发掘知识的内在魅力-浙江化学会.doc

感悟人文魅力，彰显知识价值甲烷的课堂实录和点评周益波 汪纪苗宁波市鄞州中学 鄞州区 315100鄞州区教研室 鄞州区 315100摘要：展示全国高中化学优质课比赛一等奖甲烷的课堂实录，并从知识视角进行了点评和反思，提出教学设计时要探寻知识本原，发掘知识的内在魅力，促进知识内化。关键词：甲烷；知识本原；知识内化；课堂实录；点评2014年10月全国高中化学优质课比赛在武汉举行，鄞州中学元乐天老师代表浙江省参加比赛，参赛的内容是人教版化学2的甲烷。元老师在深入解读教材的基础上，进行教材的合理加工，设计了流畅优美的教学主线，展现了精湛的课堂教学水平，得到评委和听课教师的好评，获得全国一等奖。本文呈现甲烷的课堂实录和点评，以飨读者。1课堂实录1.1 环节1：西气东输，引入课题【引言】大家都知道，武汉的经济是发达的，但武汉却是一个能源匮乏的城市，在发展经济的同时，能源的短缺是一个巨大的瓶颈， 请大家想一想，怎么来解决这个问题呢？【学生】西气东输【设问】国家的“西气东输”工程这个战略确实让武汉受益很大。这里的 气指的是什么呢？它的主要成分是什么呢？【学生】天然气，是甲烷【教师】其实，煤矿中的瓦斯、池塘中的沼气，它们的主要成分也是甲烷。设计意图：从“西气东输”引入课题，贴近学生的生活实际，体现了化学来源生活实际，激发学生的学习兴趣。1.2环节2：实验展示，认识甲烷的性质【展示】（展示甲烷）这就是一瓶甲烷，你们对甲烷有多少了解呢？学生活动：学生观色、闻味，并联系甲烷的收集方法和式量，判断溶解性和密度。【归纳】甲烷是无色无味气体，极难溶于水，密度比空气小，能燃烧，可作燃气。【史实展示】早在3000年前易经中就有发现甲烷的记载，有“泽中有火”之说。 1776年 英国化学家、物理学家道尔顿收集了甲烷，并进行研究。1790年 英国医生奥斯汀（ting）发表了燃烧甲烷的报告，并最终确定甲烷是碳和氢的化合物，由于甲烷只由碳氢两种元素组成、分子内只含有一个碳原子，所以，甲烷也是最简单的有机化合物。【实验展示】如图所示，一个空茶叶罐，上下各钻一个孔，先从下孔通入甲烷，充满后在上口点燃。实验现象：甲烷燃烧，呈淡蓝色火焰，最后发生爆炸。问题思考：为什么会发生爆炸？交流讨论后得出：甲烷在燃烧的同时空气也在不断进入，导致甲烷和空气的混合比例发生变化，最终达到爆炸极限。甲烷爆炸极限阅读P61页的资料卡片可知为5%15.4%。【问题思考】你们听说过瓦斯爆炸吗？怎么来预防瓦斯爆炸呢？学生讨论交流：通风、严禁烟火，使用仪器来检测它的含量。进而形成共识：在使用可燃气体时，必须要检验纯度。【教师】不管是燃烧还是爆炸，其实就是甲烷与氧气发生了反应：CH4+2O2CO2 + 2H2O【过渡】甲烷与氧气反应，其实就是发生了氧化还原反应，甲烷被氧气氧化，因此它发生了氧化反应。既然甲烷可以被氧气氧化，那么它还能不能被其他氧化剂氧化呢？我们知道酸性高锰酸钾是一种常用的强氧化剂，它是否可以氧化甲烷呢？【实验展示】甲烷通入到酸性高锰酸钾溶液中（用一支盛酸性高锰酸钾溶液试管作对比实验）由实验现象，得到结论：甲烷与高锰酸钾是不反应的。【小结】事实上甲烷在通常情况下的性质确实非常稳定，与高锰酸钾等强氧化剂、强酸、强碱等都不会发生反应设计意图：本环节通过化学实验的展示，创设生动活泼的教学情景，激发学生学习化学的兴趣，帮助学生理解和掌握甲烷的物理性质、燃烧和稳定性，体现了化学实验的价值，同时为引出甲烷的结构探究作了铺垫。1.3环节3：“问题史实活动”层层推进，探究甲烷分子结构【问题】同学们，到底是什么因素导致了甲烷的性质这么稳定呢？【学生】甲烷的结构【活动】对，结构决定性质。接下来，我们就一起来研究甲烷的结构，请大家首先写出甲烷的电子式和结构式？【问题】甲烷分子中的C原子通过四个单键分别和四个H原子相连。那么这5个原子在空间又是如何分布的呢？【史实】早在1874年，荷兰物理化学家范霍夫他也提出了这个想法。话说有一天，范霍夫在大学的图书馆里阅读论文的时候，他偶然产生了一个想法“甲烷的结构到底是怎样的呢？”。