運用計算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)教學(xué)的探究

莫燕梅

摘 要通過理解防曬品功效以及紅外光譜和分子構(gòu)型等作為案例，深入分析計算機(jī)模擬當(dāng)中的各個模塊對于化學(xué)課堂的教學(xué)輔助運用。證明運用計算機(jī)理論模擬展開化學(xué)教學(xué)，能夠有效激發(fā)學(xué)生對于化學(xué)課程的學(xué)習(xí)熱情，讓課堂教學(xué)變得更加高效，從而實現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。本文對運用計算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)教學(xué)展開分析，并提出相關(guān)策略。

關(guān)鍵詞計算機(jī)理論模擬;輔助;化學(xué)教學(xué)

中圖分類號：G634 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2019）24-0033-02

當(dāng)今社會，伴隨著科技的飛速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，尤其在提升工作效率，改變工作方式上優(yōu)勢最為突出。近年來，不斷有學(xué)者研究如何利用計算機(jī)技術(shù)與各學(xué)科的教學(xué)活動相結(jié)合，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更加高效，本文研究如何將計算機(jī)理論模擬應(yīng)用在高中化學(xué)教學(xué)課堂中，讓學(xué)生以一種全新的學(xué)習(xí)方式投入到教學(xué)活動中，從主觀意愿和方式方法上調(diào)動學(xué)生的積極性，從而提高學(xué)習(xí)效率。

一、計算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)教學(xué)方法分析

面對新時代的學(xué)生，要想提升他們的學(xué)習(xí)效率，構(gòu)建高效的化學(xué)課堂，教師必須思考運用一種有效的方法。當(dāng)下已經(jīng)有不少的研究成果被應(yīng)用到實際的化學(xué)教學(xué)當(dāng)中，目的就是為了促使學(xué)生有效的學(xué)習(xí)。比如說，麻省理工所進(jìn)行的開放課程運動、面向過程指導(dǎo)型的探究學(xué)習(xí)方法等。根據(jù)這些方法的名字，我們就能得知，這都是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們自主的加入到問題的思考中，目的就是為了讓學(xué)生展開自我學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮他們的主觀能動性。本文所研究的計算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)的教學(xué)方法一樣都是以學(xué)生為核心，通過計算機(jī)化學(xué)以及分子建模工具，幫助學(xué)生高效的學(xué)習(xí)。在這里將會對計算機(jī)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)當(dāng)中的具體應(yīng)用展開分析，比如說防曬品設(shè)計和功效、紅外光譜和分子構(gòu)型。將計算機(jī)模擬輔助教學(xué)法應(yīng)用在化學(xué)課堂當(dāng)中，能夠讓學(xué)生快速有效地得到數(shù)據(jù)，不僅如此，他們還能夠得出自身的結(jié)論，這一點和教材學(xué)習(xí)是相同的。在這里所談到的教學(xué)案例中，用到的計算機(jī)模擬輔助教學(xué)法，是現(xiàn)階段非常主流的圖形用戶界面。具體來說，教師和學(xué)生首先要對選定分子展開簡易計算，就能利用軟件展開可視化的分析。通過這樣的方法能讓化學(xué)教學(xué)的靈活性變得更強(qiáng)，還能讓原本晦澀難懂的化學(xué)概念知識變得更加直觀形象。除此之外，和過去的計算機(jī)命令行界面對比起來，圖形用戶界面能夠?qū)⒒A(chǔ)設(shè)定、功能等進(jìn)行縮短，讓學(xué)生更快的掌握，這樣他們就有著充沛的時間，集中精力展開學(xué)習(xí)。

二、具體的化學(xué)教學(xué)案例探究

雖然現(xiàn)階段分子建模已經(jīng)是化學(xué)領(lǐng)域科研的常用工具。不過將其用在化學(xué)教學(xué)中還需要保持謹(jǐn)慎的態(tài)度。事實上，要想有效的發(fā)揮計算化學(xué)以及建模工具的效用，就必須給予合適正確的引導(dǎo)，從而讓學(xué)生結(jié)合數(shù)據(jù)分析，了解到現(xiàn)實中的化學(xué)概念和知識。

