Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова и её современное развитие — структурная теория
Цели и задачи
- Цель: Сформировать у учащихся целостное представление о теории химического строения А. М. Бутлерова как фундаменте органической химии и проследить её эволюцию в современную структурную теорию.
- Образовательная задача: Изучить основные положения теории Бутлерова, понятия «химическое строение» и «изомерия», рассмотреть значение теории для прогнозирования свойств веществ.
- Развивающая задача: Развивать умение устанавливать причинно-следственные связи между составом, строением и свойствами веществ, а также навыки научного моделирования.
- Воспитательная задача: Формировать чувство гордости за отечественную науку и понимание преемственности научных знаний.
Планируемые результаты
Личностные
- Готовность к осознанному выбору дальнейшей образовательной траектории в области естественных наук.
- Понимание социальной значимости химии в современном мире.
- Развитие критического мышления при анализе исторических научных данных.
Метапредметные
- Познавательные: умение создавать и преобразовывать знаково-символические модели (структурные формулы).
- Регулятивные: способность самостоятельно планировать пути достижения целей и корректировать свои действия в соответствии с меняющейся ситуацией.
- Коммуникативные: умение работать в паре, аргументированно отстаивать свою позицию и слушать оппонента.
Предметные
- Знать основные положения теории химического строения А. М. Бутлерова.
- Уметь объяснять явление изомерии на основе теории строения.
- Владеть навыками составления полных и сокращённых структурных формул органических веществ.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Смыслообразование: установление связи между учебной деятельностью и будущей профессиональной самореализацией.
Регулятивные УУД
- Самоконтроль: сличение способа действия и его результата с заданным эталоном.
Познавательные УУД
- Логические: анализ объектов с целью выделения признаков, синтез как составление целого из частей.
Коммуникативные УУД
- Сотрудничество: инициативное участие в поиске и сборе информации при работе в парах.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить шаростержневые модели атомов для демонстрации изомерии.
- Распечатать карточки для парной работы: «Наборы для конструирования изомеров» (по одной на парту).
- Подготовить презентацию с портретом А. М. Бутлерова и сравнительной таблицей классической и современной теорий.
- Обеспечить наличие в классе периодической системы и таблицы валентностей.
- Распечатать листы самооценки для рефлексии (на каждого ученика).
Ход урока
Этап 1. Мотивация и самоопределение (3 мин)
Цель этапа: психологически настроить учащихся на работу и создать интригу вокруг темы урока.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель: «"Здравствуйте! Знаете ли вы, что в начале XIX века химия напоминала тёмный лес, где учёные блуждали среди тысяч новых веществ, не понимая, как они устроены? Органических веществ было известно в разы больше, чем неорганических, хотя в их состав входили одни и те же элементы. Сегодня мы познакомимся с человеком, который 'включил свет' в этом лесу и создал теорию, актуальную даже в эпоху квантовой химии. Речь об Александре Михайловиче Бутлерове. Готовы ли вы стать архитекторами молекул сегодня?"» | Ученики приветствуют учителя, настраиваются на восприятие, проверяют наличие тетрадей и письменных принадлежностей. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Чтобы понять гений Бутлерова, нам нужно вспомнить базу, которая была у химиков до него."»
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: повторить базовые понятия валентности и состава органических веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель использует приём «Тонкие и толстые вопросы»: «"Давайте вспомним: какова валентность углерода в органических соединениях?"», «"Какие элементы чаще всего входят в состав органики?"», «"Почему, имея одинаковый набор атомов, вещества могут обладать разными свойствами?"» Учитель фиксирует на доске формулу C2H6O. | Ученики отвечают: «"Углерод всегда четырехваталентен"», «"C, H, O, N, S, P"». На 'толстый' вопрос о свойствах ученики высказывают предположения о различном порядке соединения атомов. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Ваше предположение о порядке соединения — это и есть ключ к теории Бутлерова. Давайте зафиксируем проблему."»
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Выявление места и причины затруднения (3 мин)
Цель этапа: продемонстрировать противоречие между молекулярной формулой и свойствами веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель: «"Посмотрите на формулу C2H6O. Одно из этих веществ — этиловый спирт, жидкость, реагирующая с натрием. Другое — диметиловый эфир, газ, инертный к натрию. Как такое возможно? Мы видим состав, но не видим структуры. Как нам изобразить различие?"» | Ученики осознают дефицит знаний: молекулярная формула не объясняет различия свойств. Формулируют цель урока: «"Изучить теорию, объясняющую связь строения и свойств"». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Итак, цель поставлена. Переходим к изучению 'конституции' органических молекул."»
