結構化學理論聯系實際教學案例的挖掘

孟祥軍，王金梅，李子春

（1. 唐山師范學院化學系，河北 唐山 063000；2. 河北正定中學，河北 石家莊 050800；3. 唐山市第二中學，河北 唐山 063000）

結構化學理論聯系實際教學案例的挖掘

孟祥軍1，王金梅2，李子春3

（1. 唐山師范學院化學系，河北 唐山 063000；2. 河北正定中學，河北 石家莊 050800；3. 唐山市第二中學，河北 唐山 063000）

結構化學知識抽象深奧，缺乏理論聯系實際的教學案例，教學難度大。本文介紹了挖掘理論聯系實際案例的途徑和相應案例。

結構化學；理論聯系實際；教學法；案例

結構化學課程是化學學科的基礎理論課。該課程通過探討物質的靜態結構，使學生掌握微觀物質運動的基本規律，獲得原子、分子及晶體結構的基本理論和基礎知識，了解物質的結構與性能的關系，了解研究分子和晶體結構的近代物理方法的基本原理。

結構化學具有兩個顯著特點。其一是知識原理的抽象性和邏輯性。結構化學研究的對象是微觀粒子的狀態和運動規律，采用的核心方法是基于“量子力學”原理的演繹法，而不是實驗方法，所以既抽象深奧又邏輯性強。為此，學好結構化學需要學生不僅具備較好的專業基礎，還要具備良好的數理基礎（化學專業學生在這方面普遍較差）；而且需要學生具有多種思維形式（演繹思維、歸納思維、邏輯思維、抽象思維、形象思維和空間思維）。其二是知識原理多，但是學時少并且優質課程資源少。這導致結構化學教學難度很大。

由于結構化學難度大，學生自學收效甚微，所以提高結構化學的教學質量主要依賴于教師的課堂教學效果。為此，如何在有限的課堂時間里提高教學效果，降低知識的抽象性，一直是結構化學教學改革的重點。在這方面，開發理論聯系實際的教學案例是重要的方法之一。由于結構化學理論是微觀粒子運動的理論，生活中很難找到合適的例子，但是我們可以聯系學生的學習、深造以及未來工作的實際，同樣可以挖掘出大量好案例。

1 聯系學生已有的知識實際，挖掘理論應用的案例

把艱深的理論用來處理學生已知的問題，給學生以新的更深層次的認識，可以降低理論的難度，保持學生的學習興趣。

[案例1]學生學習了“原子結構理論”后，明白了原子中電子的運動狀態，了解了原子結構與元素性質的關系并且能夠理解元素周期律的本質，但是綜合運用“原子結構理論”處理實際問題的能力不易培養。為此，在課堂上設計了如下例題。

[例題1]N、P、As、Sb、Bi元素性質從非金屬元素過渡到金屬元素，但是屬于同一族，怎么解釋？

無機課本的解釋如下：N和P的次外層為8電子穩定結構，As、Sb和Bi的次外層為18電子穩定結構，18電子穩定結構對外層電子的屏蔽效應比8電子穩定結構強，所以As元素的性質接近Sb和Bi，三者稱為砷亞族。

以上只是考慮了屏蔽效應的定性解釋。學習了“原子結構理論”知識后，定性解釋除了要考慮電子的屏蔽因素，還應考慮最外層電子離核的距離。甚至可以運用Slater規則，根據能量公式（E= -13.6 Z*2/n2）得到上述元素最外層電子軌道能的定量結果（依次為-51.7 ev、-34.8 ev、-11.0 ev、-7.0 ev和-4.9 ev）。通過這個案例使學生既掌握了理論的運用方法，又對理論的重要意義有了深刻的理解。

