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【中图分类号】G【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2013)01C-
0142-02
有机化学是高职院校药学专业、中药专业的一门十分重要的专业基础课程。专业课程药物化学和药物分析化学都是以有机化学的知识作为基础的。有机化学学习的质量,直接影响今后专业课的学习。许多文科学生本来对化学就不感兴趣,再一看有机化学长串的分子式、结构式,更产生了排斥心理。兴趣是推动学生探索知识最直接、最强大的动力,也是发展学生能力和智力的最有效的催化剂,兴趣更是创新的动力。因此,根据学生的实际情况,培养他们的学习兴趣,提高教学效果,成为一个重要的课题。笔者在有机化学教学中对培养文科学生的学习兴趣方面作了如下尝试。
一、从解字到解词
文科学生多数情况下对文字比较敏感,对专有名词理解比较模糊。因此,在有机化学教学中,用分解构成汉字字形的方法,解析有机物名称的含义,以此方法帮助文科学生分清不同种类、不同类别的有机物,准确理解有机化学专有名字的含义。有机化学专有名字的用字,多是根据物质的组成、含义和最初有机物提取的方法或原料来源等方面创造的,通常用字可分为两类,一类为会意组合字,一类为形声示意字。
(一)会意组合字
由组成元素的字各取一部分组合而成,它既指示了物质的组成又指示了该字的读音。例如,仅含碳、氢两种元素的有机物称为“烃”。“烃”字是由碳中的“火”和氢中的“ ”组成,“烃”读tīng,声母取碳字的“t”,韵母取氢字的“īng”。此类会意组合字还有:“羟”,“羰”,“羧”,“巯”等。在会意组合字中,一般“火”字边或“炭”字旁代表碳元素,发“t”音,名称中带有“火”字边的物质都可燃烧。“ ”字代表氢元素,发“ing”音,“羊”字代表氧元素,发“ang”音,“ ”代表硫元素,发“iu”音。声母一般按碳氢氧氮硫的顺序选取,如碳氢组合发“t”音,氢氧组合发“q”音等。
(二)形声示意字
在汉字造字法中,声旁一般不表意,但为了让人们容易理解,化学家们在给某些有机物命名时,常赋予声旁一定的含义。这是有机化学的独创,学生通过对这类字的组成分析,可加深对该类有机物的理解。
1.形旁反映物质组成的主要元素,而声旁反映物质结构的基本含义。烷、烯、炔是三种不同类别的链烃,三个字的字形构成中均有“火”旁,形旁“火”取自于碳字,表示可以燃烧。烷:声旁“完”,意为“含碳碳单键,碳原子的剩余价键完全被氢原子饱和”,属饱和烃;烯:声旁“希”,意为含有的氢原子数比“烷”稀少;炔:声旁“缺”,意为含有的氢原子数比“烯”还要缺少,因此烯和炔均属不饱和烃。各类烃在性质上均有易着火燃烧、比水轻的两大特点。这也是有机物类别名称中“烃”字字形构成的又一种绝妙注解。
2.由最初获得有机物的方法、途径和原料来源而采用了不同偏旁部首造出的形声字。“酉”旁:凡酉皆属酒。经发酵、酿造等过程而制取的有机物多用“酉”旁。用发酵法获得的物质还有:醇、醛、酸、酯、醚、酮、酰、酚、酐等。可见它们与酒有不解之缘。“月”旁:月旁叫肉月,是由“肉”作偏旁演变而来的。最初有机物从动物体内获得的多用“月”旁,如:脂肪、胺、脲、肽等。
“艹”:有机物中最初从植物(或煤焦油)中提取或转化而来的多用“艹”,如:苯、蒽、菲、苷、葡萄糖、蔗糖等。
另外,还有一些有机专有名词,由于人们当时知识所限,对其认识不够全面,对其命名亦有一定的局限性,甚至不够科学,名称至今仍沿用,但已失去了当初的本意了。如有机物的“机”本来是指“生机”,即有生命的意思,因为最早发现的有机物都是从动、植物这些有生命的物质体内提取的,当时认为没有生命的物质中无法得到有机物。直到1828年,德国化学家维勒首次用无机物氰酸铵合成了有机物尿素,才打破了有机物与无机物之间的严格界线。
