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關鍵詞:有機化學;電子教案;分子模型
作者簡介:楊延(1962-),女,四川樂山人,上海電力學院能源與環境工程學院,副教授。(上海200090)
基金項目:本文系上海電力學院精品課程建設項目(項目編號:20111101)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)08-0092-02
在有機化學教學中,特別是立體化學部分涉及許多有機化合物的結構構型、構象、旋光異構以及反應機理等,這些內容十分復雜和抽象,在傳統教學中,只能靠語言或少量的模型來描述這些立體和動態過程,越來越難以適應當前已處于大眾化階段的高等教育,學生們很難通過老師在課堂上的板書、講述建立動感的、形象的印象和理解深奧的概念。利用多媒體技術制作所需的立體結構模型和動畫,可使學生直觀地觀察到分子結構的空間立體形象和動態變化過程,加深其記憶以提高教學效果。本文介紹了有機化學電子教案和相關的有機化學知識的動畫制作方法,并結合筆者的教學實踐探討了有機化學多媒體教學的體會。
一、制作電子教案所使用的軟件
在有機化學電子教案中,既要有文字敘述基本概念和定義,也要有大量的圖形及有機分子結構的動態過程給學生演示。在本教案制作過程中,筆者主要借助本課件采用PowerPoint作為電子教案的開發軟件,原因是其已成熟、方便易學也容易與網絡相結合。
用Chemwindow、ChemSketch、Photoshop等軟件,制作有機分子的結構式和分子式。再利用Flash MX、ChemSketch等軟件技術的有機結合,制作有關的動畫課件,使學生能更好地理解所學的內容。
二、電子教案的制作過程
1.有機化合物結構式和分子式的制作
Chemwindow3.0比較適合分子式的制作,通過該軟件的模版,可得到有機化合物分子結構簡式,然后直接粘貼到課件中。如下分子式。
復雜的結構式采用ChemSketch5.0制作,利用該軟件的結構模式窗口,制作十分復雜的結構式,然后直接粘貼到課件中。如1,2-二氯乙烷各種構象。
2.有機分子結構模型的制作
有機化學課件的制作中還會遇到大量的3D結構模型,而有機分子3D結構模型的制作是十分復雜。可采用 ChemSketch5.0的附件 3D View制作。如圖1甲烷的分子模型、圖2乙烷的等分子模型。
但該軟件對描述對映異構體所需的正四面體模型(四個取代基不同)的模型時,在制作上有一定的困難,于是筆者采用ChemSketch5.0與 Flash MX結合的方法,用Flash軟件中的放大、重新著色、魔棒等功能,將ChemSketch5.0制作的甲烷結構模型改變成四個不同顏色的取代基的小球,用以描述對映體的結構特征,如圖3所示。
3.有機教案中的動畫制作
除了制作現象直觀的有機物分子模型外,有機教案中涉及許多有機化合物形成和反應機理的過程,利用Flash MX、ChemSketch5.0軟件的有機結合,可制作二維、三維的動畫。
對于涉及分子形成和反應的過程等情況的動畫,僅用ChemSketch5.0就不行了。而對于大多數有機化學教師來說,由于對3D繪圖軟件的使用方法不是十分熟悉,因此他們在課件制作中感到分子的3D結構模型制作是一個難題。
筆者采用ChemSketch5.0和Flash MX有機結合的方法,利用ChemSketch5.0軟件制作的3D結構模型,就可以減少建立3D結構模型的環節,然后將模型引入到Flash MX軟件中,通過Flash MX的動畫功能,可以制作出一系列的動畫來。
