基于認知模型的高中有機化學(xué)教學(xué)策略探究

胡裕全

摘 要： 結(jié)合2018年全國高考理科綜合能力測試卷中的有機化學(xué)試題，從建構(gòu)認知模型、運用已建構(gòu)的認知模型、根據(jù)題給模型、題給模型融合已建構(gòu)的認知模型等四個角度深入探究基于認知模型的高中有機化學(xué)教學(xué)策略，提出分析問題和解決問題的方法，從而提高學(xué)生的解題能力，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué);有機化學(xué);認知模型;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2020）09-0088-02

高中有機化學(xué)突出“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，要求學(xué)生從有機化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化等角度來研究和認識物質(zhì)。認知模型是人類對真實世界進行認知的過程模型。學(xué)生可以通過建立認知模型，運用模型預(yù)測變化規(guī)律，解釋化學(xué)現(xiàn)象或物質(zhì)結(jié)構(gòu)等，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。本文從以下幾方面對基于認知模型的高中有機化學(xué)教學(xué)策略進行探討。

一、建構(gòu)認知模型，加強基礎(chǔ)教學(xué)

高考有機化學(xué)主要考查一個關(guān)系網(wǎng)：烴（烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等）、鹵代烴、醇、醛、羧酸、酯、氨基酸、蛋白質(zhì)等的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用、合成及其之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。這里以加強有機化學(xué)中“官能團”的教學(xué)為代表，進行認知模型的建構(gòu)。官能團反映一類有機化合物的共同特性，它決定了化合物的特殊性質(zhì)。建立“官能團”認知模型，不僅能加強對基礎(chǔ)性、通用性知識的理解與鞏固，而且可以運用它分析化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律，提高模型建構(gòu)與認知的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。下面以官能團“羥基”（醇羥基）為例，從“模型認知”方面看高中有機化學(xué)的教學(xué)。

二、運用已建構(gòu)的認知模型分析和解決有機化學(xué)問題

高考有機化學(xué)試題中常見的考查內(nèi)容有：有機化合物分子式、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式、官能團名稱、有機物名稱等的書寫，官能團的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化，有機反應(yīng)類型的判斷和有機化學(xué)方程式的書寫等。對于這些內(nèi)容，學(xué)生可以運用已建構(gòu)的認知模型進行分析和推理。

例如，2018年全國高考理科綜合能力測試Ⅱ卷36題：由已建構(gòu)的“羥基”認知模型就可得出葡萄糖與氫氣發(fā)生催化氫化即醛發(fā)生還原反應(yīng)生成的A為醇;A中的部分羥基發(fā)生消去反應(yīng)生成B;B中的羥基與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成C。由此突破了高考化學(xué)選做題36題“有機化學(xué)基礎(chǔ)”的第一大難點——“入題難”的問題。落到實處，具體回答問題如下：（1）一個葡萄糖分子中含有五個羥基和一個醛基→分子式：C6H12O6。（2）A中含有的官能團的名稱為羥基。（3）由B到C的反應(yīng)類型為酯化反應(yīng)或取代反應(yīng)。運用已建構(gòu)的認知模型，通過分析、推理等方法解決化學(xué)問題，不僅提高了學(xué)生的應(yīng)用能力，而且體現(xiàn)了綜合性和應(yīng)用性。

三、根據(jù)題給模型，直接進行分析、歸納、演繹、推理等加以證實或證偽

例如，2018年全國高考理科綜合能力測試Ⅲ卷36題：（1）根據(jù)題給模型RCHO+CH3CHORCH= CHCHO+H2O，直接運用于合成路線圖中F→G即可推知F苯甲醛與乙醛、氫氧化鈉溶液加熱發(fā)生羥醛縮合反應(yīng)生成G。（2）提取題干信息：碘代化合物E與化合物H在Cr-Ni催化下可以生行偶聯(lián)反應(yīng)，結(jié)合分析合成路線模型中E與H發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)生成Y的機理，演繹推理出E與F在Cr-Ni催化下發(fā)生的偶聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式也就能順利地書寫出來了。

四、提取題給模型，結(jié)合已建構(gòu)的認知模型，形成新的知識塊

高考有機化學(xué)試題除了考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能等必備知識和關(guān)鍵能力外，在考查學(xué)生分析和解決化學(xué)問題的基礎(chǔ)上，還會出現(xiàn)一些信息分析題，如根據(jù)信息設(shè)計有機化合物的合成路線等，以落實應(yīng)用性、創(chuàng)新性等方面的考查要求。根據(jù)題給信息設(shè)計有機化合物的合成路線，是近年來高考有機化學(xué)考查的重點，也是學(xué)生的難點之一。學(xué)生可從目標(biāo)化合物分子開始采用逆推的方法來完成，即逆向?qū)ふ夷茼樌瓿珊铣赡繕?biāo)化合物的中間有機化合物，從產(chǎn)物一直逆推出原料，經(jīng)常需要將已有的反應(yīng)模型和題目給出的反應(yīng)信息相結(jié)合，設(shè)計出一條符合要求的合成路線。

例如，2018年全國高考理科綜合能力測Ⅰ卷36題（7）小題要求設(shè)計由苯甲醇為起始原料制備苯乙酸芐酯的合成路線。題給模型中直接由B氯乙酸鈉與氰化鈉發(fā)生取代反應(yīng)生成C，C在酸性條件下酸化、水解生成D丙二酸，D丙二酸與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成E丙二酸二乙酯。運用逆推法不難發(fā)現(xiàn)，本小題的關(guān)鍵在于苯甲醇怎么轉(zhuǎn)化為苯乙酸。結(jié)合已建構(gòu)的“鹵化烴橋梁”模型可以得出，起始原料苯甲醇與氯化氫發(fā)生取代反應(yīng)生成氯甲苯，氯甲苯與氰化鈉發(fā)生取代反應(yīng)生成苯乙腈，苯乙腈在酸性條件下水解即可生成苯乙酸。有機化合物合成路線的設(shè)計主要考查碳鏈的增長或縮短、官能團的引入與轉(zhuǎn)化，把題給模型和已建構(gòu)的認知模型有機地融合起來，進行分析、演繹、推理，就能進行新的有機合成路線的設(shè)計。這樣不僅提高了分析和解決有機化學(xué)問題的能力，而且增強了應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

總之，有機化學(xué)是高中化學(xué)的一個重要模塊，學(xué)生通過建立認知模型，運用模型系統(tǒng)地、靈活地、創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)有機化學(xué)，可以提高自主學(xué)習(xí)、交流與合作、分析問題和解決問題的能力，還可以提高化學(xué)素養(yǎng)，加強學(xué)科與生活的聯(lián)系，突破思維盲點，提升學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

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