芳香族化合物:人类最早发现的该类物质都具有芳香气味故得名,但现在人们发现大多数该类物质都不具有芳香气味。但都具有特别稳定的苯环。于是,一切具有苯环的化合物,不论它们是否具有芳香气味,都被称为芳香族化合物。
碳水化合物:最初是糖的代名词,因为当时发现的一些糖类物质的组成都符合通式Cn(H2O)m。后来发现,并不是所有的糖都符合碳水化合物的通式;有些符合碳水化合物通式的物质也并不属于糖;糖中的氢、氧元素并不是以水的形式存在。因此,碳水化合物已失去原先的含义。
可见,清楚有机物中常用字的字音及字义,有助于理解有机物的组成、结构、性质、来源。
二、以图形助记忆
有机物的分子结构相对比较复杂,需要学生具有较强的空间想象力和抽象思维能力,光靠教师单纯的讲述,学生难以理解。学生利用球棍模型,自己动手拼接简单的有机分子结构,可以加强对有机物空间结构的理解和掌握,培养对有机物空间结构的想象力,提高学习有机化学的兴趣。此外,多媒体具有生动、形象、直观的效果,也可以大幅度提高有机化学课堂的教学效率。借助计算机的模拟手段,使学生能够比较直观、形象地认识微观粒子的运动,对化学反应的本质一目了然。
如醇与羧酸脱去一个分子的水发生酯化反应,酯化反应的脱水过程,可以通过三维动画功能模拟羧酸脱羟基、醇脱氢原子这一过程,让微观反应生动而直观地展示出来。同时,可以让学生看到化学键的拆分及重新组合的全过程。利用模型、多媒体等教具,讲授分子的化学结构,讲解化学反应,阐述反应机理,使抽象知识变得具体,便于学生理解和记忆。
三、紧扣生活常识教学
在教学中利用生活中的一些常识提出疑问,引起学生的好奇,由此引出化学知识,可以激发学生学习化学的兴趣,自觉地学习化学、应用化学。例如,为什么被蜂蛰后又烧又痛?蚊虫叮咬后奇痒无比?因为这些昆虫在人体内注入了甲酸,它具有强烈的刺激作用,因而使皮肤发痒发痛,针对它是一种酸,可先用肥皂水洗净伤口,然后涂抹碱性的水溶液,便可达到消肿去痛的目的。这其中的道理很简单,就是中和反应。为什么烧鱼、炖肉时都要加些酒?这是因为死鱼含有三甲胺,它具有腥味,且不易溶于水,但易溶于酒精,所以烧鱼时加些酒,能去掉腥味,使鱼更好吃。酒的作用还不仅仅如此,炖肉时加酒,去腥的同时,还可减少肉本身的油脂。因为酒与肉里的脂肪酸发生酯化反应,可以帮助脂肪溶解,同时生成一种具特殊香气的酯,使肉醇香而不腻。
四、围绕专业知识教学
教学中围绕专业知识,丰富教学的内容,学生就会产生浓厚的学习兴趣,为后续学习药物化学、药物分析等专业课打下坚实的理论基础,为将来从事药学专业工作提供更多的解决实际问题的思路和方法,大大提高分析问题和解决问题的能力。
有机化合物的立体异构对药物的生理活性有着显著的影响,在阐述这部分理论时,可根据教学内容相应举例加以说明。如顺反异构中反式己烯雌酚与天然激素分子非常相似,具有较强活性,可口服;而顺式己烯雌酚的立体结构与天然激素相差甚远,效力低,不能作为药用。旋光异构在很多药物中的生理活性差异也很大,如具有抗坏血病作用的维生素C为右旋体,能够治疗伤寒等疾病的氯霉素为左旋体,但是它们的对映体几乎无效。再如沙利度胺(俗称反应停),其R-构型具有抑制妊娠反应活性,而S-构型有致婴儿畸性。R-构型和S-构型在体内会消旋化,即无论服用哪一种光学纯化合物,在血清中都发现是消旋的。这样的例子很多,列举这些例子可以加强学生对消旋化合物作为药物的认识。
水杨酸是解热镇痛药,由于其分子结构具有羧基,使其酸性太强,对胃肠道刺激很大,可通过酰化反应把羧基修饰成乙酰水杨酸,即阿司匹林成为比较安全的解热镇痛药而广泛使用于临床。此外把水杨酸中酚羟基修饰成水杨酸甲酯,可作扭伤、消炎、止痒的外用药。由此可见化学结构修饰对于提高药物的稳定性、改善药物水溶液、延长药物作用时间、减少副作用、消除药物不良味觉均有重要的实际意义。此类例子既拓宽了学生的视野,又加深了学生对教学内容中基础知识的理解。