(1)用動畫展示乙烷、丁烷分子的各種構象及其能量的關系。為了能清楚地說明乙烷、丁烷分子的各種構象以及能量高低的關系,筆者設計用動態變化的方式來形象描述其各種構象。但由于用ChemSketch軟件制作的乙烷的3D模型本身不具備描述圍繞C1-C2單鍵旋轉的功能。于是筆者采用如下方法:先用ChemSketch軟件制作出甲烷的兩個不同的模型;分別粘貼到Flash,利用Flash軟件的魔棒工具,將兩個模型分別放入不同的圖層中,見圖4。設計甲烷模型在圖層上繞中心碳原子旋轉360度的幀動作;在Flash軟件中制作乙烷各種構象的能量變化圖的幀動作;合成得到乙烷的各種構象的動畫,見圖5。
(2)對映體結構特點的動畫制作。在制作對映體結構動畫時,首先利用ChemSketch軟件制作一對甲烷分子模型,然后利用Flash軟件的魔棒和著色功能,制作成一對對映體模型,通過動畫比較,推出文字“實物與鏡像、不能完全重疊”這一形成對映體的兩個條件及結構特點體現出來,以加深學生對這一概念的理解,見圖6。
4.在電子教案中引入有機官能團的鑒定實驗錄像
在有機化學電子教案制作中積極學習同行的先進的教學方法是十分重要的。本課程在教學中涉及有機官能團的鑒定實驗,學生無法通過實驗來觀察,于是引入兄弟院校的《有機化學官能團實驗演示錄像》,把它們分割成單獨的一個個實驗演示錄像,在有機化學多媒體教學中穿插使用這些實驗演示錄像,很直觀,教學效果很好,同學反映很多實驗從未看到過,很感興趣。
三、電子教案在有機化學教學中的使用
有了好的電子教案只是上好多媒體課的一個必要條件,還不是充分條件。針對多媒體教學的特點,采用計算機多媒體課件教學與傳統的黑板板書相結合,而不是一味地僅依賴使用多媒體課件,因此在教學中應注意以下幾點:
在有機化學教學中,除了大部分用多媒體課件教學,還要穿插一些板書的過程,因為一些反應歷程等重點、難點內容,對學生們來說是生疏且難以理解和掌握的,這就需要在黑板上邊畫邊講,這樣做到講解與理解同步進行避免在投影畫面上講解太快,達不到深入、全面學習的目的。又如,講解合成題的解題思路與技巧時,采用倒推和切斷的方法,一道合成題很可能有不同的切斷和倒推的路線,這時多媒體教學顯得比較機械、呆板,無法體現教師的講解、分析、思路指導,相反用粉筆在黑板上邊寫邊講則會使學生理解得更透徹,更有利于培養學生分析問題和解決問題的能力。
課堂教學使用計算機課件帶來的最突出的問題是,教師的講課速度可能大大加快,學生來不及記筆記。解決這個問題必須從師生兩方面人手,首先教師要控制好講課速度;其次,在教學時為學生的課堂和課后復習做好準備。筆者準備了兩套教案,一套是事先打印好的精簡過的PPT講義版的電子教案,同學可以事先復印,以供同學上課使用,這樣可使學生上課不必忙于記筆記,而是聆聽老師的講解,只需在部分地方記錄一些老師的講解要點;另一套是完整的電子課件,放在網上供學生課后復習使用,這一方式受到同學的歡迎。
利用計算機課件開展課堂教學時教師不能一味地站在計算機前,看著計算機屏幕,而應該像傳統的講課一樣,時刻注意觀察學生的反應,及時調整講課速度,及時解答學生的問題,加強與學生的交流。因此教師在教學中采用多功能激光筆,教師能離開計算機屏幕走入學生中,使教學方式更加靈活生動,也能達到有較多的師生互動的要求。
多媒體教學同時要求教師必須全身心地投入備課中,熟悉教學內容,教師必須對于每一頁PPT的內容和表現形式了若指掌,只有這樣,才能達到更好的教學效果,給學生帶來聽課的享受。
四、結束語
在高校有機化學教學中采用多媒體教學能有效地彌補傳統的、以板書為主的教學方式的不足,是教學手段的進步。但是,如果在教學中過度強調多媒體教學而忽略傳統的教學方式,則往往不能達到較好的教學效果。只有根據學生的實際情況,充分發揮多媒體教學的優勢,對各種教學手段進行整合,才能有效地提高教學效果。
參考文獻:
1.知識目標
(1)理解溶液的pH。理解溶液的pH跟溶液中c(H+)之間的關系。
(2)有關pH的簡單計算。
(3)了解溶液pH的簡單測定方法。
2.能力和方法目標
(1)通過各種類型溶液pH的計算,掌握電解質溶液pH計算方法。
