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概念图在有机化学慕课教学中的应用

所属栏目:化学论文 发布日期:2021-01-24 09:15 热度:

   大规模在线开放课程(慕课)是近年来发展起来的一种新型的授课和学习形式。慕课依托现代化数字信息网络,以知识点为单位,提供相关的学习视频和一定量的练习题,学生随时随地可以开展学习,突破了时间和空间的限制,实现了碎片化学习,是对课堂教学的有益补充[1-7]。另外,面对在校学生的小规模限制性在线课程(SPOC)同样利用了以知识点为单位的教学视频,作为学生课前学习的资料,教师在课堂上组织学生就所预习的知识进行讨论、答疑,实现了课堂的翻转[8]。这两种教学形式受到越来越多的教育工作者和学生的关注。已有一批优秀的有机化学慕课资源在各大学习平台上线,丰富了学生的学习资料。特别是在当前全球新冠疫情流行之际,慕课资源有利保障了学生的学习,实现了停课不停学。2020年9月22日,习近平主席在教育文化卫生体育领域专家代表座谈会上讲到:“要全面深化教育领域综合改革,增强教育改革的系统性、整体性、协同性。要总结应对新冠肺炎疫情以来大规模在线教育的经验,利用信息技术更新教育理念、变革教育模式。”这对基于慕课的学习提出了更高的要求。有机化学包含多种有机物、官能团、反应、机理及各种规律、定理,各知识点之间以及各章节之间联系紧密,且呈现逐层递进的关系,是学习的重点和难点。这种环环相扣的特点,无法在慕课的单个学习视频中很好地体现出来,需要学生自行总结或老师专门对知识点之间关系进行阐述。因此需要选择合适的工具来辅助有机化学慕课的学习。概念图是有Cornell大学的J.D.Novak博士于20世纪60年代基于DavidP.Ausubel有意义学习理论而提出的[9-11]。其主要由三部分构成:概念、连接词和连线。通常每一张概念图的主题置于图的最上方,和该主题相关的概念列于下方并放入方框之中,通过表示相互关系的连接词,使用连线将各个概念相互连接起来。概念图的基本图标特征包括:概念、命题。层级结构和交叉连接。由于概念图不仅包括了有关某个主题的所有概念,还体现了各个知识点之间的联系,有利于学生开展有意义的学习,将新知识融入已有的知识体系,建立动态、发展的知识网络,是一种重要的学习工具[12-15]。作为基于慕课的在线学习的辅助,概念图特别适合在有机化学教学中使用。本文从基本概念间的联系、中英文命名规则、类似概念辨析、官能团的特征反应、有机化合物相互转化等方面介绍概念图的应用,表明其是学习有机化学慕课的有力工具。

概念图在有机化学慕课教学中的应用

  1概念图在有机化学双语教学中的具体应用

  1.1有机化学基础知识串联

  理解概念是学好有机化学的第一步。而掌握概念之间的相互联系是加深理解,形成知识体系的关键。概念图是清晰、完整地呈现概念之间联系的有力工具。例如,电负性是有机化学中的一个非常重要的概念,是学习偶极矩、共价键的极性、分子的极性、分子间作用力、判断分子中的亲核、亲电部分及其相关反应的基础。另外,无机化学中也讲授过电负性的概念,而在有机化学中,电负性还决定了有机化合物的反应性及反应位点。如图1所示,这些相关概念之间的关系可以清楚地呈现出来,帮助学生进行知识的深化和迁移,有助于学生深入地理解概念之间的联系,也有助于更好地体会辨证唯物主义中事物是普遍联系的这一观点。

  1.2中英文教材中的区别

  有机物的命名是学习有机化学的基础。不仅要求学生掌握中文的命名原则,对英文命名规则也需要有所了解,特别是IUPAC给出的系统命名法是国际通用的,了解这部分内容有利于学生开阔视野,为以后从事有机化学相关行业的工作奠定基础。然而,这两种命名方法并不完全相同。这就要求学生不仅学会中、英文命名规则,更要理解两者的异同。图2列出了有机化合物中英文命名规则的异同点,明确了其不同点主要是取代基的编号先后顺序不同,方便学生理解。

  1.3类似概念的异同分析

  有机化学中还存在一些含义接近的概念,厘清这些概念的区别也十分重要。例如,有机化合物的碳骨架千变万化,官能团多种多样,因此存在多种类型的同分异构体,利用概念图可以帮助学生理解并梳理这些异构体种类及其分类标准,有利于学习其性质及合成方法。图3列出了异构体相关的一系列概念。按照原子之间连接方式的异同可以分为结构异构体和立体异构体。结构异构体可以进一步分为碳架异构、官能团异构、互变异构和位置异构,而立体异构体又可以分为构型异构和构象异构。构型异构中又可以分为顺反异构和对映异构。

  1.4官能团的特征反应类型归纳

  烯烃是一类重要的有机化合物,可以发生加成、氧化等反应,用于合成醇、一卤代烷、二卤代烷、顺式二醇、反式二醇、羧酸、醛酮等多种类型的有机物。反应涉及马尔科夫尼科夫规则(简称马氏规则)、碳正离子稳定性、卤鎓离子中间体、含硼四元过渡态、顺式加成、反式加成等知识点,也是后续学习炔烃和共轭二烯烃加成反应的基础,一直是学习的重点。对于烯烃的亲电加成反应,学生只有理解了亲电加成的本质是烯烃的π键电子进攻亲电试剂,才能理解反应的区域选择性来自于得到更加稳定的碳正离子中间体的要求。图4总结了烯烃的加成和氧化反应,有助于学生对烯烃这样重要官能团的反应有一个比较全面的认识,并在此基础上加深理解。在烃类化合物教学完成后,类似的概念图还可以做出许多,应鼓励学生自己归纳、整理、完善,形成逻辑性知识体系,为有机合成设计奠定基础。

  1.5有机化合物分子间的相互转化

  有机化学反应,实际上就是官能团之间的转化。在学习《羧酸及其衍生物》一章时,往往存在学生对羧酸衍生物的种类、反应性以及相互转化掌握不牢的问题。如果孤立地学习某一种羧酸衍生物的反应性,学生只能依靠死记硬背,给学习带来负担,不利于形成完整的知识网络。利用概念图可以清楚地呈现出各类羧酸衍生物之间的相互转化(图5),进而体现出其活性的区别,有利于学生在理解的基础上进行相关知识的串联。综上所述,概念图可以很好地补充有机化学慕课知识点分散,相互关系不明显的问题。通过构建概念图,可以将基础知识进行串联、区别中英文教材的区别、辨析类似概念的异同、归纳总结官能团的特征反应以及官能团之间的转化,是对所学内容进行积极整理的过程。教师可将概念图应用于阐述不同层次、维度的概念之间的联系和区别,根据需要制作相关的概念图,并基于此进行教学设计。学生也可用概念图作为学习工具,随着学习的深入,画出越来越完善的概念图,提高学习效果。利用概念图辅助慕课学习对教师和学生都是十分有益的。

  参考文献

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  《概念图在有机化学慕课教学中的应用》来源:《广东化工》,作者:刘斌 胡泉源 任君

文章标题:概念图在有机化学慕课教学中的应用

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