【活动】同学们，假如你是范霍夫，你能想出几种甲烷的结构？请把你想到的所有结构，动手搭建出来！准备的材料，大白球表示碳原子；小黑球表示氢原子；一根牙签表示一对共用电子对。2位同学一个小组。（学生活动，教师介绍、巡视、观察、收集）【问题】同学们很聪明，搭了很多结构（收集、展示学生模型，如下图），那么，到底哪种结构是最合理的呢？ 【史实】当时的范霍夫也碰到了相同的问题，他走出图书馆，具有广博数学和物理学知识的范霍夫突然想起，在自然界中一切稳定的结构都趋向于最小能量状态。在这种情况下，只有当H原子均匀的分布在碳原子周围的空间时才能达到。【活动】请你们看一看，你们搭建的结构是均匀分布的吗？如果不均匀，请修正你的结构。（学生修正结构）【问题】大家有两种想法很集中，但还是有二种结构，到底哪一种分布更加均匀呢？【教师解释】我们从HCH它们的夹角来分析，平面正方形中，HCH的夹角有90和180两种；正四面体中，每个HCH的夹角都相等，只有一种。所以正四面体结构更均匀。【史实】范霍夫猛然领悟，正四面体！这才是甲烷分子最恰当的空间排列方式！【教师】如果我这张纸条（展示）按照虚线折叠起来后，它就是正四面体！氢原子在四面体的顶点，碳原子在四面体的中心。【解释教师】同学们，如果早在1874年大家有这种空间结构研究成果的话，你就可能是诺贝尔化学奖的第一人“范霍夫”【史实】范霍夫分子的空间立体结构的假说的创立者；毕生从事有机立体化学与物理化学的研究，世界上第一个诺贝尔化学奖的获得者。【总结】正是由于甲烷有这样的结构和稳定的C-H键，它的性质才很稳定。【活动】展示甲烷的球棍模型和比例模型【介绍】甲烷的球棍模型，它能表示分子内各原在空间的相对位置；甲烷的比例模型，它能表示分子内各原子的相对大小和在空间的相对位置设计意图：本环节采用“问题史实活动”的教学方式，以史实为主线，问题为纽带，活动为核心，模拟范霍夫在探究甲烷结构时的历程，让学生体会到科学探究的一般方法，体会每一个知识点后面都有一个故事，发掘了知识的内在价值。1.4环节4：破解机密，实验探究，理解甲烷取代反应【过渡】我们继续来观察甲烷的模型，如果我把甲烷中的3个H原子分别用2个Cl原子和1个F原子来代替，你们知道这是什么东西吗？这是一个宝贝呀！【史实】1930年美国杜邦公司的米奇利利用甲烷发明了它，于是全世界几乎所有的冰箱、空调等都用上了它。现在，知道它是什么了吗？【解释】CHFCl2（二氯一氟甲烷）是氟利昂的主要成分之一，它的安全性和制冷效果比起其它制冷剂更为卓越！【过渡】当时杜邦公司也凭借这项发明创造出了巨大的利润，但是该公司对其合成原理进行了严格的保密，这也就成为了当时最大的机密之一！那么，今天你们有没有兴趣来破解这个机密呢？【学生】有！（学生很有激情）【过渡】为了破解这个机密，我们先通过一个实验来悉甲烷的另外一个性质。【实验演示】如图装置所示，在100mL量筒中充入80mL氯气和20mL甲烷， 倒置在饱和食盐水中，光照。另取一个针筒，充入80mL氯气和20mL甲烷，用黑布遮住，作对比实验用。（实验现象用摄像头投影）（在等待实验的时间中，引导学生思考3个问题：为什么收集氯气时候要用饱和食盐水？光照前，为什么先通氯气后通甲烷？ 同学们，有的反应进行的很快，比如在无机反应中的酸碱中和反应、离子反应等，大家再来看这个反应，它快吗？大多数的有机反应进行的是比较缓慢的，需要大家的耐心 等待，仔细观察。）投影的实验现象：1.液面上升，先慢后快。【教师】现在，我请2位同学上讲台来观察这个实验，来看看还有哪些现象？目测实验现象： 2.内壁和液面出现油状液滴。3.气体颜色变浅。学生解释实验现象：1.反应前后气体体积减小 可能生成了溶于水的气体；2.说明有不溶于盐水的物质生成；3说明Cl2消耗了，与甲烷发生了反应【解释】那么到底是怎样进行反应呢？我们用结构式来表示这个反应，在光照条件下，氯气分子中的Cl-Cl键断裂，然后氯原子进攻了甲烷分子中的氢原子，导致一条C-H断裂，Cl原子就和C原子通过单键结合，脱下来的H原子就和另外一个氯原子结合生成氯化氢，最终氯原子替代了甲烷分子中的氢原子，像这样，甲烷中的一个氢原子被氯原子所替代，这种物质就叫做一氯甲烷。