(2)通過不同溶液混合后pH的計算,掌握具體情況具體分析的思考方法,提高分析問題解決問題能力。
(3)通過溶液pH的測試方法,掌握實驗室測試溶液酸堿性的方法。
3.情感和價值觀目標
通過用pH表示溶液的酸堿性,理解化學學科中對極小數值的表示方法,讓學生體會化學學科的特有價值。
[教學重點和難點]
各類溶液、各類混合后的c(H+)、pH的計算。
[教學過程]
見ppt文件。
[課堂練習]
1.將pH為5的硫酸溶液稀釋500倍,稀釋后溶液中c(SO)和c(H+)之比約為()。
(A)1:1(B)1:2(C)1:10(D)10:1
2.向VmLBaCl2溶液中加入一定體積的0.05mol/L硫酸溶液,兩者恰好完全反應,且反應后溶液的pH為3.0。則原BaCl2溶液的物質的量濃度為()。
(A)5.05×10-4mol·L-1(B)5.05×10-3mol·L-1
(C)1.01×10-4mol·L-1(D)1.01×10-3mol·L-1
3.在一定溫度下,將pH=3的硫酸溶液與pH=9的氨水等體積混合后,恰好完全反應,則在該溫度下NH3·H2O的電離度為()。
(A)2%(B)1%(C)0.5%(D)0.01%
4.水是一種極弱的電解質,在室溫下,平均每n個水分子中只有1個水分子發生電離,則n值是()。
(A)1×10-14(B)55.6×107(C)107(D)55.6
5.下列敘述中正確的是()。
(A)使甲基橙試液變黃色的溶液一定是堿性溶液
(B)使酚酞試液變紅色的溶液一定是堿性溶液
(C)使甲基橙試液變紅色的溶液一定是酸性溶液
(D)使紫色石蕊試液不變色的溶液一定是中性溶液
6.下列試紙使用時,不宜先用水潤濕的是()。
(A)pH試紙(B)紅色石蕊試紙
(C)淀粉碘化鉀試紙(D)藍色石蕊試紙
7.將質量百分比濃度為a%、物質的量濃度為c1mol·L-1的稀硫酸蒸發掉一定量的水,使之質量百分比濃度為2a%,物質的量濃度為c2mol·L-1,則c1和c2的關系是()。
(A)c2=2c1(B)c2>2c1(C)c2<2c1(D)c1=2c2
8.從植物花中提取一種有機物,可用簡化式HIn表示,在水溶液中因存在下列電離平衡,故可作酸堿指示劑:HIn(溶液紅色)H+(溶液)+In-(溶液黃色)。在該水溶液中加入下列物質,能使指示劑顯黃色的是()。
(A)鹽酸(B)碳酸鈉溶液(C)硫酸氫鈉溶液(D)過氧化鈉
9.已知多元弱酸在水溶液中的電離是分步進行的,且第一步電離程度遠大于第二步電離程度,第二步電離程度遠大于第三步電離程度………
今有HA、H2B、H3C三種一元、二元、三元弱酸,根據“較強酸+較弱酸鹽=較強酸鹽+較弱酸”的反應規律,它們之間能發生下列反應:
①HA+HC2-(少量)=A-+H2C-②H2B(少量)+2A-=B2-+2HA
③H2B(少量)+H2C-=HB-+H3C
回答下列問題:
(1)相同條件下,HA、H2B、H3C三種酸中酸性最強的是_______。
(2)A-、B2-、C3-、HB-、H2C-、HC2-6種離子中,最易結合質子的是______,最難結合質子的是________。
(3)判斷下列反應的離子方程式中正確的是(填寫標號)_______。
(A)H3C+3A-=3HA+C3-(B)HB-+A-=HA+B2-(C)H3C+B2-=HB-+H2C-
(4)完成下列反應的離子方程式:
(A)H3C+OH-(過量)=_______________。(B)(過量)+C3-=________________。
10.250mLpH=12的某一元強堿(MOH)溶液與250mL0.025mol·L-1的硫酸溶液相混合,假設混合后液體體積為500mL。試求:
(1)混合液的pH;
(2)若原250mL一元強堿中含溶質0.1g,則M的相對原子質量為多少?
(3)若給混合液中分別滴入幾滴甲基橙、無色酚酞、紫色石蕊試液,則溶液的顏色分別是什么?
