摘 要: 本文介紹了計算機在化學教學中的一些應用,包括互聯(lián)網(wǎng)上可用的化學資源,教學中的常用軟件,以及計算機輔助教學等,對化學教師和化學專業(yè)的學生都有一定的幫助。
關(guān)鍵詞: 化學教學 計算機 軟件
隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展,計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息技術(shù)在化學學科中的不斷滲透、不斷融合,計算機在現(xiàn)代化學教學中扮演著越來越重要的角色,給化學教學帶來了極大的便利。
1. Internet上的化學資源
互聯(lián)網(wǎng)上常見的化學資源類型有:化學教學課件和教學素材,化學教學優(yōu)秀教案,化學教學參考資料,網(wǎng)絡(luò)電子圖書、電子雜志和期刊,網(wǎng)絡(luò)教程等。以前的文獻[1-3]對此有較詳細的描述,這里不再贅述。
2.化學教學中的常用軟件
計算機軟件可以在人們的工作、學習與研究中協(xié)助我們更快、更好、更方便地工作,化學工作者經(jīng)常用到的軟件通??煞譃橐话丬浖突瘜W專業(yè)軟件。
2.1一般軟件
2.1.1 PowerPoint[4]
PowerPoint是Microsoft公司開發(fā)的用于制作和演示幻燈片的軟件,能夠制作出集文字、圖形、圖像、聲音、動畫及視頻剪輯等多媒體元素于一體的演示文稿,以形象生動、圖文并茂的形式將你要表達的內(nèi)容在計算機或大屏幕上動態(tài)地表現(xiàn)出來。
2.1.2 Authorware[4]
Authorware是Macromedia公司開發(fā)的一種多媒體軟件制作工具。它與傳統(tǒng)的計算機程序設(shè)計語言不同,只要通過對圖標的調(diào)用來編輯一些控制程序走向的流程圖,將文字、圖像、圖形、動畫、聲音、視頻等各種多媒體項目數(shù)據(jù)匯集在一起,賦予其人機交互功能,從而達到多媒體軟件制作的目的。
2.1.2 Excel[5]
Microsoft Excel軟件是微軟公司開發(fā)的功能強大的電子表格管理軟件,由于其豐富的庫函數(shù)和強大的邏輯判斷、計算功能,使用Microsoft Excel軟件處理實驗數(shù)據(jù),具有方便、快捷、準確度高等優(yōu)點。我們運用這個軟件解決化學理論教學中的曲線繪制、數(shù)據(jù)處理、實驗標準曲線制作等問題。
2.1.3 Origin[6,7]
Origin軟件是由Microcal Software公司研發(fā)的對科學數(shù)據(jù)進行處理和繪圖的軟件,主要功能有:對數(shù)據(jù)進行常規(guī)處理和一般的統(tǒng)計分析,如記數(shù)、排序、求平均值和標準偏差、t檢驗、快速傅里葉變換、比較兩列均值的差異、回歸分析,用數(shù)據(jù)作圖,用自帶函數(shù)及自定義函數(shù)擬合曲線等。
2.1.4 Mathtype
Mathtype是Design Science公司開發(fā)的一個用來建立包含數(shù)學公式的文檔和網(wǎng)頁的交互式工具,它可以與任何文字處理軟件、演示文檔軟件、頁面排版軟件、網(wǎng)頁制作軟件良好兼容,在其中加入各種復雜的數(shù)學公式和符號。
2.2化學專業(yè)軟件
2.2.1 ChemOffice[8]
ChemOffice是美國CambridgeSoft公司的重要產(chǎn)品之一,是目前化學工作者桌面應用的最重要和最權(quán)威的軟件包之一,主要由ChemDraw、Chem3D、ChemFinder等幾部分組成。
ChemDraw(圖1)是一個化學結(jié)構(gòu)繪圖軟件,主要功能就是繪制各種形狀的化學分子結(jié)構(gòu)及化學圖形,具有一般其他繪圖軟件所不具備的化學分子圖形編輯功能。軟件本身更是附帶了模板,如各種類型的糖、氨基酸等在模板窗口中,每個模板以獨立的文件進行保存與管理,使用時打開模板窗口選中即可,通過模板的操作,畫圖就如同搭積木一樣簡單。
Chem3D是一個用于設(shè)計化學模型的應用軟件,將構(gòu)建、分析、計算工具融于一體。將二維平面的有機分子結(jié)構(gòu)圖形(ChemDraw)轉(zhuǎn)化成三維的空間結(jié)構(gòu),并能給出鍵長、鍵角等化合物的基本信息,在分子和原子水平上模擬和分子的立體構(gòu)象,顯示分子三維結(jié)構(gòu)的球體圖、球棍圖、帶狀圖,線狀圖。
