基于“跳板”原則的建模教學(xué)在有機(jī)合成中的應(yīng)用

吳翀?jiān)?/p>

摘要：“跳板”原則旨在縮短溝通路徑，專(zhuān)注丁從繁雜的事物中擺脫出來(lái)而處理重大問(wèn)題。在高考有機(jī)合成二輪復(fù)習(xí)中，將常見(jiàn)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化問(wèn)題抽象成幾個(gè)基本模型。在解決新問(wèn)題時(shí)，學(xué)牛在掌握基本模型的基礎(chǔ)上，利用“跳板”原則，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)分解，形成幾個(gè)次級(jí)問(wèn)題，并通過(guò)集中精力解決“跳板”問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解決。作為有機(jī)正向合成法和逆向合成法的補(bǔ)充，“跳板”原則在高三利用新信息的有機(jī)合成中起到了很好的效果。

關(guān)鍵詞：法約爾跳板；化學(xué)模型；建模教學(xué)；有機(jī)合成；問(wèn)題解決

文章編號(hào)：1005-6629（2017）8-0080-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1有機(jī)合成特點(diǎn)及存在問(wèn)題

有機(jī)合成需要根據(jù)合成目標(biāo)自行設(shè)計(jì)合理的合成路線(xiàn)。在解決有機(jī)合成問(wèn)題時(shí)，學(xué)生不僅要運(yùn)用課堂上已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)，還需要用題中給的新的信息，有時(shí)還需要考慮步驟的先后順序等，所包含的思維容量較大，因此這是一類(lèi)多任務(wù)、需注意分配、加工和較復(fù)雜問(wèn)題的解決。

問(wèn)題解決能力是指人們順利解決問(wèn)題的穩(wěn)定的個(gè)性心理特征。認(rèn)知心理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人們?cè)谕瓿啥鄠€(gè)任務(wù)的時(shí)候，注意的局限性、工作記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶會(huì)受到挑戰(zhàn)，注意的速度和正確性都會(huì)受到影響。也就是說(shuō)，處理多任務(wù)時(shí)，問(wèn)題解決所需要的穩(wěn)定的心理就會(huì)受到影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)專(zhuān)家在他們的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域碰到新問(wèn)題的時(shí)候，相比新手，他們將問(wèn)題分解成幾個(gè)次級(jí)問(wèn)題，然后按一定的順序解決這些次級(jí)問(wèn)題。因此，他們更可能系統(tǒng)化地將問(wèn)題解決，而新手更可能采用隨意的、無(wú)計(jì)劃的辦法。當(dāng)遇到信息型的有機(jī)合成問(wèn)題時(shí)，若學(xué)生能不因問(wèn)題不熟悉而影響穩(wěn)定的解決問(wèn)題的心理狀態(tài)，能系統(tǒng)地根據(jù)題中的信息或原料和目標(biāo)產(chǎn)物的關(guān)系將問(wèn)題分解成幾個(gè)次級(jí)問(wèn)題，然后依次解決這些次級(jí)問(wèn)題，則可以避免在解題時(shí)由于目標(biāo)不明確或無(wú)計(jì)劃而出現(xiàn)盲目亂寫(xiě)的碰運(yùn)氣的情況。

2 “跳板”原則

“跳板”原則義稱(chēng)法約爾跳板原則（ Fayolbridge），由法國(guó)工業(yè)家法約爾（1841～1925）提出。它是一種管理過(guò)程中的溝通方式。在管理中遇到一些需要快速辦理的事情時(shí)，為提高辦事效率，需要跳過(guò)原有的管理路徑，在幾個(gè)問(wèn)題之間建立直接聯(lián)系的渠道，即建立跳板。

“跳板”原則同樣可用于解題時(shí)的思維管理，通過(guò)梳理解題的要點(diǎn)，確定達(dá)到問(wèn)題解決的幾個(gè)次級(jí)問(wèn)題。在次級(jí)問(wèn)題中選取關(guān)鍵問(wèn)題作為問(wèn)題解決的“跳板”，這樣，就把一個(gè)思維容量大的復(fù)雜問(wèn)題分解為“跳板”前問(wèn)題、“跳板”問(wèn)題和“跳板”后問(wèn)題三個(gè)思維容量較小的簡(jiǎn)單問(wèn)題，降低了問(wèn)題解決的難度，隨著上述幾個(gè)次級(jí)問(wèn)題的解決從而系統(tǒng)解決整個(gè)問(wèn)題。

其基本流程如圖l：

法約爾跳板旨在縮短溝通的路徑，把注意力集中到關(guān)鍵問(wèn)題上來(lái)。其作用有以下幾個(gè)方面：①有助于避免由于信息在傳遞和溝通以及綜合分析過(guò)程中，經(jīng)歷的時(shí)間太長(zhǎng)而造成信息的遺漏或失真；②有助于厘清主要問(wèn)題和次要問(wèn)題，準(zhǔn)確地把握問(wèn)題的核心和關(guān)鍵，提高主動(dòng)解決問(wèn)題的意識(shí)；③有助于將熟悉的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成某一特定模型。

