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【關鍵詞】比較教學法 概念 有機化學 研究性學習 教學設計
【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2013)11-0173-02
一 前言
何為有機化學的比較法教學?簡言之,就是將兩種或兩種以上的化合物結合在一起進行教學,找出其分子結構中的相同點和不同點,通過比較、鑒別,使學生掌握知識的一種教學方法。比較思維是一種創造性思維活動中常見且行之有效的思維方法。采用比較法進行教學,其目的就是注重培養和發展學生的比較思維能力,讓學生學會將所接觸到的看似孤立的知識協調起來,并進一步加工處理,從而構建邏輯化、系統化的知識結構。有機化學主要研究有機化合物的結構、性質、合成及相互聯系的變化規律等。而有機物的種類多,性質復雜,結構上的微小差別,在性質上的表現會大相徑庭,有機化學最重要的規律是“結構決定性質”。
對于藥學系列專業的學生來說,有機化學對于后續課程的學習、對于專業能力的培養有著非常重要的地位。因其是專業課藥物化學、藥劑學、藥物商品學等后續課程的基礎,專業的綜合知識與素質又要求學生具備根據藥物的分子式分析處方是否存在不合理的用藥配伍。所以,對于“結構決定性質,性質反映結構”的有機化學核心思想必須內化在他們的知識系統中。
二 在基本概念上的教學
所謂概念,就是反映客觀事物的本質屬性的思維形式,把同類事物的本質共性集中起來,加以概括形成的。在教學過程中,靈活運用比較思維法,誘導學生辨析貌似不同實有聯系的問題,可促使學生準確地掌握概念的本質,且印象深刻,事半功倍,不容易遺忘。
三 對官能團結構進行分析
所謂官能團是指能決定一類有機化合物的化學特性的原子或原子團。有機化學理論認為,有什么樣的官能團就有什么樣的性質。那么,在學習藥物化學的過程中,我們只要分析化合物的結構特點,就可以知道它們的性質,以及避開那些不合理的藥物配伍了。也就是說,如果能夠理解“結構決定性質”這一有機化學的核心思想,那么在后續課程的學習中,知識的遷移會變得較為容易。
我們仍以碳碳單鍵、雙鍵、三鍵為例,通過它們在結構上的比較來分析理解官能團的結構如何影響化合物的性質。
六 利用比較法指導學生進行研究性學習
比較教學法的目的在于從引導學生發現問題、分析問題入手,著重培養他們的思維能力;研究性學習的目的也主要是培養人的思維與邏輯能力,兩者有著共性;對于藥學系列專業,后續課程藥物化學、分析化學等,在一定程度上可以看做是有機化學的延伸。所以,我們可以通過課堂練習與課后習題,對不同類別的藥物,在有機化學的教學平臺上進行研究,既可加深對有機化學知識的理解,也可培養學生解決實際問題的職業能力。
七 結束語
在教學過程中,應根據教材的內容、教學目標和學生的認知水平與特點,靈活運用對比教學法,循序漸進,以便使學生能夠更好地認識事物的現象和本質,達到相應的教學目的。以下是進行比較教學時應該注意的幾個方面:
第一,比較的目的要非常明確,每組比較的對象及內容不宜太多,否則學生很容易對所講述的各對象和內容產生混淆,從而造成識記障礙。
第二,要考慮教學內容之間有無可比性,勿生搬硬套。一般而言,在同類物之間進行比較,簡單明了,也容易達到預期效果,但是進行遷移比較時,因為是進行不同類之間的比較,抽象性較強,所以在教學過程中,如果不將它們之間的某一相同的屬性或特征清楚地提取出來,并加以強調,則會讓學生感到不知所云,甚至會造成思維混亂。
第三,在詳細分析比較之后,應引導學生進行必要且有效的歸納總結,使其概括思維能力和抽象思維能力得到充分發展,否則就不可能達到理想的教學效果,甚至會增加學生的學習負擔。
第四,運用比較教學法要講究科學性,不應追求形式。在運用比較法進行教學時,應認真且合理地進行教學設計,這樣才會真正有助于學生認知、識記及思維能力的培養。
關鍵詞:生活化;實驗教學;有機化學;運用
職業學院的學生大多與高中生年齡相仿,但由于專業和學制的限制,職校學生只在第一年學習基礎的化學知識。化學作為一門基礎的專業課程,課程較少,學習并不深入。另一方面,很大一部分職校學生的化學基礎很差,在初三時接受的應試教育未能培養出他們對于化學的興趣與熱愛,甚至有少數同學對于化學的學習出現排斥心理,不愿意主動學習化學。特別是針對有機化學這門課程,官能團多種多樣、碳鏈結構太長、命名過于復雜、化學方程式記憶難度高、在沒有找到規律的情況下,學生學好這門課程的難度很大。假如按照一貫的教學方法開展教學,只能讓學生感受到實驗的熱鬧,并不能傳授給學生相關知識。
1“生活化”教學模式的提出
1.1化學與生活密切相關
一切生命都是由有機物構成的,我們的生存處處離不開有機物,我們生活的環境和依賴的能源物質也都是由有機物質構成,這是無可置疑的事實。教師用從學生的生活入手,從衣食住行方面教育學生學習化學的重要性,幫助學生了解有機化學對于人類生存的重要意義,激發學生的學習熱情,促進學生化學專業素質的快速提升。
1.2知識必須生活化
