計算機與化學教學

摘 要： 本文介紹了計算機在化學教學中的一些應用，包括互聯(lián)網(wǎng)上可用的化學資源，教學中的常用軟件，以及計算機輔助教學等，對化學教師和化學專業(yè)的學生都有一定的幫助。

關鍵詞： 化學教學 計算機 軟件

隨著科學技術的飛速發(fā)展，計算機技術、網(wǎng)絡技術及信息技術在化學學科中的不斷滲透、不斷融合，計算機在現(xiàn)代化學教學中扮演著越來越重要的角色，給化學教學帶來了極大的便利。

1. Internet上的化學資源

互聯(lián)網(wǎng)上常見的化學資源類型有：化學教學課件和教學素材，化學教學優(yōu)秀教案，化學教學參考資料，網(wǎng)絡電子圖書、電子雜志和期刊，網(wǎng)絡教程等。以前的文獻[1-3]對此有較詳細的描述，這里不再贅述。

2.化學教學中的常用軟件

計算機軟件可以在人們的工作、學習與研究中協(xié)助我們更快、更好、更方便地工作，化學工作者經(jīng)常用到的軟件通常可分為一般軟件和化學專業(yè)軟件。

2.1一般軟件

2.1.1 PowerPoint[4]

PowerPoint是Microsoft公司開發(fā)的用于制作和演示幻燈片的軟件，能夠制作出集文字、圖形、圖像、聲音、動畫及視頻剪輯等多媒體元素于一體的演示文稿，以形象生動、圖文并茂的形式將你要表達的內容在計算機或大屏幕上動態(tài)地表現(xiàn)出來。

2.1.2 Authorware[4]

Authorware是Macromedia公司開發(fā)的一種多媒體軟件制作工具。它與傳統(tǒng)的計算機程序設計語言不同，只要通過對圖標的調用來編輯一些控制程序走向的流程圖，將文字、圖像、圖形、動畫、聲音、視頻等各種多媒體項目數(shù)據(jù)匯集在一起，賦予其人機交互功能，從而達到多媒體軟件制作的目的。

2.1.2 Excel[5]

Microsoft Excel軟件是微軟公司開發(fā)的功能強大的電子表格管理軟件，由于其豐富的庫函數(shù)和強大的邏輯判斷、計算功能，使用Microsoft Excel軟件處理實驗數(shù)據(jù)，具有方便、快捷、準確度高等優(yōu)點。我們運用這個軟件解決化學理論教學中的曲線繪制、數(shù)據(jù)處理、實驗標準曲線制作等問題。

2.1.3 Origin[6，7]

Origin軟件是由Microcal Software公司研發(fā)的對科學數(shù)據(jù)進行處理和繪圖的軟件，主要功能有：對數(shù)據(jù)進行常規(guī)處理和一般的統(tǒng)計分析，如記數(shù)、排序、求平均值和標準偏差、t檢驗、快速傅里葉變換、比較兩列均值的差異、回歸分析，用數(shù)據(jù)作圖，用自帶函數(shù)及自定義函數(shù)擬合曲線等。

2.1.4 Mathtype

Mathtype是Design Science公司開發(fā)的一個用來建立包含數(shù)學公式的文檔和網(wǎng)頁的交互式工具，它可以與任何文字處理軟件、演示文檔軟件、頁面排版軟件、網(wǎng)頁制作軟件良好兼容，在其中加入各種復雜的數(shù)學公式和符號。

2.2化學專業(yè)軟件

2.2.1 ChemOffice[8]

ChemOffice是美國CambridgeSoft公司的重要產(chǎn)品之一，是目前化學工作者桌面應用的最重要和最權威的軟件包之一，主要由ChemDraw、Chem3D、ChemFinder等幾部分組成。

ChemDraw（圖1）是一個化學結構繪圖軟件，主要功能就是繪制各種形狀的化學分子結構及化學圖形，具有一般其他繪圖軟件所不具備的化學分子圖形編輯功能。軟件本身更是附帶了模板，如各種類型的糖、氨基酸等在模板窗口中，每個模板以獨立的文件進行保存與管理，使用時打開模板窗口選中即可，通過模板的操作，畫圖就如同搭積木一樣簡單。

