ChemOffice軟件在無機化學教學中的應用與實踐*

赫 帥，魏 明，薛小旭，仝文婷

(南京醫(yī)科大學康達學院，江蘇 連云港 222000)

2019年，中共中央、國務院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》，要求在2035年，總體實現(xiàn)教育現(xiàn)代化。在教育現(xiàn)代化的建設過程中，信息化時代教育變革是一個重要的方面[1]。另外，2019年末爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎，對常規(guī)的課堂教學模式產生較大沖擊，做好疫情防控常態(tài)化背景下的課程教學，對學生的培養(yǎng)具有重要意義。在國家教育方針引領與疫情背景雙重要求下，基于信息化時代的教育變革成為了一種有效的途徑，高校應該逐步探索新型教學方式，全面提升師生信息素養(yǎng)[2]。

《無機化學》是化學、化工、藥學、醫(yī)學等專業(yè)所涉及的一門必修的基礎課程，一般安排在大學一年級第一學期?！稛o機化學》的學習狀況好壞對于學生類似科目的學習態(tài)度養(yǎng)成，學習方法掌握有重要的影響[3]。目前，在《無機化學》的教學過程中，通常依靠傳統(tǒng)的教學手段，以多媒體課件為綱，以講授法為主，在取得一定教學效果的同時，也暴露了一些不足。例如，在“講解原子核外電子排布與共價鍵理論”的過程中，抽象的知識對學生的認知能力提出了較高的要求。同時，《無機化學》實驗的線上教學同樣遇到了較大的挑戰(zhàn)。因此，針對《無機化學》教學所暴露出的問題進行一定的教學改革就顯得尤為必要。根據時代的要求和現(xiàn)代信息化的發(fā)展，以及各種化學軟件的不斷開發(fā)，教師可以利用化學專業(yè)軟件，如ChemOffice進行輔助教學。引入化學軟件在很大程度上可以提高學生的實踐能力，同時為“停課不停學”的線上課程建設提供更多的新思路。

1 無機化學教學現(xiàn)狀分析

1.1 理論課教學過程中的不足

在傳統(tǒng)觀念中，教學課件是輔助教學完成的教具之一，教師主要通過個人知識積累與教學經驗上好一門課[4]，因此往往會忽視教學多媒體課件的制作，課件主要以知識的框架提煉與概括為主，欠缺生動性。尤其在線上課程時，教師與學生的交流主要以課件為媒介進行，綱領性課件不再適用，學生學習興趣調動不足，客觀上教師管理弱化、呆板的教學課件缺少吸引力，對線上課程的教學效果有較大的影響。

1.2 實驗課教學過程中的不足

在傳統(tǒng)的實驗課程中，為了實驗安全與熟悉實驗過程，教師往往會要求學生完成預習報告，但是忽略了實驗的實踐性[5]。學生在實驗課程中仍會出現(xiàn)手忙腳亂的現(xiàn)象。對于復雜的實驗裝置，學生更難通過想象達到熟悉實驗流程的效果。另外，學生存在實驗原理抽象難理解，對實驗儀器的操作和實驗現(xiàn)象的感知認識差異。

1.3 理論與實驗銜接中的不足

《無機化學》的理論知識能揭示實驗現(xiàn)象中的內在原因[6]，有助于把握事物的規(guī)律，幫助學生實現(xiàn)知識的遷移，而《無機化學》實驗有助于將抽象的理論知識具象化，輔助對知識的理解，因此《無機化學》的理論與實驗應密切銜接。但授課過程中學生往往重視理論，在實驗課中注重獲取實驗現(xiàn)象和結論，忽略了實驗最終應回歸到理論。

2 ChemOffice軟件在無機化學教學中的現(xiàn)狀

ChemOffice軟件是一款針對化學工作者的專業(yè)化學繪圖軟件，主要包括ChemDraw、Chem 3D、ChemFinder等模塊[7]。ChemDraw主要用于繪制多種格式的分子結構、雜化軌道、化學反應裝置、立體化學的結構標注。Chem3D可實現(xiàn)立體、動態(tài)分子模型，也可結合量子化學計算軟件進行分子構型優(yōu)化、能量計算等。ChemFinder是ChemDraw的數據庫管理系統(tǒng)，可以查詢基本的理化性質、分子結構的ACX編號、相關的目標化合物的反應路線及參考文獻。ChemOffice在教學和工作中都有著廣泛應用。教師可以通過ChemDraw將枯燥難懂的化學反應、結構復雜的反應裝置以立體演示過程進行教學，可以提高學生的學習效率和教師的教學質量。

張婷婷等[8]人將ChemDraw軟件作為科普引入面向非化學專業(yè)學生的普通化學實驗教學中，雖提高了學生的學習興趣，但對學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還有待增強。呂東燦等[9]人利用ChemDraw軟件在理論課中繪制平面及立體的分子模型，可以幫助學生有效構建空間立體模型，在實驗課中利用ChemDraw軟件繪制實驗裝置，幫助教師進行實驗講解。但是在理論課和實驗課的結合上仍有探索的空間。昌美玉等[10]人將該軟件應用在《儀器分析》課程中，在應用的過程中可以完善教學過程，但是缺少培養(yǎng)學生自主學習的過程。所以利用ChemDraw教學時，對軟件功能的開發(fā)上仍有較大的探索空間。

3 ChemDraw軟件在無機化學教學方面的應用

在教學信息化背景下，教學組織形式、教學目標以及學生的學習方式、內在的認知結構、價值觀念等都發(fā)生了變化。一名合格的教師應與時俱進，利用信息技術手段創(chuàng)設適當的學習情境，并將自己設想為學生，以學生學習的心態(tài)置于教學情境中，尋求有效的教學策略。