化學與生活息息相關是有機化學學科的重要特點之一。化學知識來源于日常生活,又應用于解決日常生活的種種問題,教師在教學過程中應當通過生活問題講解化學知識,在還原生活的同時完成化學教學。以發展的目光看來,化學實驗已經不再只是幫助學生學習化學知識的直接手段,實驗教學已經具備了激發學生學習興趣、提升學生科學素養、培養學生問題解決能力等多種教學功能?;瘜W實驗能夠吸引學生興趣,讓學生慢慢愛上有機化學的學習,培養學生在生活中應用化學知識的意識,幫助學生意識到有機化學的價值,強化學生的學習動機,為日后投身社會建設打下堅固的基礎。
1.3教師專業成長需要生活化
為了讓學生充分理解有機化學與日常生活的密切關聯,化學老師自身需要具備強烈的生活實驗教學意識,使用科學的實驗方法進行嫻熟規范的實驗操作展示,并且長期堅持親身參與化學實驗科研教學之中,如此才能提升自身實驗教學的能力,教師和學生之間形成教學相長的氛圍有利于培養學生的創新意識和實踐能力。
2“生活化”教學模式的運用
2.1好習慣成就未來
有機化學藥品大多易燃易爆,具有腐蝕性、毒性、揮發性等特點,如果實驗藥品管理、使用不當,不僅會造成環境污染、藥品浪費,還極有可能引發安全事故。鑒于中職學生在初中階段沒有經過專業的試驗訓練,安全意識、操作能力、實驗習慣等都較為薄弱,針對這一現象,實驗教師應當加強實驗藥品的管理,加大實驗過程中的監督力度。首先,應給學生灌輸勤儉節約的意識,其次,在進行實驗指導的過程中,應當監督學生的藥品使用劑量,另外,針對可以重復使用或循環利用的實驗用品,教師應當組織同學進行收集。在培養學生實驗操作能力的同時,培養學生勤儉節約、愛護環境的意識,幫助學生養成良好的實驗習慣。
2.2配合教材內容開發生活化實驗
有機化學教程的前半部分主要是講解了各種官能團有機物的性質結構,相關實驗也都是有機物性質的驗證實驗,這些實驗操作簡單,用時較短,同時不能讓學生感受到有機化學的實用性,長此以往,學生對于有機化學的學習興趣就會大打折扣。針對這一情況,可以結合實驗室的具體條件,設計一些簡單有趣的生活實驗當作課堂實驗的補充學習,能夠取得良好的效果。
2.3關注學生的生活
中職學校的學生正處于青春期,這個時期的孩子都非常在乎自己的形象。為了使學生們喜歡上有機化學的學習,應當針對學生們的需求開展教學,解決他們身邊的實際問題,使學生們領悟到化學就在身邊,是一門大有用處的學科。例如,蛋白質是人體細胞的物質基礎,氨基酸又是構成蛋白質的必需物質,有一部分氨基酸是人體不能自身合成的,必須通過外部攝取獲得,有一部分同學為了保持良好的身材,進行節食或是不攝取肉類,假如不另外補充其他蛋白質,就會出現免疫力下降等情況,對身體健康造成威脅。
3結束語
在生活總結合化學知識解決問題,使學生主動加入到學習中,感悟有機化學學習的價值,并在生活中做到學以致用,在完成教學知識傳授的同時達成培養學生學習熱情的目的。因此,生活化模式的實驗教學十分適合于中職學生。
作者:李玲 單位:四川衛生康復職業學院
參考文獻
[1]張元志.化學實驗教學的改革[J].安徽職業技術學院學報,2012,(4).
關鍵詞:微粒作用觀;鍵的極性;醇的化學性質
文章編號:1008-0546(2017)01-0008-03 中圖分類號:G632.41 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.002
對于《有機化學基礎》的學習,學生普遍感到比較困難。難在什么地方呢?有機反應紛繁復雜,方程式記不??;雖然知道結構決定性質,但官能團到底如何決定有機物的性質,學生并不理解;認識到某種官能團可能具備這樣的性質,但利用已有的共價鍵的知識從結構解釋原因還是難,預測有機物的性質就更加盲目。筆者結合“醇的化學性質”的教學,想就微粒作用觀在有機化學教學中的運用和大家討論如下。
一、微粒作用觀的內涵
中學化學教育的一個首要任務就是使學生能夠建立物質的微粒性認識,能夠從微觀(分子、原子層次)的角度認識、理解一些自然現象及其變化的科學本質。物質的微粒性認識和微觀角度的核心是理解微粒作用觀,其基本要義是:(1)不同層次的微粒本身是有結構的,微粒結構就是內部微粒間作用的結果,如甲烷分子有一個碳原子和四個氫原子構成四面體型分子,中心碳原子通過4個sp3雜化軌道分別與四個氫原子形成極性共價鍵;(2)微粒之間存在著作用,如果是分子之間的相互作用就是分子間作用力 (包括氫鍵),如果是原子之間則是共價鍵;(3)物質變化的自然趨勢是“強”作用代替“弱”作用,也就是朝著能量低、穩定性好的方向發展。
二、微粒作用觀在有機化學教學中的教學價值
有機物絕大多數是共價化合物,分子間的相互作用為分子間作用力(包括氫鍵)。有機分子間的作用力實質就是微粒間的電性作用,有機物的分子一般極性較小或者沒有極性,這就意味著有機分子間的作用弱,所以有機物的熔點一般較低。如果有機物分子間形成氫鍵,意味著分子間的作用變強,則沸點會升高,如醇的分子間可以產生氫鍵,使得醇的沸點比相對分子質量相近的烷烴高??傊肿娱g的相互作用會影響有機物的部分物理性質,借助于微粒作用觀可以解釋有機物物理性質的變化規律。
有機物大多數以共價鍵結合,可以認為有機化學是研究共價鍵化合物的化學。有機反應的過程,就是舊共價鍵斷裂、新共價鍵形成的過程。若有機物分子中某些共價鍵的鍵能較小,就是說原子間的作用較弱,那么當它與其他試劑作用時就容易斷裂;或者說形成新的作用強,那么它就容易形成;這些都有助于有機反應的發生。
