3D 技术与化学教学碰撞的“火花”

◆湖北省赤壁市第一中学 陈济林 涂柳琴

3D One 是一种设计建模立体实物的软件，KingDraw 是一款专业型化学结构编辑器，将两者与3D 打印技术结合（以下统称3D 技术），可使微观结构转化为实物模型，在增强学生对抽象化学知识理解的同时，还能激发其学习兴趣和创新思维。此外，3D 技术还可以用于制作化学实验装置和模型，帮助学生进行实验操作和观测，提高实验的准确性和安全性。

本文探讨了在高中化学教学中融合3D 技术，尤其是在微观粒子结构、化学实验和化学反应历程教学方面的潜力。我们运用3D 技术做出了具有精确结构和形状的微观粒子结构模型、实验器具模型等，引导学生通过观察和数据分析，深入理解化学反应的历程和机理。

一、结构教学形象化

化学的特征是从微观层次认识物质，以符号形式表征物质，从而创造新物质或者利用反应的能量变化。在传统的化学教学中，学生通常使用纸质或塑料模型模拟分子结构，难以直观展示分子的三维结构和空间取向。融入3D 技术后，学生可设计并按比例打印分子模型，更好地理解分子的结构和空间排列。

例如，在讲授金属晶体的堆积方式时，我们鼓励学生运用3D One 技术结合身边的实物参与设计制作。又如，当讲到分子的微观结构时，我们与学生一起应用3D One、KingDraw 等软件制作模型，通过3D 技术将模型转化为实物后再进行演示，加深学生对知识点的理解。

图1 分子微观结构模型（左）和3D 打印的模型实物

二、实验教学精准化

在高中化学实验中，难免存在步骤复杂或现象不易观察的实验。借助3D One 和3D 技术，学生可创建虚拟的实验环境，通过模拟实验观察和分析实验过程和结果，更好地理解实验原理和操作步骤。

例如，在探究氢氧化铝的性质实验中，学生借助3D One 的动画演示模拟该实验过程，精准控制三氯化铝和氢氧化钠的用量，并观察实验结果。又如，在甲烷与氯气的取代反应的实验中，学生利用3D One 进行动画模拟展示反应的机理。再如，在酯化反应实验中，借助3D 技术可制作出有刻度的分水器，定量测出生成的乙酸乙酯的量。

三、微观反应可视化

传统的化学反应研究方法通常使用玻璃仪器或微孔板等器材进行实验，但都存在一定的局限性，如形状和尺寸的限制、实验过程中的操作难度等。我们通过3D 技术可以将化学反应的动态过程以三维动画的形式进行展示，制造出具有精确结构和形状的微观反应实物。

3D One 结合3D 技术可制作出反应仪器模型和反应仪器，进一步拓展化学反应的研究范围。例如，可通过调节反应器的几何形状和流体流动速率等参数，控制不同反应物之间的混合程度，了解反应物在混合过程中的行为和变化。

图2 学生借助3D 技术模拟反应速率的影响因素开展实验

借助3D 技术制作的实验装置开展化学实验，通过对实验现象的观察和实验数据的分析，学生可以得到关于化学反应历程的信息，如反应速率、产物选择性和反应机理等。学生在设计制作和参与实验的过程中，提高了学习兴趣，加深了对化学反应的理解。

总之，借助3D 技术可创建如交互式的分子模型库、化学实验视频和模拟实验平台等学习资源，为高中化学教学带来新的方式。教师应掌握3D 技术的基本操作，根据学科标准和教学目标设计、安排，较好地将其应用到教学中，为学生提供更具体、直观和实践性强的学习体验。