（一）理解防曬品的功效

利用計算化學(xué)的教學(xué)方法，能夠讓原本化學(xué)課堂上學(xué)生無法有效理解掌握的抽象知識和概念變得更加直觀形象，還可以幫學(xué)生深入探究平時生活和工業(yè)中的有關(guān)案例。這部分案例的研究過程以及所采用的方法是相似的，都是根據(jù)生活中的實際狀況，從而有效的掌握其中的化學(xué)原理。比如說，人們在生活當(dāng)中涂抹防曬霜，就是為了阻擋有害的紫外線。具體來說，紫外線有長波、中波以及短波這三種類型。280納米以下的UVC能夠被臭氧層吸收，所以它無法抵達(dá)地面。防曬霜的主要作用就是將UVA和UVB充分的吸收，這是由于皮膚非常敏感，如果在太陽光之下長時間經(jīng)過UVA和UVB的輻射，會導(dǎo)致DNA受到損傷，身體的免疫能力也會因此降低，更加嚴(yán)重的還會引發(fā)皮膚癌。所以說，人們在平時的生活中需要避免被過量的UVA和UVB輻射，這樣做能夠有效的保護(hù)身體，對于延緩衰老也有著重要的作用。現(xiàn)階段常用的方法是在防曬品當(dāng)中加入合適的紫外線吸收物質(zhì)，這樣就能夠充分地吸收紫外線，并將其通過熱能或可見光的方式釋放，如此便能夠減少太陽光對人體皮膚的傷害。因為化學(xué)防曬劑價格相對較低，而且很容易配置因子及大量的用的防曬品的制作中。具體來說，主要有氨基苯甲酸衍生物，肉桂酸酯類二苯酮類化合物等。

如圖1所示，因為這類防曬劑分子擁有著共同的結(jié)構(gòu)，所以能將其紫外線運用理論計算進(jìn)行模擬，這種方法和運用運用紫外分光光度計測定相差不大。學(xué)生先要在軟件上設(shè)置好相應(yīng)的化學(xué)計算方法，通過半經(jīng)驗量子化學(xué)計算，針對這部分化合物分子的激發(fā)態(tài)以及紫外可見光譜展開模擬。對各類波長下的主要吸收峰值進(jìn)行分析，學(xué)生便能夠得出對才是新型防曬品最合適的組合對象。除此之外，學(xué)生還能將自己設(shè)計的分子進(jìn)行改進(jìn)，并且針對它的結(jié)構(gòu)特點展開對比分析，如此能夠充分地激發(fā)他們的探究欲望以及學(xué)習(xí)熱情，他們對于化學(xué)的學(xué)習(xí)也更加主動積極。

（二）紅外光譜和分子構(gòu)型

在有機(jī)化學(xué)教學(xué)的過程當(dāng)中，一般都是利用光譜來展開各類化學(xué)物質(zhì)的鑒定。比如說紅外光譜以及核磁共振等。具體來說，紅外光譜因為各類化學(xué)鍵吸收的頻率存在差異性，將會導(dǎo)致它們出現(xiàn)在紅外光譜上特定的位置，這樣就能夠得知分子當(dāng)中所蘊含的化學(xué)鍵類型。因為不少的分子具備著多樣的化學(xué)鍵，不僅如此，鍵的種類也很多，這也導(dǎo)致了紅外光譜圖的峰種非常的復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中也比較吃力。相對來說，運用計算機(jī)化學(xué)軟件展開教學(xué)輔助，可以讓學(xué)生對光譜展開有效的理解和記憶。在光譜圖當(dāng)中，學(xué)生需要點擊其中的吸收峰位置，就能夠得出有關(guān)的化學(xué)鍵振動模式。所以說，在課堂教學(xué)當(dāng)中，對現(xiàn)場展開計算模擬，能夠讓學(xué)生有效的理解各類分子的紅外光譜特點和分子運動方式存在著一定的聯(lián)系。除此之外，運用紅外光譜還能夠?qū)煞N分子展開有效區(qū)分。

（三）其他模塊

通過網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ふ业酱罅康脑诰€資源，例如化學(xué)教學(xué)當(dāng)中經(jīng)常采用到的分子模擬軟件應(yīng)用的教程。尤其是針對有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)，相關(guān)的教程當(dāng)中存在著大量的案例，確實能夠進(jìn)行建模和對比分析。比如說下面的這些案例：互變異構(gòu)平衡，能夠用來解釋的概念是手性、平衡常數(shù)等。在官能團(tuán)的智能分析案例中，能夠用來解釋的概念是紅外光譜、供電子基團(tuán)以及吸電子基團(tuán)。

事實證明，將計算化學(xué)以及分子建模工具運用在化學(xué)教學(xué)當(dāng)中，讓學(xué)生高效學(xué)習(xí)正一步步實現(xiàn)。這種教學(xué)方法，不僅能讓原本晦澀難懂的化學(xué)概念和知識變得更加直觀清晰，讓學(xué)生更易于理解和接受。而且能讓學(xué)生在親身的實踐中了解化學(xué)知識，并且?guī)椭麄冇行У目偨Y(jié)數(shù)據(jù)，從而得出自身的結(jié)論。因此，該方法比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更能提高學(xué)生主動參與課堂的積極性，更有效率。將計算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用在化學(xué)教學(xué)中，有關(guān)的具體應(yīng)用涉及到很多內(nèi)容，如有機(jī)以及無機(jī)合成、材料性能模擬等方面，并非是本文能夠完全闡述的，筆者仍需進(jìn)一步拓寬研究范圍，以便獲得更多的研究成果。

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