KingDraw軟件在高職院校有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

唐明根(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712100)

0 引言

有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法與應(yīng)用的科學(xué)，是化學(xué)中極重要的一個(gè)分支。有機(jī)化學(xué)課是高職院校化學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要公共基礎(chǔ)課，有機(jī)化學(xué)課程具有理論抽象、分子空間結(jié)構(gòu)難以想象和課時(shí)量少等特點(diǎn)，因而有機(jī)化學(xué)課程難度較大，同時(shí)高職院校學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣較差，學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性不高，課堂思考與互動(dòng)較少，導(dǎo)致有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)效果不佳[1]。在教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》推動(dòng)下，各類面向教育教學(xué)的軟件被開發(fā)出來(lái)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)了教學(xué)信息化、數(shù)字化的進(jìn)程。化學(xué)編輯器軟件因其功能全面、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)在各高校教學(xué)和科研中廣泛應(yīng)用。KingDraw是由青島清原精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)科技有限公司開發(fā)研制的一款化學(xué)結(jié)構(gòu)式編輯器軟件，其具有軟件下載免費(fèi)、可在多平臺(tái)使用、功能全面且使用免費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在高職院校有機(jī)化學(xué)教學(xué)中起到良好的輔助作用。

1 高職院校有機(jī)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 教師教育理念和方法

職業(yè)教育作為我國(guó)教育系統(tǒng)重要的組成部分，肩負(fù)著重要的育人使命和光榮職責(zé)，黨和國(guó)家高度重視職業(yè)教育發(fā)展和改革，國(guó)務(wù)院在2019年印發(fā)了《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，對(duì)我國(guó)職業(yè)教育的改革發(fā)展做出了系統(tǒng)謀劃和精心設(shè)計(jì)，對(duì)教師、教材、教法有著明確的要求，在教育教學(xué)中要以學(xué)生為中心，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和設(shè)計(jì)者，充分帶動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，協(xié)助引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展。但是，在實(shí)際教學(xué)中有很大一部分高職院校化學(xué)教師未能深刻領(lǐng)悟職業(yè)教育改革發(fā)展的內(nèi)涵和要義，也未按照職業(yè)教育教學(xué)改革要求開展日常教學(xué)工作，在日常教學(xué)中依然采用相對(duì)落后的教學(xué)方法，即是“滿堂灌”的教育模式，教師單向輸出內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)聽課，這種現(xiàn)象在高職院校有機(jī)化學(xué)教學(xué)中非常普遍[2]。雖然老師的出發(fā)點(diǎn)是好的，考慮到有機(jī)化學(xué)課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)難度相對(duì)較大，教師采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式是為了讓學(xué)生能理解和掌握更多的知識(shí)與技能，為日后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)，但是這種教育方法和理念并不適合當(dāng)代教育教學(xué)的的要求。在傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式，教師作為化學(xué)課堂的組織者，主導(dǎo)整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的主觀能動(dòng)性不能被有效激發(fā)，學(xué)生的課堂參與度不高，對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣低，師生之間溝通交流少，教師對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題和難點(diǎn)掌握程度低，不能達(dá)到有效的教學(xué)目標(biāo)。