综上所述,在有机化学教学中紧扣教学内容,围绕相关药学知识、联系实际适当补充教学内容,对学生巩固所学知识、提高学习兴趣、拓宽知识面、开发智能,进而提高教学效果皆十分有益。
在高中化学中,有机化学占教材内容的四分之一,且在高考考试中占化学总成绩的25-30%。有机化学除了涉及到化合物的性质外,还涉及了化合物复杂的结构。因此,初中学习无机化学的学习思路无法在高中的有机化学中应用,许多学生在学习过程中因无法转变思路而对化学产生抵触心理,从而失去对学习有机化学的兴趣。因此,如何让学生学好有机化学,是高中化学教师的一大难题。笔者通过结合本人高中时代学习有机化学的经历、多年的化学教学理论学习以及高中化学教学实践,对高中有机化学的有效教学方法作以一一讨论。
一、兴趣是学习的第一动力
许多教师在教学过程中往往忽略了这一点,以为教学就是“把知识点教给学生”。事实上,教学应该是“老师教,学生学”的过程。教师在教学过程中应该将学生的主动性放在第一位,注重培养学习学习相关课程的兴趣[1]。兴趣是最好的老师,它能化“被动”学习为主动学习,使枯燥无味变得生动有趣。学生进入高中后要学习有机化学,它的学习思维完全有别于初中时期的无机化学。许多学习会因无法找到学习有机化学的正确方法而失去对学习有机化学的兴趣。而同时,由于学生在高中时期首次接触有机化学,对有机化学保持着较高的新鲜感。教师应把握时机,及时对学生的这种新鲜感进行升华,使之成为学习有机化学的不竭动力。那么如何调动学生学习有机化学的兴趣呢?
笔者认为,调动学生学习兴趣的责任在于教师。在教学中,如果教师只是为了迫于教学压力而不能放开手脚,只能按部就班地向学生“填鸭式”地灌输知识点,怎么可能激发还生学习有机化学的兴趣?呆板的教学方式极易让学生感到反感,使学生产生逆反心理,对学习产生厌恶感。在学生对有机化学还处于新鲜期时,教师要能够抓住培养学生学习有机化学的兴趣,引导学生在兴趣的基础上做深入的学习与探索。尤其是有机化学这个与生活实际联系密切的学科,生活中有许多生动的实例可以利用。笔者认为,教师可以利用生活中的实例让学生明确学习有机化学的目的和培养学生学习有机化学的成就感。向学生介绍有机化学在生活中的重要应用,如家庭用到的洗涤剂、洗发水、洗衣粉起到去污作用的主要成分就是有机物――十二烷基苯磺酸钠。我们生活中用到的塑料、合成橡胶就是通过石油化工制得有机物单体,然后经过高分子化学得到的。此外,有机化学还涉及到药物合成、农业、国防科技、航空航天等领域。可以说,人类离开有机化学将寸步难行。如此,通过向学习介绍有机化学在生活中的地位和作用,强化学生学习有机化学的使命感和成为一名有机化学家的荣誉感,可以最大程度地提高学生学习有机化学的兴趣。
二、适当开展多媒体教学。
不同于无机化学的学习,有机化学涉及到有机物的结构,甚至是三维结构,这需要学生具有一定的空间想象力。此外,有机化学还涉及复杂的反应方程式和反应机理。高中阶段,许多教师迫于教学压力,一节上下来基上处于教师讲学生听的状态。这种“填鸭式”的教学方式并不可取,许多学生一堂有机化学课下来,完全不知教师所云。多媒体教学在展示空间三维结构、展示化学反应过程以及展示化学反应机理方面具有无可比拟的优势。此外,多媒体教学在引起学生学习有机化学兴趣方面也有许多优势。在讲到有机化合物的结构时,可以通过多媒体向学生演示模型。比如讲到化合物成键时,可以向学生展示碳、氧、氢和氮等元素是如何互相连结形成有机化合物的。