- 相關(guān)推薦
“最簡單的有機(jī)化合物
作者：陳風(fēng)雷
化學(xué)教學(xué) 2015年07期
一、課標(biāo)要求與學(xué)情基礎(chǔ)
1.課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和教科書的編排
關(guān)于《化學(xué)2》中的“甲烷”，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的要求是“了解甲烷的……主要性質(zhì)”[1]。《江蘇省普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)要求》將其細(xì)化為“知道甲烷的分子結(jié)構(gòu)，了解甲烷的來源，了解甲烷的可燃性、取代反應(yīng)等性質(zhì)及主要用途”[2]。
人教版教科書以“最簡單的有機(jī)化合物——甲烷”為題，將其安排在《化學(xué)2》第3章“有機(jī)化合物”的第一節(jié)[3]。教科書以甲烷在自然界中的存在、我國使用天然氣的歷史以及“西氣東輸”的現(xiàn)狀、天然氣作為能源的特點(diǎn)等導(dǎo)入新課，然后介紹了甲烷的分子式、電子式和結(jié)構(gòu)式，并設(shè)計(jì)了制作正四面體和甲烷球棍模型的“實(shí)踐活動(dòng)”幫助學(xué)生認(rèn)識甲烷分子的結(jié)構(gòu)特征。關(guān)于甲烷的性質(zhì)，在回憶初中已知的物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上，首先介紹“在通常情況下，甲烷比較穩(wěn)定”，不能與酸性高錳酸鉀溶液、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等反應(yīng)，然后依次介紹了甲烷的氧化反應(yīng)和取代反應(yīng)。在取代反應(yīng)中，教科書通過“科學(xué)探究”欄目采用“減法原理”設(shè)計(jì)了一個(gè)對比實(shí)驗(yàn)，將“一支試管用黑紙包好”，人為地去除了“光”的因素，并與沒有包裹黑紙的試管進(jìn)行比較，讓學(xué)生獲得“光”是甲烷取代反應(yīng)必備條件的事實(shí)材料[4]。
綜上可知，課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書主要是讓學(xué)生從生活實(shí)際和已有知識出發(fā)，學(xué)習(xí)甲烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，重點(diǎn)認(rèn)識甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)和取代反應(yīng)的特點(diǎn)，使學(xué)生在初中知識的基礎(chǔ)上有所提高。同時(shí)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定存在和用途的認(rèn)識，并了解學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的基本思路和方法，激發(fā)學(xué)生對有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。
2.學(xué)情基礎(chǔ)
學(xué)生在九年級化學(xué)學(xué)習(xí)中，已經(jīng)學(xué)習(xí)了甲烷的物理性質(zhì)和甲烷能夠燃燒的化學(xué)性質(zhì)，在《化學(xué)1》中又較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了無機(jī)化合物的性質(zhì)，了解了認(rèn)識元素化合物性質(zhì)的一般方法，初步建立了物質(zhì)性質(zhì)和用途之間的聯(lián)系，這都為學(xué)習(xí)有機(jī)化合物奠定了一定的基礎(chǔ)。但是由于受《課程標(biāo)準(zhǔn)》的限制，現(xiàn)行高中化學(xué)教科書對于無機(jī)化合物的知識，“主要介紹了一些基本的或典型的化學(xué)事實(shí)，如物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)的用途及物質(zhì)與生活、社會的聯(lián)系等，并不追求知識的系統(tǒng)性和連貫性，而是注重知識的實(shí)用性和有效性”[5]。所以，學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的認(rèn)識不是非常的深刻。而對于有機(jī)化合物的學(xué)習(xí)，更需要從結(jié)構(gòu)的角度認(rèn)識其反應(yīng)的機(jī)理，所以，逐步建立起有機(jī)物“（組成）結(jié)構(gòu)——性質(zhì)——用途”的認(rèn)識關(guān)系，使學(xué)生了解學(xué)習(xí)和研究有機(jī)物的一般方法，并形成相應(yīng)的分析和解決問題的能力，是開啟有機(jī)化合物的學(xué)習(xí)時(shí)亟須解決的問題。
