淺談化學構型異構研究性學習教學

謝榮坤

摘 要：構型異構是有機化學的重要內容，通過構建球棍模型、性質探究實驗，掌握實驗方法，深刻認識構型異構特點，理解同分異構體的構型異構，掌握簡單的順反異構有機物書寫、性質，判斷手性原子和手性分子，形成科學探究的思維，培養自主學習實踐的能力。

關鍵詞：順反異構；對映異構；研究性學習

一、高中課程研究性學習重要性

研究性學習是教育部頒布的《全日制普通高級中學課程計劃（試驗修訂稿）》中綜合實踐活動板塊的一項內容，作為必修課程，它是在教師指導下，以學生為主，發現問題、解決問題，自主學習、獲得知識，改變舊的教學方式，適合素質教育的現代化教學形式。它的特點是目標的多元性，學習內容的開放性，學習過程的自主性，解決問題的探究性，學習形式的多樣性以及知識多方面綜合性和實踐性。由此可知，研究性學習是為了讓學生親歷知識形成的過程，培養自主學習的能力，形成科學探究的思維，培養發現問題、解決問題，發散性思維和實踐能力，提高綜合素質。

二、構型異構學情分析

化學是以實驗為基礎，研究物質的組成、結構、性質、制備、用途的一門自然學科，高中化學課程分別從知識與技能，過程和方法，情感、態度、價值觀等方面，使學生識記、理解、記憶，感受知識形成的過程方法，體驗科學研究的過程，使學生構建知識體系，形成科學的情感、態度及價值觀，因此在教學中運用研究性學習能夠幫助學生感受科學探究的嚴謹性和創造性，增強學習的興趣，達成教學目標。在高中化學課程中，有機化學是邏輯嚴密而復雜的知識體系，其中同分異構體是中學有機化學基礎中較重要的內容，學生在必修二部分認識了簡單有機物，如乙醇和甲醚這一對同分異構體，掌握了同分異構體的基本概念。在有機選修部分，要繼續深入地探討結構較復雜的同分異構體，其中構型異構學生較難理解，需要對立體空間的基本認識、想象。因此，逐步培養學生的空間立體感很有必要，有益于理解構型異構，因此開展同分異構體的研究性學習對于培養學生邏輯思維、獨立思考以及動手能力十分有幫助。

三、開展構型異構研究性學習的教學

有機化學是學生在高中階段要深入理解的知識內容，高一必修中學習了常見的有機化合物，認識了簡單的有機化合物的組成、性質、結構，了解了結構決定性質。但是有機物的結構對于學生而言理解、掌握都有一些難度，本節課以實驗探究的形式指導學生由簡到繁，由淺入深能從立體空間上認識同分異構體的構型異構。在學生學習有機結構的過程中，自主動手搭建球棍模型能幫助學生更好地認識有機物組成和結構。老師將制定好的導學案發給學生，預留一部分時間自主預習，將球棍模型分發給各小組，彼此交流討論，在教師指導下搭建1，2-二氯乙烯能夠得到幾種同分異構體，學生通過自主學習，獨立思考，很快能搭建出1，2-二氯乙烯順反異構，教師請出不同的小組發表自己觀點，及時點評，盡量使每個學生都能操作一遍，深刻理解順反異構的特點。

學習了順反異構的知識后，通過一些實驗進一步認識順反異構之間性質差異，實驗原料：順丁烯二酸（馬來酸），反丁烯二酸（富馬酸），蒸餾水，乙醇；實驗器材：燒杯，大試管，玻璃棒，鐵架臺，酒精燈，托盤天平，量筒及溫度計；實驗設計：（1）稱取5g順丁烯二酸，反丁烯二酸分別置于兩個燒杯中，觀察顏色狀態氣味，各加入50ml蒸餾水，玻璃棒攪拌幾分鐘溶解，冷卻靜置，記錄溶解現象；（2）稱取2g反丁烯二酸，順丁烯二酸分別置于燒杯中，各加入20ml乙醇，攪拌溶解，觀察記錄；（3）各稱量5g馬來酸，富馬酸置于兩只大試管中，塞上帶孔橡膠塞，插入溫度計，裝置好鐵架臺，酒精燈加熱，觀察熔點；（4）整理實驗數據，填寫實驗報考交流討論；（5）現有實驗設備不能完成燃燒等反應，通過大屏幕展示丁烯二酸的燃燒實驗、產物檢驗及轉化實驗，順丁烯二酸轉化為反丁烯二酸的過程，引導學生思考，得到結論；順丁烯二酸無色晶體易溶于水乙醇熔點355℃；（6）反丁烯二酸無色晶體溶于水，乙醚易溶熱水熔點300℃，總結：順反異構屬于同分異構體的構型異構，分子式及相對分子質量相同，但結構上順反差異，結構差異影響性質差異，在物理和化學性質上有較多差異，順丁烯二酸易溶于水、乙醇等，熔點低；反丁烯二酸能溶于冷水、乙醇，易溶于熱水，熔點高。但也存在相似，如順反丁烯二酸都具有酸味，馬來酸可做果汁、即飲茶、橘子汁、運動飲料及其他各種強化果味飲料與食品，富馬酸可作為酸度調節劑、酸化劑、抗氧化助劑、腌制促進劑、香料使用。

對映異構也屬于構型異構，以乳酸為例，指導學生搭建球棍模型，通過此過程理解手性碳原子、手性分子的判斷，在大熒幕上展示乳酸的旋光實驗，理解手性分子有旋光性非手性分子不具有旋光性，再以兩種物質為例判斷是否為手性分子，是否為手性分子，如何判斷找出手性碳原子，學生思考交流討論，得出結論；第一種物質的-CH-碳原子連有甲基、羥基、苯環和H原子四種不同的基團和原子，可判定為手性碳原子，第二種物質的-CH-的碳原子同樣連有甲基、羧基、氨基、H原子不同的基團及原子，一樣是手性碳原子，這兩種物質都是手性分子，在高中化學課程中對手型分子的要求不高，但這種判斷方法需要多加練習掌握。

有機物種類多，結構復雜反應多，單以傳統教學方式難以給學生建立立體思維，理解復雜多變結構，因此研究性學習彌補了講授的不足，改變了授課方式，提高了興趣，讓學生在參與過程中體現主體地位，靈活運用現代教學手段加深對知識的理解，同時在研究過程中培養觀察、動手探究的能力，開拓思維的同時培養多方面運用的能力。

編輯 馬曉榮