“問題導(dǎo)學(xué)”下《分子的空間構(gòu)型》的教學(xué)與思考

蘇教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》專題4第一單元《分子構(gòu)型與物質(zhì)的性質(zhì)》，本部分教材在編寫時為了讓學(xué)生能夠較好地掌握這部分內(nèi)容，教材提供了直觀模型化方法思路，介紹雜化軌道理論的由來，并運(yùn)用雜化軌道理論指導(dǎo)化合物的成鍵特點(diǎn)和空間構(gòu)型的判別，進(jìn)一步深化了分子空間構(gòu)型與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，滲透著由抽象到具體并指導(dǎo)具體的思想方法。本文以第一課時雜化軌道與分子空間構(gòu)型為例進(jìn)行分析。

一、設(shè)計(jì)思路

通過“問題導(dǎo)學(xué)”的方式，在學(xué)生已有知識中尋找新知識的生長點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生探索的欲望，并通過層層遞進(jìn)的問題引導(dǎo)，使學(xué)生能夠大膽猜想，啟發(fā)創(chuàng)新思維。通過設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生深入思考的問題，以師生、生生的“交流與討論”為基本特征，圍繞一定的“情境問題”展開教學(xué)，使課堂充滿活力。

通過直觀模型與“問題導(dǎo)學(xué)”，由淺入深，由表及里，逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識雜化軌道理論。另外，“溫馨提示”解決了學(xué)生可能產(chǎn)生或碰到的疑難問題，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)障礙，保證知識的延續(xù)性。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.了解常見雜化軌道的類型，并能運(yùn)用雜化軌道理論判斷分子的空間構(gòu)型。

2. 通過觀察模型和自制模型，建立空間概念，培養(yǎng)想象能力，依據(jù)共價(jià)鍵知識掌握和推測分子的立體結(jié)構(gòu)。

三、教學(xué)過程

1. 第一環(huán)節(jié)：溫故激疑

問題1：S原子與H原子結(jié)合形成的分子為什么是H2S，而不是H3S或H4S？

設(shè)計(jì)意圖：喚起學(xué)生對共價(jià)鍵形成過程與本質(zhì)的回憶，讓學(xué)生回憶起共價(jià)鍵的飽和性取決于未成對電子數(shù)，而方向性決定了原子軌道重疊程度要最大，原子軌道應(yīng)沿一定的方向去成鍵，從而決定了其結(jié)合的原子個數(shù)多少以及分子的空間構(gòu)型。

問題2：用電子式表示CH4的形成過程。

設(shè)計(jì)意圖：用一個學(xué)生非常熟悉的例子，進(jìn)一步喚起學(xué)生對共價(jià)鍵形成過程與本質(zhì)的回憶，為下一步分析CH4中C原子軌道的雜化作鋪墊。

子問題：CH4具有怎樣的空間構(gòu)型？展示CH4的結(jié)構(gòu)模型以及結(jié)構(gòu)信息（鍵能、鍵長、鍵角）。

設(shè)計(jì)意圖：說明CH4分子中的四個C—H是完全相同的，為碳原子軌道重新組合——雜化軌道理論學(xué)習(xí)埋下伏筆。

2. 第二環(huán)節(jié)：問題導(dǎo)學(xué)

問題3：請畫出C原子的軌道表示式。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生關(guān)注到C原子價(jià)電子中只有2p軌道上有兩個未成對電子。

問題4：C原子與H原子結(jié)合形成的分子為什么是CH4，而不是CH2或CH3？

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)共價(jià)鍵的飽和性可知，碳原子應(yīng)該只能形成2個C—H共價(jià)鍵，而實(shí)際形成的是四個相同的C—H共價(jià)鍵，從而讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，并使其處于極其亢奮且憤悱的狀態(tài)，為后續(xù)教學(xué)做好心理準(zhǔn)備工作，并使學(xué)生在不知不覺中進(jìn)入了雜化軌道理論的學(xué)習(xí)中。

子問題1：猜想C的基態(tài)原子構(gòu)型發(fā)生了如何的變化？分組討論并交流。

猜想一：C的基態(tài)原子構(gòu)型發(fā)生變化，有一個2s電子進(jìn)入了2p軌道。

【質(zhì)疑】如果這樣應(yīng)該有兩種成鍵方式，但CH4的實(shí)際結(jié)構(gòu)表明它只有一種成鍵方式。

猜想二：激發(fā)后軌道組合方式發(fā)生了改變。

【結(jié)論】sp3雜化軌道：1個s軌道和3個p軌道“混合”起來，形成能量相等、成分相同的4個雜化軌道。

設(shè)計(jì)意圖：充分利用已學(xué)知識進(jìn)行合理猜想是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的前提，也是學(xué)好理科的保障。

子問題2：CH4分子為什么具有正四面體的空間構(gòu)型？

【學(xué)生活動】每組分四個等大的氣球，將四個氣球扎在一起，應(yīng)該如何排列呢？

【溫馨提示】未雜化的2s軌道是球?qū)ΨQ的，2p軌道為紡錘形的，沿坐標(biāo)軸方向伸展且相互垂直；而雜化軌道類似棒槌形的，有的擴(kuò)展，有的萎縮，伸展方向也發(fā)生了變化。