二、教學(xué)目標(biāo)
通過道爾頓等科學(xué)家研究甲烷等有機(jī)物結(jié)構(gòu)的化學(xué)史實(shí)、對甲烷分子結(jié)構(gòu)模型的搭建，以及二氯甲烷只有一種結(jié)構(gòu)的事實(shí)，認(rèn)識甲烷分子的正四面體結(jié)構(gòu)特征。
通過天然氣、可燃冰、頁巖氣等圖片的介紹，了解甲烷的來源。
在回憶初中所學(xué)甲烷知識的基礎(chǔ)上鞏固甲烷的可燃性，進(jìn)一步體會甲烷是一種重要的能源。
通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析認(rèn)識甲烷的取代反應(yīng)等性質(zhì)，知道鹵代烴在有機(jī)合成中具有重要的作用。
結(jié)合對甲烷組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深對物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定存在和用途的認(rèn)識，并激發(fā)起對有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。
三、教學(xué)實(shí)錄
1.播放新聞，引入新課
[師]我們知道，有機(jī)化合物是指含有碳元素的化合物。它在我們身邊隨處可見，也與我們的生活息息相關(guān)。下面請大家看一個(gè)新聞視頻。
[視頻]2014年5月21日中俄兩國簽署了30年天然氣“供氣框架協(xié)議”。
[師]4000億美元（約合2.5萬億元人民幣）的協(xié)議總額，這份“世紀(jì)大單”足以震驚世界。天然氣的主要成分是——
[生]甲烷。
[師]它是最簡單的有機(jī)化合物。今天，我們就一起來進(jìn)一步學(xué)習(xí)這種最簡單的有機(jī)化合物——甲烷。
設(shè)計(jì)意圖：通過新聞視頻讓學(xué)生切實(shí)體會到甲烷在我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾猛�，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)甲烷的熱情，并將燃料作為甲烷學(xué)習(xí)的情景線索貫穿本課教學(xué)的始終。
2.分析圖片，回顧舊知
[師]除了天然氣以外，你知道甲烷在自然界中的其他存在形式嗎？
[生]沼氣、油田氣、煤礦坑道氣、可燃冰等。
[投影]圖片展示：“西氣東輸”工程建設(shè)示意圖、農(nóng)村沼氣池、煤礦坑道氣、油田氣、可燃冰、深海機(jī)器人潛入海底探尋可燃冰。
[師]新華網(wǎng)報(bào)道，德國已成功制造深海機(jī)器人，能潛入6000m深的海底探尋可燃冰。我們在初中時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過甲烷，你對甲烷有哪些了解呢？
[生]甲烷的分子式是，通常情況是無色無味的氣體，有可燃性，可做燃料。
[投影]這些是甲烷在自然界中的存在、分子組成、主要性質(zhì)和主要用途。
設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生回顧對甲烷已有的認(rèn)識，教師再從4個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，主要是為了讓學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)能獲得新的認(rèn)識，體現(xiàn)課堂的前后呼應(yīng)。這也符合學(xué)生的新知識生長在舊知識之上的一般規(guī)律。
3.分析史料，認(rèn)識結(jié)構(gòu)
[師]下面請大家寫出甲烷的電子式。
[生]一位學(xué)生上黑板書寫甲烷的電子式。
[師]在化學(xué)上，常用一根短線表示一對共用電子，這種形式叫做結(jié)構(gòu)式。請寫出甲烷的結(jié)構(gòu)式。
[生]一位學(xué)生上黑板書寫甲烷的結(jié)構(gòu)式。
[師]甲烷分子的空間結(jié)構(gòu)到底是怎樣的呢？
