ChemOffice軟件在化學(xué)教學(xué)中的作用

劉立佳 王玉丹 趙方波

摘要：本文簡要概述了化學(xué)工具軟件ChemOffice 2008的特性、分類以及在輔助化學(xué)教育、課件制作中的應(yīng)用。提倡教師要熟練掌握化學(xué)工具軟件的制作，并將其多應(yīng)用于課堂教學(xué)中，從而使學(xué)生能更直觀容易的理解教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)研究教學(xué)的目的。

關(guān)鍵字：化學(xué)應(yīng)用軟件；化學(xué)教育；ChemOffice

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0224-02

一、前言

在現(xiàn)代化學(xué)教學(xué)中，大量的化學(xué)應(yīng)用軟件的研發(fā)為化學(xué)教育和科研工作者們應(yīng)用計算機解決了具體的問題。在我國，大部分高校已經(jīng)將有關(guān)計算機化學(xué)的課程正式列入大學(xué)生課程教學(xué)中。在應(yīng)用廣泛的眾多化學(xué)應(yīng)用軟件中，由美國劍橋軟件公司研究開發(fā)的ChemOffice軟件因其直觀、快捷的特點得到專業(yè)教學(xué)的一線教師、學(xué)生和科研部門的化學(xué)工作者的一致好評。這款化學(xué)應(yīng)用軟件可以進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖、分析模擬以及化學(xué)信息搜尋整合，不僅可以解決化學(xué)計算中的復(fù)雜問題，而且可以利用虛擬的程序模擬化學(xué)世界的微觀結(jié)構(gòu)，并可以將微觀結(jié)構(gòu)的光譜形態(tài)等直觀地展示出來。在本文中介紹了ChemOffice的化學(xué)應(yīng)用處理軟件，以及ChemOffice軟件對現(xiàn)代的化學(xué)教育顯示的突出作用。

二、ChemOffice簡介

ChemOffice全稱CambridgeSoft ChemOffice是由美國劍橋軟件公司研究和開發(fā)的一款化學(xué)專業(yè)應(yīng)用軟件。ChemOffice軟件集強大的應(yīng)用功能于一身，可以讓化學(xué)工作者的日常工作變得更加便捷?；瘜W(xué)應(yīng)用處理軟件ChemOffice由ChemDraw、ChemFinder和Chem3D三個模塊組成。ChemDraw模塊是化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖軟件，也是現(xiàn)在各論文期刊指定的格式；Chem3D模塊是分子模擬分析繪圖模塊，通常用它來計算分子軌道的形狀、分子表面積、顯示分子軌道，描繪化合物的結(jié)構(gòu)；ChemFinder模塊是化學(xué)信息搜尋整合系統(tǒng)，用來建立化學(xué)數(shù)據(jù)庫、儲存數(shù)據(jù)及搜索化學(xué)數(shù)據(jù)庫。ChemOffice軟件是針對專業(yè)化學(xué)繪圖設(shè)計，可以繪制各式各樣的化學(xué)鍵、環(huán)、軌道等，可以與軟件中的數(shù)據(jù)庫鏈接，可以查出結(jié)構(gòu)式；也可以將化合物名稱直接轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)圖，省去繪圖的繁瑣；還可以對已知結(jié)構(gòu)的化合物命名，給出正確的化合物名稱。也可以利用此軟件所提供的樣板功能，大幅縮短制作文件所需的時間。

三、ChemOffice有助于化學(xué)教學(xué)

（一）化學(xué)教學(xué)的主要輔助手段

隨著計算機多媒體技術(shù)的普及和現(xiàn)代化學(xué)應(yīng)用軟件的開發(fā)，現(xiàn)在化學(xué)教育的授課方式已經(jīng)告別了一盒粉筆、一塊黑板的傳統(tǒng)教學(xué)，現(xiàn)代化的教學(xué)輔助手段使越來越多的老師都體會到了用化學(xué)工具軟件來制作課件輔助教學(xué)的優(yōu)越性。ChemOffice軟件在化學(xué)教學(xué)中可以優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，使原本枯燥的課堂變得生動起來。主要體現(xiàn)在以下幾點：

1.直觀、可視性。在化學(xué)教學(xué)中，關(guān)于化合物結(jié)構(gòu)的講解一直是授課的一個重點，也是學(xué)生理解的一個難點。ChemOffice軟件不僅可以繪圖，還可以將化合物的結(jié)構(gòu)立體化。這樣教師在備課的過程中不但不用準(zhǔn)備模型，而且在授課過程中還可以根據(jù)需要隨時將平面圖和立體圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提高教學(xué)效率，能取得良好的教學(xué)效果。例如苯乙烯的結(jié)構(gòu)式如圖1。利用ChemDraw模塊建立分子結(jié)構(gòu)式后，再利用Chem3D模塊可以將轉(zhuǎn)化為三維圖形如圖2。三維圖形可以動態(tài)旋轉(zhuǎn)向?qū)W生展示不同方向的立體構(gòu)象，便于學(xué)生直觀的理解。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機大分子，比如葡萄糖、纖維素、環(huán)糊精等，都可以采用ChemOffice軟件進(jìn)行模擬展示，一看便知，易于理解。