3 “跳板”原則在有機(jī)合成問(wèn)題解決中的應(yīng)用

有機(jī)合成一般由原料開(kāi)始經(jīng)歷實(shí)現(xiàn)碳鏈增長(zhǎng)或縮短、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化等若干步驟從而合成產(chǎn)品，常用的合成方法有正向合成法和逆向合成法兩種，這兩種方法在非信息型有機(jī)合成題中有較好的應(yīng)用，然而對(duì)于利用新信息的有機(jī)合成題，學(xué)生若從原料開(kāi)始或從產(chǎn)物開(kāi)始對(duì)可能的路線(xiàn)進(jìn)行正向推斷或逆向推斷，可能會(huì)因不知何時(shí)利用題中的信息、解題的目的性不太明確而耗費(fèi)大量的時(shí)間，解題效率較低。根據(jù)法約爾跳板縮短進(jìn)程，關(guān)注關(guān)鍵問(wèn)題的主要作用，將其應(yīng)用于有機(jī)合成問(wèn)題解決，可以有助于學(xué)生縮短解題時(shí)間，提高有機(jī)合成問(wèn)題解決的效率。

3.1依據(jù)“跳板”原則，確立解題模型

利用“跳板”原則進(jìn)行有機(jī)合成可分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）分析實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的幾個(gè)關(guān)鍵步驟，將有機(jī)合成劃分成幾個(gè)次級(jí)問(wèn)題，并依據(jù)其實(shí)現(xiàn)的難易程度，將對(duì)有機(jī)物結(jié)構(gòu)要求較高的轉(zhuǎn)化確定為“跳板”，其余次級(jí)問(wèn)題相應(yīng)地對(duì)應(yīng)為“跳板”前問(wèn)題和“跳板”后問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)官能團(tuán)位置或個(gè)數(shù)的變化，碳鏈的增長(zhǎng)或縮短、苯環(huán)上的定位等轉(zhuǎn)化，需以有機(jī)物具有某一特定的結(jié)構(gòu)為條件，因此，這類(lèi)對(duì)有機(jī)物結(jié)構(gòu)要求較高的轉(zhuǎn)化常被定為“跳板”。

不同階段的“跳板”不一定相同，如在有機(jī)合成學(xué)習(xí)的初期，官能團(tuán)個(gè)數(shù)或位置的變化往往成為“跳板”，隨著認(rèn)知的深入，原先的“跳板”可能已內(nèi)化于系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之中，形成了解決問(wèn)題的基本模型，見(jiàn)圖3。在高考二輪復(fù)習(xí)中，“跳板”通常為不能通過(guò)已有知識(shí)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化的步驟。

（2）解決“跳板”前問(wèn)題，依據(jù)“跳板”轉(zhuǎn)化的條件，逐步將原料合成至“跳板”所需的結(jié)構(gòu)（“跳板”前物質(zhì)），為“跳板”的轉(zhuǎn)化做好結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備。

（3）根據(jù)提供的信息，利用“跳板”前物質(zhì)，完成“跳板”轉(zhuǎn)化步驟。

（4）解決“跳板”后問(wèn)題，即后期合成，實(shí)現(xiàn)從“跳板”轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)（“跳板”后物質(zhì)）到目標(biāo)產(chǎn)物的合成。

上述過(guò)程可見(jiàn)圖4：

3.2實(shí)例分析

例題：（2017常州期末）二甲氧芐氨嘧啶（I）是一種用于家禽細(xì)菌感染防治藥。其合成路線(xiàn)如下：

依據(jù)“跳板”原則的解題模型進(jìn)行解題的過(guò)程如下。

3.2.1劃分次級(jí)問(wèn)題，確定“跳板”

上述例題中的任務(wù)是合成

，對(duì)照原料和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化，可知：

（1）目標(biāo)產(chǎn)物中的-CH₂NH₂來(lái)源于- CN與H₂的加成，因此需引入-CN；

（2）需將原料中的兩個(gè)碳原子的原料連接為除-CH₂NH₂之外的六個(gè)碳原子的碳鏈，屬于無(wú)法由已有知識(shí)實(shí)現(xiàn)的部分，而需由流程中第⑥步反應(yīng)提供的信息合成。

考慮到兩個(gè)問(wèn)題中，問(wèn)題（2）對(duì)反應(yīng)物結(jié)構(gòu)（醛基和氰基的α-位）要求比較高，并且反應(yīng)物中已經(jīng)涉及含-CN結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，因此將問(wèn)題（2）定為“跳板”。

結(jié)合例題中合成路線(xiàn)，利用圖4所示的基于跳板原則的解題模型，可得圖5所示的解題結(jié)構(gòu)：

3.2.2依據(jù)“跳板”，做好結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備

本環(huán)節(jié)為“跳板”前問(wèn)題解決，旨在為實(shí)現(xiàn)“跳板”轉(zhuǎn)化步驟做好結(jié)構(gòu)上的準(zhǔn)備，合成“跳板”前物質(zhì)。endprint