早在1804年，“近代化學(xué)之父”道爾頓就開始甲烷分子結(jié)構(gòu)的研究。隨后，在德國凱庫勒、俄國布特列洛夫等一批科學(xué)巨匠的努力下，有機(jī)化合物的經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論基本建立，人們提出了一些甲烷分子結(jié)構(gòu)的猜想。1874年，第一位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的獲得者——范特霍夫提出了碳原子具有四面體結(jié)構(gòu)的假說。下面請同學(xué)們搭出歷史上科學(xué)家猜想的甲烷分子結(jié)構(gòu)。
[生]兩人一組，合作完成甲烷分子結(jié)構(gòu)模型的搭建。
[師]請一組代表來和大家分享一下。告訴大家你們搭了幾種結(jié)構(gòu)？你們覺得哪一種是合理的？為什么？
[生]我們一共搭了3種結(jié)構(gòu)，有平面正方形、四棱錐形和正四面體形。我們認(rèn)為正四面體形是合理的，因?yàn)榧淄榉肿又械?對共用電子對在碳原子的核外應(yīng)該是均等分布的，平面正方形和四棱錐形的共用電子對在碳原子的四周都不是完全均等分布的。
[師]回答得非常好！我這里有4個(gè)氣球，現(xiàn)在用皮筋把它們扎在一起，請大家看一看它們將怎樣分布？（四面體分布）我現(xiàn)在把這4個(gè)氣球在黑板上壓在一個(gè)平面中，現(xiàn)在是什么形狀？（平面正方形），用力往上拋（將4個(gè)氣球用一個(gè)手指彈離黑板），再看�。∈鞘裁葱螤�？4個(gè)氣球又呈正四面體的分布，這說明四面體才是它的自然狀態(tài)。如果將這4個(gè)氣球看成碳原子周圍的4個(gè)共用電子對，這個(gè)中心就是碳原子的核，甲烷分子結(jié)構(gòu)的自然取向應(yīng)該是正四面體。近代，科學(xué)家通過X-射線和電子衍射等科學(xué)實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了這一假說。在甲烷分子中4個(gè)C-H鍵的長度和強(qiáng)度相同，夾角相等。
[投影]X-射線衍射儀和電子衍射試驗(yàn)儀；甲烷分子的鍵長、鍵能、鍵角。
設(shè)計(jì)意圖：甲烷分子的立體結(jié)構(gòu)是本課的難點(diǎn)和重點(diǎn)，也是貫穿本課的一條主線。通過介紹歷史上科學(xué)家對甲烷立體結(jié)構(gòu)的探索歷程，并讓學(xué)生自己搭建模型進(jìn)行對比分析，促進(jìn)學(xué)生對甲烷立體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。借助氣球演示，引導(dǎo)學(xué)生從粒子之間作用的層面認(rèn)識甲烷的立體結(jié)構(gòu)，突破難點(diǎn)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對甲烷正四面體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。
4.操作實(shí)驗(yàn)，探究性質(zhì)
[師]剛才大家搭建的甲烷分子模型是球棍模型，這是甲烷分子的比例模型（呈現(xiàn)模型）。我們知道天然氣是一種重要的高效清潔能源，請大家寫出甲烷燃燒的化學(xué)方程式。
[生]一位學(xué)生上黑板書寫甲烷燃燒的化學(xué)方程式。
[師]25℃、1.01×Pa時(shí)，1mol 在空氣中完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，能放出890kJ的熱量。天然氣能作為燃料正是利用該反應(yīng)放出的能量。在這個(gè)氧化還原反應(yīng)中，甲烷被氧氣——氧化，甲烷發(fā)生了——氧化反應(yīng)，體現(xiàn)了甲烷的——還原性。我們在討論有機(jī)物的性質(zhì)時(shí)，經(jīng)常從有機(jī)物的角度判斷反應(yīng)的類型，也就是說在這個(gè)反應(yīng)中甲烷發(fā)生了氧化反應(yīng)，該反應(yīng)的類型通常簡稱為氧化反應(yīng)。
[師]實(shí)驗(yàn)室可以用哪些物質(zhì)來制取氧氣？
[生]氯酸鉀和二氧化錳；高錳酸鉀；雙氧水。
[師]我們知道高錳酸鉀也是一種強(qiáng)氧化劑，甲烷具有還原性，那么甲烷是否能與高錳酸鉀溶液反應(yīng)呢？我們來做個(gè)實(shí)驗(yàn)，看看甲烷是否能與高錳酸鉀溶液反應(yīng)？
[投影]實(shí)驗(yàn)試劑：甲烷氣體（小針筒內(nèi)）、酸性高錳酸鉀溶液。實(shí)驗(yàn)儀器：白色點(diǎn)滴板。實(shí)驗(yàn)操作：（1）將2～3滴酸性高錳酸鉀溶液滴在白色點(diǎn)滴板上；（2）將點(diǎn)滴板上的試劑抽人針筒，并塞上塞子，輕輕晃動(dòng)；（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將針筒內(nèi)試液保留，等課后處理。