2.有助于探究式教學(xué)。如何做好探究式教學(xué)，從20世紀(jì)中期開始就一直是國內(nèi)外教育科學(xué)領(lǐng)域中的一個研究重點課題。探究式教學(xué)使學(xué)生不再被動地接受知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。化學(xué)應(yīng)用軟件ChemOffice有助于探究式教學(xué)的開展。例如有機化合物命名的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，部分學(xué)生對于命名規(guī)則還是理解不透徹。ChemOffice軟件的命名功能，可以幫助學(xué)生理解深入。利用ChemOffice化學(xué)工具軟件中的ChemDraw模塊在課堂上演示，繪制出化學(xué)結(jié)構(gòu)式，單擊結(jié)構(gòu)（Structure）菜單中的結(jié)構(gòu)式轉(zhuǎn)化為名稱（Convert Structure to Name），可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)式進(jìn)行自動命名。同時，ChemOffice可以將化合物的系統(tǒng)名稱直接轉(zhuǎn)為化學(xué)結(jié)構(gòu)式，輸入名稱轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)式（Convert Name to Structure）的命令后，輸入化學(xué)名稱，系統(tǒng)會找到對應(yīng)的結(jié)構(gòu)置于繪圖中。通過這兩個功能，學(xué)生能扎實的理解掌握結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物命名規(guī)則。對于陌生名稱也能查到結(jié)構(gòu)式，理解能更深入徹底。

利用ChemOffice軟件還可以鍛煉學(xué)生的波譜解析能力，例如，利用ChemDraw模塊可預(yù)測一些化合物的1H-NMR和13C-NMR譜。原理是以選取的分子基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用加和性原則來計算氫原子和碳原子的化學(xué)位移。在課堂上教師也可以通過圖譜模擬功能，直接演示各種化學(xué)物質(zhì)的氫譜和碳譜，省去具體實驗的繁瑣。

3.使復(fù)雜計算簡單化，適用于高等教育。ChemOffice軟件不僅可以應(yīng)用于初高中、大學(xué)本科的化學(xué)課程教學(xué)中，對于高等學(xué)校的碩博士研究生的研究型教育也非常適用。例如，ChemOffice軟件中的Chem3D模塊具備強大的計算功能。計算范圍包括鍵長、鍵角、二面角、分子間距離、分子所在空間的基本計算。還能結(jié)合MM2、MOPAC、Gaussian等程序進(jìn)行分子力學(xué)和量子力學(xué)的計算，甚至對分子進(jìn)行動力學(xué)模擬、化合物構(gòu)象分析和過渡態(tài)能量優(yōu)化。例如，可以通過Compute Properties計算的出復(fù)雜反應(yīng)，中間過渡態(tài)產(chǎn)物的一系列性質(zhì)，從計算結(jié)果中可以得到偶極、動能、勢能、極化率、總能等一系列性質(zhì)參數(shù)。ChemOffice軟件對于培養(yǎng)研究型的高等化學(xué)人才有著重要的意義。

（二）增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和師生間的互動

課堂教學(xué)的過程是老師和學(xué)生互動的過程，但在很多情況下，學(xué)生由于缺乏學(xué)習(xí)的主動性，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性降低，學(xué)習(xí)興趣下降。ChemOffice化學(xué)應(yīng)用軟件可以創(chuàng)設(shè)情景教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果事半功倍。例如，可以利用ChemOffice軟件中的ChemDraw模塊，模擬化學(xué)實驗，自主設(shè)計實驗方案、實驗過程，根據(jù)實驗流程要求，讓學(xué)生自己動手，根據(jù)實驗要求找出需要的化學(xué)儀器（例如圖3），進(jìn)行拼接，繪制實驗反應(yīng)裝置圖（例如圖4），教師只給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和提示，學(xué)生的積極參與，加強了師生交流，活躍了課堂氣氛。學(xué)生體會到學(xué)會的知識是自己發(fā)現(xiàn)出來的，不是別人硬塞進(jìn)來的。這種可以通過自己的探索和思考而獲得知識的教學(xué)手段，有利于學(xué)生思維的開發(fā)，學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)體會到樂趣和成果后，將會更主動的學(xué)習(xí)，同時也能減輕教師負(fù)擔(dān)，提高教學(xué)效率。

（三）有助于促進(jìn)計算機和化學(xué)專業(yè)外語的學(xué)習(xí)

對于高校的學(xué)生，采用ChemOffice軟件進(jìn)行教學(xué)是實踐開展雙語教學(xué)模式最為理想的教學(xué)材料。ChemOffice軟件是由美國劍橋公司開發(fā)的外文軟件，各個模塊中所有的命令、模塊說明等都是使用純正、地道的英文。學(xué)生在使用這款軟件的過程，也是學(xué)習(xí)相關(guān)計算機和化學(xué)專業(yè)地道英語的一個過程。通過計算機演示等有關(guān)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的滲透，傳授相關(guān)化學(xué)知識，利用軟件進(jìn)行動態(tài)演示解決化學(xué)問題，揭示化學(xué)機理等，或是利用化學(xué)工具軟件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

四、結(jié)語

ChemOffice軟件功能強大，可以進(jìn)行化學(xué)分析、化學(xué)計算、創(chuàng)建化學(xué)數(shù)據(jù)庫等，不僅應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)中，在波譜研究、醫(yī)藥等其他研究領(lǐng)域也有很廣泛應(yīng)用。在教學(xué)活動中，教師利用先進(jìn)的計算機技術(shù)和豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，通過ChemOffice軟件，制作課件形象的演示動畫，使學(xué)生易于掌握抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。通過模擬實驗、建立分子模型等功能指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生獨立嘗試解決化學(xué)問題的能力。當(dāng)然ChemOffice軟件也并不是完美的，例如，對于某些化合物的氫譜模擬不準(zhǔn)確、峰形不易觀察判斷等，只有充分了解該軟件的功能和不足，才能在實踐教學(xué)中，揚長避短，運用自如，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]http：//www.wst.net.cn/history/2.14/0214_1.htm.

[2]曾煒，孫延輝，李紅霞.ChemOffice2008實用教程：化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖 分子模擬 數(shù)據(jù)整合[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]趙文亞，史彬茹.探究式教學(xué)模式研究[J].教學(xué)與管理，2007，（21）.