ChemOffice软件在化学教学中的作用.doc

ChemOffice软件在化学教学中的作用ChemOffice软件在化学教学中的作用 刘立佳，王玉丹，赵方波 （哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院，黑龙江哈尔滨150001） 摘要：本文简要概述了化学工具软件ChemOffice 2008的特性、分类以及在辅助化学教育、课件制作中的应用。提倡教师要熟练掌握化学工具软件的制作，并将其多应用于课堂教学中，从而使学生能更直观容易的理解教学内容，实现研究教学的目的。 关键字：化学应用软件；化学教育；ChemOffice 中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）01-0224-02 基金项目：黑龙江省学位与研究生教育教学改革研究重点项目 作者简介：刘立佳（1980-），男，讲师，博士，高分子材料研究所所长，研究方向：环境功能材料，手性合成；王玉丹（1978-），女，讲师，博士，教师，研究方向；环境工程，环境功能材料；赵方波（1976-），男，副教授，博士，教师，研究方向：高分子渗透膜。 一、前言 在现代化学教学中，大量的化学应用软件的研发为化学教育和科研工作者们应用计算机解决了具体的问题。在我国，大部分高校已经将有关计算机化学的课程正式列入大学生课程教学中。在应用广泛的众多化学应用软件中，由美国剑桥软件公司研究开发的ChemOffice软件因其直观、快捷的特点得到专业教学的一线教师、学生和科研部门的化学工作者的一致好评。这款化学应用软件可以进行化学结构绘图、分析模拟以及化学信息搜寻整合，不仅可以解决化学计算中的复杂问题，而且可以利用虚拟的程序模拟化学世界的微观结构，并可以将微观结构的光谱形态等直观地展示出来。在本文中介绍了ChemOffice的化学应用处理软件，以及ChemOffice软件对现代的化学教育显示的突出作用。 二、ChemOffice简介 ChemOffice全称CambridgeSoft ChemOffice是由美国剑桥软件公司研究和开发的一款化学专业应用软件。ChemOffice软件集强大的应用功能于一身，可以让化学工作者的日常工作变得更加便捷。化学应用处理软件ChemOffice由ChemDraw、ChemFinder和Chem3D三个模块组成。ChemDraw模块是化学结构绘图软件，也是现在各论文期刊指定的格式；Chem3D模块是分子模拟分析绘图模块，通常用它来计算分子轨道的形状、分子表面积、显示分子轨道，描绘化合物的结构；ChemFinder模块是化学信息搜寻整合系统，用来建立化学数据库、储存数据及搜索化学数据库。ChemOffice软件是针对专业化学绘图设计，可以绘制各式各样的化学键、环、轨道等，可以与软件中的数据库链接，可以查出结构式；也可以将化合物名称直接转为结构图，省去绘图的繁琐；还可以对已知结构的化合物命名，给出正确的化合物名称。也可以利用此软件所提供的样板功能，大幅缩短制作文件所需的时间。 三、ChemOffice有助于化学教学 （一）化学教学的主要辅助手段 随着计算机多媒体技术的普及和现代化学应用软件的开发，现在化学教育的授课方式已经告别了一盒粉笔、一块黑板的传统教学，现代化的教学辅助手段使越来越多的老师都体会到了用化学工具软件来制作课件辅助教学的优越性。ChemOffice软件在化学教学中可以优化教学设计，使原本枯燥的课堂变得生动起来。主要体现在以下几点： 1.直观、可视性。在化学教学中，关于化合物结构的讲解一直是授课的一个重点，也是学生理解的一个难点。ChemOffice软件不仅可以绘图，还可以将化合物的结构立体化。这样教师在备课的过程中不但不用准备模型，而且在授课过程中还可以根据需要随时将平面图和立体图进行转换，提高教学效率，能取得良好的教学效果。例如苯乙烯的结构式如图1。利用ChemDraw模块建立分子结构式后，再利用Chem3D模块可以将转化为三维图形如图2。三维图形可以动态旋转向学生展示不同方向的立体构象，便于学生直观的理解。对于结构复杂的有机大分子，比如葡萄糖、纤维素、环糊精等，都可以采用ChemOffice软件进行模拟展示，一看便知，易于理解。 2.有助于探究式教学。