【板书教师】【解释教师】CH3Cl中还有3个H原子，能否继续和氯气反应？其实，反应一旦发生，将连续发生反应。【活动】请同学们写出后面的反应。（学生在黑板上写出）【问题】（指着四个反应）请同学们观察一下这些反应发生的时候有怎样的共同特点呢？【解释】氯气中的氯原子逐步替代了甲烷分子中的氢原子。像这样，有机物分子中的某些原子（或原子团）被另一种原子（或原子团）所替代的反应叫做取代反应。甲烷与氯气发生取代反应后生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷，一氯甲烷常温下为气态，其余三种都为液态。由于它的产物都不溶于水，所以能看到有油状液滴存在。【解释】我们刚才讨论了，甲烷的结构是平面正四边形还是正四面体，大家来看一看，如果是平面正四边形，那么它的二氯取代物有几种？（2种），如果是正四面体，那么它的结构则只有1种，所以，通过二氯甲烷也可以证明甲烷的空间结构为正四面体。 反映【板书】决定性质 结构【问题】三氯甲烷俗名为氯仿，可用来制取氟利昂；现在大家能否破解氟利昂合成的机密吗？【投影】CHCl3CHFCl2【解释学生】F原子取代了CHCl3（氯仿）中的中的氯原子【教师】在制取的过程中可以选用什么物质和它反应呢？【学生】F2或者HF【答疑投影】是的，工业上就是通过HF和CHCl3来制取二氯一氟甲烷的：CHCl3+HFCHFCl2+HCl。这个反应它是取代反应吗？【学生】是取代反应【解释教师】杜邦公司的最高机密我们成功的破解了，以甲烷为主要原料制造的氟利昂曾极大地造福了人类，可这个物质却对大气中的臭氧层有破坏作用，为了防止臭氧空洞，国际组织通过了一项叫蒙特利尔议定书，来限制氟利昂的使用，以保护臭氧，我们都要遵守。【小结教师】同学们，今天我们通过大家的一起努力，了解了甲烷的结构，解释了甲烷在通常情况下性质为何这么稳定，而稳定的结构，也反映出了甲烷的结构。当然在特定条件下甲烷也可以发生一些反应，比如说取代反应、氧化反应设计意图：通过创设氟里昂生产秘密的情景，在解密中自然学习了甲烷的取代反应。本环节进行教材的二次开发，充分利用实验作用，让学生体会化学知识的获得是要实证的，也让学生感受到化学是一门应用性科学。1.5环节5：交流讨论，知识拓展，感受甲烷的价值【问题】甲烷可以作为能源。但是你们想过没有为什么把甲烷作为一种高效而又清洁的能源呢？【学生】讨论并回答【总结】1.提示甲烷燃烧后的产物，点明清洁能源；2.分析数据，甲烷热值比较高；3.含甲烷的资源相对比较丰富。【知识拓展】深藏于陆地冻土和海底的可燃冰，因具有分布广、资源量大和能量密度高等先天优势，可燃冰的储量足够人类使用1000年，因此被人们称之为“未来最佳替代能源”。我国初步证实，可能含有可燃冰的区域有南沙、东沙、西沙和冲绳海槽等。因此，在业界流传着这样一句话：“谁掌握可燃冰的开采技术，谁就可以执掌21世纪世界能源之牛耳。”设计意图：让学生理解甲烷作为能源的优点和应用前景，体会化学对人类发展的作用，化学能让生活更美好1.6环节6：课堂小结【真情感言】今天我们一起探讨了甲烷的一些性质和用途，你有哪些收获？生1：我知道了甲烷是一种很有用的物质。生2：我知道了甲烷能用作能源，能发生取代反应制取氟里昂。生3：我还知道了可燃冰，希望早日用到可燃冰。【过渡小结】很开心和我们的同学度过了40分钟的时间，同时仿佛我们也跨越了5000年甲烷的研究史，一种简单的有机化合物为我们的生产和生活带来了如此巨大的帮助，【教师】最后，老师把它总结为一首诗来小结我们这节课的内容：简单甲烷用途广，安全使用记心上。科学探究虽艰辛，合理应用放光芒。设计意图：通过学生小结，让学生反思课堂的收获，老师通过小诗的形式，对甲烷作概括性的回顾，突出了科学探究思想和环保意识。2点评和反思元老师教学理念新颖、语言清晰流畅、基本功扎实、教材处理合理、联系生活生产实际，教学流程主线明晰、实验设计精心精彩、师教生学统筹兼顾，在整个课堂教学中注重以学生为主体，充分调动学生的主动性主动体验、主动探究，在探究实践中逐步养成学习的意识和能力，使课堂教学充满生机和活力，是一堂十分精彩的展示课！