三、“醇的化學性質”對促進“微粒作用觀”觀念建構的分析
1. “醇的化學性質”所承載的化學觀念
和烷烴的結構對比,在醇分子中,由于活潑非金屬元素氧的存在,使得某些化學鍵的極性發生變化。醇分子中氧氫鍵、碳氧鍵及α-C上的碳氫鍵、β-C上的碳氫鍵均為極性鍵。在有機反應中,由于微粒之間的相互碰撞,極性鍵就容易斷開。結合醇與活潑金屬的置換反應、與氫溴酸的取代反應、濃硫酸存在時的消去反應和與氧氣的催化氧化反應,可以很好地印證極性鍵在有機反應中容易斷裂的結論。
2. 教學知識結構圖
3. 教學實施活動
(1)教學思路及教學結構圖
對于醇的化學性質的教學,它的起點是必修2乙醇的部分性質。選修5重點學習醇類物質的性質,或者說是基于官能團的學習。關于有機物化學性質的學習,學生已經積累了一些經驗,也形成了一套有效的學習方法。所以本節課設計了開放性問題,讓學生自己研究醇的性質,研究的基礎是對飽和一元醇的分子結構進行充分的分析,基于極性鍵在化學反應中容易斷裂展開,最后討論交流,教師展示實驗進行驗證的教學思路。
(2)主要教學活動設計與實施
(3)醇的化學性質教學效果測查與分析
首先,這種授課的方式――“基于觀念建構的化學教學”使學生能夠接受,學生愿意學到一種方法而不是某一個具體的知識點。本節課的基本觀點是從結構推測性質,學生可以理解。有機化學的核心思想就是結構決定性質,通過本節課的教學,學生普遍感到這一學科思想更加清晰。但是,分析到鍵斷裂時到底發生取代反應還是氧化反應,學生拿不準;發生取代反應時,到底是取代氫原子還是取代羥基,學生也不明白。所以,有機化學的教學,從結構的視角分析問題是可以的,但是老師適當的引導也是必需的,而不能完全放開讓學生自學,否則學生還會臆造出“古怪”的化學方程式。
有機化學反應的機理非常復雜,中學教學的一個基本要求就是復雜問題簡單化。極性鍵在有機反應中容易斷裂,極性越大越容易斷裂,這一點是符合科學實際,也能夠為中學生接受。但是,斷鍵之后發生什么類型反應,還要結合反應物、反應條件、生成物等多方面考慮。如乙醇與濃硫酸混合,如果是分子內脫水,形成了不飽和鍵,則為消去反應;如果分子之間水生成乙醚,則為取代反應。還有,乙醇與氫溴酸發生取代反應時,學生容易寫出用溴原子取代羥基氫的反應,那就要考慮取代基團之間化合價相等,同時電性也要相同,這樣才可以取代的基本原則了。
四、微粒作用觀在有機化學教學中運用的幾點啟示
1. 有機化學中的微粒作用觀要特別關注基團間的相互影響
有機化學中微粒作用觀的層次有分子間的作用力、原子間的共價鍵,還有基團(原子團)之間的相互作用。對于中學生來說,基團之間的相互作用是難點。水分子、乙醇分子、苯酚、乙酸分子中均有官能團羥基,但是這四種分子中羥基氫的活潑性卻不同。乙醇分子中由于乙基的推電子效應導致―O―H鍵極性變弱而比水難電離;而苯酚分子中由于p-π共軛效應導致―O―H鍵極性變強而易于電離顯酸性;在乙酸分子中,由于羰基的吸電子效應,使得與羰基相連的―O―H鍵極性變強,易于電離顯酸性。如果學生除了體會到分子間作用力、化學鍵外,還能體會到基團之間的作用,這樣才能說微粒作用觀的建構是較為成功的。
2. 在有機教學中引入微粒作用觀的時機要符合學生的實際
化學觀念的建構不能一蹴而就,不能急于求成。任何一個化學觀念都是蘊含于具體的化學知識當中并借助于它們表達出來,學生需要對化學知識的深刻理解和反思應用,才能形成化學觀念。在烷烴的取代反應中,其實就是極性鍵斷裂,但是不建議從微粒作用觀的角度進行理解。烯烴中碳碳雙鍵的加成反應,也是由于π鍵的電子云重疊的面積小,作用弱而易于斷裂,但是仍然是讓學生感受,而到炔烴的性質時,學生有了積累,慢慢就可以悟出其中蘊含的微粒作用觀,到了芳香烴的教學中,還可以發展微粒作用觀,引出基團間的相互作用。
3. 微粒作用觀是有機化學中宏觀和微觀轉化的橋梁
《有機化學基礎》的核心內容是組成、結構、性質、制備和應用。組成和結構是基礎,是性質和變化的根本原因;性質和變化是表象,是組成和結構的體現;性質還決定了有機物的制備和應用。“結構決定性質”是有機化學的核心思想,掌握通過結構預測性質,通過性質判斷結構的方法,對于有機化學的學習至關重要。而要知道結構如何決定性質,就必須理解微粒作用觀,要從結構科學地預測性質,減少預測的盲目性也必須用好微粒作用觀。透過宏觀現象看到的微觀本質就是微粒作用觀。
致謝:感謝2014年北京市級學科帶頭人及骨干教師高級研修“化學觀念教學研究”工作室全體老師對醇的化學性質教學設計和本文悉心指導。
參考文獻
[1] 梁永平.微粒作用觀的科學價值及其科學建構[J].化學教育,2003(6)
[2] 何彩霞.關注學生認知發展的化學教學――以“乙醇”為例[J].化學教學,2013(12):29~31
關鍵詞:有機化學 多媒體技術 問題
一、有機化學多媒體教學的優勢
1.形象、生動、直觀體現。有機化合物大多呈空間立體結構,傳統的教學方法以教師說教為中心,缺乏直觀的輔助教學手段。多媒體教學克服了傳統教學難以理解的弊端,以生動形象、直觀新穎形式展示傳統教學無法用語言和板書的形式體現出來內容。讓學生邊看邊思考,讓學生在大腦中建立看得見的“連續變化的”、“動”的過程,更深刻地理解反應機理以及結構上的變化,同時極大地激發學生學習的興趣。