如何做好探究式教学，从20世纪中期开始就一直是国内外教育科学领域中的一个研究重点课题。探究式教学使学生不再被动地接受知识，提高学生的学习兴趣和主动性。化学应用软件ChemOffice有助于探究式教学的开展。例如有机化合物命名的学习。在学习过程中，部分学生对于命名规则还是理解不透彻。ChemOffice软件的命名功能，可以帮助学生理解深入。利用ChemOffice化学工具软件中的ChemDraw模块在课堂上演示，绘制出化学结构式，单击结构（Structure）菜单中的结构式转化为名称（Convert Structure to Name），可以实现对结构式进行自动命名。同时，ChemOffice可以将化合物的系统名称直接转为化学结构式，输入名称转化为结构式（ConvertName to Structure）的命令后，输入化学名称，系统会找到对应的结构置于绘图中。通过这两个功能，学生能扎实的理解掌握结构复杂的化合物命名规则。对于陌生名称也能查到结构式，理解能更深入彻底。 利用ChemOffice软件还可以锻炼学生的波谱解析能力，例如，利用ChemDraw模块可预测一些化合物的1H-NMR和13C-NMR谱。原理是以选取的分子基本结构为基础，利用加和性原则来计算氢原子和碳原子的化学位移。在课堂上教师也可以通过图谱模拟功能，直接演示各种化学物质的氢谱和碳谱，省去具体实验的繁琐。 3. 使复杂计算简单化，适用于高等教育。ChemOffice软件不仅可以应用于初高中、大学本科的化学课程教学中，对于高等学校的硕博士研究生的研究型教育也非常适用。例如，ChemOffice软件中的Chem3D模块具备强大的计算功能。计算范围包括键长、键角、二面角、分子间距离、分子所在空间的基本计算。还能结合MM2、MOPAC、Gaussian等程序进行分子力学和量子力学的计算，甚至对分子进行动力学模拟、化合物构象分析和过渡态能量优化。例如，可以通过Compute Properties计算的出复杂反应，中间过渡态产物的一系列性质，从计算结果中可以得到偶极、动能、势能、极化率、总能等一系列性质参数。ChemOffice软件对于培养研究型的高等化学人才有着重要的意义。 （二）增强学生学习主动性和师生间的互动 课堂教学的过程是老师和学生互动的过程，但在很多情况下，学生由于缺乏学习的主动性，导致学生学习的积极主动性降低，学习兴趣下降。ChemOffice化学应用软件可以创设情景教学，有助于培养学生的学习兴趣，教学效果事半功倍。例如，可以利用ChemOffice软件中的ChemDraw模块，模拟化学实验，自主设计实验方案、实验过程，根据实验流程要求，让学生自己动手，根据实验要求找出需要的化学仪器（例如图3），进行拼接，绘制实验反应装置图（例如图4），教师只给予适当的指导和提示，学生的积极参与，加强了师生交流，活跃了课堂气氛。学生体会到学会的知识是自己发现出来的，不是别人硬塞进来的。这种可以通过自己的探索和思考而获得知识的教学手段，有利于学生思维的开发，学生在探索中学习体会到乐趣和成果后，将会更主动的学习，同时也能减轻教师负担，提高教学效率。 （三）有助于促进计算机和化学专业外语的学习 对于高校的学生，采用ChemOffice软件进行教学是实践开展双语教学模式最为理想的教学材料。ChemOffice软件是由美国剑桥公司开发的外文软件，各个模块中所有的命令、模块说明等都是使用纯正、地道的英文。学生在使用这款软件的过程，也是学习相关计算机和化学专业地道英语的一个过程。通过计算机演示等有关化学教学内容的渗透，传授相关化学知识，利用软件进行动态演示解决化学问题，揭示化学机理等，或是利用化学工具软件进行自主学习。 四、结语 ChemOffice软件功能强大，可以进行化学分析、化学计算、创建化学数据库等，不仅应用于化学教学中，在波谱研究、医药等其他研究领域也有很广泛应用。在教学活动中，教师利用先进的计算机技术和丰富的网络资源，通过ChemOffice软件，制作课件形象的演示动画，使学生易于掌握抽象的学习内容，激发学生学习的兴趣。通过模拟实验、建立分子模型等功能指导学生进行自主学习，锻炼学生独立尝试解决化学问题的能力。当然ChemOffice软件也并不是完美的，例如，对于某些化合物的氢谱模拟不准确、峰形不易观察判断等，只有充分了解该软件的功