二、结构部分
这部分包含原子结构、分子结构和晶体结构,很多学生在中学时没有选修该部分或根本没有学过,是新的知识,加上该部分有自身的难度及高等数学的相关内容学生还未学习,因此学生学起来普遍感觉陌生,很难理解。鉴于这种现实情况,在讲解时以下几个知识点做如下处理。
(一)原子结构
在进入原子结构讲解之前,先给学生看一段十几分钟的有关原子结构发展历程及描述原子结构的视频,在视频基础上直接进入四个量子数的由来及物理意义的讲解。对于薛定谔方程可简单介绍,如何求解过程不做讲解,对于学有余力的学生可单独辅导讲解。通常学生一看到薛定谔方程就蒙了,因为高等数学的知识还没跟上,突然看到这样复杂的一个方程,感觉没能力弄清楚,于是就放弃整个原子结构的学习。所以在让学生看到薛定谔方程之前,先让学生回顾中学学过的物理知识,那些用来描述各种运动状态的数学方程,如自由落体运动,学生会很容易回答出:h=1/2gt2。接下来再告诉学生,对于高速运动的具有波粒二象性的电子的运动,也有一个数学方程,就是薛定谔方程,与自由落体运动的数学方程式相比,薛定谔方程式更加复杂,需要求解。再用学生们学过的简单数学方程打比方,如一元二次方程求解,可以得到两个合理的解,但薛定谔方程求解,会得到若干个、一系列合理的解,同时要得到这些合理的解,需要引入4个量子数,也就引出了要求学生掌握的4个量子数的取值和物理意义。这样对数学知识还没跟上的学生而言,感觉容易理解多了。讲到原子轨道和电子云的概念,也可以用自由落体运动的数学方程来类比,自由落体运动的数学方程:h=1/2gt2,h~t作图,可以得到一条抛物线,用薛定谔方程求解得到的合理的解去作图,会得到不同的图形,即原子轨道和电子云。所以在讲原子轨道和电子云时,只讲解原子轨道和电子云是如何来的思路,不具体讲解绘制过程,只介绍原子轨道和电子云形状特点,二者的相同和不同之处,为后续分子结构、化学键理论的学习打基础。至于屏蔽效应和钻穿效应,根据学生的理解程度选择讲解。
(二)分子结构
该部分包含对离子型化合物和共价型化合物化学键理论的介绍。对于离子型化合物的离子键理论,比较容易讲解和掌握,而对于共价型化合物的共价键理论,通常要讲解价键理论、杂化轨道理论、分子轨道理论、价层电子互斥理论,这四个理论分别从不同角度解释共价型化合物的分子结构的问题。学生在学起来经常迷惑,不知该用那个理论解决问题,所以在具体讲解这些理论之前,先把这些理论的使用范围和能解决的问题跟学生做介绍,然后在讲解具体内容时不断巩固加深学生对该理论的理解和使用范围。通常由于学时和学生理解掌握能力的限制,分子轨道理论、价层电子互斥理论机动讲解。授课原则是务必使讲授的知识能被学生理解掌握,如《学记》所言:“力不能问,然后语之,语之而不知,虽舍之可也”。
(三)配合物的价键理论
配位化学是学生在中学里没有接触过的知识,尽管他们已经接触到配位化合物。有关配位化合物的化学键理论通常介绍两个:价键理论,晶体场理论。价键理论的内容可以看作是杂化轨道理论在配位化合物中的应用和延伸,因此在学习时学生比较容易掌握。根据中心离子杂化所使用原子轨道的不同,杂化类型又分为内轨型杂化和外轨型杂化,对应生成的配合物又称作内轨型配合物和外轨型配合物。讲到这里时通常是学生容易迷惑的地方,主要有以下困惑:什么是内轨型?什么是外轨型?怎么就知道该配合物是内轨型还是外轨型?产生这种困惑的原因主要是学生对相关中心离子的原子结构不熟悉,杂化轨道理论掌握欠缺,同时不知道判断内轨型外轨型的实验依据。因此在讲授这部分知识前,要先复习前面讲过的原子结构、杂化轨道理论的内容,同时要强调获得结论所依据的实验事实:通过实验手段测得该配合物的磁矩,磁矩与配合物中未成对电子数之间存在一定关系,通过配合物中未成对电子数目获知中心原子(或离子)采取的杂化类型(内轨型、外轨型)。