2.增加課堂容量,提高課堂效率。應用多媒體進行有機化學的教學,可以輕而易舉地解決有機化學內容多、涉及面廣、課時少的難題。多媒體通過語言、圖形、動畫、視頻的運用,擴充了知識內容,高密度的知識傳授,大信息量的優化處理,豐富了課堂色彩,增加了課堂教學的飽和度,提高了課堂效率。同時以課程為主體,用多媒體為輔助手段,擴大和開拓學生的學習方式和模式,訓練了思維、發展了能力、提高了素質,真正以學生為本,達到教與學的和諧統一,優化化學課堂教學。
3.利于激發學習興趣。興趣是獲得成功的動力,是推動學生學習的一種最實際的內部力量。多媒體技術提供了豐富的方法和手段,通過錄像、投影、動畫等多媒體教學手段,將抽象的立體結構和微觀結構以動態的形式生動地展現在學生面前,讓抽象的理論具體化、趣味化,從學生的聽覺和視覺等方面刺激學生的感官,吸引了學生的注意力,調動學生學習的積極性和主動性,學生既學到了知識又帶來了心理上的愉悅,激發了學習興趣,提高教學質量。
二、多媒體技術在有機化學教學中存在的問題
多媒體技術在有機化學教學中的應用越來越廣泛,但任何事物都有兩面性,如不加選擇地濫用多媒體技術,不僅達不到預期的教學效果,而且也不能提高教學質量。
1.影響了師生之間的互動。課堂教學是師生共同活動的過程,不僅是知識的交流,而且是情感的交流。但在多媒體教學中,有的教師整堂課從鼠標的“噠噠”聲中開始,又在鼠標的“噠噠”聲中結束,過分強調多媒體教學的作用,完全忽視了學生的接受能力和師生之間的交流,忽視了教學過程中學生的主體地位,整節課顯得單調而機械,讓人感到沉悶無聊,將傳統的“人灌”改為“機灌”,違反了采用多媒體教學的初衷。
2.影響學生對知識的接受能力。信息容量大是多媒體技術的一個特點,但要遵循“適量”原則。如果信息量超過學生四十分鐘的接受能力,像放電影一樣快速閃過,一味地加快教學進程,而忽略學生的接受能力,很容易引起學生的視覺疲勞和心理疲勞,而且重點內容學生也無暇記錄,使學生失去新鮮感和興趣,影響學生對知識的接受能力。
3.教師盲目地使用多媒體技術。多媒體教學應該發揚傳統教學的精華,但有些多媒體課件過于追求表現形式化,擺花架子,單純地追求感官的刺激,華而不實,不僅分散學生的注意力,還會擾亂學生的正常思維,達不到應有的教學效果。因此,在教學中應根據需要選擇和有效地利用多媒體,充分發揮多媒體技術的優勢,以獲得良好的教學效果。
三、多媒體技術在有機化學教學中的幾點建議
1.正確認識多媒體輔助教學地位。多媒體技術可以大大優化教學過程,提高教學效率。但必須認識到多媒體在教學過程中只是起到了“輔助”的作用,教師在課堂上的語言表達藝術形式、形體動作,與學生的相互交流,是任何多媒體都無法取代的。因此,在選擇、制作和運用多媒體課件的過程中,應遵循傳統教學所遵循的基本教學規律、教育理論、教學原則。把傳統教學的優勢和多媒體的優勢有機地結合起來,這樣才能達到提高教學效果的目的。
2.合理編制課件內容。課件是多媒體教學的載體,不能讓多媒體課件成為黑板板書的簡單替代品,要以先進的教育理念為指導,認真備課,吃透教材,努力鉆研電子課件。同時充分利用多媒體的圖、聲、像功能進行教學活動,把教學內容規范、工整、清晰、形象地展示給學生,調動學生學習積極性,激發學生學習的興趣,充分發揮多媒體教學的優勢。
3.多媒體教學中充分發揮教師的主觀能動性。課堂上起主導作用的是教師。 教師在運用多媒體教學時,要把握好節奏,隨時觀察學生的表情、反應,根據反饋信息調控教學過程,使傳統教學與多媒體教學有機地結合成一體,同時運用多媒體靈活多變的特點,創造問題情景,從而調動學生的興趣,激發學生積極思考,達到理想的教學效果。
四、結語
現代多媒體技術在有機化學教學中的運用,在很大程度上優化了教育過程,提高了教學質量。
參考文獻
[1]李霞 探究《有機化學》教學中巧用多媒體技術.《中國科教創新導刊》,2013年,29期。
[關鍵詞]有機化學;哲學原理;運用
有機化合物是含碳的化合物(碳本身和簡單的碳化合物除外)。有機化學是研究有機化合物的組成、結構、性質及其變化規律的科學。早在遠古時代,人們就開始接觸和使用有機化合物。在漫長的歷史長河中,人類逐漸發現并制備出大量新的有機化合物,積累了浩如煙海的有機化學知識,其中無不處處閃爍著哲學的光芒。如果我們在學習和研究有機化學的過程中,能從哲學的角度來思考,會給我們的學習和研究帶來意想不到的收獲,收到事半功倍的效果。
一、對立統一規律在有機化學學習中的運用
唯物辯證法認為,矛盾存在于一切事物中并貫穿于事物發展的始終,矛盾的雙方既對立又統一,相互依存,互為條件,共同處于事物的統一體中,并依據一定的條件各自向相反的方面轉化。事物的發展變化主要是其內部矛盾發展變化的結果。對立統一規律是唯物辯證法的精髓。
(一)同一性和斗爭性
同一性和斗爭性是矛盾同時具有的兩種重要特性,相互聯系又不可分離,共同處于一個統一體中。同一性離不開斗爭性,斗爭性寓于同一性之中,是同一性的基礎,沒有斗爭性也就沒有同一性。