Этап 4. Открытие нового знания (15 мин)
Цель этапа: разобрать основные положения теории Бутлерова и их современную интерпретацию.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
7 мин | Учитель диктует первое и второе положения: «"1. Атомы в молекулах соединены в определённой последовательности согласно их валентности. 2. Свойства веществ зависят не только от состава, но и от химического строения."» Учитель рисует на доске структурные формулы спирта и эфира для C2H6O. | Ученики записывают положения в тетрадь. Зарисовывают структурные формулы, отмечая различие в связях (C-O-H против C-O-C). |
8 мин | Учитель вводит понятие изомерии и третье положение о взаимном влиянии атомов. Переходит к современному развитию: «"Бутлеров не знал об электронах. Сегодня мы говорим о гибридизации орбиталей и электронной плотности. Теория стала электронной."» Учитель демонстрирует шаростержневую модель метана. | Ученики слушают, фиксируют определение изомеров. Анализируют модель метана, вспоминая понятие тетраэдра из геометрии. |
Запись в тетрадях
- Химическое строение — порядок соединения атомов в молекуле.
- Изомеры — вещества, имеющие одинаковый состав, но разное строение и свойства.
- Положения теории А. М. Бутлерова (кратко).
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Мы изучили теорию на бумаге. Теперь проверим её на практике в парах."»
Этап 5. Первичное закрепление. Парная работа (7 мин)
Цель этапа: научиться составлять изомеры углеводородов, работая в сотрудничестве.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
7 мин | Учитель раздаёт карточки: «"Применяем приём 'Think-Pair-Share'. Задание: для состава C4H10 предложите все возможные варианты строения. Соблюдайте валентность углерода (IV). Обсудите с соседом, сколько цепей можно построить."» Учитель обходит класс, консультируя пары. | Ученики в парах рисуют структуры. Обнаруживают два варианта: линейный бутан и разветвлённый изобутан. Сверяют свои результаты с соседними парами. |
Эталон решения
1) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$ (н-бутан)
2) $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$ (2-метилпропан / изобутан)
2) $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$ (2-метилпропан / изобутан)
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Вы отлично справились с ролью молекулярных инженеров. Теперь — индивидуальный зачёт."»
Этап 6. Самостоятельная работа (7 мин)
Цель этапа: проверить уровень усвоения материала через решение задач формата ЕГЭ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель предлагает задание: «"Из предложенного списка выберите пары изомеров. Запишите их сокращённые структурные формулы. Список на экране: пентан, 2-метилбутан, 2,2-диметилпропан, гексан."» | Ученики самостоятельно выполняют задание в тетрадях. Соотносят названия с формулами, проверяют количество атомов углерода и водорода. |
2 мин | Учитель выводит правильный ответ на экран: «"Сверьтесь с эталоном. Если у вас совпали все три первых вещества — это изомеры состава C5H12."» | Ученики проводят самопроверку, ставят плюс или минус рядом с заданием. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «"Самостоятельная работа показала, кто из вас уже готов к более сложным темам органики."»
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (5 мин)
Цель этапа: осознание учащимися своей учебной деятельности и постановка задач на дом.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель: «"Давайте вернёмся к нашей метафоре. Стал ли лес органической химии светлее? Что для вас было самым неожиданным сегодня?"» Учитель диктует домашнее задание и раздаёт листы самооценки. | Ученики заполняют листы самооценки, записывают домашнее задание. Высказываются о том, что понятие изомерии объяснило многообразие веществ. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — Верно составлены все возможные структурные формулы изомеров, соблюдена валентность всех атомов, работа в паре была активной.
- «4» — Допущена одна ошибка в расстановке атомов водорода или пропущен один изомер, но принцип построения понят.
- «3» — Ученик понимает определение изомерии, но затрудняется в самостоятельном составлении формул без помощи напарника.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Какое положение теории Бутлерова кажется вам самым важным? | Выявление приоритетов в понимании логики предмета. |
Смогли бы вы объяснить младшему школьнику, что такое изомерия, на примере конструктора? | Проверка глубины понимания и способности к упрощению (уровень Понимания). |
В чем заключалась главная трудность при составлении формул в паре? | Диагностика коммуникативных и регулятивных затруднений. |
Завершающее слово учителя
«"Сегодня мы прикоснулись к основам, на которых держится вся современная фармакология, нефтехимия и синтез материалов. Теория Бутлерова — это не просто параграфы, это логика природы. На следующем уроке мы начнем изучать первый класс соединений — алканы, и там нам очень пригодятся ваши навыки рисования изомеров. Спасибо за работу, вы сегодня были отличной командой!"»
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Выучить 3 положения теории Бутлерова. Составить структурные формулы для 3 любых веществ состава C5H12. | Закрепление основного понятийного аппарата и первичного навыка моделирования. |
Средний (повышающий) | Найти и выписать примеры 2 веществ, которые имеют одинаковый состав, но используются в разных целях (например, в медицине и технике). | Развитие навыка поиска информации и понимания практической значимости изомерии. |
Продвинутый (дополнительный) | Написать краткое эссе (10-12 предложений) на тему: «Как электронная теория строения дополнила идеи Бутлерова?». | Подготовка к теоретическим вопросам ЕГЭ и развитие научного стиля речи. |