1.2 高職院校學(xué)生自身現(xiàn)狀

從高職院校生源途徑分析主要有兩類：一類是中專畢業(yè)升入高職院校；另一類是高考落榜后進(jìn)入高職院校學(xué)習(xí)[3]。基于此分析，這兩類學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)中等偏下，學(xué)習(xí)能力和理解能力偏弱，中學(xué)化學(xué)知識(shí)底子薄弱。同時(shí)他們的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)意識(shí)一般，進(jìn)入高職院校學(xué)習(xí)階段適應(yīng)性差，大部分學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，課上不參與教學(xué)活動(dòng)，課后不復(fù)習(xí)鞏固，難以有效跟隨教師的上課節(jié)奏，對(duì)知識(shí)的理解和技能的掌握程度偏低，致使有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)效果不理想。有部分學(xué)生因高考失利進(jìn)入高職院校學(xué)習(xí)，自信心不足，更有甚者可能存在自卑心理，覺(jué)得自己不如本科的學(xué)生，導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不顯著，長(zhǎng)此以往可能產(chǎn)生自暴自棄的心態(tài)，學(xué)習(xí)進(jìn)取意識(shí)越來(lái)越薄弱[4]。中學(xué)教學(xué)以教師為主導(dǎo)督促學(xué)生學(xué)習(xí)，高職院校教學(xué)以學(xué)生為中心，教師輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，更多的需要學(xué)生自學(xué)自研。但是進(jìn)入高職院校學(xué)習(xí)的學(xué)生自制力普遍偏弱，教師對(duì)學(xué)生的管教和督導(dǎo)力度低于中學(xué)階段，學(xué)生抵制誘惑能力較差，他們可能沉溺于虛擬的網(wǎng)絡(luò)游戲等娛樂(lè)活動(dòng)，不喜歡枯燥抽象的理論，這就導(dǎo)致他們的課程學(xué)習(xí)效果差。從學(xué)習(xí)環(huán)境來(lái)看，中學(xué)學(xué)習(xí)有考大學(xué)、進(jìn)入好大學(xué)的目標(biāo)，全班同學(xué)一起學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)氣氛強(qiáng)烈，學(xué)習(xí)環(huán)境良好；而在高職院校學(xué)習(xí)階段，具有明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和制定學(xué)習(xí)計(jì)劃的學(xué)生數(shù)量較少，沒(méi)有學(xué)習(xí)的動(dòng)力，同時(shí)進(jìn)取意識(shí)薄弱，這就導(dǎo)致班級(jí)整體學(xué)習(xí)氣氛不高，學(xué)習(xí)氛圍較差，這在一定程度上降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[4]。

1.3 有機(jī)化學(xué)課程分析

高職院校有機(jī)化學(xué)知識(shí)體系相比于中學(xué)有機(jī)化學(xué)更加全面。在中學(xué)，有機(jī)化學(xué)主要是認(rèn)識(shí)有機(jī)物的種類和基本性質(zhì)，了解有機(jī)化學(xué)基本反應(yīng)類型等基礎(chǔ)性知識(shí)[5]，而在高職院校學(xué)習(xí)階段，需要我們?nèi)ハ到y(tǒng)認(rèn)識(shí)有機(jī)物的構(gòu)成結(jié)構(gòu)，深入學(xué)習(xí)各類有機(jī)物性質(zhì)，掌握制備有機(jī)物的方法和技術(shù)手段，這其中涉及到反應(yīng)機(jī)理的探究和有機(jī)物實(shí)際應(yīng)用等方面。它不在局限于表觀現(xiàn)象的記憶學(xué)習(xí)，而是要透過(guò)現(xiàn)象挖掘本質(zhì)?；诖?，高職院校有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)難度更大。有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)難度可以從“多”“深”“變”三個(gè)方面來(lái)說(shuō)明[6]。“多”是指有機(jī)化合物數(shù)量龐大、類別繁多，有機(jī)化學(xué)反應(yīng)多且常伴有副反應(yīng)，記憶難度大；“深”是指有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，有機(jī)物立體空間結(jié)構(gòu)抽象，反應(yīng)過(guò)程難以理解；“變”是指有機(jī)化學(xué)中不同官能團(tuán)之間可相互轉(zhuǎn)化，有機(jī)物制備方法多變，掌握難度大。高職院校不同于本科院校，有機(jī)化學(xué)教學(xué)課時(shí)少，學(xué)生理解并掌握冗雜的有機(jī)化學(xué)知識(shí)時(shí)間相對(duì)較少，這在一定程度上加重了學(xué)習(xí)難度。

2 KingDraw軟件主要功能介紹

2.1 有機(jī)物結(jié)構(gòu)式和反應(yīng)流程繪制

KingDraw軟件中內(nèi)嵌多種化學(xué)鍵類型、取代基和常見有機(jī)物結(jié)構(gòu)片段等，結(jié)合元素周期表，用戶通過(guò)簡(jiǎn)單點(diǎn)擊、快速選擇繪制各種有機(jī)物結(jié)構(gòu)。其繪圖樣式模板不僅包括“KingDraw Document”和“ACS Document 1996”兩個(gè)選項(xiàng)，而且也可根據(jù)個(gè)人需要，單獨(dú)設(shè)置自己的繪圖樣式，整個(gè)繪圖過(guò)程操作便捷、繪制出的有機(jī)物結(jié)構(gòu)圖規(guī)范簡(jiǎn)潔美觀。除此之外，KingDraw還具有圖像識(shí)別功能，導(dǎo)入圖片可自動(dòng)識(shí)別圖片上相應(yīng)的結(jié)構(gòu)式，將其轉(zhuǎn)化到KingDraw的畫板上，可大大節(jié)約繪制大環(huán)分子、聚合物等復(fù)雜有機(jī)物的時(shí)間。KingDraw軟件提供了豐富的箭頭、流程圖及括號(hào)等相關(guān)工具，定期優(yōu)化文本工具的設(shè)計(jì)樣式和輸入方式，具有多種文本對(duì)齊方式，并且支持文本工具窗體的拖動(dòng)，選擇后可以直接展示在畫板中，通過(guò)拖拽可以改變大小或角度，可以幫助使用者快速、準(zhǔn)確地繪制出化學(xué)反應(yīng)方程式和相關(guān)原理圖。