在有機化學中,兩種異構體在室溫下能相互轉變并達成平衡的現象稱互變異構現象,具有互變異構現象的兩個異構體稱為互變異構體?;プ儺悩嬻w之間的關系就是對立統一的關系。如酮與烯醇、對亞硝基苯酚對苯醌肟、硝基烷烴與酸式硝基烴、烯胺與亞胺等均為互變異構體,它們之間能相互轉變并在一定的條件下達成平衡,往往很難分離出某個純的異構體?;プ儺悩嬻w的分子具有不同的結構,是不同種類的化合物,表現為相互對立的關系。但是,雙方之間又相互依存,任何一方都不能脫離對方而孤立存在。并且,二者在一定的條件下可相互轉化,形成你中有我、我中有你的局面,表現了矛盾雙方相互滲透的特性。當然,它們之間的依存和轉換是有一定條件的,這就是矛盾同一性的相對性。
(二)矛盾是事物發展的動力
1 內因與外因
內因是事物內部諸要素之間的對立統一。外因是該事物與其他事物之間的對立統一。在推動事物發展的過程中,內因與外因是相互聯系、不可分割、缺一不可的。但二者在事物發展中的地位和作用是不同的。內因是事物發展變化的根據,外因是事物發展變化的條件,外因通過內因起作用,內因在外因的作用下發揮作用。
我們在學習醇的性質時,知道醇既有一定的弱酸性,又呈弱堿性;既可發生親核取代反應,又可發生消除反應,還可發生α-氫的脫氫和氧化反應,這都是由其分子內部結構決定的。至于到底發生何種反應,體現何種性質,則需視外部條件而定。當醇與活性金屬作用時,表現出弱酸性,而與強酸作用時則體現出弱堿性;與氫鹵酸、無機酸酰鹵或含氧酸在溫熱條件下發生親核取代反應,而與含氧強酸在較高溫度下則發生消除反應;與氧化劑作用則易發生氧化反應。這些反應都是外因通過內因起作用的。具有α-氫的烯烴與溴到底是發生雙鍵上的加成反應,還發生α-氫的取代反應;鹵代烴究竟發生親核取代反應,抑或是發生消除反應,同樣要視外部條件而定。
此外,具有不同官能團的化合物的化學性質往往不同,聚集二烯烴、共軛二烯烴和孤立二烯烴,鹵乙烯型鹵代烯烴、烯丙基型鹵代烯烴和隔離型鹵代烯烴以及芳鹵型鹵代芳烴、芐基型鹵代芳烴和隔離型鹵代芳烴化學性質間的差異,均是由其內部分子結構的不同而決定。
2 矛盾是事物發展的源泉和動力
唯物辯證法認為,矛盾是事物發展的原因與動力,事物發展是矛盾同一性與斗爭性緊密結合、共同推動的結果。
不對稱烯烴與質子酸的加成反應,氫離子有可能加在雙鍵兩個碳原子的任何一個上,產生兩種加成方向,從而形成兩種不同的加成產物。這兩種加成方向是相互競爭的,究竟以哪個加成方向為主,這就是矛盾同一性和斗爭性相互作用的結果。這兩種不同的加成方向,會形成兩種不同的碳正離子中間體,但它們的穩定性存在很大差異。若氫離子加在含氫比較多的雙鍵碳原子上,形成的中間體更加穩定,由此生成的產物也就是主要產物。反之,得到的產物就是次要產物。這就是馬氏加成規則的實質。從矛盾的觀點看,這一反應實際就是矛盾雙方地位、作用不斷轉化的結果。同理,當具有兩種以上β-氫原子的鹵代烴或醇發生消除反應生成烯烴時,究竟是以札依采夫取向的產物還是以霍夫曼取向的產物為主,也是矛盾斗爭性作用的結果。
(三)矛盾的普遍性和特殊性
唯物辯證法指出,矛盾的普遍性即矛盾的共性、一般,矛盾的特殊性即矛盾的個性、個別。一般寓于個別之中,共性存在于個性之中;另一方面,個別、特殊又同一般、普遍聯系著。任何一般都是個別的一部分,或一方面,或本質。任何事物都是普遍性和特殊性、共性和個性、一般和個別、絕對和相對的辯證統一。
據美國化學文摘統計,截至20世紀90年代初,有機化合物的數目已愈1000萬種。要對數目如此龐大的有機化合物逐一學習和研究是不可能的,也是完全沒有必要的。我們可根據有機化合物中所含的官能團的不同,將它分成不同的種類。具有同種官能團的化合物,往往具有相似的化學性質。由于某一類化合物所具有的普遍性質寓于各個具體的化合物之中,因此,我們對同類化合物中有代表性個體的性質進行研究后,就可以歸納、抽象出同類化合物具有的普遍性質,也就無需對同類的個體進行逐一研究。
眾所周知,不對稱與溴化氫加成時,根據馬氏加成規則,氫將加在含氫較多的雙鍵碳原子上。這是一個普遍適用的規律。但如果反應體系中存在過氧化物,或是當烯烴分子中存在較強的吸電子基團時,則加成的方向恰恰相反,這是馬氏加成規則的一個特例,也是一事物區別于他事物的特殊本質。因此,我們在分析問題時必須做到具體事物具體分析,不能生搬硬套。
二、質量互變規律在有機化學學習中的運用
(一)質、量和度
質是一事物成為其自身并區別于他事物的內在規定性。量是表示事物存在和發展的規模、程度、速度等的數量的規定性。任何事物都有其質的規定性和量的規定性,是質和量的統一。度是事物自己質的量的幅度、限度和范圍,是與事物的質相統一的數量界限。丙烯與氯反應,在低于200℃時,主要發生的雙鍵加成反應,生成1,2-二氯丙烷;若高于300℃時,主要發生α-氫的氯代反應,生成3-氯丙烯。低于200℃,就是發生加成反應的度。在低于200℃這個量的范圍內,發生加成反應的質不變;高于200℃這個量的范圍(尤其是超過300℃時),這個反應就會失去自身的質,而發生
α-氫的氯代反應。在度中,質與量這兩種不同的規定性達到了高度的統一。
(二)質量互變規律
量變和質變是事物變化的兩種形式或狀態,量變引起質變,而質變鞏固著量變的成果,又引起新的量變,如此循環往復,以至無窮,推動著事物的不斷發展。質量互變的具體實現形式是復雜多變的,表現為二者之間的相互滲透、相互包含,量變中有質變,質變中包含了量變。
