论文部分内容阅读
摘 要：随着社会各个领域的发展，化学科学也飞速发展。越来越多的计算机软件应用到高中化学教学中，活跃了课堂气氛，提高学生学习兴趣，对高中化学教学有重大意义。本文结合高中有机化学的特点，以乙醇的同分异构体为例，通过Chem3D软件来绘制分子结构，有利于学生比较与观察分子结构之间的差别和联系，希望能有助于有机化学多媒体课件的制作，进一步提高有机化学多媒体教学的效果。
关键词：Chem3D；有机化学；化学软件；化学教学
有机化学是一门研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的科学，在教学中涉及较多的分子结构、化学反应和抽象理论。这些分子结构，化学反应是微观的，比较抽象。在传统的教学模式下学生难以理解，这样既给化学老师的教学带来了很大挑战，又不符合新课标的核心思想要求。利用多媒体教学，将文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息组合起来，学生可以在课堂上获得更多的信息，抽象的理论也变得更为直观，充分调动学生的学习积极性，有利于学生对知识的理解与掌握。
Chem3D软件是三维分子模拟分析绘图软件，也是桌面化学办公套装软件ChemOffice中的一个重要模块。利用Chem3D软件，能将二维图形转换为三维的空间结构，并能够利用其计算功能优化化合物分子的构型，更加直观地展现在学生面前。利用Chem3D软件，能计算出键角，键长以及键能，这给学生学习它们之间的关系带来了便利。而且软件还支持球棍模型、棒状模型、比例模型的自由切换，加强了学生的理解。这些都是Chem3D所独有的优势。在化学教学中，特别是有机化学教学中，很多化合物分子的结构，分子结构的旋转都可以通过Chem3D来完成。传统教师在黑板上绘画，或用分子模型来演示，但不能显示空间结构及动态变化过程，而且耗时长，学生难以真正理解。利用现代化手段，能让学生快速，准确地获取知识，提高课堂效率。
一、 Chem3D在有机化学教学中的应用实例
（一） 比较乙醇及其同分异构体的结构式
乙醇，俗称酒精，乙醇的结构简式为C2H5OH。乙醇的同分异构体为甲醚，甲醚的结构简式为CH3OCH3。
（二） 绘制乙醇及甲醚的空间构图
1. 绘制乙醇空间结构图
①打开Chem3D软件，执行【Open】菜单命令，选择已经用ChemDraw完成的乙醇结构式。
②表明各个原子的种类和序号：为了使图像看得更清楚，可以把每个原子的种类和序号标出来，有利于课堂讲解与学生的直观的观察。执行【View】/【Model Display】/【Show Atom Symbols】菜单命令，图像上的原子则会表明种类，再执行【View】/【Model Display】/【Show Serial Numbers】菜单命令，图像上的原子则会表明序号。
③显示各个原子间的键角：通过键角的不同，学生更容易区分乙醇和甲醚。执行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜单命令，在结构图左边就能看到各个原子之间的键长大小。从图中可以看出C-C-O的键角大小为109.5°。
④显示各个原子间的键长：通过键长的不同，判断乙醇与甲醚分子结构里键的稳定性有一定的意义。执行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜单命令，在结构图左边就能看到各个原子之间的键长大小。从图中可以看出C-C键键长为1.5A，C-O键键长为1.4A。
⑤旋转空间结构：通过旋转空间结构，让学生能直观地观察乙醇的空间结构图，调动了学生的空间想象能力，增加学生学习的兴趣，为学生以后学习乙醇的性质做铺垫。执行【Rotate】，然后按动鼠标左键就能自由旋转空间结构。
⑥球棍模型与比例模型的切换：高中课本上已经提到了化合物分子的球棍模型和比例模型的区别，但单单从课本上无法直观观察它们的区别。通过Chem3D的模型的切换可以直观地展示它们之间的区别与联系。执行【View】/【Model Display】/【Display Mode】/【Space Filling】菜单命令，球棍模型变成比例模型。
2. 绘制甲醚空间结构图
按相同的步骤画出甲醚的空间结构图进行对比
通过比较键角、键长、结构图像，发现乙醇及其同分異构体甲醚存在着差异，这也导致两种物质的性质的不同。通过比例模型，我们可以看出原子半径大小，各个原子在分子结构中空间占比情况。通过键长的不同，我们可以比较两种分子的键能大小，通过键角的差异，我们可以比较两种分子的空间结构的差别。教师在化学课堂上，通过Chem3D展示乙醇和甲醚的分子式，不仅可以让学生知道甲醚和乙醇在结构式上的差别，还能通过这些差别引申到性质的差别。从而明确同分异构体指代的是不同的物质，这样就可以由浅入深，有利于学生掌握同分异构体的知识点。
二、 结语
将工具软件应用于化学教学中，不仅符合新的教育理念和教育形式，而且丰富了化学教学手段；不仅可以转变教师的教学观念，而且能够培养学生的新思想、新方法；可以帮助教师简化教学过程，进而可以帮助学生更好地学习化学。在时代的快速发展的背景下，高中化学教学也应该与时俱进。Chem3D不仅是一个方便教学的多媒体工具，更代表了新型教学模式的崛起，化学教师应该反省传统教育模式的弊端，不断学习新的教学方法，才能提高学生学习效率，培养学生的创新精神，全方位发展。学生也应该学会简单操作方法，打开自己的视野，提高自己的学习效率，改善自己的学习方法。本文只介绍了Chem3D几种简单功能，还有更多功能等着大家发掘。
参考文献：
[1]刘芬芬.三种工具软件在化学教学中的应用探究[D].西安：陕西师范大学，2013.
