計(jì)算化學(xué)軟件在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

符會(huì)芳

摘 要：隨著教育改革的不斷深入，計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。尤其在大學(xué)有機(jī)化學(xué)中，二者的結(jié)合使學(xué)生的積極性得到提升，也激發(fā)了他們的興趣，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方式的創(chuàng)新。一方面，應(yīng)用軟件可以以簡(jiǎn)單的符號(hào)將化學(xué)方程式表達(dá)出來(lái)。另一方面，它也能夠?qū)⒊橄蟮膶?shí)驗(yàn)方式變得更加具體化。因此，本文以有機(jī)物分子的化學(xué)特征作為切入點(diǎn)，探討計(jì)算化學(xué)軟件在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算化學(xué)軟件；有機(jī)化學(xué)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.119

近幾年來(lái)，計(jì)算化學(xué)軟件逐漸得到了人們的重視。在大學(xué)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，它能夠通過(guò)傳統(tǒng)的平面符號(hào)將深?yuàn)W的化學(xué)信息傳遞給學(xué)生，并加強(qiáng)他們對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的理解。另外，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不能夠滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求，只有結(jié)合現(xiàn)代化的輔助工具，才可以達(dá)到提升學(xué)習(xí)效率的目的。

1 計(jì)算化學(xué)軟件在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

（1）計(jì)算化學(xué)軟件在立體模型方面的分析方式。從本質(zhì)上來(lái)講，分子立體結(jié)構(gòu)的教學(xué)在有機(jī)化學(xué)中是必不可少的。但傳統(tǒng)的方式中，教師僅僅用單一的構(gòu)圖法對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，來(lái)將其中的規(guī)律呈現(xiàn)在他們面前。這種方法不僅復(fù)雜，增加了教師的任務(wù)量，也無(wú)法使學(xué)生徹底的理解知識(shí)，并產(chǎn)生了負(fù)擔(dān)。同時(shí)，一些想象空間缺失的學(xué)生更無(wú)法將立體結(jié)構(gòu)展開(kāi)，體現(xiàn)“具體問(wèn)題具體分析”的合理性。可見(jiàn)在有機(jī)化學(xué)中計(jì)算軟件的應(yīng)用是必不可少的。首先，大學(xué)化學(xué)中的重點(diǎn)就是有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)分析。它能夠從化學(xué)反應(yīng)的基本原理出發(fā)，構(gòu)建物質(zhì)之間的基本聯(lián)系，并體現(xiàn)其中的演變過(guò)程。因此，教師可以通過(guò)分子結(jié)構(gòu)的剖析，利用計(jì)算軟件將排列方式呈現(xiàn)出來(lái)，并在多媒體中進(jìn)行模擬教學(xué)，體現(xiàn)教學(xué)方法的靈活性。

例如：在甲烷分子的構(gòu)想過(guò)程中，教師則可以利用office中的3D處理功能，構(gòu)建一個(gè)立體結(jié)構(gòu)的演示過(guò)程，并將分子模型進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，為了能夠?qū)?dòng)態(tài)過(guò)程體現(xiàn)出來(lái)，教師也可以通過(guò)“Flash”動(dòng)畫(huà)模型的建立做出C-C的360度旋轉(zhuǎn)過(guò)程，改變分子形態(tài)中的二苗角，來(lái)完成計(jì)算軟件中的曲線剖析動(dòng)作。最后，教師要利用Gaussian03軟件實(shí)現(xiàn)分子關(guān)聯(lián)性講解。將每一分子作為一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，利用掃描功能對(duì)每一部分進(jìn)行分析，并將對(duì)應(yīng)的勢(shì)能曲線表達(dá)出來(lái)。這種教學(xué)方法的好處在于能夠使學(xué)生從全方位看出分子的構(gòu)象規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)曲線的交叉變換，令他們掌握乙烷的穩(wěn)定排列形態(tài)。