11.在25℃時,有pH為a的鹽酸和pH為b的NaOH溶液,取VaL該鹽酸,同該NaOH溶液中和,需VBLNaOH溶液,填空:
(1)若a+b=14,則Va:VB=____________(填數字)。
(2)若a+b=13,則Va:VB=____________(填數字)。
(3)若a+b>14,則Va:Vb=_____________(填表達式),且Va_________VB(填:>、<、=)(題中a≤6、b≥8)。
[課堂練習答案]
1C,2A,3B,4B,5BC,6A,7B,8B。
9.(1)H2B。(2)C3-、HB-。(3)B、C。(4)H3C+3OH-=C3-+3H2O,2HA+C3-=2A-+H2C-。
1、使學生了解電子云的含義
2、使學生了解原子核外電子運動的特征
3、掌握核外電子排布的規律,4、能用原子結構示意圖來表示1~~18號元素的原子結構。
教學重點
核外電子排布規律
導學題綱
1、電子為何不會被原子核吸引到核內?
2.它的運動的是否有如衛星一樣有特定的軌道?
3.我們看到的氫原子核外電子運動演示意圖中有多少個電子。
4.總結氫原子核外電子的運動特征
1.什么是電子云,2.是一種物質?
7.能量大穩定還是能量小穩定?原子希望自己穩定還是不穩定?
8.根據已有知識分析每個電子層最多能容納多少個
9.總結核外電子排布規律。
[引言]
我們知道在原子內原子核的質量很大,體積很小,猶如足球場上的一粒沙就集中了足球場的
質量一樣,而電子的質量很少。
1、電子為何不會被原子核吸引到核內?
提示;人造衛星為何不跌回地球,人又如何把衛星召回地形
學生活動:電子高速運動
現在我們分析一下我們熟悉的最快的衛星與的電子的運動情況比較一下
速度
半徑(m)
質量Kg
衛星
7,9
6400
n噸
電子
2200
10--10
9.11*10-31
(我們享受到的最快的交通工具是飛機n*102(m/s)我們電子的速度一下子就到北京了
在那么小的范圍,高速度運動,1秒鐘電子要轉多少個圈,
2.它的運動的是否有如衛星一樣有特定的軌道?
[儀器演示]
氫原子核外電子的運動
[分析](,而我們的肉眼只能接受0。幾秒的事物變化就如看電影我們都已經分析不出它的不
連續性。學生必須記住我們所看到的現象只有一個電子在運動)
3、學生活動:總結氫原子核外電子的運動特征
師生共同活動
核外電子運動的特征
(1)運動空間小。高速運動。
(1)運動時沒有固定的軌道。
(2)在離核遠的地方出現的機會少,(3)近的地方出現機會多。
再次演示氫原子核外電子的運動情況,引出電子云的概念
4電子云:電子在核外空間的一定范圍內出現,好象帶負電荷的云霧籠罩在原子核周圍,人們
形象地稱它為電子云。
觀察書本P124頁強調
(1)圖中只有一個電子
(2)每個小黑點的意義
(3)小黑點的稀、密代表的含義
5.[分析]如衛星一樣離子地球遠的運動速度大,還是近的速度大?
運動速度大運動能大,則相對能量較大。
離核近的電子層能量低,離核遠的能量高分別叫第一電子層、第二電子層…..或K、L、M?
。。。。。
6.原子核外電子排布規律
能量大穩定還是能量小穩定?原子希望自己穩定還是不穩定?
(1)電子盡量先排能量低的電子層,(2)再排能量高的。
[分析]就如同一個國家生活安定的地方當然大家都想去,但這是不現實的每個地方的人口密
度是有限的,所以每個電子層能容納的電子數也是有限的。
[學生活動]根據已有知識分析每個電子層最多能容納多少個
(3)每個電子層最多能容納2n2個電子
(4)最外層不(5)能超過8個
(6)次外層不(7)能超過18個類推倒數第三層不(8)能超32個電子。
{練習}東方高考配套,第一題。第二題。
寫出Br,SMg的原子結構示意圖
寫出K,Fe的原子結構示意圖(老師分析---有些原子的核外電子排布較復雜,我們主要學習
主要元素原子的核外電子排布特別是1~~18號,日后再詳細分析)
[總結]本課的主要內容
1.外電子運動的特征:高速——無固定軌道——(多出現于)離核近處
2、核外電子排布規律:
(1)電子盡量先排能量低的電子層,再排能量高的。
(2)每個電子層最多能容納2n2個電子