[2]刘莉.ChemDraw在有机化学课件制作中的应用[J].科教文汇（下旬刊），2010（7）：43 45.
作者简介：
刘硕，李秀华，福建省福州市，福建师范大学。
关键词：Chem3D；有机化学；化学软件；化学教学
有机化学是一门研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的科学，在教学中涉及较多的分子结构、化学反应和抽象理论。这些分子结构，化学反应是微观的，比较抽象。在传统的教学模式下学生难以理解，这样既给化学老师的教学带来了很大挑战，又不符合新课标的核心思想要求。利用多媒体教学，将文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息组合起来，学生可以在课堂上获得更多的信息，抽象的理论也变得更为直观，充分调动学生的学习积极性，有利于学生对知识的理解与掌握。
Chem3D软件是三维分子模拟分析绘图软件，也是桌面化学办公套装软件ChemOffice中的一个重要模块。利用Chem3D软件，能将二维图形转换为三维的空间结构，并能够利用其计算功能优化化合物分子的构型，更加直观地展现在学生面前。利用Chem3D软件，能计算出键角，键长以及键能，这给学生学习它们之间的关系带来了便利。而且软件还支持球棍模型、棒状模型、比例模型的自由切换，加强了学生的理解。这些都是Chem3D所独有的优势。在化学教学中，特别是有机化学教学中，很多化合物分子的结构，分子结构的旋转都可以通过Chem3D来完成。传统教师在黑板上绘画，或用分子模型来演示，但不能显示空间结构及动态变化过程，而且耗时长，学生难以真正理解。利用现代化手段，能让学生快速，准确地获取知识，提高课堂效率。
一、 Chem3D在有机化学教学中的应用实例
（一） 比较乙醇及其同分异构体的结构式
乙醇，俗称酒精，乙醇的结构简式为C2H5OH。乙醇的同分异构体为甲醚，甲醚的结构简式为CH3OCH3。
（二） 绘制乙醇及甲醚的空间构图
1. 绘制乙醇空间结构图
①打开Chem3D软件，执行【Open】菜单命令，选择已经用ChemDraw完成的乙醇结构式。
②表明各个原子的种类和序号：为了使图像看得更清楚，可以把每个原子的种类和序号标出来，有利于课堂讲解与学生的直观的观察。执行【View】/【Model Display】/【Show Atom Symbols】菜单命令，图像上的原子则会表明种类，再执行【View】/【Model Display】/【Show Serial Numbers】菜单命令，图像上的原子则会表明序号。
③显示各个原子间的键角：通过键角的不同，学生更容易区分乙醇和甲醚。执行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜单命令，在结构图左边就能看到各个原子之间的键长大小。从图中可以看出C-C-O的键角大小为109.5°。
④显示各个原子间的键长：通过键长的不同，判断乙醇与甲醚分子结构里键的稳定性有一定的意义。执行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜单命令，在结构图左边就能看到各个原子之间的键长大小。从图中可以看出C-C键键长为1.5A，C-O键键长为1.4A。
⑤旋转空间结构：通过旋转空间结构，让学生能直观地观察乙醇的空间结构图，调动了学生的空间想象能力，增加学生学习的兴趣，为学生以后学习乙醇的性质做铺垫。执行【Rotate】，然后按动鼠标左键就能自由旋转空间结构。
⑥球棍模型与比例模型的切换：高中课本上已经提到了化合物分子的球棍模型和比例模型的区别，但单单从课本上无法直观观察它们的区别。通过Chem3D的模型的切换可以直观地展示它们之间的区别与联系。执行【View】/【Model Display】/【Display Mode】/【Space Filling】菜单命令，球棍模型变成比例模型。
2. 绘制甲醚空间结构图
按相同的步骤画出甲醚的空间结构图进行对比
通过比较键角、键长、结构图像，发现乙醇及其同分異构体甲醚存在着差异，这也导致两种物质的性质的不同。通过比例模型，我们可以看出原子半径大小，各个原子在分子结构中空间占比情况。通过键长的不同，我们可以比较两种分子的键能大小，通过键角的差异，我们可以比较两种分子的空间结构的差别。教师在化学课堂上，通过Chem3D展示乙醇和甲醚的分子式，不仅可以让学生知道甲醚和乙醇在结构式上的差别，还能通过这些差别引申到性质的差别。从而明确同分异构体指代的是不同的物质，这样就可以由浅入深，有利于学生掌握同分异构体的知识点。
二、 结语
将工具软件应用于化学教学中，不仅符合新的教育理念和教育形式，而且丰富了化学教学手段；不仅可以转变教师的教学观念，而且能够培养学生的新思想、新方法；可以帮助教师简化教学过程，进而可以帮助学生更好地学习化学。在时代的快速发展的背景下，高中化学教学也应该与时俱进。Chem3D不仅是一个方便教学的多媒体工具，更代表了新型教学模式的崛起，化学教师应该反省传统教育模式的弊端，不断学习新的教学方法，才能提高学生学习效率，培养学生的创新精神，全方位发展。学生也应该学会简单操作方法，打开自己的视野，提高自己的学习效率，改善自己的学习方法。本文只介绍了Chem3D几种简单功能，还有更多功能等着大家发掘。
参考文献：
[1]刘芬芬.三种工具软件在化学教学中的应用探究[D].西安：陕西师范大学，2013.
[2]刘莉.ChemDraw在有机化学课件制作中的应用[J].科教文汇（下旬刊），2010（7）：43 45.
作者简介：
刘硕，李秀华，福建省福州市，福建师范大学。