（2）計(jì)算化學(xué)軟件對(duì)分子光學(xué)模擬的分析。有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)目的是令學(xué)生能夠用更加全面、靈活的眼光來(lái)分析宏觀與微觀世界。因此，為了體現(xiàn)內(nèi)容的多樣化，教師可以將光譜理念引入到其中。首先，傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)方式主要是以引入儀器的方法來(lái)完成，但這些化學(xué)輔助工具卻無(wú)法將有機(jī)物分子展開(kāi)。針對(duì)這種情況，教師要利用計(jì)算軟件進(jìn)行知識(shí)解析。首先，在操作過(guò)程中教師以Gaussian03軟件為主，以功能的設(shè)定為具體方向，對(duì)分子光譜進(jìn)行預(yù)測(cè)及模擬。例如：在有機(jī)分子紅外光譜的學(xué)習(xí)中，教師利用互動(dòng)模式將學(xué)生帶入到課堂學(xué)習(xí)中，將他們兩兩分為一組，并在建立好的模型上進(jìn)行演示。而學(xué)生要根據(jù)模型中的振動(dòng)頻率將關(guān)鍵詞Freq輸入進(jìn)去，在文件的處理界面中選擇“演示”字樣，系統(tǒng)則會(huì)選定一個(gè)基本頻率，以分子振動(dòng)節(jié)點(diǎn)為中心，制定相應(yīng)的光譜。學(xué)生只要點(diǎn)擊系統(tǒng)中的“開(kāi)始”選項(xiàng)，多媒體就會(huì)將化合物分子中的伸縮振動(dòng)過(guò)程、光譜曲線、結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)方向逐一體現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的動(dòng)態(tài)化。

再如：在雙分子親和的教學(xué)中，教師要首先建立好相應(yīng)的計(jì)算模型。系統(tǒng)會(huì)依照分子之間的運(yùn)動(dòng)頻率確立核定方式，并將分析中所呈現(xiàn)出的關(guān)鍵詞運(yùn)用到其中。最后，計(jì)算軟件能夠進(jìn)行分子常態(tài)的設(shè)定，學(xué)生可以從中看出離子的分散過(guò)程以及試劑的投入順序。同時(shí)，教師要結(jié)合其中的重點(diǎn)內(nèi)容將相關(guān)的理論知識(shí)融入進(jìn)去，使學(xué)生根據(jù)總結(jié)出反應(yīng)中呈現(xiàn)的狀態(tài)，并以小組討論的方式整理好雙分子親和中的關(guān)鍵點(diǎn)。最后，教師以小組為單位進(jìn)行逐一評(píng)定，選取其中比較優(yōu)秀的一組進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。

2 計(jì)算化學(xué)軟件在計(jì)算化學(xué)軟件在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

（1）深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。有機(jī)物特性分子在化學(xué)教學(xué)中是必不可少的。但這部分內(nèi)容也是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，如何將化學(xué)知識(shí)與其物理特征聯(lián)系在一起，并直觀的呈現(xiàn)在學(xué)生的面前是教育的關(guān)鍵。例如：以HOMO化學(xué)概念的學(xué)習(xí)為主，教師只有將分子組合或分裂的排序過(guò)程中展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生才能夠真正依照其運(yùn)行軌跡進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)。而以計(jì)算軟件為主的教學(xué)方式則可以滿足這一要求。教師可以在建立基本模型的前提下選擇一條分子排列軌道，將演示內(nèi)容直觀、清晰的呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

（2）促進(jìn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。由于有機(jī)化學(xué)的難度逐漸加深，單一的繪圖方式已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生的需求。因此，教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變是必然的，也是現(xiàn)代化教育的結(jié)果。計(jì)算軟件能夠?qū)⒎肿拥臉?gòu)成式逐一展現(xiàn)出來(lái)，并將平面圖像變?yōu)榱Ⅲw形狀。因此，如果教師想要適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，就要提升自身的教育水平，學(xué)習(xí)計(jì)算化學(xué)軟件，并令其在課堂中能夠得到良好的應(yīng)用。同時(shí)，這種方式也減輕了教師的課業(yè)任務(wù)，節(jié)省了繪圖與版面制作的時(shí)間。從學(xué)生的角度來(lái)講，這種教育模式可以為他們帶來(lái)新鮮感，激發(fā)起學(xué)習(xí)的興趣，促進(jìn)自身能力的提升。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要從兩方面入手。第一，以計(jì)算軟件的應(yīng)用作為切入點(diǎn)，對(duì)其在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。第二，探究了計(jì)算軟件在化學(xué)課程中的意義。從而得出：教師要改變?cè)械慕逃砟?，將現(xiàn)代化的多媒體技術(shù)應(yīng)用到其中，以達(dá)到教育創(chuàng)新的目的。同時(shí)，計(jì)算化學(xué)軟件能夠?qū)⒊橄蟮闹R(shí)結(jié)構(gòu)以直觀的方式呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，有利于學(xué)習(xí)效率的提升，也可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)的深化，為人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

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