2.2 物質(zhì)基本屬性和三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)

KingDraw軟件不僅可以繪制有機(jī)物結(jié)構(gòu)式，而且可以準(zhǔn)確提供有機(jī)物的基本信息以及三維結(jié)構(gòu)示意圖，幫助學(xué)生全面具體學(xué)習(xí)有機(jī)物。在KingDraw軟件中繪制出有機(jī)物結(jié)構(gòu)式時(shí)，選中整個(gè)結(jié)構(gòu)式后點(diǎn)擊“化學(xué)屬性”按鈕，它自動(dòng)為我們展現(xiàn)該有機(jī)物分子的分子式、相對(duì)分子質(zhì)量、元素質(zhì)量占比和荷質(zhì)比等信息。在軟件工具欄中，點(diǎn)擊“3D”按鈕，可以查看結(jié)構(gòu)式的3D模型。軟件系統(tǒng)提供3種3D展示模型：分別為填充模型、棍棍模型和球棍模型，通過(guò)點(diǎn)擊左上角的“模型切換工具”進(jìn)行快速切換。同時(shí)，它還可以標(biāo)記手性碳原子立體構(gòu)型，框選結(jié)構(gòu)式后，選擇右鍵菜單中的“顯示立體構(gòu)型”功能即可自動(dòng)標(biāo)記立體構(gòu)型，再次框選結(jié)構(gòu)式，選擇右鍵菜單中的“關(guān)閉立體構(gòu)型”功能可以取消標(biāo)記。值得一提的是，KingDraw軟件系統(tǒng)提供了三種不同方式查看有機(jī)物的三維模型，分別是鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)查看、坐標(biāo)系查看、視圖查看方式，并且不同的元素以不同顏色標(biāo)識(shí)，更加便于觀察學(xué)習(xí)有機(jī)物分子的空間結(jié)構(gòu)和圖像輸出保存使用。

2.3 化合物百科功能和電子實(shí)驗(yàn)記錄本

KingDraw軟件內(nèi)嵌化合物百科功能，收錄1.5億化合物數(shù)據(jù)，其中已有750萬(wàn)化合物信息關(guān)聯(lián)國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商。查詢化合物時(shí)，可以通過(guò)畫板上的結(jié)構(gòu)式直接查詢，也可以通過(guò)中英文名稱、分子式、IUPAC名稱、CAS號(hào)、SMILES、InChl Key、數(shù)字標(biāo)識(shí)CID等多種方式進(jìn)行查詢。化合物詳情界面支持結(jié)構(gòu)式的下載，點(diǎn)擊結(jié)構(gòu)式圖片下方的“下載結(jié)構(gòu)式”，即可將相應(yīng)結(jié)構(gòu)式文件下載到本地儲(chǔ)存。目前化合物百科功能支持化合物的基礎(chǔ)信息、屬性信息、化學(xué)和物理性質(zhì)信息、光譜信息的查詢，例如可以查詢到化合物的結(jié)構(gòu)和名稱，一維核磁共振譜圖、質(zhì)譜和紅外光譜圖等信息，同時(shí)附有相關(guān)譜圖，便于使用者輕松獲取有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)信息。電子實(shí)驗(yàn)記錄本是KingDraw軟件化學(xué)家工作站的組成部分，支持電腦、手機(jī)多端口使用，兼?zhèn)浼堎|(zhì)版記錄本的靈活性和電子系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力，可以輕松實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、審核、保存、共享和報(bào)告等功能，是實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄的得力助手。

