3D 分子模型软件在结构化学教学中的应用

3D 分子模型软件在结构化学教学中的应用

杨依宇1 ,张景露2

（1.湖南衡阳  衡东县第五中学  421000  2.湖南岳阳 杨林寨乡中学  414600）

摘 要：学生在学习结构化学时往往会出现对分子三维结构难以掌握、概念抽象难以理解等问题，极大的影响了学习的积极性，从而影响了整体学习效果。

为了提高结构化学教学效率，创新教学方式方法。运用3D 分子模型与结构化学教学有机结合的方法，通过3D 分子模型直观反应各种状态的分子和晶体立体结构，让学生能将教材上的平面结构与现实的三维结构联系到一起，对立体化学结构有更直观的掌握，有效激发学生学习的兴趣，提高学生的学习能力。

关键词：结构化学   3D 分子模型   教育教学

在结构化学教学过程中，分子三维空间结构是学生认为最难最复杂的。正四面体和正八面体是结构化学中多原子分子结构模型见到最多的多面体，三角双锥、四方锥等一些常见的分子模型都与之密切相关。分子结构复杂、概念抽象难以理解、知识点繁多不利于记忆总结等问题，是学生在学习结构化学中遇见的主要困难。利用3D 分子模型产生不同的视觉效果，向学生展现结构化学中每种原子成键的方式、分子空间构型，有助于学生理解正确的理论知识，从而认识物质的结构与性质的本质。通过展示分子空间结构的方式，有助于学生深刻理解归纳总结、避免陷入机械记忆，有助于学生提高学习的自信心，持续保持学习的兴趣。因此，只有在教学过程中充分利用多种类型的视觉表征手段，激发学生兴趣，才能使教学效果事半功倍。

1研究过程

让学生理解结构与性质相互关系、更深层次理解某些反应机理、对结构化学繁琐知识点进行归纳总结的前提是正确认识分子的结构。通过3D分子模型等手段能向学生直观展示分子和晶体中原子的空间排布，有意识的培养学生构建分子模型的能力，进一步提升教学效果。实践也表明，通过动画，学生可以从不同的角度观察分子在三维方向的旋转，原子和分子在化学反应过程中的行为和相互作用。Chemdraw、CAD等一些常用的化学软件可以用来制作三维分子模型，还能旋转分子，多角度观察分子内原子的空间排布。同时动画比课本平白直述更能吸引学生注意力，激发学生的学习兴趣。

本研究以结构化学第二章第二节的教学内容分子的空间结构为案例进行3D 分子模型软件的应用在结构化学教学中的成效分析。通过向学生展示不同的3D 分子模型结构，可以提供不同的颜色和尺寸的模型，在讲解的时候利用动画效果三百六十度旋转展示，在学生脑海中构建模型的动态图，来探究3D 分子模型是否有助于学生掌握理解结构化学中的分子的立体构型，在模型和动画的帮助下，立体空间结构和分子内原子的空间排列变得更直观，是否能减少学生认知错误，并且能够促进学生想象力的培养。

教学结束后，采用问卷调查和知识测验的方式针对学生的学习情况进行摸底，了解学生对立体化学反应知识的掌握情况，对比直接传统教学来分析3D 分子模型对结构化学教学的作用。

2 结果与讨论

为正确分析3D 分子模型在结构化学教学中的应用情况，在高二年级随机抽取100 名学生进行问卷调查，50人通过分子模型构建的过程学习（实验组），50人使用板书教学（对照组）。调查问卷内容包括在学习结构化学中喜欢哪种教学方式，空间结构的辨认能力，分子构建模型的理解情况，听课与学习效率，主动学习立体分子结构的意愿。问题选项包括较好、一般、较差、很差。统计发现，实验组学生立体化学知识掌握情况明显好于对照组（见表 1），实验组有三分之二的学生能够掌握相关知识，且学习热情高涨。多数学生认为构建分子模型的过程，可以帮助自己了解立体化学反应，掌握相关知识。

表1两组学生立体化学知识掌握情况

为了了解3D分子模型软件对学生化学实验技能操作的影响，进行了还原真实模型的测试，准确评估3D 分子模型创建各种状态的分子和晶体立体结构，实验组同学的正确率可达92%，对照组只有6个人完成，且耗时长（见图1）。表明3D分子模型的应用是能够直观反应立体结构的新颖教学手段，还能帮助学生将教材上的平面结构与三维结构加以联系起来，进行实际的理论应用。

图1两组学生还原真实模型测试结果

3结论

从研究结果来看3D分子模型的应用在结构化学的教学过程中对提升学生学
习效率有较大帮助，尤其是对缺乏空间想象力的学生而言3D分子模型的建立能够帮助其理解抽象的结构。同时，该分子模型软件的应用还能够提升学生学习能力，使学生能更加直观的认识物质的立体结构，从而减少认知的错误，并且促进学生想象能力的培养，克服学生的畏难心理，极其符合新课程改革后教育教学要求。

参考文献

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