[師]請一位同學(xué)來讀一下實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，其他同學(xué)聽清楚了再開始實(shí)驗(yàn)。
[生]分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
[師]請一組代表來匯報(bào)交流一下。
[生]實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：酸性高錳酸鉀溶液沒有褪色。
[師]這說明在通常情況下，甲烷還是比較穩(wěn)定的，它不能與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)。另外，甲烷也不能與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿反應(yīng)。
[師]在實(shí)驗(yàn)室里，可以用高錳酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣。氯氣也是一種具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)。甲烷能與氯氣反應(yīng)嗎？課前老師利用一組裝置進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，下面請大家來看實(shí)驗(yàn)的錄像視頻。
[投影]甲烷與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的錄像視頻。
[師]在3只U型管中均裝滿飽和食鹽水，然后在U型管1的右側(cè)充入25mL甲烷和25mL氯氣，在U型管2的右側(cè)充入50mL氯氣，在U型管3的右側(cè)充入25mL甲烷和25mL氯氣。U型管1和U型管2用白色冷光源節(jié)能燈進(jìn)行光照，U型管3用黑紙包裹。思考，這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意圖是什么？
[生]用兩個(gè)字概括——對比。其中，有反應(yīng)條件光照和不光照的對比，還有單獨(dú)氯氣光照和混合氣體光照的對比。
[師]我們來看看實(shí)驗(yàn)結(jié)果是怎樣的？U型管1液面明顯上升，U型管2和U型管3液面無明顯變化。U型管1內(nèi)液面上方形成白霧，管壁出現(xiàn)少量油狀液滴，黃綠色褪去。取U型管1內(nèi)少量液體，滴加紫色石蕊試液，試液變紅色。由此我們能得出怎樣的結(jié)論？
[生]說明在光照條件下，氯氣和甲烷發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。
[師]請大家判斷反應(yīng)的生成物。
[生]石蕊試液變紅，說明反應(yīng)有酸性物質(zhì)生成；管內(nèi)出現(xiàn)白霧，說明有液態(tài)小滴生成。
[師]非常好！其中酸性物質(zhì)應(yīng)該是——氯化氫，氯化氫分子中的氫原子來自哪里？氯原子來自哪里？
[生]氫原子來自甲烷分子，氯原子來自氯氣分子。
[師]那么，除了氯化氫以外，還有什么物質(zhì)生成？請大家完成化學(xué)方程式。
[生]一位學(xué)生上黑板板書：甲烷與氯氣光照條件下反應(yīng)生成一氯甲烷和氯化氫。
[師]我們把有機(jī)物分子里的某些原子或原子團(tuán)被其他原子或原子團(tuán)所替代的反應(yīng)叫取代反應(yīng)，這是有機(jī)化學(xué)中一種重要的反應(yīng)類型。已知一氯甲烷是無色氣體，那么還有什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象沒有得到解釋？
[生]管壁還有油狀小液滴。
[師]說明甲烷與氯氣反應(yīng)除了有一氯甲烷生成以外，還有其他產(chǎn)物生成。你們認(rèn)為生成物還有怎樣的可能？為什么？
[生]甲烷分子中的4個(gè)氫原子完全相同，除了生成一氯甲烷外，應(yīng)該還能進(jìn)一步發(fā)生取代反應(yīng)，生成二氯甲烷、三氯甲烷或四氯甲烷。
[師]分析的有理有據(jù)。請大家寫出其他幾個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式。
[投影]一氯甲烷與氯氣反應(yīng)生成二氯甲烷和氯化氫；二氯甲烷與氯氣反應(yīng)生成三氯甲烷和氯化氫；三氯甲烷與氯氣反應(yīng)生成四氯甲烷和氯化氫。
