Chem3D軟件在高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

劉碩 李秀華

摘 要：隨著社會各個領(lǐng)域的發(fā)展，化學(xué)科學(xué)也飛速發(fā)展。越來越多的計算機(jī)軟件應(yīng)用到高中化學(xué)教學(xué)中，活躍了課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對高中化學(xué)教學(xué)有重大意義。本文結(jié)合高中有機(jī)化學(xué)的特點(diǎn)，以乙醇的同分異構(gòu)體為例，通過Chem3D軟件來繪制分子結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)生比較與觀察分子結(jié)構(gòu)之間的差別和聯(lián)系，希望能有助于有機(jī)化學(xué)多媒體課件的制作，進(jìn)一步提高有機(jī)化學(xué)多媒體教學(xué)的效果。

關(guān)鍵詞：Chem3D；有機(jī)化學(xué)；化學(xué)軟件；化學(xué)教學(xué)

有機(jī)化學(xué)是一門研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)，在教學(xué)中涉及較多的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)和抽象理論。這些分子結(jié)構(gòu)，化學(xué)反應(yīng)是微觀的，比較抽象。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下學(xué)生難以理解，這樣既給化學(xué)老師的教學(xué)帶來了很大挑戰(zhàn)，又不符合新課標(biāo)的核心思想要求。利用多媒體教學(xué)，將文字、聲音、圖形、圖像、影像等多種媒體信息組合起來，學(xué)生可以在課堂上獲得更多的信息，抽象的理論也變得更為直觀，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于學(xué)生對知識的理解與掌握。

Chem3D軟件是三維分子模擬分析繪圖軟件，也是桌面化學(xué)辦公套裝軟件ChemOffice中的一個重要模塊。利用Chem3D軟件，能將二維圖形轉(zhuǎn)換為三維的空間結(jié)構(gòu)，并能夠利用其計算功能優(yōu)化化合物分子的構(gòu)型，更加直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前。利用Chem3D軟件，能計算出鍵角，鍵長以及鍵能，這給學(xué)生學(xué)習(xí)它們之間的關(guān)系帶來了便利。而且軟件還支持球棍模型、棒狀模型、比例模型的自由切換，加強(qiáng)了學(xué)生的理解。這些都是Chem3D所獨(dú)有的優(yōu)勢。在化學(xué)教學(xué)中，特別是有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，很多化合物分子的結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)都可以通過Chem3D來完成。傳統(tǒng)教師在黑板上繪畫，或用分子模型來演示，但不能顯示空間結(jié)構(gòu)及動態(tài)變化過程，而且耗時長，學(xué)生難以真正理解。利用現(xiàn)代化手段，能讓學(xué)生快速，準(zhǔn)確地獲取知識，提高課堂效率。

一、 Chem3D在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

（一） 比較乙醇及其同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式

乙醇，俗稱酒精，乙醇的結(jié)構(gòu)簡式為C2H5OH。乙醇的同分異構(gòu)體為甲醚，甲醚的結(jié)構(gòu)簡式為CH3OCH3。

（二） 繪制乙醇及甲醚的空間構(gòu)圖

1. 繪制乙醇空間結(jié)構(gòu)圖

①打開Chem3D軟件，執(zhí)行【Open】菜單命令，選擇已經(jīng)用ChemDraw完成的乙醇結(jié)構(gòu)式。

②表明各個原子的種類和序號：為了使圖像看得更清楚，可以把每個原子的種類和序號標(biāo)出來，有利于課堂講解與學(xué)生的直觀的觀察。執(zhí)行【View】/【Model Display】/【Show Atom Symbols】菜單命令，圖像上的原子則會表明種類，再執(zhí)行【View】/【Model Display】/【Show Serial Numbers】菜單命令，圖像上的原子則會表明序號。

