Chem3D軟件在高中有機化學教學中的應用

劉碩 李秀華

摘 要：隨著社會各個領域的發展，化學科學也飛速發展。越來越多的計算機軟件應用到高中化學教學中，活躍了課堂氣氛，提高學生學習興趣，對高中化學教學有重大意義。本文結合高中有機化學的特點，以乙醇的同分異構體為例，通過Chem3D軟件來繪制分子結構，有利于學生比較與觀察分子結構之間的差別和聯系，希望能有助于有機化學多媒體課件的制作，進一步提高有機化學多媒體教學的效果。

關鍵詞：Chem3D；有機化學；化學軟件；化學教學

有機化學是一門研究有機化合物的組成、結構、性質及其變化規律的科學，在教學中涉及較多的分子結構、化學反應和抽象理論。這些分子結構，化學反應是微觀的，比較抽象。在傳統的教學模式下學生難以理解，這樣既給化學老師的教學帶來了很大挑戰，又不符合新課標的核心思想要求。利用多媒體教學，將文字、聲音、圖形、圖像、影像等多種媒體信息組合起來，學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，充分調動學生的學習積極性，有利于學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，能將二維圖形轉換為三維的空間結構，并能夠利用其計算功能優化化合物分子的構型，更加直觀地展現在學生面前。利用Chem3D軟件，能計算出鍵角，鍵長以及鍵能，這給學生學習它們之間的關系帶來了便利。而且軟件還支持球棍模型、棒狀模型、比例模型的自由切換，加強了學生的理解。這些都是Chem3D所獨有的優勢。在化學教學中，特別是有機化學教學中，很多化合物分子的結構，分子結構的旋轉都可以通過Chem3D來完成。傳統教師在黑板上繪畫，或用分子模型來演示，但不能顯示空間結構及動態變化過程，而且耗時長，學生難以真正理解。利用現代化手段，能讓學生快速，準確地獲取知識，提高課堂效率。

一、 Chem3D在有機化學教學中的應用實例

（一） 比較乙醇及其同分異構體的結構式

乙醇，俗稱酒精，乙醇的結構簡式為C2H5OH。乙醇的同分異構體為甲醚，甲醚的結構簡式為CH3OCH3。

（二） 繪制乙醇及甲醚的空間構圖

1. 繪制乙醇空間結構圖

①打開Chem3D軟件，執行【Open】菜單命令，選擇已經用ChemDraw完成的乙醇結構式。

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出來，有利于課堂講解與學生的直觀的觀察。執行【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，學生更容易區分乙醇和甲醚。執行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜單命令，在結構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構里鍵的穩定性有一定的意義。執行【Structure】/【Measurements】/【Generate All Bond Lengths】菜單命令，在結構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旋轉空間結構：通過旋轉空間結構，讓學生能直觀地觀察乙醇的空間結構圖，調動了學生的空間想象能力，增加學生學習的興趣，為學生以后學習乙醇的性質做鋪墊。執行【Rotate】，然后按動鼠標左鍵就能自由旋轉空間結構。

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

2. 繪制甲醚空間結構圖

按相同的步驟畫出甲醚的空間結構圖進行對比

通過比較鍵角、鍵長、結構圖像，發現乙醇及其同分異構體甲醚存在著差異，這也導致兩種物質的性質的不同。通過比例模型，我們可以看出原子半徑大小，各個原子在分子結構中空間占比情況。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構的差別。教師在化學課堂上，通過Chem3D展示乙醇和甲醚的分子式，不僅可以讓學生知道甲醚和乙醇在結構式上的差別，還能通過這些差別引申到性質的差別。從而明確同分異構體指代的是不同的物質，這樣就可以由淺入深，有利于學生掌握同分異構體的知識點。

二、 結語

將工具軟件應用于化學教學中，不僅符合新的教育理念和教育形式，而且豐富了化學教學手段；不僅可以轉變教師的教學觀念，而且能夠培養學生的新思想、新方法；可以幫助教師簡化教學過程，進而可以幫助學生更好地學習化學。在時代的快速發展的背景下，高中化學教學也應該與時俱進。Chem3D不僅是一個方便教學的多媒體工具，更代表了新型教學模式的崛起，化學教師應該反省傳統教育模式的弊端，不斷學習新的教學方法，才能提高學生學習效率，培養學生的創新精神，全方位發展。學生也應該學會簡單操作方法，打開自己的視野，提高自己的學習效率，改善自己的學習方法。本文只介紹了Chem3D幾種簡單功能，還有更多功能等著大家發掘。

參考文獻：

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

[2]劉莉.ChemDraw在有機化學課件制作中的應用[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。