[師]甲烷氯代的產(chǎn)物可能有4種，其中只有一氯甲烷是氣體，其他都是不溶于水的油狀液體。三氯甲烷又名氯仿，它和四氯化碳都是重要的有機(jī)溶劑。雖然氯氣和氧氣都是氧化劑，但甲烷與氧氣和甲烷與氯氣反應(yīng)的原理有所不同。甲烷與氧氣反應(yīng)能放出大量的熱，這就決定了甲烷是一種重要的能源；甲烷以及后面要學(xué)習(xí)的其他烷烴與氯氣反應(yīng)所生成的一系列氯代烴是有機(jī)合成的重要中間體，這在有機(jī)合成中具有重要的意義。
設(shè)計(jì)意圖：甲烷與氯氣的取代反應(yīng)是本課的重點(diǎn)，通過氧氣、高錳酸鉀到氯氣的演繹，將甲烷的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系并加以對比，可以幫助學(xué)生形成條理化和結(jié)構(gòu)化的知識；通過實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化和對比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，又能使學(xué)生體會甲烷與氯氣反應(yīng)的條件，同時(shí)體驗(yàn)科學(xué)探究的有關(guān)思路和一般方法。
5.搭建模型，深化認(rèn)識
[師]請通過模型搭建來檢驗(yàn)下列推理：因?yàn)槎燃淄橹挥幸环N結(jié)構(gòu)，所以甲烷分子的結(jié)構(gòu)是正四面體形而不是平面正方形。
[生]小組合作完成。
[師]請一組同學(xué)通過你們搭建的模型來闡述一下自己的理解。
[生]如果甲烷分子是平面正方形，兩個(gè)氯原子可以處于鄰位或者對位，那么二氯甲烷就有兩種結(jié)構(gòu)。而如果甲烷分子是正四面體形，怎么替換都只有一種結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)意圖：有機(jī)物學(xué)習(xí)與無機(jī)物的顯著不同就是分子結(jié)構(gòu)的重要性。通過二氯甲烷分子結(jié)構(gòu)模型的搭建，可以進(jìn)一步加深學(xué)生對甲烷分子正四面體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。
6.再播視頻，拓展認(rèn)識
[視頻]能源與軍事。
[投影]甲烷的廣泛應(yīng)用：汽車行業(yè)，化工行業(yè)，電力行業(yè)，陶瓷行業(yè)。
[師]甲烷的應(yīng)用十分廣泛，在軍事、汽車等行業(yè)的運(yùn)用主要是通過多種不同形式利用甲烷發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)所放出的能量；工業(yè)上還經(jīng)常通過直接轉(zhuǎn)化法或間接轉(zhuǎn)化法，將甲烷用于制取甲醇、甲醛，以及氨氣、二甲醚等化工產(chǎn)品。
[師]大家聽說過頁巖氣嗎？
[投影]頁巖氣圖片。
[師]目前一些國家從頁巖層中開采出來了一種重要的非常規(guī)天然氣資源，人們稱其為頁巖氣。打個(gè)比方，巖石就像是人的肌肉，而頁巖氣就是滲透在肌肉中的血液，開發(fā)常規(guī)的天然氣是在靜脈中采血，而開發(fā)頁巖氣就如同直接從毛細(xì)血管中采血。美國是最早開發(fā)利用頁巖氣的國家。在2000年，頁巖氣產(chǎn)量不足美國天然氣供應(yīng)的1%，而今天已經(jīng)占到30%。日前從在上海舉行的“2014ECF亞洲頁巖氣峰會”傳來消息，中國已經(jīng)成為繼美國、加拿大之后，第三個(gè)能夠使用自主技術(shù)進(jìn)行頁巖氣商用開采的國家。有專家預(yù)測，它將極大地改變世界能源格局。我想人類孜孜不倦地對甲烷的存在進(jìn)行探索，這恰恰說明——探索來自需求。
設(shè)計(jì)意圖：豐富學(xué)生對甲烷用途和自然界存在的了解，打開資源利用和能源發(fā)現(xiàn)的新視角。
7.歸納總結(jié)，結(jié)束新課
[師]今天我們對甲烷又有了新的認(rèn)識，誰能總結(jié)一下！
[生]我們學(xué)習(xí)了甲烷分子的正四面體結(jié)構(gòu)、甲烷和氯氣的取代反應(yīng)以及甲烷的廣泛用途，了解了頁巖氣等甲烷的存在情況。
[師]今天我們對甲烷又有了新的認(rèn)識，我們用4個(gè)關(guān)鍵詞來對應(yīng)：結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、存在、用途。
[投影]甲烷分子呈正四面體結(jié)構(gòu)，碳原子對應(yīng)甲烷，4個(gè)氫原子分別對應(yīng)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、存在和用途（圖略）。