③顯示各個原子間的鍵角：通過鍵角的不同，學(xué)生更容易區(qū)分乙醇和甲醚。執(zhí)行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜單命令，在結(jié)構(gòu)圖左邊就能看到各個原子之間的鍵長大小。從圖中可以看出C-C-O的鍵角大小為109.5°。

④顯示各個原子間的鍵長：通過鍵長的不同，判斷乙醇與甲醚分子結(jié)構(gòu)里鍵的穩(wěn)定性有一定的意義。執(zhí)行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜單命令，在結(jié)構(gòu)圖左邊就能看到各個原子之間的鍵長大小。從圖中可以看出C-C鍵鍵長為1.5A，C-O鍵鍵長為1.4A。

⑤旋轉(zhuǎn)空間結(jié)構(gòu)：通過旋轉(zhuǎn)空間結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生能直觀地觀察乙醇的空間結(jié)構(gòu)圖，調(diào)動了學(xué)生的空間想象能力，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為學(xué)生以后學(xué)習(xí)乙醇的性質(zhì)做鋪墊。執(zhí)行【Rotate】，然后按動鼠標(biāo)左鍵就能自由旋轉(zhuǎn)空間結(jié)構(gòu)。

⑥球棍模型與比例模型的切換：高中課本上已經(jīng)提到了化合物分子的球棍模型和比例模型的區(qū)別，但單單從課本上無法直觀觀察它們的區(qū)別。通過Chem3D的模型的切換可以直觀地展示它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。執(zhí)行【View】/【Model Display】/【Display Mode】/【Space Filling】菜單命令，球棍模型變成比例模型。

2. 繪制甲醚空間結(jié)構(gòu)圖

按相同的步驟畫出甲醚的空間結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行對比

通過比較鍵角、鍵長、結(jié)構(gòu)圖像，發(fā)現(xiàn)乙醇及其同分異構(gòu)體甲醚存在著差異，這也導(dǎo)致兩種物質(zhì)的性質(zhì)的不同。通過比例模型，我們可以看出原子半徑大小，各個原子在分子結(jié)構(gòu)中空間占比情況。通過鍵長的不同，我們可以比較兩種分子的鍵能大小，通過鍵角的差異，我們可以比較兩種分子的空間結(jié)構(gòu)的差別。教師在化學(xué)課堂上，通過Chem3D展示乙醇和甲醚的分子式，不僅可以讓學(xué)生知道甲醚和乙醇在結(jié)構(gòu)式上的差別，還能通過這些差別引申到性質(zhì)的差別。從而明確同分異構(gòu)體指代的是不同的物質(zhì)，這樣就可以由淺入深，有利于學(xué)生掌握同分異構(gòu)體的知識點(diǎn)。

二、 結(jié)語

將工具軟件應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)中，不僅符合新的教育理念和教育形式，而且豐富了化學(xué)教學(xué)手段；不僅可以轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)觀念，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的新思想、新方法；可以幫助教師簡化教學(xué)過程，進(jìn)而可以幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)化學(xué)。在時代的快速發(fā)展的背景下，高中化學(xué)教學(xué)也應(yīng)該與時俱進(jìn)。Chem3D不僅是一個方便教學(xué)的多媒體工具，更代表了新型教學(xué)模式的崛起，化學(xué)教師應(yīng)該反省傳統(tǒng)教育模式的弊端，不斷學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法，才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，全方位發(fā)展。學(xué)生也應(yīng)該學(xué)會簡單操作方法，打開自己的視野，提高自己的學(xué)習(xí)效率，改善自己的學(xué)習(xí)方法。本文只介紹了Chem3D幾種簡單功能，還有更多功能等著大家發(fā)掘。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉芬芬.三種工具軟件在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2013.

[2]劉莉.ChemDraw在有機(jī)化學(xué)課件制作中的應(yīng)用[J].科教文匯（下旬刊），2010（7）：43+45.

作者簡介：

劉碩，李秀華，福建省福州市，福建師范大學(xué)。