第一单元 化石燃料与有机化合物教学设计(教案)

基于化学史的教学设计：与科学家对话——重温苯的发现之旅

宜兴市和桥高级中学

郭文羽 摘要

将化学史与课堂有机结合，让学生沿着化学史上的科学家的足迹重温他们的发现之旅，不仅能再现知识的动态演变过程，而且可以揭示知识背后所蕴含的科学思想和科学方法。因为从化学史上，我们发现，化学家们一般消耗了较长时间对未知世界进行探究，建立科学理论，而学生的探究一般是在课堂上花费较短时间对科学家已发现的科学原理、规律和理论进行探究，目的是理解科学知识、掌握科学的方法，是一个知识的再生产过程。

关键词

苯教学设计

化学史

实验探究

科学本质

科学探究

化学核心素养理念强调化学教学要“结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法，形成科学的世界观”，通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学的探究过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的改变，获得基础知识与基本技能的同时，领悟科学精神，全面提高科学素养。

建构主义理论认为，知识不是通过教师传授，而是学习者在一定的情境下，通过与他人（教师和同学）的协作与会话，依靠必需的学习资料，在自身原有的知识结构的基础上通过自主意义建构的方式而获得。因此笔者认为借助科学家的研究历程可以为学生的探究学习找到探究素材、分析问题的思路和解决问题的方法，为学生对知识的意思建构找到捷径，在探究过程中提高他们的科学素养。

1

本节课为高中苏教版化学必修2专题3有机化合物的获得与应用中第一单元化石燃料与有机化合物的第3课时“煤的综合利用

苯”，采用“以化学史为线索，创设情境；以实验探究为手段，展开活动”的教学策略进行教学。教学过程以时间和知识为坐标展开，以时间为纵坐标，通过呈现4个时空站追踪苯发现之旅的足迹。以知识为横坐标，让学生置身于化学发展的过程中，开展苯的物理性质和化学性质的学习和探究，初识科学的本质。

一、

教学目标

1、知识与技能目标： ⑴了解煤综合利用的方法、原理及产物。

⑵知道苯的主要物理性质、结构特征、化学性质。

2、过程与方法目标：

⑴通过对苯分子组成及结构、性质的探究加强观察、归纳、推理等方法及技能，进一步认识研究有机物的一般过程和方法。

⑵

以苯为例，论证物质结构决定性质、性质反映结构的辨证关系；参与苯分子结构的

探究过程，了解科学探究的基本过程，发展探究能力。

3、情感态度与价值观目标：

⑴体会科学解释必须与实验证据、自然观察相一致的实证精神。

⑵体会想象力和创造力在科学研究中的重要意义。

⑶认识技术的更新对科学发展的推动作用。 二、

教学内容

2

煤的综合利用的方法；苯的物理、化学性质；苯的结构探究。

三、

教学重难点

教学重点：苯分子的结构特点及化学性质。

教学难点：苯分子的结构特点。

四、

教学方法

创设教学情景，结合化学史实，应用教学实验的探究教学法。

五、

教学过程

教师活动

1、利用多媒体课件，营造时空穿越的氛围：

激发学生的兴趣，让学生踏上“苯的发现之旅”，融入课堂学习之中。

发现之旅第一站：煤的形成[几亿年前]

[播放视频]“煤的形成”

利用视频，让学生了解媒的形成过程，生动形象。

[提问]煤被称为“工业的粮食”，那么在工业中人们是

用什么样的方法来利用媒的？（让学生阅读书本材料锻炼学生归纳后填表）

能力，利用表格形式，直观地向学生呈现媒的综合利用的主要方法。并由煤焦油的分离物，引出本课学习内容“苯”。

苯、甲苯、二甲苯等有机化合物。

认真阅读书本材料，归纳三种方法的原理、产品，填写表格。

设计说明

学生活动

发挥想象，跟随动态课件，进入时空穿梭。

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2、以化学史为教学线索，探究苯的物理性质、结构以及化学性质。

发现之旅第二站：[19世纪初→1825年] [阅读材料]（由大屏幕展示历史背景）

苯的发现：

19世纪初，英国和其他欧洲国家一样，城市的照明已普遍使用煤气。在将这种气体加压到13个大气压，储存在容器中备用时，在加压的过程中产生了一种副产品——油状液体。

1825年，英国科学家法拉第(Michael Faraday，1791——1867 )首次发现苯。

[教师提问] 我们发现了“苯”这种新物质，那么它到底有什么性质呢？请同学们思考我们要用什么方法来研究其性质？

[学生实验设计小组活动1] 实验人员准备：学生分成4—6人一小组，

实验试剂准备：苯、酒精、水、冰水

实验要求：按实验步骤做实验，观察实验现象，得出实验结果。

[学生实验步骤]

