搭建球棍模型探究有機物分子結(jié)構(gòu)特點

云南省巍山縣第二中學(xué)(672401) 趙旭東

1 與時俱進，學(xué)生實驗重要性的再認識

《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版)》列出了“學(xué)生必做實驗”項目，讓不做實驗、用演示實驗或視頻實驗代替學(xué)生實驗的老師找不到借口，保證了學(xué)生實驗的地位。人教版普通高中教科書化學(xué)必修第一冊(2019版)教材中設(shè)置的主要欄目實驗活動即為課程標準中要求的“學(xué)生必做實驗”，落實了新課標對學(xué)生實驗的目標。為什么不叫做“學(xué)生必做實驗”而要叫做“實驗活動”？教材是在賦予學(xué)生實驗更加廣闊的天空——可采用多種多樣的方式、方法進行實驗。

2 有機物分子結(jié)構(gòu)特點地位分析

有機化學(xué)是高中化學(xué)的重要組成部分，要學(xué)好有機化學(xué)，必須把握“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”。理解和運用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，有機化學(xué)就會越學(xué)越容易。從高中化學(xué)核心素養(yǎng)之“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”等要求看，有機物分子結(jié)構(gòu)特點是高考必考的重要內(nèi)容之一。高考“服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”的核心功能和“核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識”的考查要求，決定了高考中必然考查有機物分子結(jié)構(gòu)特點?？疾橛袡C分子結(jié)構(gòu)的方式有很多，常見的有書寫結(jié)構(gòu)簡式、找同分體數(shù)目、核磁共振氫譜、分子的空間構(gòu)型、順反異構(gòu)、手性碳、原子共面、原子共線等。

3 搭建球棍模型是學(xué)習(xí)有機物分子結(jié)構(gòu)特點的最佳方式

有機物分子結(jié)構(gòu)特點的教學(xué)，采用畫圖或用動畫形式進行。一部分學(xué)生能學(xué)會，但思維強度大，學(xué)生要聯(lián)系立體幾何，要發(fā)揮空間想象能力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)時易疲勞、易遺忘。不論分子結(jié)構(gòu)示意圖畫得多形象，不論3D動畫制作得多形象，空間想象能力差的學(xué)生依然難以學(xué)會。采用展示模型進行教學(xué)，因為模型不是學(xué)生親自手做的，稍微復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如：甲基、乙烯基、乙炔基、苯基的兩兩組合或多組合的空間構(gòu)型，雖然多次展示，但學(xué)生仍然容易遺忘。突破有機物分子結(jié)構(gòu)特點，有沒有更好的方法呢？有。讓學(xué)生親自動手搭建有機分子球棍模型。

學(xué)生親自動手制作的模型，不僅直觀，而且在制作過程中就解決了有機物分子結(jié)構(gòu)特點的絕大部分問題。學(xué)生能輕松突破原子共面、共線難點。搭建球棍模型的實驗活動非常有意義，是其他學(xué)習(xí)方式無法代替的。

4 創(chuàng)新設(shè)計，提升搭建球棍模型實驗活動的價值

4.1 學(xué)習(xí)金字塔理論簡介

學(xué)習(xí)金字塔理論如圖1所示。

圖1 學(xué)習(xí)金字塔理論

制作模型時各種學(xué)習(xí)方式都會涉及，活動設(shè)計得好，能引發(fā)討論、實踐、教授給他人這三種主動學(xué)習(xí)方式。

4.2 弗曼學(xué)習(xí)法簡介

諾貝爾物理學(xué)獎得主弗曼的學(xué)習(xí)方法，是公認的最快的學(xué)習(xí)方法。主要流程如下：選擇一個你想學(xué)習(xí)的知識；設(shè)想你要向別人傳授這個知識；如果過程中出現(xiàn)問題，就重新回顧這個知識；讓你的講解越來越簡單易懂。請老師們回顧自己的教學(xué)生涯，剛剛走上講臺的我們，不就是經(jīng)歷了做題、講題、不斷改進，從而快速成長起來的嗎？學(xué)生的表現(xiàn)欲強，樂為人師，弗曼學(xué)習(xí)法更容易開展。

