江蘇省南通海門四甲中學(226141) 陸衛(wèi)星 張 強

1 問題的提出

有機分子結構模型將有機物原子間的連接順序、成鍵方式、原子空間排布等微觀結構以實物方式進行直觀的展示，有助于學生建立“結構決定性質”這一核心概念，有機分子結構模型應用于有機化學教學已成為共識。新課標要求學生通過模型拼插建立對有機分子結構的直觀認識，能用球棍模型搭建常見有機化合物的分子結構。學生通過有機分子結構模型的拼插還原有機反應的過程，能促進學生從化學鍵的角度來理解有機化學反應的發(fā)生，有助于認識有機物官能團和有機化合物結構與性質之間的關系。

筆者在使用有機分子結構模型模擬有機反應教學的過程中發(fā)現(xiàn)，當前市面上購買的有機分子結構模型都存在以下不足：①有機物分子結構模型中的化學鍵不能實現(xiàn)斷裂和連接，只能是原子帶著整個化學鍵脫離或者單獨的一個原子脫離(見圖1)，使學生從“鍵的斷裂和形成”的角度認識有機反應產生困惑；②官能團中兩原子之間的化學鍵是有差異性的，現(xiàn)有的有機分子結構模型無法體現(xiàn)出發(fā)生反應的化學鍵與其他化學鍵的差異性。筆者基于以上兩點原因對有機分子結構模型中的化學鍵進行了改進創(chuàng)新。

圖1 現(xiàn)有模型化學鍵的斷裂演示

2 創(chuàng)新改進

2.1 所需用品和工具

有機分子結構模型(化學鍵的直徑為4 mm)、小刀、502膠水、直徑為4 mm的圓形小磁鐵、直徑為5 mm的鍍銅管、直徑為6 mm的鍍銅管、小釘子、小錘子等。

2.2 設計與制作

2.2.1 設計思路

①模擬有機反應進行時,能比較方便地進行化學鍵的“斷裂”和“連接”；②連接的化學鍵具有一定的牢固性。經過多次嘗試和改進，最終設計為用“磁吸式卡扣”進行鍵的斷裂和連接。

2.2.2 制作步驟

(1)截取長度為7 mm、直徑為5 mm的鍍銅管1根，截取長度為7 mm、直徑為6 mm的鍍銅管1根。

(2)在直徑為6 mm的鍍銅管上用刀開一個卡槽。

(3)取小磁鐵，用膠水將其粘貼在直徑為5 mm的鍍銅管的一端，然后將這端插入6 mm的鍍銅管沒有開卡槽的一側，用膠水固定。

(4)另截取長度為7 mm、直徑為5 mm的鍍銅管1根，取小磁鐵，用膠水將其粘貼在直徑為5 mm的鍍銅管的一端，注意磁性方向與步驟(3)中的相反，并在這一端釘入小釘子。按照以上制作方法，制作多組磁吸式卡扣。設計示意圖如圖2所示。

圖2 “磁吸式卡扣”設計示意圖

(5)取原有有機模型的化學鍵，截取合適的長度，分別插入制作好的卡扣中，并用膠水固定。實物如圖3所示。

圖3 “磁吸式卡扣”化學鍵實物圖

3 模型在有機反應教學中的應用

改進后的模型可以模擬演示所有中學有機化學反應，現(xiàn)運用該模型演示中學有機化學中幾個典型的反應“反應物-斷鍵-成鍵”過程，具體如圖4～7所示。

圖4 模擬甲烷與氯氣發(fā)生一氯取代

圖5 模擬乙烯與氯氣發(fā)生加成反應

圖6 模擬乙醇發(fā)生消去反應

圖7 模擬乙醇與乙酸發(fā)生酯化反應

4 改進意義

4.1 有助于從學科本質的角度加深對有機化學反應的理解

化學三重表征是化學學科本質特征的體現(xiàn)，是指化學宏觀知識、微觀知識和符號知識在教材(教學)中的呈現(xiàn)形式及其在學習者頭腦中的儲存方式[1]。將改進后的有機分子結構模型在有機化學反應教學過程中進行嘗試，相比于傳統(tǒng)的有機分子結構模型，改進后的模型模擬有機反應更形象，學生更容易從反應機理的角度理解有機反應，更容易將宏觀、微觀、符號三者聯(lián)系起來去理解化學知識，三重表征之間的轉化也更容易。

4.2 有助于“結構決定性質”學科觀念的形成

相比于傳統(tǒng)的有機分子結構模型，改進后的模型另一大特點就是能區(qū)分原子之間化學鍵的差異性，正是由于原子之間化學鍵存在差異，才有了有機化學反應在斷鍵的時候位置的不同。如乙烯分子碳原子之間的化學鍵(1根σ鍵、1根π鍵)，改進后的模型鞏固了學生對乙烯結構的認識，更容易理解乙烯發(fā)生加成反應的斷鍵方式，進而有助于“結構決定性質”學科觀念的形成。

4.3 具有較強實用性

磁吸式卡扣的設計在模擬化學鍵斷裂和連接的時候非常方便，“磁吸式”使得化學鍵在靠近的時候能自動連接，“卡扣”保證了連接的強度。在教學中嘗試讓學生使用，學生直接就能模擬斷鍵和成鍵，而且速度很快，取得較好的學習效果。經實踐該改進模型適用于課堂教學，有較好推廣價值。