[師]本課從甲烷立體結(jié)構(gòu)的分析，到甲烷化學(xué)性質(zhì)的探究，借助模型的搭建，學(xué)習(xí)了甲烷的空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，還學(xué)習(xí)了一種重要的有機(jī)反應(yīng)類型——取代反應(yīng)。這其實(shí)就是我們學(xué)習(xí)有機(jī)物的一般思路和方法。
[投影]有機(jī)化學(xué)雜志《Tetrahedron》的封面。
[師]這是國際上一本權(quán)威的有機(jī)化學(xué)雜志，有沒有同學(xué)知道這本雜志的名稱？
[生]四面體。
[師]四面體是有機(jī)化合物的一種基本結(jié)構(gòu)，正是它的發(fā)現(xiàn)揭開了其他復(fù)雜有機(jī)物結(jié)構(gòu)的神奇面紗！我想以這幾句話來結(jié)束今天的課：探索來自需求，神奇出自平凡，創(chuàng)新源于思考。今天我們打開了有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的大門，讓我們慢慢體會有機(jī)化學(xué)的無窮魅力！
四、教學(xué)反思
1.利用已有知識
關(guān)于甲烷，九年級化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中有“了解使用天然氣（或沼氣）等燃料對環(huán)境的影響、知道天然氣等化石燃料是人類社會重要的自然資源”等教學(xué)要求。也就是說，學(xué)生已經(jīng)了解了甲烷的主要物理性質(zhì)以及甲烷的可燃性。奧蘇伯爾有一個(gè)著名的命題：“如果我不得不將所有的教育心理學(xué)原理還原為一句話的話，我將會說，影響學(xué)習(xí)的最重要因素是學(xué)生已經(jīng)知道了什么。根據(jù)學(xué)生的原有知識狀況進(jìn)行教學(xué)”[6]。所以，本課教學(xué)過程中注意從學(xué)生的已有知識出發(fā)，對甲烷的物理性質(zhì)在回憶的基礎(chǔ)上進(jìn)行了直接利用，關(guān)于甲烷的可燃性沒有再通過有關(guān)實(shí)驗(yàn)探究其燃燒產(chǎn)物，而是直接書寫燃燒的反應(yīng)方程式，在分析甲烷發(fā)生了氧化反應(yīng)的基礎(chǔ)上，著重介紹了有機(jī)物反應(yīng)類型的判斷角度，說明甲烷的燃燒雖然是氧化還原反應(yīng)，但在有機(jī)化學(xué)中通常是以有機(jī)物發(fā)生的反應(yīng)為敘說主體，把該反應(yīng)稱為“甲烷的氧化反應(yīng)”或簡稱為“氧化反應(yīng)”。這樣既避免了對學(xué)生已有知識的重復(fù)講解，也為突出重點(diǎn)和突破難點(diǎn)留下寶貴的時(shí)間。
2.注重結(jié)構(gòu)主線
通過結(jié)構(gòu)理解性質(zhì)是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要策略，這在學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的過程中顯得尤為突出。甲烷的正四面體是有機(jī)物結(jié)構(gòu)中的一種典型代表，為了幫助學(xué)生認(rèn)識甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)，教科書安排了制作正四面體和甲烷球棍模型的“實(shí)踐活動(dòng)”。為了使學(xué)生認(rèn)識到結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的意義以及正四面體是甲烷分子的必然結(jié)構(gòu)，本課教學(xué)中貫穿了一條結(jié)構(gòu)主線，主要包括以下幾個(gè)教學(xué)活動(dòng)。（1）介紹了道爾頓、凱庫勒、布特列洛夫、范特霍夫等科學(xué)家對甲烷或有機(jī)物結(jié)構(gòu)的探索歷程；（2）組織學(xué)生根據(jù)科學(xué)家的猜想搭建甲烷分子的可能結(jié)構(gòu)；（3）用氣球模擬4對共用電子對的自然取向；（4）結(jié)合二氯甲烷只有一種結(jié)構(gòu)的事實(shí)進(jìn)一步體會甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)；（5）借用甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)總結(jié)甲烷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、存在和用途；（6）以《四面體》雜志的封面說明四面體是有機(jī)化合物的一種基本結(jié)構(gòu)。這樣不僅可以幫助學(xué)生建立起甲烷的立體結(jié)構(gòu)，而且可以強(qiáng)化學(xué)生在有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的結(jié)構(gòu)意識。