在有機化學中,有關質量互變規律的例子比比皆是,最典型的例子莫過于同系物的物理性質的變化了。正構烷烴的沸點、熔點隨著相對分子質量增加而有規律地升高,折射率隨著碳鏈長度的增加而增大;烯烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醚等同系物的沸點、熔點隨著分子量的增加而升高的現象;在鹵代烷中的親核取代反應中,其活性順序為:氟代烷酰胺,莫不都是量變引起質變的例子。
醇類隨著分子中羥基數目的增多,沸點升高、相對密度增加、酸性變強。酰胺分子中氮原子上連一個酰基,呈中性;而酰亞胺類化合物由于氮原子上相連的二個?;淖饔?,呈弱酸性。在碳原子的sp3、sp2和sp三種雜化形式中,由于雜化軌道所含的s和p成分的不同,使得雜化軌道的空間形狀和性質不同,均表明量變是質變的必要準備,質變是量變的必然結果。
三、否定之否定規律在有機化學學習中的運用
唯物辯證法認為,世界上任何事物的內部都包含著肯定與否定兩個方面、兩類因素和兩種力量??隙ㄊ鞘挛镏芯S持自身存在的方面,否定是事物中促使自身趨向滅亡并轉化為他物的方面。自1883年合成出含三元環和四元環的碳環化合物后,人們發現三元環的化學活性比四元環大,而四元環的活性又要大于五元環。為了解釋這一實驗事實,1885年德國化學家拜爾(Baeyer A von)提出了“張力學說”,認為環烷烴中構成環的碳原子是處于同一平面內,排列成正多邊形,其Z_CCC的鍵角與碳四面體正常鍵角109度28分的偏差將產生“角張力”,張力愈大,環就愈不穩定。這一理論較好地解釋了三元環、四元環和五元環的穩定性,這是該理論的肯定方面。但由于其假設成環碳原子共面的觀點與實際不合,這是其內部孕育的否定方面,因無法解釋六元環的穩定性而被近代雜化理論所否定。這樣,對于環烷烴穩定性解釋的理論就從一個階段發展到另一階段。當然,這種否定是“揚棄”。
在有機化學發展史上,由于從動植物體內得到的這些化合物有許多共同的性質,明顯地不同于當時從礦物來源的無機化合物。當時的化學家把有機物和無機物絕對劃分開。1806年瑞典化學大師貝采利烏斯(Berzelius J J)把有機化合物和有機化學定義為“從有生命的動植物體內得到的化合物稱為有機化合物,研究這些化合物的化學稱作有機化學”,并認為“在動植物體內的生命力影響下才能形成有機化合物,在實驗室內是無法合成有機化合物的”。這種學說被稱為“生命力”學說,曾一度牢固地統治著有機化學界,使人們放棄了用人工合成有機物的想法。
直到1828年德國青年化學家維勒(w?hler F)發現無機物氰酸銨加熱很容易轉變為有機物尿素。他把這一重要發現告訴了貝采利烏斯。他說:“我應當告訴您,我制造出尿素,而且不求助于腎或動物――無論是人或犬?!钡沁@個重要的發現,并未馬上得到貝采利烏斯和其他一些化學家的承認,就是維勒本人也認為這個合成不能算作一個完全的合成,因為氰酸和氨還不能從無機物制備。因此,在它們里面還有一些是屬于有機界的東西,是這些物質使尿素的合成得以成功。還有人為了維護“生命力”學說,認為尿素是動物機體的排泄物,而且易于分解為氨和二氧化碳,因此可以把尿素看作是有機物和礦物質之間的聯系環節,盡管這種處于分界線的物質可以人工制成,但要人工制備結構較為復雜的有機物質還是無能為力。
關鍵詞: 類比思維 關鍵詞 有效記憶
類比思維在學生的學習中處于舉足輕重的地位,而關鍵詞則是打開學生知識儲備之門的鑰匙。將二者有效結合,學生對有機化學的學習將會收到事半功倍的效果,實現知識的有效記憶。學生對已學知識掌握的水平的高低,直接影響到類比能否順利實施開展。只有以相關知識為基礎,才有進行類比探究的可能,也才能讓關鍵詞在學習中起到提綱挈領的作用。
在有機化學教學中,學生往往由于對知識點理解不到位,因此容易將各個相似的概念弄混淆。筆者將高中有機化學中經常遇到的一些關鍵詞進行了整理,運用分類對比,以便學生更準確快速地掌握知識要點。
1.與Br■有關的反應。學生在學習中應該區分所用試劑為液溴還是溴水。高中階段,只有苯與液溴在溴化鐵做催化劑的條件下發生取代反應。其他反應一般可以直接與溴水進行。含有碳碳雙鍵與碳碳三鍵的物質與溴水發生加成反應;含有醛基的物質能被溴水氧化;而含酚羥基的物質,鄰、對位上有氫原子,可以與濃溴水發生取代反應(請見表1)。通過類比,分析各個反應的異同,由關鍵詞“Br■”,提取到下表信息,對反應類型進行準確定位,從而實現知識儲備的有效運用。
2.與H■相關的加成反應。能與氫氣發生加成的基團包括碳碳雙鍵、碳碳三鍵、苯環、醛基及酮羰基,羧基與酯基常常作為干擾條件。將各個能與氫氣加成的基團及所耗氫氣的最大量進行類比,學生才能進行準確計算。
3.與氫氧化鈉水溶液的反應。對于氫氧化鈉水溶液這個常遇到的情景,學生需要從以下兩個維度進行考慮:(1)顯酸性的基團:羧基與酚羥基,這兩類官能團與氫氧化鈉溶液直接發生中和反應;(2)能在氫氧化鈉水溶液條件下發生水解的基團:酯基、鹵原子、肽鍵。它們都遵循先水解的原則,然后考慮水解得到的產物是否含有顯酸性的羧基、酚羥基及鹵化氫,這三類物質再與氫氧化鈉發生中和反應。
4.關于鹵代烴的反應。鹵代烴的兩個反應條件很相似。由“鹵代烴”這一關鍵詞,聯想到它的水解反應與消去反應。通過類比,準確地把握水溶液與醇溶液的不同,從而將兩類反應相區分。