(1) 在一试管中倒入1mL苯，观察苯的颜色与状态，认识苯在常温下的颜色和状态。

(2) 再向试管中加入3mL水，振荡后静置，观察发生的现象。振荡，发现溶液浑浊,静置分层。（说明苯不溶于水,密度比水小）

(3) 往另一支试管中加入2mL 酒精,振荡,溶液不分层,说明了什么?（易溶于有机溶剂）

(4) 苯放入冰水混合物中，观察现象？（结晶，熔点低）

苯的性质实验

以史为鉴,渗透化学史教育，让学生了解化学家对于未知事物的探究过程，从而有利于培养学生对于未知事物的探究精神。

通过实验来探究苯的物理性质，这样更有利于学生实验能力的培养以及知识点的长久性记忆。

实验现象

结论

实验一

实验二

教师对苯的物

实验三

理性质进行书写，

实验四

有利于学生反复记[板书]㈠苯的物理性质：

忆。

1.无色、有特殊气味的油状液体。

及时应用所学

2.比水轻，不溶于水；易溶于有机溶剂。

知识，进行课堂巩

3.沸点是80.1℃（易挥发）；熔点低。

[思考]有三只失去标签的试剂瓶,装有苯、水、酒精,固。

不用其它试剂,你能鉴别它们吗？

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了解苯的发现过程。

学会观察，学会发现。

学生活动1：

通过观察苯试剂，总结苯的颜色、状态等物理性质。

学生活动2：

分组实验、观察——将苯与水混合，总结出苯的密度和水溶性。

学生活动3：

学生归纳、总结苯的物理性质并进行小组交流，完成表格。

思考并回答问题

发现之旅第三站：[十九世纪中期] 苯的结构：

[阅读材料]

苯的分子式：

法拉第发现苯以后，法国化学家日拉尔立即对苯的组成进行测定，他发现苯仅有碳、氢两种元素组成,其中碳元素的质量分数为92. 3 % ，苯蒸气的密度为同温同压下乙炔的3 倍，你能确定苯的分子式吗？利用苯的分子式，我们能否猜想一下苯的结构？

在学生原有知识的基础上，可能有以下几种：

CH≡C－CH2－CH2－C≡CH CH2＝C＝CH－CH2＝C＝CH2

CH2＝CH－CH＝CH－C≡CH CH3－C≡C－C≡C－CH3

[教师提问]

那么对于以上苯的结构，我们能用什么方法来验证其是否符合事实呢？请同学们讨论一下，并作答。

[学生实验设计小组活动2] 提示：如何检验碳碳双键和碳碳三键？

]对于苯的分子式猜想的验证：

1、试管中加入2mL苯，滴几滴酸性高锰酸钾溶液，振荡后静置。（不褪色）

2、试管中加入2mL苯，加入1mL溴水，振荡后静置。（溴水分两层，上层橙红色，下层无色，发生了萃取现象）

[阅读材料]梦的启示：凯库勒式

凯库勒一直在想着怎样在教材中写苯的结构这一难题，然而百思不得其解，只好停笔，偎炉休息。他面对炉中飘忽不定的火苗陷入了沉思，不知不觉进入了梦乡。朦胧之中，凯库勒仿佛觉得有一些碳原子在自己的面前跳起舞来，它们排成蛇的形状，一会儿在火焰中翻滚，一会儿卷曲起来，突然，原子“蛇”的头咬住了自己的尾巴，形成一个环状，不停地旋转起来。凯库勒猛然惊醒，根据梦中受到的启示，他迅速画起苯的封闭式结构式来。经过若干次的修正，最后他决定用六角环状结构来描述苯的分子结构。德国化学家凯库勒由于揭开这个谜而名垂青史。

选择“分子组成—元素含量——分子结构”这样的顺序，让学生进一步体会研究有机物的一般过程，为后续有机物的学习打下基础。

通过实验使学生对苯的链状结构进行否定，并使学生产生认知冲突，激起学生的探究欲望。

通过化学史的介绍，让学生学会倾听，对重大化学成就进行情绪体验，对伟大的化学家杰出成就表示崇敬，激发学生崇尚科学的精神。

学生活动4：

根据这道题可得出分子式为C6H6，利用已学习的有机化学知识，建构苯的结构式。

根据实验现象总结，

苯不能使酸性的KMnO4

溶液和溴水褪色,说明苯分子中不含C = C 和C ≡C ,上述结构都不合理。

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提示：1866年，凯库勒(F. A. Kelule)提出关于苯的两个

假说：

①

苯的六个碳原子形成平面六角闭链；

②

各碳原子间存在着单双键的交替形式。

利用学生新旧

知识学习过程中的[板书]凯库勒式：

矛盾，让学生积极思考；提供史实材料，让学生学会在探究新知识的过程

[教师提问] 中要勇敢假设，大

刚才通过实验证明，苯分子中不含碳碳双键，但胆猜想。

凯库勒式中我们能明显看出其具有不饱和键，这是为

什么？

发现之旅第四站：[回到现在]