3.突出實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中實(shí)施科學(xué)探究的重要途徑。關(guān)于甲烷的化學(xué)性質(zhì)，本課主要涉及了甲烷與氧氣、酸性高錳酸鉀溶液、氯氣等三種氧化劑的作用，其中甲烷的可燃性是學(xué)生的已有知識，因此本課只剩兩個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。其中，甲烷與酸性高錳酸鉀溶液的作用，教科書沒有安排實(shí)驗(yàn)，但是由于操作簡單，于是就增設(shè)了相應(yīng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。關(guān)于甲烷的取代反應(yīng)，教科書的對比實(shí)驗(yàn)，是用“減法原理”將一支試管用黑紙包好，以避免光照，但是實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不包黑紙的試管中反應(yīng)也比較慢，于是又用“加法原理”改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，用光源照射不包黑紙的試管。這樣，不僅“加”光和“減”光形成了鮮明的對比，而且加快了反應(yīng)的速率，在較短時(shí)間內(nèi)觀察到了明顯的現(xiàn)象，為分析甲烷的取代反應(yīng)提供了足夠的感性材料，保證了教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行。同時(shí)，這對于強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀，提升他們的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)也具有積極的意義。
4.緊密聯(lián)系實(shí)際
甲烷作為一種清潔能源，自從“西氣東輸”工程實(shí)施以來，幾乎惠及每一個(gè)家庭。所以，教科書以甲烷在自然界中的存在、我國使用天然氣的歷史以及“西氣東輸”的現(xiàn)狀、天然氣作為能源的特點(diǎn)等導(dǎo)入新課，完全是必要的也是可行的。為了充分展示甲烷的能源意義，本課又搜集并介紹了中俄兩國天然氣“供氣框架協(xié)議”的簽訂、頁巖氣的開采等有關(guān)甲烷作為能源的最新動(dòng)態(tài)。但是僅強(qiáng)調(diào)甲烷是一種重要的能源，學(xué)生對甲烷社會價(jià)值的認(rèn)識就只能停留在初中水平。為此，本課在比較甲烷與氧氣、氯氣兩種氧化劑反應(yīng)情況后指出，甲烷燃燒放熱決定了甲烷是一種重要的能源，而甲烷以及后面要學(xué)習(xí)的其他烷烴與氯氣反應(yīng)所生成一系列氯代烴是有機(jī)合成的重要中間體，對于有機(jī)合成具有重要的意義。這樣不僅能使學(xué)生理解學(xué)習(xí)甲烷取代反應(yīng)的意義，而且能提升學(xué)生的學(xué)科價(jià)值觀，激起學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣和熱情。
注：作者執(zhí)教的“最簡單的有機(jī)化合物——甲烷”在中國教育學(xué)會化學(xué)教學(xué)專業(yè)委員會舉辦的“2014年全國高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課觀摩暨教學(xué)培訓(xùn)活動(dòng)”中獲特等獎(jiǎng)。
作者介紹：陳風(fēng)雷，江蘇省南通中學(xué)（江蘇 南通 226001）。
【“最簡單的有機(jī)化合物】相關(guān)文章：
有機(jī)錫化合物的毒性效應(yīng)及其影響因素04-28
部分有機(jī)錫化合物定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系研究04-25
揮發(fā)性有機(jī)化合物處理技術(shù)04-28
高中生物有機(jī)化合物的教案08-26
有機(jī)食品：寶寶最放心的選擇05-02
固體表面金屬有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)04-29