利用球棍模型认识简单有机物

任佳钰

摘 要：球棍模型更有利于学生理解有机物的结构及有关化学反应。在这实践过程中进行探究，激发了学习兴趣的同时也更好的理解物质结构和反应过程，同时培养学生的模型认知与证据推理能力。

关键词：球棍模型; 证据推理; 模型认知

中图分类号：G633.8         文献标识码：A       文章编号：1006-3315（2020）5-007-001

一、设计理念

化学研究的目的之一是揭示物质的组成和结构，对于物质的结构如分子原子的架构，常常需要建立起科学的模型，使它形象化有利于课堂教学。

球棍模型是一种用来表现化学分子的三维空间分布的空间填充模型，能帮助学生理解有机物的成键特点、立体结构、同分异构现象等。有机物的性质与结构有着密切的关系，因此对物质结构的了解有很高的要求，尤其是在高中阶段可以帮助学生构建结构决定性质、性质决定用途的思想，让学生在模型的帮助下观察有机物的结构，并通过比较，认识性质差异的原因，培养证据推理与模型认知的思维方法，也能为以后在化学学习或生活实践中提供方法指导。

新课标提出通过模型拼插等活动引导学生认识有机物中碳原子的成键特点、价键类型及简单分子的空间结构。同时在简单地有机物及应用这一主题中，学生必做实验有搭建球棍模型认识有机化合物分子结构的特点。因此，在进行有机化合物必修阶段教学过程中，恰当地使用好球棍模型是很重要的。

二、教学过程

1.通过烷烃通性的复习预测乙烷的结构、性质

学生通过甲烷认识了烷烃的通性及规律，这样在特殊到一般的运用之后，又可以从一般到个别，预测乙烷的性质，也为本节课通过比较法学习乙烯打好基础。学生已经掌握了烷烃物理性质随C原子数递增的规律，知道烷烃大多性质比较稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂（酸性高锰酸钾溶液）反应;燃烧（氧化还原反应），光照下与氯气（卤族元素之一）发生取代反应，因此可以预测乙烷也有这些化学性质，并用来与乙烯对比，为研究乙烯的化学性质提供思路，更好地理解双键的特殊性。

2.认识乙烯的用途及来源，明白学习意义

乙烯是重要的化工原料，学校附近有著名石化企业，同时用乙烯的催熟作用在身边很常见。从社会到个人，认识乙烯的重要性。再从工业制法顺势讲到实验室制法，乙醇经浓硫酸脱水得到乙烯，可得到乙烯的化学式，确定球棍模型需要的原子个数及种类，并观察其物理性质。

3.自主探究乙烯球棍模型，并结合模型写出乙烯的三式

让学生讲述搭建模型的思路，他人点评，教学相长更有收获。结构式是球棍模型的平面投影，让学生写结构式，同时又以结构式与电子式的关系，让学生写电子式。通过这样的模型拼插，将集体成果转换成书面形式。

4.将乙烯与乙烷结构对比，分析结构有差异的地方，并用实验验证性质的差异

通过课前拼接的乙烷模型，可以观察出乙烷和乙烯组成元素相同，差别在碳碳单键和碳碳双键，这样对比让学生在接下来的性质探究中知道碳碳双键的意义。同时经过课前对乙烷的猜想，为研究乙烯提供了思路，让学生设计实验进行施行，可以观察到乙烯因为具有双键所特有的性质。

5.通过模拟动画认识加成反应，并自主利用球棍模型展示反应过程

抓住本节重点——加成反应，学生尝试运用模型演示乙烯的加成反应，更好地体会断开双键中的一个键的含义，理解加成反应中双键（或三键）两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合形成新的化合物的过程，体验模型认知的过程，并通过方程式进行书面表达。最后通过动画模拟出乙烯和溴的加成过程，起到了强调作用，帮助学生更好地理解这一过程。

6.通过对模型的深入探究，尝试改进乙烯的球棍模型

目前通用的乙烯分子球棍模型中碳碳双键是用两个相同的弧形弯曲连接杆表示，四个碳氢键分别用四个直线连接杆表示。容易让人产生碳碳双键两个键是一样的误会，这两个化学键与其余四个用直线连接杆表示的碳氢键键型不同。而通过加成反应只断一根键的微观过程以及碳碳单键、碳碳双键的键能比较，学生可以认识到双键中的两根键不一样。从新建乙烯分子球棍模型来看，乙烯分子中两个碳原子之间的C=C键，一个为δ键，用直线连接杆表示，与C-H的δ键一致;另一个为π键，用弧形弯曲连接杆表示。由于两点间直线最短，而键长越短，键能越大，键越牢固，因此新建乙烯分子球棍模型利用弧线弯曲连接杆比直线连接杆长，形象的表示出来了π键没有δ键牢固，故而易断裂、易发生加成反应这一实验事实[2]。为学生以后的学习提供铺垫，并更具有科学性。

7.探究实际问题，应用乙烯的性质

引入乙烯时介绍了乙烯是一种植物生长调节剂，所以在结尾运用时，可以提出这样一个问题：从南方往北方长途运输水果时，常常将浸泡有高锰酸钾溶液的硅藻土放置在盛放水果的容器中，其目的是什么？帮助学生运用乙烯的性质同时，前后呼应，使课堂更为完整。

三、课后反思

本节课通过学生就已有知识进行归纳设想后，自主构建模型，并比较模型的差异，对性质进行猜测并设计实验方案去验证性质，充分发挥学生的主观能动性，在讲到加成反应这一重难点时，又通过学生自主模拟各种反应，再最后进行动画模拟，让学生更好地理解。给学生创造了动手、动脑并且自主探究的机会，激发了学生的学习兴趣。并利用球棍模型将二维、三维进行转化，帮助学生理解有机物分子的空间构型，通过方程式的书写将化学符号与球棍模型双重表征进行有效关联。最后模拟演示典型的化学反应帮助学生动态地理解化学键的断裂、形成以及分子构型的变化。

参考文献：

[1]于乃佳，陈振芳，何媛媛.核心素养下的高中化学实物模型探究教学的实践和研究——以“自主搭建球棍模型”理解有机物的结构特点为例[J]中学化学，2017（8）

[2]孫红梅，孙宾宾.关于有机化学课程中乙烯、乙炔球棍模型的一点探讨[J]广州化工，2013（6）