用红色带有四个孔的小球代表碳原子,用绿色带有三个孔的小球代表氮原子,用蓝色带有两个孔的小球代表氧原子,用白色带有一个孔的小球代表氢原子,再用一个圆柱小棍代表键。同时,向学生解释碳原子、氮原子、氧原子和氢原子分别可以连接四个、三个、两个和一个键,通过棍与球之间的连接,可以非常直观地向学生展示有机物的成键过程,这就是典型的球棍模型。如讲到甲烷的结构时,教师可以事先做好多媒体动画,先出现一个红色的小球表示碳原子,然后四根圆棍接在碳原子上表示四个键,然后再将四个白色的小球连接在圆棍上,表示形成四个碳-氢键,最后就形成甲烷分子。同样地,可以通过多媒体技术展示甲醇、乙醇、乙烷等等有机物的成键过程。此外,对于复杂的有机反应过程,可以通过动画分割成多个可见的步骤,让学生直观明了地“观察”反应过程。
三、开展探究式教学
有机化学学习不同于无机化学,不能单纯地通过记忆达到学习的目的,需要对有机物的结构、官能团的性质以及反应机理有较深的理解。因此,学生的主动思考在有机化学教学中非常重要。传统有机化学教学方式主要是学生被动接受的授课方式,学生在上课的过程中仅处于接受状态。利用探究式教学,可以改变传统教学这一授课方式,调动学生主动参与课堂知识点的思考。在教学过程中引入与知识点相关的实验,设计合理的实验方案,通过研究物质的反应与性质,从结构的角度深化学生对相关知识点的认识,诱发学生对相关知识点的思想,从而达到良好的教学目的。例如在讲到醇与酸的酯化反应时,许多教师会按教材上的知识点进行教学,即向学生介绍醇与酸之间脱去一个水形成酯,其中醇提供一个氢、酸提供一个羟基,氢与羟基结合形成水。但是,为什么不能是酸提供一个氢、醇提供一个羟基呢?许多学生肯定会有这样的疑问。因此,在讲授酯化反应这个知识点时,教师可以进行探究式教学。即提出假设:假设氢是由酸提供的,羟基是由醇提供的,让学生进行讨论,并让学生提出进行验证的方法。这种探究式教学通过诱发学生主动思考,可以达到激发学生学习的热情,达到良好的教学效果。
四、培养学生学习有机化学的思维
由于有机化学在初中化学中很少涉及,且学习方法也完全不一样,因此许多学生因为找不到正确的方法而放弃有机化学学习。正确的学习思维,可以让有机化学的学习事半而功倍,因此教师在有机化学教学的前期要注意培养学生的思维。有机化学教学要让学生重视有机物的结构,结构决定了有机物的性质,通过对结构的深入理解,可以很容易地记住有机物的性质。总之,无机化学重性质轻结构,而有机化学重结构轻性质,有机化学是从结构出发。
五、培养学生合理的有机化学归纳策略
有机化学知识点多且易混淆,即使老师在课堂上对每个知识点进行一一详细讲解,但学生课后如果不进行合理的归纳,根本无法学好有机化学。笔者认为,老师除了把知识点教给学生,更要教学生如何举一反三。而高中有机化学的归纳主要还是通过有机物的结构(主要是官能团)进行,不能的官能团决定了有机物不同的性质。如乙烷、卤代乙烷、乙醇、乙酸、乙醛、乙酸乙酯就可以通过官能团进行归纳总结,轻松地辨别它们的性质。
六、培养学生解答有机试题的方法与技巧
有机化学试题相对繁琐,但是具有固定的解题思路。老师在教学有机化学知识的过程,同时也要向学生传授有机化学习题的解题技巧[2]。许多学生不是对有机化学不感兴趣,而是因为有机化学题目难解以及有机化学成绩差,而失去学习有机化学的信心。有机试题的解答与学习异曲同工,都需要从有机物的结构出发。让学生养成从有机物的结构出发来解答问题,对题目中涉及的有机物,要看其本质,看其具有哪些典型的官能团,从而辨别属于哪类物质,最后通过简单地对号入座即可达到解题的目的。(作者单位:哈尔滨师范大学化学化工学院)
