利用化學(xué)軟件輔助分子結(jié)構(gòu)教學(xué)

葉華斌

摘 要：在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的教學(xué)歷來(lái)是教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。主要介紹計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）在克服這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)時(shí)的一些體會(huì)：適應(yīng)不同課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的要求，選擇合適的應(yīng)用軟件（開發(fā)平臺(tái)），可以大大提高工作效率和教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；軟件；分子結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，對(duì)文字，聲音、圖像、動(dòng)畫的處理能力越來(lái)越強(qiáng)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI，Computer Assisted Instruction）已經(jīng)被廣大化學(xué)教師所采用。它對(duì)克服教學(xué)難點(diǎn)、提高教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮了很大的作用。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI應(yīng)用的范圍很廣。比如，抽象的化學(xué)概念和原理；一些有毒、危險(xiǎn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)而且觀察不明顯的內(nèi)容（如：溴苯制備，氫氣還原氧化銅等）；或在實(shí)驗(yàn)室無(wú)條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)（如：工業(yè)生產(chǎn)煉鐵，化工的生產(chǎn)流程等）。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI課件可以把它們形象化、動(dòng)態(tài)化，讓化學(xué)教學(xué)過(guò)程更直觀、更活潑，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。因此以前許多教師感到難教，學(xué)生感到難學(xué)的內(nèi)容，借助CAI可以變得更容易教、更容易學(xué)，提高了教學(xué)效率。

物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和成鍵方式（即：分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)）是中學(xué)化學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，同時(shí)又是一個(gè)重點(diǎn)。理解它們需要有較強(qiáng)的空間想象能力和抽象思維能力，大部分學(xué)生理解起來(lái)比較吃力。在有機(jī)物的教學(xué)中表現(xiàn)得尤其突出。因?yàn)橛袡C(jī)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異構(gòu)現(xiàn)象非常普遍，在普通教學(xué)方法中很難用語(yǔ)言或圖形準(zhǔn)確描述，如：烴的分子結(jié)構(gòu)、有機(jī)官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)、氨基酸的分子結(jié)構(gòu)。它們看不見、摸不著，單靠語(yǔ)言和文字的描述，很難在學(xué)生中留下深刻的印象。過(guò)去依靠展示靜態(tài)模型，因?yàn)槟Ｐ彤吘购苡邢?，而且只能反映出有限的幾種靜態(tài)情況，教學(xué)效果一般。但是運(yùn)用CAI課件可以很好地攻克這一難點(diǎn)。因?yàn)椴噬膱D形和動(dòng)畫能夠使概念易于理解，易于記憶，使學(xué)生更容易掌握教學(xué)內(nèi)容。目前，制作化學(xué)CAI課件的軟件有PowerPoint，F(xiàn)lash，Authorware，PhotoShop， 3Dmax等。雖然這些軟件都可以繪圖，但是制作分子結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行很多復(fù)雜的操作，花費(fèi)大量的時(shí)間，而且繪成的圖形自己都不太滿意，直接影響到整個(gè)教學(xué)效果。我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)用化學(xué)軟件可以很方便地完成演示課件的制作。這些化學(xué)小軟件可以很方便建立分子微觀三維立體結(jié)構(gòu)，完整地表現(xiàn)了分子的立體結(jié)構(gòu)；可以隨意旋轉(zhuǎn)各種角度，從不同側(cè)面進(jìn)行觀察；還可以動(dòng)畫來(lái)演示分子結(jié)構(gòu)以及化學(xué)鍵的形成過(guò)程和斷裂過(guò)程，使學(xué)生從動(dòng)畫中深刻體會(huì)微觀世界的微妙。圖1和圖2作為示例，分別從不同角度觀察CH3OH分子結(jié)構(gòu)和金剛石結(jié)構(gòu)。報(bào)刊中常見的化學(xué)軟件有Chemsketch和ChemDraw等，我們所用的小軟件是Rasmol和Diamond，與Chemsketch，ChemDraw相比，這兩個(gè)小軟件更容易操作，所占用磁盤空間更小，學(xué)習(xí)軟件所需要的時(shí)間可以大大減少。這兩個(gè)軟件均是圖形界面，有菜單、工具欄等，非常便于學(xué)習(xí)和操作使用。圖3是Rasmol和Diamond的主界面。

我們?cè)谥谱髡n件中認(rèn)識(shí)到，各種電腦繪圖軟件的功能雖然都很強(qiáng)大，但是針對(duì)教學(xué)目標(biāo)，選擇合適軟件可以大大提高工作效率，而且可以提高課件質(zhì)量。如果把這個(gè)想法應(yīng)用到教學(xué)中：對(duì)于教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，利用現(xiàn)代化手段，合理恰當(dāng)?shù)匕袰AI引入教學(xué)過(guò)程中，充分利用計(jì)算機(jī)的功能，可以使教學(xué)更生動(dòng)有趣，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)效率。其實(shí)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，存在許多類似的情況。如：在課件中書寫化學(xué)方程式、離子方程式，經(jīng)常會(huì)遇到可逆、氣體、沉淀、加熱等符號(hào)；氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移情況的表示；如果采用Word等軟件進(jìn)行輸入，比較麻煩和困難。又如，一些化學(xué)中儀器裝置圖（酒精燈、燒杯等），采用Photoshop或Brush等軟件，畫起來(lái)非常吃力。而采用化學(xué)軟件ChemOffice可以很方便地完成這些要求?？傊?，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，適應(yīng)不同課堂教學(xué)的要求，針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容，采用合適的教學(xué)方法，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)方式，才能真正發(fā)揮CAI的作用，使課堂教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化。

圖1 從不同角度觀察CH3OH分子結(jié)構(gòu)

圖2 從不同角度觀察金剛石結(jié)構(gòu)

圖3 Rasmol和Diamond的主界面

編輯 李建軍