Chem3D是一個用于設計化學模型的應用軟件，將構建、分析、計算工具融于一體。將二維平面的有機分子結構圖形（ChemDraw）轉化成三維的空間結構，并能給出鍵長、鍵角等化合物的基本信息，在分子和原子水平上模擬和分子的立體構象，顯示分子三維結構的球體圖、球棍圖、帶狀圖，線狀圖。

ChemFinder是一個化學信息管理和數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)，可以建立化學數(shù)據(jù)庫、儲存及搜索，或搭配ChemDraw、Chem3D使用，也可以使用現(xiàn)成的化學數(shù)據(jù)庫。ChemFinder是一個智能型的快速化學搜尋引擎，所提供的ChemInfo是目前世界上最豐富的數(shù)據(jù)庫之一，包含ChemACX、ChemINDEX、ChemRXN、ChemMSDX，并不斷有新的數(shù)據(jù)庫加入。ChemFinder可以從本機或網(wǎng)上搜尋Word，Excel，Powerpoint，ChemDraw，ISIS格式的分子結構文件。還可以與微軟的Excel結合，可聯(lián)結的關聯(lián)式數(shù)據(jù)庫包括Oracle及Access，輸入的格式包括ChemDraw、MDL ISIS SD及RD文件。

2.2.2 HyperChem[9]

HyperChem軟件包是HyperCube公司開發(fā)的32位Windows界面程序，是常用的分子設計和模擬軟件，可進行量子力學、分子力學，分子動力學計算。HyperChem軟件包功能非常強大，主要由這樣幾個模塊組成：構造分子；優(yōu)化分子結構；研究分子反應；觀察軌道和電子圖譜；評估化學反應路徑和化工機械裝置；研究分子動力學。用HyperChem（圖3）構建分子只需從元素周期表選擇元素，點擊和拖動鼠標畫出分子的骨架結構。

可以給出異構體的相對穩(wěn)定性；團簇的穩(wěn)定性；生成熱；電離勢；電子親和能；原子電荷；偶極矩；極化率張量；過渡態(tài)結構和性質；紅外和紫外—可見吸收光譜；振動的同位素效應；電子自旋磁共振譜（ESR Spectra）：對開殼層體系的超精細偶合常數(shù)計算，表征ESR譜；結構—活性關系分析。

2.2.3 Gaussian[10-13]

Gaussian是一個功能強大的量子化學綜合軟件包，界面友好，便于操作，已被廣泛應用?？捎脕眍A測氣相和液相條件下，分子和化學反應的許多性質，可以完成如下幾個方面的計算研究工作：分子的能量和結構；過渡態(tài)的能量和結構；振動頻率；紅外和拉曼光譜（包括預共振拉曼）；熱化學性質；成鍵和化學反應能量；化學反應路徑機理；分子軌道；原子電荷；電多極矩；NMR屏蔽和磁化系數(shù)；自旋—自旋耦合常數(shù)；振動圓二色性強度；電子圓二色性強度；g張量和超精細光譜的其他張量；旋光性；振動—轉動耦合；非諧性的振動分析和振動—轉動耦合；電子親和能和電離勢；極化和超極化率；各向異性超精細耦合常數(shù)；靜電勢和電子密度；垂直激發(fā)能。

2.2.4 Gaussview

Gaussview（圖4）是一個專門設計與Gaussian配套使用的可視化軟件，可以構建三維分子模型，構建Gaussian的輸入文件，也可以以圖形及動畫的形式顯示Gaussian計算的結果，如幾何結構，紅外光譜、拉曼光譜、電子吸收光譜、核磁共振譜，振動模式分析，分子軌道，電荷分布，偶極矩，反應路徑等。

3.計算機輔助教學（Computer Aided Instruction，簡稱CAI）[14]

CAI是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話方式與學生討論教學內容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術。綜合應用多媒體、超文本、人工智能、網(wǎng)絡通信和知識庫等計算機技術。它的使用能有效地縮短學習時間、提高教學質量和教學效率，實現(xiàn)教學目標。

4.結語

總之，隨著電子技術的普及和迅速發(fā)展，計算機已成為化學教學過程中不可缺少的輔助工具，對其綜合和合理運用，必將給教師的教和學生的學帶來極大的便利和樂趣。

參考文獻：

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[14]http：//baike.baidu.com/view/8067.htm.