5.關于與濃硫酸有關的反應。以濃硫酸作為關鍵詞,識記各個溫度的特征,從而將這部分易混淆的反應相區分,實現知識的有效提取。
6.與無機試劑相關的幾個反應。高中對有機化合物的性質考查,常常會出現鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉這三種試劑,主要集中在幾個“相似”的官能團上。與鈉的反應,學生需要注意把握斷裂氧氫單鍵;碳酸鈉與碳酸氫鈉的考查則重在酸性大小的比較,羧基>碳酸>苯酚>碳酸氫根。
7.關于苯環上的取代反應,高中教材對苯、甲苯及苯酚這三種物質苯環上的取代反應做出了重點要求。苯環上通常為一定溫度下的一取代反應。而甲苯與苯酚的苯環上通常發生三取代。通過三者在反應條件與產物的類比,學生能夠準確地把握反應的本質,從而實現有效記憶。
8.關于醇、酚、醛與酸性高錳酸鉀、溴水的反應。醇、酚、醛在遇到具有強氧化性的酸性高錳酸鉀溶液時,三者通常被氧化,溶液紫紅色褪去;而遇到溴水時,則可以記為“醇互溶,酚取代,醛氧化”。
關鍵詞:含義;影響合情推理;考查;體現與運用;結論
一、合情推理的含義
合情推理這一概念是美籍匈牙利數學家、教育家波利亞在他的名著《數學與猜想》中提出的。波利亞的教育思想影響了世界上許多國家的數學教育,我國21世紀的數學課程改革也深受其影
響。筆者認為,從邏輯學的角度來看,合情推理有助于科學發現。
那么,到底什么是合情推理呢?這個問題要做出一個很清晰的界定是有困難的。但根據筆者的了解,合情推理的主要特征大體如下:①合情推理區別于論證推理和演繹推理;②合情推理為猜想提供依據;③論證推理是可靠的,合情推理是有風險的;④論證推理用于證明,合情推理用于發現;⑤有效地應用合情推理是一種實際技能,需要通過模仿和練習來學會。
以上是我對合情推理的簡單描述,下面我們來看一看它對化學的影響,同時也幫助讀者更直觀地理解這一概念。
二、合情推理對化學的影響
合情推理雖然是數學家提出的一個概念,在數學上有著廣泛的應用。但與此同時,它也適用于其他學科,特別是自然科學領域。那么,化學作為自然科學的核心學科,它的發展自然也少不了合情推理的貢獻。隨著科學技術的不斷發展,到19世紀60年代,化學家發現的化學元素增加到了63種。直到1969年,俄國科學家門捷列夫發表了論文《元素性質和原子量的關系》,謎團才逐漸解開。他在論文中寫道:“我從最小的原子量選取元素,把它們按原子量大小的順序排列,發現元素的性質好像存在著周期性,甚至元素的化合價也是一個接一個按它們原子量的大小形成算術的序列。”后來門捷列夫沿著這個思路編制了元素周期表,預言了類似硼、鋁、硅等未知元素的性質,并為這些元素在元素周期表中留下了空位。他在周期表中沒有完全按照相對原子質量數值由小到大的順序排列,并指出了當時測定某些元素的相對原子質量數值有錯誤。若干年后,他的預言都得到了證實。
門捷列夫科學地發現過程就是進行合情推理的過程:首先,
有一大堆復雜的看似并不相關的材料——63種元素的相對原子質量和性質。然后,將材料按照一定的順序(相對原子質量)進行排序、分類、比較,將相類似的歸并為一類,發現類似性質的元素之間總是隔著一定數目的元素,通過歸納發現元素的性質可能存在著周期性,進而大膽猜想元素的性質可能表現在它們的相對原子質量上。論文中清晰地記錄了門捷列夫發現元素周期律過程中的思維變化,中間充滿了想象和猜想。
三、有機化學中的合情推理
有機化學作為化學學科的一個重要分支,已經有二百余年歷史了。但到目前為止,不管是研究有機物的結構,還是研究有機物的性質,或是研究有機物的合成,在研究過程中都充滿了猜想,所以,進行合情推理就顯得格外重要了,如DNA結構的確立過程。當時,沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構只是合情推理的一個產物,因為那時還沒有完全能夠證明此觀點的實驗數據。我們試想,如果他們一定要等到“證據確鑿”才敢公布的話,我想那DNA雙螺旋結構這個具有里程碑式的發現早就歸別人所有了。
綜上所述,合情推理不僅推動數學的進步和發展,而且也同樣推動了化學的進步和發展,特別在有機化學領域,進行合情推理顯得尤為重要。所以,我們高中有機化學的考查與此密切相關。
四、合情推理在高中有機化學考查中的體現與運用
高中有機化學的考查內容較為廣泛,不僅包括有機物研究方法的考查,還有一大批具有代表性的有機物結構和性質的考查,但是,不管考查的內容是多么的不同,考查的能力卻大多集中在“推理能力”上,這一點在近幾年的高考中體現得非常明顯。具體在考題中所涉及的“推理能力”主要分為兩類:一類是演繹推理,學生在推理過程中,只要知識和邏輯正確,結果是沒有風險的。學生在這類題的解答過程中感覺是較為“放心”的;另一類則是合情推理,根據現有的不夠充足的證據和自己的經驗進行猜想和判
斷,并對自己的猜想和判斷承擔風險。學生在這類問題的解答過程中感覺是“不安”的。
從考查能力要求上來看,合情推理比演繹推理要求更高;從科學創新的角度來看,合情推理的考查比演繹推理的考查更有意義。因此,本文接下來將重點探討的就是有機化學中涉及合情推理的考查以及如何采用合情推理來解決問題。
我們先來看一道2007年全國理綜卷II的高考題:
仔細分析下列表格中烴的排列規律,判斷排列在第15位烴的分子式是什么?
