“問題導學”下《分子的空間構型》的教學與思考

蘇教版《物質結構與性質》專題4第一單元《分子構型與物質的性質》，本部分教材在編寫時為了讓學生能夠較好地掌握這部分內容，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，并運用雜化軌道理論指導化合物的成鍵特點和空間構型的判別，進一步深化了分子空間構型與物質性質的關系，滲透著由抽象到具體并指導具體的思想方法。本文以第一課時雜化軌道與分子空間構型為例進行分析。

一、設計思路

通過“問題導學”的方式，在學生已有知識中尋找新知識的生長點，激發學生探索的欲望，并通過層層遞進的問題引導，使學生能夠大膽猜想，啟發創新思維。通過設計引導學生深入思考的問題，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，使課堂充滿活力。

通過直觀模型與“問題導學”，由淺入深，由表及里，逐步引導學生認識雜化軌道理論。另外，“溫馨提示”解決了學生可能產生或碰到的疑難問題，幫助學生克服學習障礙，保證知識的延續性。

二、教學目標

1.了解常見雜化軌道的類型，并能運用雜化軌道理論判斷分子的空間構型。

2. 通過觀察模型和自制模型，建立空間概念，培養想象能力，依據共價鍵知識掌握和推測分子的立體結構。

三、教學過程

1. 第一環節：溫故激疑

問題1：S原子與H原子結合形成的分子為什么是H2S，而不是H3S或H4S？

設計意圖：喚起學生對共價鍵形成過程與本質的回憶，讓學生回憶起共價鍵的飽和性取決于未成對電子數，而方向性決定了原子軌道重疊程度要最大，原子軌道應沿一定的方向去成鍵，從而決定了其結合的原子個數多少以及分子的空間構型。

問題2：用電子式表示CH4的形成過程。

設計意圖：用一個學生非常熟悉的例子，進一步喚起學生對共價鍵形成過程與本質的回憶，為下一步分析CH4中C原子軌道的雜化作鋪墊。

子問題：CH4具有怎樣的空間構型？展示CH4的結構模型以及結構信息（鍵能、鍵長、鍵角）。

設計意圖：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——雜化軌道理論學習埋下伏筆。

2. 第二環節：問題導學

問題3：請畫出C原子的軌道表示式。

設計意圖：讓學生關注到C原子價電子中只有2p軌道上有兩個未成對電子。

問題4：C原子與H原子結合形成的分子為什么是CH4，而不是CH2或CH3？

設計意圖：根據共價鍵的飽和性可知，碳原子應該只能形成2個C—H共價鍵，而實際形成的是四個相同的C—H共價鍵，從而讓學生產生強烈的認知沖突，并使其處于極其亢奮且憤悱的狀態，為后續教學做好心理準備工作，并使學生在不知不覺中進入了雜化軌道理論的學習中。

子問題1：猜想C的基態原子構型發生了如何的變化？分組討論并交流。

猜想一：C的基態原子構型發生變化，有一個2s電子進入了2p軌道。

【質疑】如果這樣應該有兩種成鍵方式，但CH4的實際結構表明它只有一種成鍵方式。

猜想二：激發后軌道組合方式發生了改變。

【結論】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。

設計意圖：充分利用已學知識進行合理猜想是培養學生創造能力的前提，也是學好理科的保障。

子問題2：CH4分子為什么具有正四面體的空間構型？

【學生活動】每組分四個等大的氣球，將四個氣球扎在一起，應該如何排列呢？

【溫馨提示】未雜化的2s軌道是球對稱的，2p軌道為紡錘形的，沿坐標軸方向伸展且相互垂直；而雜化軌道類似棒槌形的，有的擴展，有的萎縮，伸展方向也發生了變化。

設計意圖：通過觀察模型和自制模型建立空間概念，培養想象力，依據共價鍵知識掌握和推測分子的立體結構，讓學生感受原子在成鍵時原子軌道為什么要進行雜化，四個軌道為什么會指向正四面體的4個頂點，從而形成軌道中的電子對為減少斥力而趨向于盡可能遠離，分子盡可能采取對稱的空間構型。同時，讓學生學會合作，這也是將來進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。

【溫馨提示】

（1）成鍵時能級相近的價電子軌道混合雜化，形成新的價電子軌道——雜化軌道。

（2）雜化前后軌道數目不變。

（3）雜化后軌道伸展方向和形狀發生改變。

（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。

設計意圖：對雜化軌道形成一定的認識，雜化的目的是提高原子的成鍵能力。培養學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？

【學生活動】板演雜化軌道形成過程及分子空間構

型預測。

設計意圖：通過CH4結構本質為依托，運用雜化軌道理論類推出“同一類”其他物質結構。這種合理推理也是科學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。

設計意圖：既要關注事物的共性，又要特別關注其差異性，善于在差異中抓住關鍵，培養學生的創新思維能力。

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

【學生活動】學生畫B與Be原子價電子排布式與軌道表示式，并進行軌道雜化的推測。運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構。

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構。

設計意圖：在對CH4雜化方式進行討論后，再來學習sp2、sp雜化，既是學生力所能及的，又是新的知識生長點。通過知識遷移，培養學生的創新精神，在尊重科學事實的同時，激發學生的好奇心和求知欲。

3.第三環節：總結整理

問題9：通過上面的學習，分析對比三種雜化方式。（以表格方式顯現：參與雜化的原子軌道、雜化軌道數、雜化軌道間夾角、空間構型、實例）。

設計意圖：通過對比，可以給學生營造深入思考、積極聯想和生動活潑的學習氛圍，讓他們輕松、愉快地掌握知識和技能尤其是方法。正確運用這種教學方法，將獲得事半功倍的教學效果。

四、教學思考

教學的本質應是讓學生學會學習，最終學會終身學習和獲得持續發展。從教學內涵上看，課堂教學應從“教”的課堂逐步走向“學”的課堂，走向以問題為中心的課堂，培養學生的問題意識和思維能力。

“問題導學”教學過程中，師生不斷探索和解決問題，增進學生對知識的理解，提高學生對學習的興趣，提升課堂教學質量；改變重教輕學，重知識傳授輕智力開發，重分數輕能力的教育現狀；改變以教師為中心，以灌輸知識為主要手段的化學教學模式。把素質教育的要求落到實處，使學生得到全面的發展。

（責任編輯 羅 艷）