[案例2]學生學習了“前線軌道理論”，能夠理解理論的原理和方法，但在解決實際問題時不會用。為此，在課堂上增加如下有機化學中的電環化反應實例。

[例題2]丁二烯關環反應機理；

[例題3]乙烯與乙烯的環加成反應機理；

通過處理上述熟悉的化學反應，加深了學生對理論的理解，同時培養了學生對理論的運用能力。

2 聯系學生的考研實際，挖掘理論應用的案例

當前我校化學系的絕大多數學生選擇考研，平時注意搜集考研試題，并在課堂教學中進行處理，可以有效地激發學生的學習興趣，提高教學效果。現舉3例如下：

[案例3] 在運用“分子軌道理論”處理分子結構和性質的教學中，選擇河北大學2006年的考研題作為例題。

[例題4]按分子軌道理論寫出O2分子的電子組態，并比較O2、O2+和O2-的鍵長及磁性。

[案例4]在講解金屬晶體的“密堆積”理論時，采用中山大學2005年的考研試題作為例題。

[例題5]試比較A1和A3這兩種結構的異同。

[案例5]在運用“HMO”理論處理實際問題的授課中，采用廈門大學2002年的考研試題作為例題。

[例題6]使用HMO法推測N3+的幾何構型。

3 聯系學生未來工作的實際，挖掘理論應用的案例

化學系本科生畢業后主要從事中學教學工作，所以聯系中學化學教學實際，從現行中學教材中挖掘理論應用的案例，有的放矢的運用所學理論，可以得到學生的普遍關注，能夠有效提高教學效果。下面以高中化學選修模塊五《物質結構與性質》教材為例，列舉3個案例。

[案例6]運用“雜化軌道理論”解釋分子結構和性質時，選擇高中選修五教材中62頁的實例。

[例題7]為什么C原子與H原子形成CH4，而不是CH2或CH3？CH4分子為什么具有正四面體結構？

[案例7]運用“價層電子對互斥理論”預測分子結構的教學中，選擇高中選修五教材中63頁的實例。

[例題8]用“價層電子對互斥理論”預測下列分子的結構：BeCl2、BF3和CH4。

[案例8]運用“配位場理論”解釋配合物結構和性質的教學中，選擇高中選修五教材中71頁的實例。

[例題9]用“配位場理論”解釋[Ag(NH3)2]+、[Zn (NH3)4]2+、[Ni(CN)4]2-和[AlF6]3-等配合物的結構。

4 聯系科學研究前沿的實際，挖掘理論應用的案例

“科研進教學，教學促科研”一直是高校所提倡的做法，有利于培養學生的創新意識和能力，有利于培養學生的學習興趣，能夠有效提高教學質量。

[案例9]在“分子對稱性理論”用于分子旋光性判斷的教學中，為了加深學生對理論意義的理解，課堂上介紹科研熱點“藥物分子的不對稱合成”的相關知識，同時介紹“生物體的手性特征”。

[例題10]上世紀60年代的“反應停”事件，導致多例“海豹畸形兒”出生，原因是藥物“沙利度胺”的R異構體起鎮定作用，而S異構體起致畸作用。進而介紹“生命是不斷產生手性分子的過程”。

[案例10]采用“分子軌道理論”處理N2分子結構后，介紹科技前沿“化學模擬生物固氮”的研究現狀及困難的原因。

[例題11]“化學模擬生物固氮”的研究現狀及困難。

[案例11]講解“原子結構理論”時，有些學生認為“H原子只有一個電子層”，為了澄清這一誤解，介紹現代科技熱點“Rydberg原子”。

[例題12]你知道什么是“Rydberg原子”嗎？

雖然結構化學課程抽象深奧，缺乏理論聯系實際的例子，但是只要教師勇于開拓，深入研究學科實際和學生實際，就會挖掘出適用的案例，進而有目的地運用這些案例，有效調動學生的積極性，提高教學質量。

[1] 陳光巨,李宗和.教與學的思考和實踐--關于結構化學教學方法的改革[J].大學化學,1998,13(5):15-17.

[2] 陳建中,林樹坤,黃長滄,李榮華,李奕.結構化學課程特色建設的實踐和思考[J].大學化學,2006,21(1):17-19.

（責任編輯、校對：琚行松）

Cases Excavation of Integrating Theory with Practice in Structure Chemistry Curriculum

MENG Xiang-jun1, WANG Jin-mei2, LI Zi-chun3

(1. Department of Chemistry, Tangshan Teachers College, Tangshan 063000, China; 2. Zhengding Senior Middle School, Shijiazhuang 050800, China; 3. Tangshan No. 2 Senior Middle School, Tangshan 063000, China)

Due to the abstract of structure chemistry knowledge and lack of cases of integrating theory with practice, it is more difficult to teach and learn. In this paper, some cases of integrating theory with practice and how to excavate them have been discussed.

structure chemistry; theory with practice; didactics; cases

G642.3

A

1009-9115(2012)02-0123-02

唐山師范學院本科教學改革項目（2007002007）

2012-01-13

孟祥軍（1974-），男，河北承德人，碩士，副教授，研究方向為結構化學教學和量子化學計算。