3.1 理論課教學過程中的應用

學習是一個需要在特定情境中構建知識的過程[11]，色彩是最直接、最普遍、最富有刺激力的美感形式，動態(tài)演示加強理解，美與動的結合可以創(chuàng)造一個良好的認知過程。

圖1 ChemDraw在乙烯共價鍵繪制中的應用

3.2 實驗教學過程中的應用

學生學習化學實驗課程，不是為了制備或者提純某一種物質，而是學習其中的操作過程與思路。無論是何種的教學方式，實驗課程的預習都至關重要。根據實驗課的教學特點及學生情況，設計如圖2所示的實驗教學安排，幫助學生充分預習實驗流程，并達到印象深刻、觸類旁通的效果。

對于制備類的實驗，學生可以利用ChemDraw軟件繪制的實驗裝置圖呈現(xiàn)在預習報告上。在繪制的過程中，學生應注意裝置的搭建順序，模擬實驗過程。預實驗虛擬訓練，可以充分鍛煉學生的眼、腦、手等多種器官的協(xié)調學習能力和對實驗內容、實驗過程的整體掌握。上課時，教師對實驗原理進行講解并展示實驗過程，學生可以在學習過程中回憶自己利用ChemDraw軟件繪制的實驗裝置，兩者進行對比，找到差異，進行二次學習。教師觀察學生的實驗操作過程，對學生出現(xiàn)的問題進行課后反思。課后學生根據實驗操作與預習的理論模擬結合，優(yōu)化ChemDraw軟件繪制的實驗裝置圖，并用其他顏色標注實驗過程中需要注意的儀器，將這些過程體現(xiàn)在實驗報告中，促進學生學習中的反思，完成深度學習。

學生利用ChemDraw軟件可重新性特點，可以嘗試模擬搭建多種實驗裝置，如圖3氫氧化鋁制備實驗裝置。在搭建的過程中，熟悉實驗流程，對實驗操作有更明確的意識，關注實驗細節(jié)，增強實驗設計的能力，借助實驗設計助手，解決設計實驗的難題。

圖2 ChemDraw軟件引入實驗教學安排

圖3 ChemDraw在氫氧化鋁制備實驗的應用

3.3 理論與實驗課密切結合

實驗是驗證理論的最佳佐證，理論是解釋實驗結果的最優(yōu)工具。將理論與實驗密切結合，可以培養(yǎng)學生自學、邏輯思維、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。以《無機化學》沉淀轉化部分的教學為例，首先完成該部分的實驗教學，通過加入不同的沉淀劑讓學生觀察試管內的顏色變化，并提出疑問“產生這樣的實驗現(xiàn)象原因是什么？”。在理論教學過程中采用任務驅動法，即整堂課程圍繞通過Ksp判斷沉淀轉化的方向為目標，結合講授法與引導法展開教學。利用ChemDraw軟件模板工具的試管，通過Group功能進行編組或取消編組，進而調整適當的液面高度，再根據不同沉淀顏色改變試管內的顏色，繪制如圖4所示的實驗現(xiàn)象。與Flash等動畫軟件結合，實現(xiàn)動態(tài)實驗過程，最后呈現(xiàn)在PPT內。在理論課程中，通過信息化軟件，輔助教學幫助學生回憶實驗課現(xiàn)象，再闡述原因，將理論與實驗建立聯(lián)系。提升學生的“關聯(lián)”學習動機，最后達到學生學習自信。

圖4 沉淀轉化實驗現(xiàn)象

3.4 多種軟件協(xié)同使用

以ChemOffice為主，與其他多媒體軟件聯(lián)用，可以豐富教學過程。如在《原子結構和元素周期表》章節(jié)中的多電子原子能級和徐光憲規(guī)則部分中利用ChemDraw繪制各種軌道、電子排布等，再與AI、Photoshop等繪圖軟件及Pr等視頻剪輯軟件相結合，制作徐光憲規(guī)則的視頻和關于徐光憲院士的記錄片，在教學過程中幫助教師引入思政教育?；蛘呓處熆梢岳肅hemDraw繪制原子軌道示意圖等，并與萬彩動畫大師等微課制作軟件聯(lián)用，制作相關微課，通過講解觀察微觀世界，幫助學生樹立世界觀，并融入思政元素。

4 融入效果

根據學生可以自主使用ChemOffice軟件的情況、無機化學授課形式的需求、反饋、期望等方面的問卷調查。在調查中發(fā)現(xiàn)絕大多數的學生擁有電腦，并且計算機機房持續(xù)開放，這為順利將ChemOffice軟件引入《無機化學》教學提供不可或缺的硬件條件。77.59%的學生認為，ChemOffice等現(xiàn)代信息化技術融入至課堂內使課堂生動活潑，提高了學習積極性；較多的學生認為，有利于課程重點、難點內容的理解和掌握以及掌握學習策略和方法；88.28%的學生認為，ChemOffice對未來的就業(yè)有較大的幫助。通過問卷調查分析，學生接受將ChemOffice軟件應用在《無機化學》教學過程中。ChemOffice等現(xiàn)代化多媒體軟件有助于教學更直觀，幫助學生理解知識點。

5 結論

實踐證明，Chemoffice的引入對《無機化學》的理論課和實驗課教學均起到了良好的促進作用，可以把復雜的理論知識，或者實驗裝置，予以生動的形象化表達，能夠較好的調動學生的積極性，激發(fā)學生學習熱情。ChemOffice軟件的定位，不再局限于單一應用工具，而是一種信息化學教學手段，教師應在教學的諸多環(huán)節(jié)中進行啟發(fā)式教學。信息化時代下的《無機化學》教學仍有較大的探索空間，需要《無機化學》教學工作者的不斷努力研究。