4.3 基于學(xué)習(xí)金字塔理論和弗曼學(xué)習(xí)法的球棍模型制作活動紀實

4.3.1 精心籌劃

為保證學(xué)生經(jīng)過一定努力能夠完成，保證學(xué)生有時間做，并生成主動學(xué)習(xí)，實驗活動時間定在完成高中化學(xué)必修第二冊第7章第1節(jié)“認識有機化合物學(xué)習(xí)”后，利用周末時間完成。此時學(xué)生對球棍模型有一定了解，加上有必修第一冊第4章的比較原子半徑大小的支持，完成起來難度不大。對于尚未學(xué)習(xí)的乙烯、乙炔、苯等，告訴學(xué)生先查閱課本初步認識其結(jié)構(gòu)，然后再制作模型。這樣做不僅能獲得相關(guān)分子結(jié)構(gòu)的知識，還能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和能力。

4.3.2 宣傳動員

為引起學(xué)生重視，在學(xué)習(xí)必修第二冊第7章第1節(jié)時，告訴學(xué)生高考化學(xué)中有機化學(xué)分數(shù)占比高、試題經(jīng)?？疾橛袡C物的結(jié)構(gòu)特點。此外，制作有機分子球棍模型，有助于理解學(xué)習(xí)有機化學(xué)的根基——C的四價結(jié)構(gòu)，有助于理解烷烴、烷基中C的四面體型結(jié)構(gòu)，有助于理解“取代”的觀點。

4.3.3 制作海報

為使活動順利開展、促成學(xué)生主動學(xué)習(xí)，制作了海報。海報內(nèi)容除再次強調(diào)此次活動的重要性外，還介紹了學(xué)習(xí)金字塔理論、弗曼學(xué)習(xí)法。為使學(xué)生在尋找材料時少花時間，海報作了一些暗示——購買兩頭尖的牙簽作為“棍”?！扒颉笨删偷厝〔挠冒貥涔?、小洋芋、梅子、膠泥等，也可購買超輕粘土。為方便學(xué)生，提供5組模型(見表1)，選取其中一組進行制作；此外海報借助評價方案、標準，引導(dǎo)學(xué)生嘗試弗曼學(xué)習(xí)法。

表1 5組球棍模型

4.3.4 互動交流

利用電話、微信等，對制作中遇到的問題，開展師生、生生交流，促成合作學(xué)習(xí)。

4.3.5 作品評價

先由本班學(xué)生選出制作得好的作品，再由每班推舉1人加上4個化學(xué)老師組成的評委進行評定，選出24件作品進行表彰獎勵。此外學(xué)生參觀后對獲獎作品以書面形式進行評價，設(shè)立“評價獎”4名。此項活動實現(xiàn)了評價激勵。

4.3.6 作品展出

全校理科生以班為單位，參觀獲獎作品。獲獎同學(xué)介紹制作意圖、制作過程中的收獲和體會以及不同分子模型原子共面知識。作品在展覽室中長期保存、隨時開放。此項活動，讓學(xué)生體驗學(xué)習(xí)金字塔理論中主動學(xué)習(xí)的有效、弗曼學(xué)習(xí)法的高效。

4.3.7 活動回眸

參與制作的學(xué)生掌握了有機分子結(jié)構(gòu)特點，對CH4、CH3CH3、CH2=CH2、CH≡CH及其對應(yīng)“基”的組合的共面、共線有了深刻的認識。

由于電話、微信的普及，制作過程中生生、師生間的交流、討論，遠遠超乎預(yù)想。學(xué)生不斷遇到問題，通過查閱資料、交流討論得以解決，學(xué)習(xí)效果顯著，這才是最有價值的學(xué)習(xí)方法之一。

整個實驗活動，促成學(xué)生接受、運用、喜歡上學(xué)習(xí)金字塔理論、弗曼學(xué)習(xí)法，為小組合作學(xué)習(xí)找到理論依據(jù)。作品展出時，獲獎同學(xué)的精彩講解、滿滿的自信是其他學(xué)習(xí)方法不可能達成的。整個實驗活動實現(xiàn)了在“玩中學(xué)”、在“學(xué)中玩”的目的。

5 啟示

耗時長、適宜學(xué)生親自動手的實驗采用家庭實驗是最佳選擇。如果再做好以下幾方面的工作，一定能推動實驗活動的開展并取得良好的效果。①精心設(shè)計，促成學(xué)生合作學(xué)習(xí)；②利用學(xué)生的表現(xiàn)欲激發(fā)學(xué)生進行實驗的激情；③促成學(xué)生在玩中完成實驗釋放學(xué)習(xí)壓力；④積極爭取學(xué)校在獎品、表彰會、展鑒室等方面的支持。