有机化学是高中化学中的重要内容,也是每年高考的必考题。但是,许多同学面对有机化学题时,却感到无从下手,表面上感觉应该会做,却并未解答出来。究其原因,还是由于学生们的基础知识不牢固、解题思路不正确,解题技巧不到位。所以在高中化学教学中,加强有机化学的基础知识训练,强化有机化学各题型的解题方法和技巧十分必要,也十分关键。
1.有机化学的概念及基本题型
有机化学是与无机化学相对立的一个化学名词。简而言之,它就是指研究有机物的化学,而有机物是指含炭元素的化合物。
有机化学主要研究有机化合物的基本性质及其转化规律,而高中有机化学的各题型也主要是围绕几十种有机化合物的基本概念、基本性质、重要反应、结构特性、机理规律等而设计的。归纳起来,高中有机化学的基本题型有以下四大类:①命名与结构;②反应转化与反应机理;③结构式推导与合成设计;④活性比较及有机化学鉴别。
2.有机化学的解题思路
高中学生已经具备了一定的思维能力,掌握了一定的思维方法。解答有机化学类的题目,就是要通过思维方法将有机化学的基础知识转化为问题答案,带着疑问去思索、探究。根据有机化学的学科性质,笔者认为其解题思路主要分为三个步骤,依次递进、层层深入(如图1所示)。
第一是审题。从题目中获取相关信息、收集信息,并进行分析理解和定位,将不熟悉的知识点转化成熟悉的知识点,将概括性、抽象性的目标问题分解为若干具体的、形象的小目标问题,从而真正读懂题目、理解题意。第二是解题。这时需要将题目中的若干小问题与所学的有机化学知识点联系起来,提出假设,并根据所收集的信息进行正向推导、反向思维、逆向演变,用已知的概念、程序和方法来解答问题。第三便是检查与完善。用熟知的知识、原理来检验前面的推断过程是否正确,信息是否吻合,并通过画示意图的方式,将问题转化为公式,补充完善答案。
图1 有机化学的解题思路
3.有机化学各题型的解题技巧
(1)命名与结构类
高中有机化学中的这类题型主要是考察学生是否掌握有机化合物中的顺式、反式、手性特征;是否了解如螺环、桥环、杂环化合物殊的母体;是否掌握了各个官能团的位次、原则、性质和有机反应条件;是否能够根据化合物命名的结构式推断其属于哪一类,从而得出其母体名称等等。
例如,在分子结构“CH3-CH=CH-CC-CF3”中,这六个碳原子是否在一条直线上和一个平面上呢?这是一道典型的有机化学命名与结构题型,解决这类题目的方法,就是要以扎实的基础知识为后盾,对各官能团的性质理解并掌握透彻,然后分析已知条件、推导未知答案。根据题目,我们看到结构中的前面四个(CH3、CH、CH、C)碳原子在碳碳双键(具有120°键角)的作用下,处于同一个平面;而后四个(CH、C、C、CF3)碳原子在碳碳三键的作用下,处于同一直线上。所以,这六个碳原子未在一条直线上,但在一个平面上。
(2)反应转化与反应机理类
这一类题型主要考察两个方面,一是能否根据已知反应进行分类、确定反应的方向、特殊性以及反应产物的顺反式、构象的稳定性等等。二是了解有机化合物的反应原理,知道反应物与产物间的结构变化,其分子结构中的化学键、官能团有何变化;学会区分其反应的属性和反应机理类型,找到反应的进攻质点、中间体、过渡态等等。
解答这类题目时,也必须要有扎实的基础知识,要有比较地掌握有机化合物的反应现象、反应条件、反应类型和反应机理,熟知不同化合物的不同反应规则、效应及活性次序等,解题时才能做到游刃有余。比如某有机化合物的结构式为:
CH2=CH-CH2- -CHO
那么,请问该有机物是否具有加成反应和加聚反应的性质呢?解答这道题,首先我们要知道什么是加成反应、什么是加聚反应?其次,我们要学会分析和理解题目中的分子结构式,将“结构式语言”转化成我们熟悉的语言表达;再者,要善于分析结构式中的各化学键、设想各官能团可能出现的变化,然后判断其反应归属。这样一来,我们就很容易得出答案。
(3)结构式推导与合成设计类