下面笔者从知识视角进行点评和反思。2.1探寻知识本原，发掘知识内在魅力甲烷为人教版化学必修2中“第三章有机化合物”的第一节内容。本节内容知识相对于高中学生比较简单，学生初中时已经接触过甲烷，知道甲烷的分子式和可燃性。本节的教学难点是甲烷的取代反应，由于甲烷的简单结构，理解并突破这一难点也并不困难。但元老师并不满足于以上这些，而是试图挖掘知识的内在魅力，体现知识的价值，这也成为本节课的最大特色。元老师对教材的知识序进行了调整和补充，如下表：教材的知识序教学要求元老师的内容处理西气东输A结合武汉能源情况介绍甲烷电子式、结构式B甲烷结构的制作和认识B移到“甲烷燃烧”以后【补充】补充化学史甲烷物理性质B甲烷燃烧B【补充】甲烷的燃烧和爆炸实验甲烷与高锰酸钾溶液实验甲烷的爆炸极限【资料卡片】B【强化】实验改进，点燃的安全性甲烷氯代实验、反应式及产物B【强化】实验改进，增加可视性【补充】高效、洁净能源经教材二次开发后，有以下的特点：2.1.1挖掘化学史实，感悟人文魅力教学过程中挖掘补充了甲烷结构发现的化学史，还原了当时科学家进行科学探究的原过程，寻求知识本原，揭示了“每个知识都有属于它自己的一些故事”的道理。教学中以“问题史实活动”的形式充分展示了知识的本真，发挥了化学史实的价值，感悟了化学史实的人文魅力。教师基于对教材中各素材所承载的教学功能的理解进行适当的调整和补充，将更鲜活的故事呈现给学生以充分引起认知冲突，这样的“二次开发”可以让学生认识科学、技术和社会发展的相互关系，了解这些经典科学探究范例中所涉及的探究过程和方法1。教材中哪些知识是可以成为被重新发现的奥秘，可以成为被探索的工具，成为神奇的创造过程，我们要有这样的意识，更要学习学习再学习，夯实功底。2.1.2挖掘实验资源，培养创新能力本节课深入挖掘实验资源，补充和改进了相关的实验。补充了甲烷的燃烧爆炸实验，创新性地将燃烧和爆炸实验合二为一，实验展示中随着茶叶罐上口的火焰渐渐变弱，最终突然发生爆炸，把茶叶罐盖子高高掀起，创造了一种震憾的实验效果。这样的实验设计有助于学生理解甲烷的爆炸极限，并马上能联系煤矿生产时要注意预防瓦斯爆炸。改进了甲烷取代反应实验，实验现象非常明显，可观性很强，油滴的观察和量筒内水柱的上升能为后面讲解甲烷的取代反应提供了很好的实验依据，实验的成功为学生顺利理解甲烷的性质创造了很好的基础，体现了元老师在实验设计精心和独到之处，也有利于培养学生的创新能力。2.1.3开发探究活动，彰显知识价值课堂中以化学史实为载体，探究了甲烷的空间结构；以实验为载体，探究了甲烷的化学性质。通过精心设计的探究活动，将教材中呆板现成的知识设计成精彩而又独特的思维过程，并引导学生的思维深入到知识的发现或再创造或再发现的过程中。通过科学探究活动，学生不仅学到科学知识，还体验科学的过程，了解科学方法，受到科学价值观的熏陶。也只有如此学生才能从真正意义上理解和掌握知识，才能将化学知识内化为自己的智慧。任何知识都有多重价值，因为任何知识的获得都不是一个孤立的过程，它是科学家运用一定的科学研究方法，经历艰难曲折的探索过程而获得的，这个倾注了科学家的智慧，体现了科学家的思想和观点。教学中通过挖掘开发探究活动，将静态知识动态化，在理解知识的同时渗透了化学方法和化学观念，彰显了知识的价值。2.2知识有序编码，主动探究体验，促进知识内化课堂教学就是通过教师和学生的显性知识交流，实现显性知识的融合，然后由学生将显性知识内化为隐性知识的过程。促进知识内化的方法有：外部信息的有序编码，活动、练习和领悟的学习方式。本节课的教学设计将知识有序编码，形成清晰流畅的教学流程主线，选用实验、活动、讨论等多种教学方式，促进了学生对知识的内化，同时渗透化学观念、观点和化学思想，提升了学习效果。教学流程主线如下图：教学流程先以西气东输作为引入，然后以实验引出甲烷的燃烧和物理性质，通过学生活动探究分子结构，再以杜邦公司氟里昂的解密为情景