化学软件在化学教学中的应用

1、摘要：从事化学教学与科研工作，画出各种标准的化学分子结构式及化学图形往往十分费力，而且化学教师在教学中经常需要对一些抽象微观的内容如原子、分子结构、核外电子排布和 运动规律等进行讲授。在计算机应用技术广泛普及的今天采用一种化学专业画图软件包将会使此工作取得事半功倍的效果，以辅助教学与联合使用制作化学教学课件更能使抽象内容直观形象化，增强对学生的吸引力，提高教学效果。本文重点介绍这种化学专业画图软件acd/chemsketch关键词：chemsketch 软件 绘制 化学 功能 引言acd(advanced chemistry development , inc。) 是世界著名的化学软件公司。a

2、cd/ chemsketch 为该公司的产品 ,是一款强大的二维分子结构绘制软件。 它是目前运用于微机，用来绘制化学结构的功能最强的软件。从 1999 年 4 月开始 ,acd公司开始提供不同版本的 chemsketch 作为免费软件，自acd/ chemsketch1。0版后，软件不断改进更新，到2000年发行了acd/ chemsketch4。55版，其功能更加强大，操作界面更加友好，新增了更多的画图小工具；并能很好地兼容其他一些专用化学软件如结合附加的管理器软件、mdl软件包中isis/draw和isis/base以及3dviewer，将使画出的平面结构模型转化为三维立体结构模型变得十分

3、便捷和简单。到2006年 9月 ,acd公司发布了acd/ chemsketch 10。0,目前最新版本为acd/ chemsketch11。0。该软件包可单独使用或与其他软件共同使用，该软件可用于画化学结构、反应和图形，也可用于设计与化学相关的报告和演讲材料。在一些学科教学中，对于空间想象能力和抽象思维能力较差学生不容易理解和掌握。利用chemsketch可方便构造出可交互的三维模型，这些模型是动态的，可以操纵它们移动、旋转和进行放大、 缩小等，这无疑会增加形象性和直观性，在化学、生物学、物理等教学中都会取得良好的教学效果 。1 系统需求486以上pc兼容机;vga彩色显示器;8.5m硬盘空

4、间;8m以上内存。操作系统:windows 3x; windows 9x; windows nt 2 功能键简介本软件安装后产生两个启动图标, 如图 1 。可点按其中任意一个进入, chemsketch11。0的主窗口如图 2, 屏幕上部为菜单栏, 通过acd/labs 下拉菜单, 可进行3d 浏览模式与构图绘制模式的转换, 中间为绘图区。绘图区的左右及上方, 排列着一些快捷图标, 将鼠标停留在某个图标上, 屏幕上即显示该图标相应的功能定义, 除文字输入外, 所有绘图和编辑操作都可以用鼠标完成。 图1图2在图2 中, 左面一排为元素图标, 屏幕上列出最常用的几个元素图标, 可通过上方的元素周期

5、表图标选择不同元素, 每点按一次, 便增加一个相应的元素图标, 也可通过双击某个元素图标将其从屏幕上移走。 绘图时, 选中某一元素, 在绘图区点击或拖动鼠标, 就输入了相应的元素。右面一排为基团图标, 提供了环状、 链状及功能团结构式, 通过上方的组件图标 可将常用基团添加在屏幕上, 方便结构绘制。上面两排为操作图标, 对所绘分子式和图形可进行放大、 缩小、 旋转和移动等操作。 各图标功能简介如下：为分子绘制模式与简图绘制模式的切换按扭，图2为分子绘制窗口，可进行2d分子结构式的绘制，简图绘制窗口为该软件提供一个小型图文编辑系统，可进行化学结构、反应方程、图示、图表及其他与化学相关的报告、专业

6、性论述的编辑制作。后面的5个图标提供常用的文件建立、打开、存储及打印功能，随后两个为“取消”与“恢复取消”图标，某次操作事物后，可点击“取消”，若想恢复取消的操作，可点击“恢复取消”即可将取消的操作又复现出来。该软件可存储50次操作，极大的方便了绘制分子结构式工作。激活“删除”图标，在绘图区出现一黑色宽箭头，点击欲删除的对象可将其删除。4个图标可实现所绘图形的实际尺寸显示、整页显示、调整大小及满屏显示等。分别为“选择移动”、“选择/旋转”和“3d旋转”图标，可对所绘制的分子式进行相应的调整修改操作。提供了化学键绘制模式，激活相应图标，鼠标即可绘制相应的单键、双键、三键及立体化学键的连接和变换，