有机化学中的结构式推导题目,其题目本身就是一种思考和解题的方法。即运用流程图的方式,将问题罗列出来;能够列出各种化学键的组合、计算出结构式中的不饱和度。当然,除了正向推导,也可以采取反向推理的方法,从最简单、最熟悉的知识点进行突破,然后假设,一步步推导、演变、排除,从而得出结论。而合成设计类题型,则是根据目标分子结构式,分析其骨架结构、所涉及的官能团、对称性质,学会如何对结构进行分割组合,最终选择方式合成目标化合物。
(4)活性比较及有机化学鉴别类
高中有机化学中的化合物活性比较是十分重要的,有助于学生更加清晰地了解不同化合物的性质。化合物有酸碱性、溶解性、亲核性及亲电性等性质。例如区分叔醇、仲醇及伯醇与盐酸之间的反应活性。我们首先要熟记基本物质的活性次序;然后,要知道这三类化合物的异同处,区分它们的反应特征及现象;最后做出判断。此外,还需要注意的时,在进行化合物活性比较鉴别时,要考虑吸电子基团与斥电子基团,诱导效应与共轭效应等因素对其性质的影响。这样更有助于我们的学习和推导。
参考文献:
2科学观念为基础的大学有机化学教学策略分析
2.1教师应该掌握有机化学知识结构,完善学生认识
大学有机化学教师要首先掌握好知识结构,因为这是培养学生具有有机化学科学观念的基础。在实际有机化学学习的过程中,只有坚持科学的观念,并加上学以致用的理念,才能够真正教会学生解决问题的方法。其次大学有机化学的知识结构主要是以官能团为主线进行展开的,所以教师在教学的过程中应该引导学生一方面领会和掌握这一知识脉络,同时还要让学生强化“物质的结构决定性质,性质决定用途”的教学观念。在实际教学的过程中,教师要帮助学生创建具体的有机化学学习情景,帮助学生实现同化学习,更新现代有机化学知识结构。
2.2重视教学和知识发生过程的科学性,结合有机化学历史进行教学
有机化学的生命力就在于不断的冲破化学研究的进去,建立了相对完善和立体的化学理论以及原子架构理论。大学教师在有机化学教学的过程中,可以把现行的有机化学知识与有机化学的发展历史相互结合起来。培养学生的科学思维的方法与模式,使得学生能够认识到有机化学学科的科学本质,形成比较良好的科学态度与价值观。大学有机化学的教学内容主要来源于近代有机化学,所以教师在讲解的过程中应该以历史上的化学科学家的判断取舍过程为示范,不断引导和加强学生对有机化学学习的兴趣,全面提高学生的科学素养。
2.3教师深刻挖掘有机化学中的科学观念知识体系
在现行的大学有机化学教材中,很多科学观念是相对比较隐性的,在教学的过程中就需要教师进行深入挖掘,将其中所隐含的意义充分表达给学生,从而在一定程度上影响到学生的学习态度和行为。首先应该从比较枯燥的化学概念中提出简单的化学观念,并作为教学的主导思想教授给学生;其次教师还要充分落实好教学观念,克服知识本位的教学模式和观念。
2.4设计合理的教学方法,不断增加教学体验
只有学生不断地加入到学生的学习过程,才能够实现有所发现的教学模式,不断地培养学生的科学观念。科学的探究性学习在培养学生的科学观念的形成是具有不可替代的作用。只有在实验教学的过程中才能够体验到有机化学反应的复杂和多边性,在学生课堂的学习过程中,不断的倡导探究性学习模式,在实验课堂学习的过程中,只有通过对有机化学反应实验条件的控制以及化学反应生成物的分析,才能够使得学生摆脱相对狭隘的物质转化观点。
2.5不断拓展学习渠道,综合运用各种教学资源
随着现代互联网媒体的不断发展,在有机化学的教学过程中可以将网络资源中将有机化学知识转换为具体的生产生活情景之中。网路资源的存在可以为有机化学的研究提供一些条件,先进的科学技术将抽象的知识变为形象的实验,打破教学课堂的空间和时间限制;其次有机化学与学生的实际生活联系比较紧密,教师在教学的过程中可以将具体的知识与实际社会生活情境很好地结合起来。