常用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)化學(xué)教與學(xué)的重要性

李小軍

摘 ? ?要： 本文討論了常用計(jì)算機(jī)化學(xué)軟件對(duì)化學(xué)教學(xué)的重要性，并從化學(xué)軟件的應(yīng)用范圍、教學(xué)方式及合適的教學(xué)實(shí)例方面，提出具體的實(shí)施辦法。

關(guān)鍵字： 計(jì)算機(jī)軟件 ? ?化學(xué)教學(xué) ? ?多媒體技術(shù)

隨著中國(guó)計(jì)算機(jī)水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)各種常用軟件已經(jīng)普及到化學(xué)相關(guān)學(xué)科，主要原因是化學(xué)本科生或者研究生都需要做大量實(shí)驗(yàn)、寫論文，其中會(huì)涉及大量數(shù)據(jù)處理，比如，化學(xué)反應(yīng)式、二維和三維結(jié)構(gòu)圖、各種實(shí)驗(yàn)光譜（如紅外，紫外-可見，X衍射和核磁等）及化學(xué)反應(yīng)示意圖和工藝流程圖等。但是根據(jù)我們以往的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在寫畢業(yè)論文或者處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，往往不知該如何操作，有的文檔編輯得一塌糊涂，有的化學(xué)反應(yīng)式或者實(shí)驗(yàn)裝置示意圖不合理等，甚至連參考文獻(xiàn)引用及論文腳注和頁碼都不會(huì)插入，這些都無形中給評(píng)閱教師帶來更多不便，而且不利于學(xué)生畢業(yè)以后的工作學(xué)習(xí)。

對(duì)于化學(xué)相關(guān)學(xué)科，我們提供了各種常用軟件，如Word、PowerPoint、Excel、Chemoffice、ChemSketch、Origin等。這些軟件可以相互補(bǔ)充、各取所長(zhǎng)地為學(xué)生服務(wù)，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及論文纂寫中更方便自如。

一、軟件內(nèi)容及用途

常用軟件涉及的主要內(nèi)容有：Word、PowerPoint、Excel、Chemoffice、ChemSketch、Origin等。Word在化學(xué)論文及文獻(xiàn)書寫中的應(yīng)用，如文字圖形、公式編輯、排版、三線制表格、聲音、動(dòng)畫及用于畢業(yè)論文寫作和格式排版等，能夠滿足用戶的各種文檔處理要求;Excel可以極大地提高數(shù)據(jù)處理的工作效率，并輕松地完成數(shù)據(jù)的各類數(shù)學(xué)運(yùn)算;PowerPoint進(jìn)行產(chǎn)品展示和畢業(yè)答辯;Chemoffice畫各種二維和三維分子的結(jié)構(gòu)式;ChemSketch除了可以繪制實(shí)驗(yàn)裝置和畫結(jié)構(gòu)式之外，還可以預(yù)測(cè)分子的物化性質(zhì);Origin軟件進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理分析，其涉及圖像處理、光譜峰值分析和曲線擬合等各種完善的數(shù)學(xué)分析功能。

二、教與學(xué)

這些軟件的教學(xué)必須以多媒體教學(xué)為主，這樣一方面教師通過課堂講授，并和學(xué)生討論、提問等形式進(jìn)行，使學(xué)生充分融入課堂教學(xué)氣氛中，并在學(xué)習(xí)過程中融會(huì)貫通。另一方面通過多媒體技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，學(xué)生直接接觸各種常用化學(xué)軟件的操作和使用過程，并在教學(xué)中提出疑問，方便學(xué)生和教師的直接交流，以期增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。此教學(xué)一般會(huì)采取16學(xué)時(shí)的多媒體教學(xué)環(huán)節(jié)，并設(shè)置16學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，從而豐富教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和操作技能，為今后在化學(xué)相關(guān)的計(jì)算機(jī)處理工作中打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、教學(xué)實(shí)例示意圖

1.ChemOffice三維結(jié)構(gòu)建模

ChemOffice軟件旗下有Chem3D和Chemdraw兩個(gè)模塊，其中Chem3D提供了多種多樣的3D模型建立方法。如可以利用單鍵、雙鍵或三鍵工具直接繪制3D模型，可以將分子式轉(zhuǎn)換成3D模型，也可以用Chem3D提供的子結(jié)構(gòu)或模板建立模型。

（1）單擊垂直工具欄上的單鍵按鈕。

（2）將椎鼠標(biāo)移動(dòng)至模型窗口，按住鼠標(biāo)左鍵拖出一條直線，放開鼠標(biāo)即成乙烷（C2H6）立體模型。

（3）將鼠標(biāo)移至C（1）原子上，向外拖出一條直線，放開鼠標(biāo)即成丙烷（C3H8）立體模型。

（4）將鼠標(biāo)移至C（2）原子上，向外拖出一條直線，放開鼠標(biāo)即成丁烷（C4H10）立體模型，如圖1所示。

圖1 ? ?三維結(jié)構(gòu)（a）和擬合直線（b）

2.Origin回歸擬合參數(shù)設(shè)置

所謂回歸（regression）分析，簡(jiǎn)單地說，就是一種處理變量與變量之間相互關(guān)系的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。用這種數(shù)學(xué)方法可以從大量觀測(cè)的散點(diǎn)數(shù)據(jù)中尋找到能反映事物內(nèi)部的一些統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并按數(shù)學(xué)模型形式表達(dá)出來，故稱它為回歸方程。

例如在自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體下落的距離S與所需時(shí)間t之間，有如下關(guān)系：

S=gt

變量S的值隨t而定（其他項(xiàng)是常數(shù)），這就是說，如果t有確定值，那么S的值就完全確定了。這種關(guān)系就是所謂的函數(shù)關(guān)系或確定性關(guān)系。

回歸（Regression）也可以稱為擬合（Fitting），回歸是要找到一個(gè)有效的關(guān)系，擬合則要找到一個(gè)最佳匹配方程，二者基本是一個(gè)意思。

根據(jù)回歸關(guān)系可分：線性回歸（linear regression）和非線性回歸（nonlinear regression）。其中非線性回歸處理的情況要比線性回歸復(fù)雜得多，需要進(jìn)行更大量的嘗試。因此除了依賴計(jì)算進(jìn)行反復(fù)運(yùn)算逼近外，用戶自己對(duì)參數(shù)的取值范圍和估算也很重要。

四、學(xué)習(xí)效果

在每節(jié)課的教學(xué)環(huán)節(jié)后可通過設(shè)置不同練習(xí)題讓學(xué)生熟悉如何操作，再通過學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握情況，進(jìn)行反復(fù)例題練習(xí)。

五、例題案例

例題的設(shè)置必須合理，有針對(duì)性。辦公軟件的Word模塊，通過設(shè)置如下例題，讓學(xué)生掌握幾個(gè)文檔的知識(shí)要點(diǎn)：插入腳注、標(biāo)題設(shè)置、公式編輯器使用、文本及聲音批注和超級(jí)鏈接。

圖2 ? ?練習(xí)題模板

六、結(jié)語

常用計(jì)算機(jī)化學(xué)軟件作為一門實(shí)踐性課程，對(duì)化學(xué)學(xué)生的畢業(yè)論文創(chuàng)作有非常重要的作用。教師通過實(shí)例教學(xué)，充分選擇合適的教學(xué)案例，靈活使用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，并結(jié)合學(xué)生的上機(jī)操作，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，為今后化學(xué)相關(guān)的計(jì)算機(jī)處理工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭智，陳悅.化學(xué)化工常用軟件實(shí)例教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[2]李謙，毛立群，房曉敏.計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[3]方利國(guó).計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.