高中有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)可視化程序編制

馬斌 王星齊 梁之琛 劉洪君 王悅晴

摘要：隨著科技與教育的發(fā)展，知識(shí)可視化這個(gè)新興領(lǐng)域正蓬勃發(fā)展，可視化教學(xué)也日益火熱。高中化學(xué)教學(xué)中教師對(duì)于有機(jī)物分子的空間構(gòu)型較難清晰闡述，學(xué)生理解困難，基于此問(wèn)題，本項(xiàng)目通過(guò)建立高中有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)模型庫(kù)，使用Python編程語(yǔ)言編制高中化學(xué)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)可視化程序，并與模型庫(kù)建立連接，達(dá)到了輸入有機(jī)物名稱，即可呈現(xiàn)其靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的立體構(gòu)型的一體化效果。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);有機(jī)分子結(jié)構(gòu);可視化程序

引言

在高中有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，利用可視化教學(xué)，可以將抽象的分子結(jié)構(gòu)形象生動(dòng)地呈現(xiàn)給學(xué)生[1，2]，啟發(fā)學(xué)生過(guò)渡到抽象思維，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)習(xí)興趣，從而掌握知識(shí)的規(guī)律性，形成科學(xué)的理論。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)與國(guó)外對(duì)可視化的研究多為知識(shí)可視化系統(tǒng)或可視化技術(shù)的應(yīng)用，將可視化教學(xué)運(yùn)用于建立數(shù)學(xué)及物理模型，以及對(duì)聾啞人的可視化教學(xué)研究，但至今很少有將化學(xué)知識(shí)可視化的研究。

可視化程序的編制使有機(jī)分子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可視化，由抽象變具體，減輕了高中教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，極大的降低了學(xué)生對(duì)空間想象能力的要求，減緩了學(xué)生的學(xué)習(xí)困難。同時(shí)，利用可視化教學(xué)所提供的具體化空間構(gòu)型有效的利用學(xué)習(xí)資源，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的共享和傳遞，對(duì)傳統(tǒng)授課進(jìn)行變革，有效提高教學(xué)質(zhì)量和效率，將教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)信息化結(jié)合[3，4]，為教師提供簡(jiǎn)單易用的教學(xué)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)教師方便授課，學(xué)生輕松理解的師生共贏。

一、程序界面設(shè)計(jì)

建立完善的分子結(jié)構(gòu)模型庫(kù)，使用python語(yǔ)言[5]，利用while循環(huán)塊和圖片show.（）方法和視頻play.（）方法實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)有大量化學(xué)分子結(jié)構(gòu)圖片、視頻動(dòng)態(tài)文件的文件夾進(jìn)行可重復(fù)的快速查找調(diào)用并展示。

二、生成實(shí)例

舉例：調(diào)用葡萄糖分子3D靜態(tài)與動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型

首次運(yùn)行此程序時(shí)，需要先將程序用“記事本”的方式打開，修改代碼中的數(shù)據(jù)庫(kù)路徑，操作如下：

打開數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)出任意一張圖片的“屬性”，復(fù)制其“位置”到上述“記事本”中的“inpath”行的單引號(hào)中，把“＼”修改為“/”，保存修改，關(guān)閉界面;再將程序用“python”的方式打開。

如需生成圖片，則在此界面鍵入“1”，回車，輸入“葡萄糖”，回車，即可，界面如下圖2所示。生成圖片如下圖3：

如需生成視頻，則在此界面鍵入“2”，回車，輸入“葡萄糖”，回車，界面如下圖4所示。生成視頻界面如下圖5：

結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目成功建立了高中有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的3D靜態(tài)與動(dòng)態(tài)模型庫(kù)，編制了高中有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)可視化程序，實(shí)現(xiàn)了分子結(jié)構(gòu)的可視化。未來(lái)可以進(jìn)一步探索其在課堂教學(xué)中的應(yīng)用效果，并結(jié)合大學(xué)有機(jī)化學(xué)，進(jìn)一步擴(kuò)大分子結(jié)構(gòu)模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)的可視化。

參考文獻(xiàn)：

[1]盛永娟， 沈理明， 楊艷娟，等. 高中生化學(xué)學(xué)習(xí)中“映象表征”、“符號(hào)表征”及其轉(zhuǎn)換能力的調(diào)查分析[J]. 化學(xué)教育， 2013， 34（1）：58-61.

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項(xiàng)目：陜西師范大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“高中有機(jī)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)可視化程序編制”，編號(hào)：Cx2018117。