3 KingDraw軟件在高職院校有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用

3.1 豐富教師教學(xué)手段，提升課堂教學(xué)效率

在信息化教學(xué)背景下，使用化學(xué)編輯器制作有機(jī)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，需要繪制大量的有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)模型、原子軌道圖、反應(yīng)方程式等教學(xué)材料，這都可以通過(guò)KingDraw軟件輕松制作。制作完成的教學(xué)材料不僅可以通過(guò)導(dǎo)出照片保存，而且還可以保存或另存為多種文件類型格式(.kdx/.cdx/.mol)，上傳至網(wǎng)絡(luò)云端，隨時(shí)隨地查看、修改和使用。KingDraw軟件具有Android、IOS、Windows三種客戶端，各個(gè)客戶端之間數(shù)據(jù)共享，可以滿足教師在智慧教室電腦端、手機(jī)客戶端的教學(xué)需求，通過(guò)KingDraw軟件實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的演示、講解、練習(xí)和課堂探究，無(wú)紙化、便捷化的推動(dòng)教學(xué)實(shí)施，推動(dòng)有機(jī)化學(xué)信息教學(xué)，提高課堂教學(xué)效率。

3.2 轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)模式，凸顯學(xué)生主體地位

傳統(tǒng)的教學(xué)方式多為教師講學(xué)生聽，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中學(xué)生處于被動(dòng)接受的局面，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度低，學(xué)習(xí)興趣和積極性不高，引入KingDraw軟件后，可有效吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生課堂參與度，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。在有機(jī)化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，引入KingDraw軟件，教師先通過(guò)軟件展示有機(jī)物繪制、命名過(guò)程，學(xué)生聽講記錄。當(dāng)示范幾次后，教師設(shè)置訓(xùn)練任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主通過(guò)軟件繪制有機(jī)物結(jié)構(gòu)并命名。在講授有機(jī)物的空間結(jié)構(gòu)時(shí)，傳統(tǒng)的講授方法以口述、黑板畫圖或模型展示為主，學(xué)生對(duì)于有機(jī)物的空間結(jié)構(gòu)理解不深，當(dāng)使用KingDraw軟件的三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)功能時(shí)，一方面讓抽象的微觀結(jié)構(gòu)可視化，另一方面學(xué)生可以自己動(dòng)手使用三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)功能轉(zhuǎn)動(dòng)有機(jī)物結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生“動(dòng)手”的同時(shí)還能“動(dòng)腦”，幫助學(xué)生建立空間立體感，加深對(duì)有機(jī)物空間結(jié)構(gòu)的理解，更好地引起學(xué)生對(duì)有機(jī)物“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的共鳴。將KingDraw軟件融入高職院校有機(jī)化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)于未知事物和計(jì)算機(jī)技術(shù)的興趣，有效提高學(xué)生的課堂參與度和動(dòng)手操作能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情和積極性，凸顯學(xué)生主體地位，使得學(xué)生的課堂地位由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)的理解和技能的掌握更進(jìn)一步，教學(xué)效果得到有效提升。

3.3 應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人類的衣食住行等方方面面都離不開信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)軟件輔助有機(jī)化學(xué)日常教學(xué)，不僅可以讓難懂、高度抽象的有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單易學(xué)、具體形象的三維結(jié)構(gòu)，開啟學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣和熱情，而且可以鍛煉學(xué)生使用計(jì)算機(jī)軟件的能力，提高學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)處理解決問(wèn)題的能力。在課后練習(xí)使用KingDraw軟件過(guò)程中，學(xué)生們可能會(huì)遇到有機(jī)物結(jié)構(gòu)繪制、繪圖樣式和顏色設(shè)置等問(wèn)題，他們會(huì)主動(dòng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)教程解決相關(guān)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)解決問(wèn)題的能力，推動(dòng)知識(shí)體系的自身架構(gòu)。除此之外，KingDraw軟件內(nèi)置的化合物百科功能，可以為學(xué)生提供較為全面的有機(jī)化合物基礎(chǔ)信息和結(jié)構(gòu)信息譜圖，豐富學(xué)生的課余知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自我探究的學(xué)習(xí)意識(shí)。當(dāng)學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入相關(guān)企業(yè)工作時(shí)，通過(guò)在有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中訓(xùn)練的作圖方法和技巧，利用獲得的知識(shí)和技能，可快速繪制得體美觀的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，快速分析有機(jī)物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高其工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，KingDraw軟件其全面的有機(jī)物結(jié)構(gòu)繪制、便捷的三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)、全面的信息搜索查找等功能，通過(guò)與有機(jī)化學(xué)教學(xué)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，推動(dòng)學(xué)生被動(dòng)接受到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生自我探究學(xué)習(xí)的意識(shí)，有效提高高職院校有機(jī)化學(xué)的教學(xué)效果，在未來(lái)的高職院校化學(xué)教學(xué)中具有廣闊的應(yīng)用前景。