設(shè)計(jì)意圖：通過觀察模型和自制模型建立空間概念，培養(yǎng)想象力，依據(jù)共價(jià)鍵知識掌握和推測分子的立體結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生感受原子在成鍵時原子軌道為什么要進(jìn)行雜化，四個軌道為什么會指向正四面體的4個頂點(diǎn)，從而形成軌道中的電子對為減少斥力而趨向于盡可能遠(yuǎn)離，分子盡可能采取對稱的空間構(gòu)型。同時，讓學(xué)生學(xué)會合作，這也是將來進(jìn)入工作崗位必須具備的基本能力。

問題5：試著說說雜化軌道理論要點(diǎn)。

【溫馨提示】

（1）成鍵時能級相近的價(jià)電子軌道混合雜化，形成新的價(jià)電子軌道——雜化軌道。

（2）雜化前后軌道數(shù)目不變。

（3）雜化后軌道伸展方向和形狀發(fā)生改變。

（4）雜化軌道在空間盡可能均勻分布，如若成鍵一般形成σ鍵。

設(shè)計(jì)意圖：對雜化軌道形成一定的認(rèn)識，雜化的目的是提高原子的成鍵能力。培養(yǎng)學(xué)生的歸納推理能力與理論研究意識。

問題6：H2O、NH3、CH4雖然組成不同，可是它們的鍵角卻非常相似，這是偶然的嗎？試著推測一下，N、O原子的原子軌道可能采取何種類型雜化？

【學(xué)生活動】板演雜化軌道形成過程及分子空間構(gòu)

型預(yù)測。

設(shè)計(jì)意圖：通過CH4結(jié)構(gòu)本質(zhì)為依托，運(yùn)用雜化軌道理論類推出“同一類”其他物質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種合理推理也是科學(xué)研究中普遍使用的手段。

問題7：NH3、H2O和CH4分子中中心原子均采用sp3雜化，可是鍵角分別為107.3°、 104.5°和109.5°，推測一下導(dǎo)致這種分子鍵角差異的原因可能是什么？

【溫馨提示】電子對之間有排斥作用。

設(shè)計(jì)意圖：既要關(guān)注事物的共性，又要特別關(guān)注其差異性，善于在差異中抓住關(guān)鍵，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

問題8：BF3是平面三角形構(gòu)型，分子中鍵角均為120°；氣態(tài)BeCl2是直線型分子構(gòu)型，分子中鍵角為180°。用雜化軌道理論應(yīng)該如何加以說明。

【學(xué)生活動】學(xué)生畫B與Be原子價(jià)電子排布式與軌道表示式，并進(jìn)行軌道雜化的推測。運(yùn)用等大的三個氣球模擬sp2雜化和兩個氣球來模擬sp雜化軌道的空間排列方式。

3個sp2雜化軌道在一個平面內(nèi)均勻分布，軌道間夾角為120°，這3個sp2雜化軌道與F原子的2p軌道形成σ鍵，因此BF3分子具有平面三角形結(jié)構(gòu)。

2個sp雜化軌道在一條直線上，軌道間夾角為180°，這2個sp雜化軌道與Cl原子的3p軌道形成σ鍵，因此BeCl2分子具有直線型分子結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)意圖：在對CH4雜化方式進(jìn)行討論后，再來學(xué)習(xí)sp2、sp雜化，既是學(xué)生力所能及的，又是新的知識生長點(diǎn)。通過知識遷移，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，在尊重科學(xué)事實(shí)的同時，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

3.第三環(huán)節(jié)：總結(jié)整理

問題9：通過上面的學(xué)習(xí)，分析對比三種雜化方式。（以表格方式顯現(xiàn)：參與雜化的原子軌道、雜化軌道數(shù)、雜化軌道間夾角、空間構(gòu)型、實(shí)例）。

設(shè)計(jì)意圖：通過對比，可以給學(xué)生營造深入思考、積極聯(lián)想和生動活潑的學(xué)習(xí)氛圍，讓他們輕松、愉快地掌握知識和技能尤其是方法。正確運(yùn)用這種教學(xué)方法，將獲得事半功倍的教學(xué)效果。

四、教學(xué)思考

教學(xué)的本質(zhì)應(yīng)是讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，最終學(xué)會終身學(xué)習(xí)和獲得持續(xù)發(fā)展。從教學(xué)內(nèi)涵上看，課堂教學(xué)應(yīng)從“教”的課堂逐步走向“學(xué)”的課堂，走向以問題為中心的課堂，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和思維能力。

“問題導(dǎo)學(xué)”教學(xué)過程中，師生不斷探索和解決問題，增進(jìn)學(xué)生對知識的理解，提高學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，提升課堂教學(xué)質(zhì)量；改變重教輕學(xué)，重知識傳授輕智力開發(fā)，重分?jǐn)?shù)輕能力的教育現(xiàn)狀；改變以教師為中心，以灌輸知識為主要手段的化學(xué)教學(xué)模式。把素質(zhì)教育的要求落到實(shí)處，使學(xué)生得到全面的發(fā)展。

（責(zé)任編輯 羅 艷）