7、只需在键连接线上用鼠标点击即可。当出现错误的键连接时，便回在相应位置出现一个红叉，以提醒用户。图标用来改变ch3、ch2的排列形式。随后的五个为旋转图标，用来调整所绘分子式的大小与位置，它们依次为“所选键旋转为水平位置”、“所选键旋转为垂直位置”、“以所选键为中心翻转”、“水平翻转”、“垂直翻转”图标。最后四个图标可以实现分子式的复制及3d优化等功能。3 chemsketch的功能及特点31 acd/chemsketch软件包的主要应用模式与功能有：结构模式，用于画化学结构和计算它们的性质；画图模式，用于文本和图像处理；分子性质模式，对分子量、组成、摩尔折射率、摩尔体积、等张比容、折射率、表面

8、张力、密度、介电常数、极性等化学性质进行估算。32 该软件具有良好的图形界面和简便的操作 ,所有绘图和编辑操作都提供直观的图标，除文字输入以外,几乎所有的操作都可以用鼠标完成。将鼠标停留在某个图标上 ,屏幕上即显示该图标的功能定义 ,同时在主窗口的下方有提示窗口 ,给出更为详细的帮助和说明。它本身提供了大量常用的分子结构式和官能团供选用 ,用户也可根据自己需要,将经常用的分子结构式和官能团定义成图标,以便直接使用。同时具有下拉式菜单 ,支持鼠标操作 ,并可设置快捷键。画分子图形的各种常用操作，不必记忆操作命令，亦不必采用下拉式菜单；如对分子图形的组合，水平、垂直翻转及任意角度转旋转等操作直接从

9、工具栏中用鼠标点击相应按钮即可。33 该软件还提供了大量画分子式或分子图形所需的各种“元件模板”，如各种类型的化学键、分子母环（从三元到八元环，包括六元环的船式和椅式构型）、化学分子轨道、圆电荷、球（椭球）等。在模型窗口中提供有大量常用的有机化合物的现成结构供选择，每一类化合物以一个独立的文件形式进行保存与管理，要使用时可调用并运行它，即出现在模型窗口中，打开模型窗口选择它即可。用户使用该软件画图的过程中面对的是一个个可视对象，画图就象小孩搭积木那样简单。34 该软件具有强大的分子图形编辑功能。对分子图形可进行组合、分块处理，即可将许多物体结合成一个物体进行处理，或将一个物体分解成许多部分，使

10、得在编辑时可根据需要用不同的方式来编辑。所绘制的分子结构和图形可以进行缩小、放大、旋转、移动等操作; 也能对局部进行精确微调，也可以进行剪切、粘贴、删除等操作;可以插入文字说明、注释和各种符号、图解、图表，自身带有一个文字编辑模板 ,可以对文字和图形的尺寸、颜色、大小等属性进行定义 ,使打印输出的结果更美观。3。5 在 acd/chemsketch4。55 版本中，增加了 3dviewer插件，在运行chemsketch的同时，打开菜单acd/lab双击3dviewer 即可，将在chemsketch中绘制的结构复制到3dviewer 即产生了相应的3d分子模型，选择不同的模型形式可以得到球棍

11、模型、比例模型等，运用鼠标拖曳可以进行任何角度的旋转，也可选择自动旋转及自动模型转换方式， 3d效果非常理想。4 chemsketch在化学课堂上的应用4.1 能简易地书写有机化合物的分子式和结构式。在 3个常用界面中 ,structure(结构)界面用于写结构式 ,并提供与之相应的元素周期表、常用基团及环状结构 ,通过转换按纽可使结构式的完全表达式与骨架式互换;draw(画图)界面则用于画图、文字输入 ,并设有启动各类常用有机物的结构模板的按纽 ,可以方便地获得已画好的有机物结构式。这些结构式中包含了常用的平面式、透视式、立体式等;3d(三维)界面则可将平面结构转换成三维立体模型 ,可以任意

12、选择开库勒模型、斯陶特模型、骨架模型与电子云模型 ,这些模型在需要时能自由旋转 ,提供适当的角度给学生。并配有对每个分子及不同化学键的各种参数;4.2 可方便地书写化学方程式。这个功能远比用粉笔在黑板上书写更便捷、更准确 ,从而为教师的个性化教学提供了条件;4.3 能全方位地提供有机化学中的各种表达手段 ,解决教学工作中的文字工作表达的困难。如调动多种分类储存的资料 ,提供分子轨道、纽曼投影式、实验室装置、蛋白质及dna的空间模型等;甚至还涉及到四谱图解及各种实验数据等。4.4 micorsoft powerpoint是目前最畅销 、最完备的演示图形制作软件之一。所生成的专业化演示包括文字处理