在解答本題時,我們不得不用到不完全歸納法進行推理:已知1-3三種烴的碳原子數均為2,氫原子數分別為2、4、6;4-6三
種烴的碳原子數均為3,氫原子數分別為4、6、8;7-9三種烴的碳
原子數均為4,氫原子數分別為6、8、10。因此,推知10-12三種烴的碳原子數均為5,氫原子數分別為8、10、12;13-15三種烴的碳原子數均為6,氫原子數分別為10、12、14……我們非常順利地順著這個思路,合情地得出了我們需要的結果。但是,嚴格地講,此結果并非是排他性的,它只是從某一個角度入手的不完全歸納的結果,它是不能完全得到證明的,所以,此結果是有風險的。這里的不完全歸納推理就是從特殊到一般帶有猜想性質的推理,屬于合情推理的范疇。所以,此題正是考查學生進行合情推理的能力。讀者讀到這里可能會覺得合情推理的運用似乎并不是很難,不要著急,我們接著往下看。
這是一道2008年天津的高考題:某天然有機化合物A僅含
C、H、O元素,與A相關的反應框圖如下:
看完上面的框圖你就會發現,此題沒有一個明確的物質可以作為演繹推理的起點。因此,此題一開始就必須運用猜想和可能性的不完全歸納等合情推理形式進行推導。具體如下:在推導時,首先要解決的一個問題就是起點的選擇。在框圖中,物質A、D、E、G、P和S都有一定的信息提供,但經過合情推理,我們發現G的分子結構的可能情況最少,它只有兩種情況:
而其他物質的可能性都非常多,因此,選擇G作為推理的起點相對最為合理。接下來我們對G的兩種結構形式分別進行演繹推理,在推到物質E時,我們發現如果G的結構是第二種情況,那么符合條件的E將不存在。由此,我們才能真正確定G的結構。G一旦真正確定,其他物質就可以通過演繹推理較為“放心”的得出。因此,合情推理在這里起了具有“發現”意義的作用。這道題目中G的猜測和論證過程與DNA雙螺旋結構的猜測和論證過程極為相似,后者也是先通過合情推理得出可能的情況(雙螺旋結構),并公開發表,然后大量的科學家論證其真實性。
以上例子就是高中有機化學中關于合情推理考查的典型代表,像這樣的考查類型在有機化學的高考題中舉不勝舉。
如,2009年天津理綜卷的一道題目:請仔細閱讀以下轉化關系:
A是從蛇床子果實中提取的一種中草藥有效成分,是由碳、
氫、氧元素組成的酯類化合物;B稱作冰片,可用于醫藥和制香精、樟腦等;C的核磁共振氫譜顯示其分子中含有4種氫原子;D中只含一個氧原子,與Na反應放出H2;F為烴。
此題中物質F結構的確定是解決整道題目的先決條件。對于F結構的推導也必須經歷這樣的過程:利用已知的分子量和E到
F的轉化條件對F進行合情推理,得出多個可能性結果:分子式為C5H10的所有烯烴(共5種),然后利用C、D和E之間轉化的框圖及已知對C和D的描述進行推理論證和排查,最終得到唯一的確定性結果。此過程簡單來說就是:合情推理—可能性結果—推理論證—確定性結果。
通過對此例的分析,我想關于有機化學考查中合情推理的體現和運用不需要再重復舉例,讀者自己感興趣可以做更大量的研究,相信能給出更多的范例,供我們分析。但我們都知道,無論多少例子給我們分析,我們得出的結論始終是“不可靠”的,帶有“猜想”的,因為它始終是不完全歸納的結果,屬于合情推理的范疇。
最后,我也給讀者一個帶有合情推理的結論。
五、合情推理的結論
高中有機化學主要考查學生的能力,而考查的各種能力中又以推理能力為主,推理能力主要包括演繹推理和合情推理,其中合情推理比演繹推理要求更高。所以,我們必須在平時的有機化學教學中不斷滲透合情推理的思想,把合情推理作為區別于演繹推理的一種理論向學生介紹,為學生在解決有機化學問題的過程中提供理論支持。
在具體的教學中,要讓學生學會高效、正確的解決高中有機化學考查中的一些問題,我覺得必須按照此過程進行分析:合情推理—可能性結果—推理論證—確定結果。
以上是我經過有限的分析與研究得出的結論,屬于合情推理的范疇,若要使此結論真正屬實,需要同行作更多的研究。
參考文獻:
[1]G.波利亞.數學與猜想:合情推理模式.科學出版社,2005-06.