ChemFinder是一個化學信息管理和數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng),可以建立化學數(shù)據(jù)庫、儲存及搜索,或搭配ChemDraw、Chem3D使用,也可以使用現(xiàn)成的化學數(shù)據(jù)庫。ChemFinder是一個智能型的快速化學搜尋引擎,所提供的ChemInfo是目前世界上最豐富的數(shù)據(jù)庫之一,包含ChemACX、ChemINDEX、ChemRXN、ChemMSDX,并不斷有新的數(shù)據(jù)庫加入。ChemFinder可以從本機或網(wǎng)上搜尋Word,Excel,Powerpoint,ChemDraw,ISIS格式的分子結(jié)構(gòu)文件。還可以與微軟的Excel結(jié)合,可聯(lián)結(jié)的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫包括Oracle及Access,輸入的格式包括ChemDraw、MDL ISIS SD及RD文件。
2.2.2 HyperChem[9]
HyperChem軟件包是HyperCube公司開發(fā)的32位Windows界面程序,是常用的分子設(shè)計和模擬軟件,可進行量子力學、分子力學,分子動力學計算。HyperChem軟件包功能非常強大,主要由這樣幾個模塊組成:構(gòu)造分子;優(yōu)化分子結(jié)構(gòu);研究分子反應;觀察軌道和電子圖譜;評估化學反應路徑和化工機械裝置;研究分子動力學。用HyperChem(圖3)構(gòu)建分子只需從元素周期表選擇元素,點擊和拖動鼠標畫出分子的骨架結(jié)構(gòu)。
可以給出異構(gòu)體的相對穩(wěn)定性;團簇的穩(wěn)定性;生成熱;電離勢;電子親和能;原子電荷;偶極矩;極化率張量;過渡態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì);紅外和紫外—可見吸收光譜;振動的同位素效應;電子自旋磁共振譜(ESR Spectra):對開殼層體系的超精細偶合常數(shù)計算,表征ESR譜;結(jié)構(gòu)—活性關(guān)系分析。
2.2.3 Gaussian[10-13]
Gaussian是一個功能強大的量子化學綜合軟件包,界面友好,便于操作,已被廣泛應用??捎脕眍A測氣相和液相條件下,分子和化學反應的許多性質(zhì),可以完成如下幾個方面的計算研究工作:分子的能量和結(jié)構(gòu);過渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu);振動頻率;紅外和拉曼光譜(包括預共振拉曼);熱化學性質(zhì);成鍵和化學反應能量;化學反應路徑機理;分子軌道;原子電荷;電多極矩;NMR屏蔽和磁化系數(shù);自旋—自旋耦合常數(shù);振動圓二色性強度;電子圓二色性強度;g張量和超精細光譜的其他張量;旋光性;振動—轉(zhuǎn)動耦合;非諧性的振動分析和振動—轉(zhuǎn)動耦合;電子親和能和電離勢;極化和超極化率;各向異性超精細耦合常數(shù);靜電勢和電子密度;垂直激發(fā)能。
2.2.4 Gaussview
Gaussview(圖4)是一個專門設(shè)計與Gaussian配套使用的可視化軟件,可以構(gòu)建三維分子模型,構(gòu)建Gaussian的輸入文件,也可以以圖形及動畫的形式顯示Gaussian計算的結(jié)果,如幾何結(jié)構(gòu),紅外光譜、拉曼光譜、電子吸收光譜、核磁共振譜,振動模式分析,分子軌道,電荷分布,偶極矩,反應路徑等。
3.計算機輔助教學(Computer Aided Instruction,簡稱CAI)[14]
CAI是在計算機輔助下進行的各種教學活動,以對話方式與學生討論教學內(nèi)容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術(shù)。綜合應用多媒體、超文本、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信和知識庫等計算機技術(shù)。它的使用能有效地縮短學習時間、提高教學質(zhì)量和教學效率,實現(xiàn)教學目標。
4.結(jié)語
總之,隨著電子技術(shù)的普及和迅速發(fā)展,計算機已成為化學教學過程中不可缺少的輔助工具,對其綜合和合理運用,必將給教師的教和學生的學帶來極大的便利和樂趣。
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[14]http://baike.baidu.com/view/8067.htm.