随着科技的发展，苯的结构及化学性质的进一步苯分子结构的探究。

现代解释过程涉及⑴苯的结构的进一步探究：

较多现代化手段和现代物理方法（射线法、光谱法、偶极距的测定）学生现阶段无法掌表明，苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是为握的理论，为让学120°，碳碳键长都是0.1397nm。图示如下：

生对科学过程发展的技能有所认识，采用以教师指导下的定向探究。及时补充、运用科技新信息，以丰富学生的视野，开阔他们

用电子显微镜：

的思路。在新技术的支持下，我们可以更加真切地看到分子的结构，之前种种的猜测都在这

里揭晓；学生可以

应用化学软件制作的苯分子模型：

更好地感悟世界的美好与神奇，不断探索自然的奥秘。

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学生经过教师引导得出结论：从现代科学对苯分子的结构研究可以得出：

苯分子里6个C原子之间的键完全相同，是一种介于单键和双键之间的特殊(独特)的键。应该既具有饱和烃的性质，又具有不饱烃的性质。

[板书]苯分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键

之间的特殊的碳碳键。所以凯库勒式仅有习惯性的纪

念意义。

苯的结构简式：

⑵苯的化学性质：

[学生实验设计小组活动3]

实验成员准备：将班级学生分为二大组，两大组中再

将学生分成4—6人一小组，第一小组：做苯在空气中

燃烧的反应；第二小组，做苯与液溴在溴化铁催化下

的反应；

实验药品：苯、液溴、溴化铁、硝酸银、澄清石灰水、

稀硝酸等。

实验要求：要求设计实验方案，仔细观察反应现象，

写出实验方程式。

[教师归纳]

燃烧反应：

取代反应：

硝化反应：

利用动画视

[实验]苯的燃烧：

频，使学生更易于理解反应机理。

学习活动1：

学生采用讨论交流的方式，由苯分子的结构推测苯的化学性质

学习活动2：

书写相应的化学方程式。

学习活动3：

观察实验现象；观看多媒体动画给出苯的溴代反应和硝化反应

学习活动4：

在教师的指导下，归纳总结苯的化学性质——苯易燃、易取代、难加成。

[播放动画]苯的取代机理反应：

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苯的硝化反应机理：

３、练习与巩固

已知化合物B3N3H6（硼氮烷）与C6H6（苯）的分子结构相似，如下图：则硼氮烷的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体数

（

C

）

HH

HBHHHNN

BBHH

HHNHH

A．2

B．3

C．4

D．6 精心设置练习，以巩固概念，丰富概念的内涵与外延，并在练习中将知识迁移创新。

４、苯的应用的介绍

至此，我们终于揭开苯的神秘面纱，这节课我们简要的概括一站在巨人的肩膀上，也当了一次科学家，探究了苯的下苯的某些应用，结构、物理性质和化学性质。苯属芳香烃类化合物，使学生能够理论联是煤焦油蒸馏或石油裂解的产物，在常温下为带特殊系实际。

芳香味的无色液体，极易挥发。苯在工业上用途很广，接触的行业主要有染料工业，用于农药生产及香料制作的原料等，苯又作为溶剂和粘合剂用于造漆、喷漆、制药、制鞋及苯加工业、家具制造业等。但因为其有毒，要注意安全使用。

５、作业布置。

书后题目；

写一篇关于苯的应用的科普论文。

巩固学生所学的知识。

拓展学生知识面。

查阅苯的应用相关资料，将理论联系到实际中去。

在教学设计中，教师都希望在课堂中创设恰当的情境，以便能更为自然的提出一些启发性、生动性的问题或者是在这种情境中让学

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生感知并主动的提出将要探究的问题。那么哪里可以找到这方面的资料呢？毫无疑问，化学史例就是一个丰富的资料宝库。因为科学家在开始研究时，也是在某些情境问题的引发下，经过周密的实验设计才揭示自然界的诸多奥秘。

化学家的每一个结论都是经过精心的实验设计，得出实验事实后再通过严密的逻辑推理得出来的。教师可以选择那些原理和操作方法较为简单的经典实验，组织学生按化学家的方法重新演示。对于比较复杂、难度较高的，可以只做其中一部分，或利用多媒体进行原理模拟或是作为史实资料直接提供给学生。在本例中，因为凯库勒的验证实验比较复杂所以没有在课堂上进行演示，只作为化学史实直接展现给学生。因此，借助化学史实重现科学家的研究过程，可以很好地发展学生分析并组织信息从而得出最后结论的能力。在本例教学设计中，学生顺着科学家们的探究过程可以很自然地得出苯分子特殊结构的结论。使学生知道化学研究的阶段性和发展性，促使学生课后主动去查找资料了解自己感兴趣的科学家，感受科学精神。

【参考文献】

［1］中华人民共和国教育部．高中化学课程标准（实验稿）［M］．北京：人民教育出版社，2003 ［2］钟启泉，崔允郭，张华．为了中华民族的复兴

为了每位学生的发展（《基础教育改革纲要（试行）》解读）［M］．上海：华东师范大学出版社，2001

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