学科思想。本活动中，教师需引导学生由四个碳的烷烃发展为五个碳的烷烃，并对三种物质的性质进行分析，为寻找“符合条件”的所有的同分异构体打下基础。通过本活动，将学生
14、获得的认识发展聚焦在“强化对同分异构（碳链异构）的认识，熟图5 含4个碳的烃分子模型图6 C5H12的三种同分异构体73学科教育与教学总第 344 期悉较为复杂的分子的空间结构，初识结构决定性质的学科思想”上。课堂效果：有了前面的动手实践经验，学生相对比较容易地搭建出了三种戊烷的结构模型。此时，教师需给出三者的熔沸点数据供学生对照分析，并引导其一方面用证据证明三者确实是结构不同、性质不同的物质，另一方面尝试理解熔沸点不同的原因：支链越多，分子间越不易靠近，距离越远，分子之间的作用力越小，导致熔沸点越低。【核心活动6】搭建分子式为C2H6O的球棍模型设计意图：帮助学生深化“结构决定性质”的学科思
15、想，为今后对乙醇性质的学习奠定基础。该活动通过杂原子的引入，让学生体会氧原子在成键时的“二价”原则，以及与碳和氢相连接时的不同情况，引导学生比较乙醇和二甲醚的结构异同，推测二者具有不同性质的原因，使学生获得的认识发展聚焦在“体会杂原子的成键原则，认识烃的衍生物的官能团异构现象”上。课堂效果：学生在完成乙醇和二甲醚两种分子的球棍模型后，会直观地发现二者在结构上有较大区别。此时，教师需引导学生尝试分析二者“分别具有几类环境不同的氢原子”。学生通过单键可以旋转的事实，较快得出了乙醇有三类氢原子而二甲醚只有一类氢原子的结论。（三）以问题为引，巩固活动所获为巩固学生本节课的实际获得，笔者在活动课之后的下
16、一节课上，设计并提出了一个问题：目前在自然界中发现的和由人工合成的有机化合物已达上亿种，请你基于碳原子的成键特点，解释有机物种类繁多的原因。通过这个问题，笔者引导学生全面回顾碳原子的成键特点，检验并巩固学生对有机物分子结构特点的掌握。事实证明，大部分学生都能回答出部分原因，因为活动课中提炼的内容都可以作为证据：碳原子的成键方式：碳四价碳原子间的成键方式：单键、双键或三键碳骨架的多样性：线型、支链型、环型等碳四价的丰富性：碳碳键、碳氢键、碳和其他原子成键同分异构现象的普遍存在在之后对“乙烯、苯、乙醇、乙酸”的学习中，教师也可通过各球棍模型的展示，深化学生对有机物结构特点的认识，使其在面对陌生有机物时能够进行自主迁移，并基于证据对有机物的结构进行合理推测。在学习烃的衍生物时，教师还可以典型有机物为例，帮助学生逐步建立“官能团与反应类型”的关联，进而对“结构决定性质”的学科思想有更为本质的理解。742023.4（下）三、反思教学过程，突破重难点问题本节课围绕“探究有机物分子结构特点”这一教学重难点，借助搭建球棍模型的系列核心活动，有效帮助学生突破初识有机物的认知障碍，引导学生经历搭建、拆分、