13、、提纲归纳、绘制图形、创造图表、剪贴技术及动画等。acd/chemsketch使用简单，支持ole，所画的结构式和提供的元素周期表等资料，可直接插入到powerpoint幻灯片中，acd/3d显示的三维结构可以用copy命令录制到剪贴板，然后粘贴到幻灯片。 结合powerpoint动画、声音效果和超级连接功能，加上教师丰富的创造力和想象力，一定能开发出多姿多彩、形象生动的多媒体课件。5 acd/ chemsketch 的应用实例5.1 绘制分子式 例一：绘制c2h5cl（1）点击,在工作栏上连点4下,得;（2）点击,在左下角的烷基处点一点,;（3）点击,在左上角的烷基处点一点,得;（4）点击a

14、cd/labs 下拉菜单中的3dviewer，可得（球棍模型）。 例二： 绘制 （1）点击,在弹出的页面处选出苯环图形；（2）点击工作栏,得；（3）点击,在最下面的那个碳处点一下,得； 点击,点击最下面那个烷基,得；（5）同样点击acd/labs 下拉菜单中的3dviewer，可得（球棍模型）。5.2绘制反应式例一： 点击,在输入框内输入ch3coona,得； 再依次输入naoh,cao,na2co3,ch4,得到相应的分子式； 添加加号,三角号和箭头； 把各个组件放在合适的位置。例二：苯的硝化反应（1）点击,在弹出的页面处选出苯环图形；（2）点击工作栏,得；（3）点击,在输入框内依次输入ho

15、no2，h2so4,h2o，得hono2,h2so4,h2o；(4) 点击工作栏,得；(5) 点击,在弹出的页面处选出no2,得；（6）添加加号,三角号和箭头；（7）把各个组件放在合适的位置；（8）点击中的“画图”按钮，选择编辑文本按钮；(9) 输入反应条件5560，即可。5.3画实验装置图画出蒸馏装置图（1）模板模板窗口,调出相关界面；（2）在左边选择lab kit；（3）按选择相关页面,直至出现蒸馏装置为止；（4）选中蒸馏装置,在工作栏上点击得 。acd/ chemsketch 软件的长处就在于可以方便快捷地将任意一个分子的结构式转化为三维空间的分子模型 ,并提供该分子所对应的一系列参数

16、,为教学中随处可见的各种分子提供了三维的诠注 ,实践证明与立体化学有关的内容取得了较理想的效果;而知识容量大则是由于预先制作 powerpoint 幻灯片 ,免除了在黑板上书写的时间 ,使学生有可能见到更多更广的知识。化学工具软件之所以能够应用于教育教学 ,并发挥越来越重要的作用 ,一方面得益于软件设计者独特、 巧妙的教学设计和功能模块设计 ,另一方面有赖于多媒体网络教学技术的广泛应用 ,当然最重要的还是学科教师独具匠心的教学设计 ,以及学习者的自主学习能力和探究精神。化学教师可以充分挖掘和利用化学工具软件的教育功能 ,通过计算机网络或大屏幕投影仪动态演示有关化学教学内容以传授知识 ,动态演示

17、如何利用工具软件解决化学问题以培养学生分析问题和解决问题的能力 ,演示化学(实验)现象、 化学过程 ,揭示化学原理 ,加深对抽象的化学概念的理解 ,完成复习旧课、 讲授新课、 巩固新课、 课堂测验(练习) 、 布置作业等教学环节。例如 ,利用 chemsketch 动态绘制复杂的化合物分子结构和化学方程式 ,归纳总结分子结构、 化学反应与价键结合的规律 ,动态地组装化学实验装置等。利用 chemsketch的 show 3d和model chemlab的molecule viewer清晰、 方便地演示分子的立体结构图和三维动画。这样的动态演示可以调动学生的学习兴趣 ,紧紧抓住学习的注意力 ,有

18、利于培养学生形象思维和逻辑思维。除了应用于课堂教学外 ,化学教师也可指导学生利用化学工具软件进行自主学习、 独立探究和尝试解决化学问题 ,或对某些复杂问题 ,进行合作学习和协同探究。化学工具软件是一种重要的、 特殊的化学教育资源。从化学工具软件的产生、 发展的逻辑上看 ,我们可以把它归结为信息技术与化学课程整合的必然产物 ,而从化学工具软件在化学教育中的作用上来说 ,它是实现信息技术与化学课程整合重要的软件基础 ,可以称得上是信息技术与化学课程整合的 “粘合剂、 催化剂和加速剂” 。创作型兼教学性的化学工具软件代表了化学教育教学资源的未来方向 ,是计算机辅助化学教学的发展趋势。化学教师充分发挥各化学工具软件在教育教学中的积极作用 ,有利于充分挖掘计算机和网络教育资源的利用率和潜力 ,有利于把学生从网上聊天、 网上游戏、 网上视听娱乐、 网恋导向到化学专业学习以及以计算机、 网络和外语为核心的信息技术的学习与掌握这样正确的方向上来 ,有利于化学教师实施创造教育 ,把培养学生的