利用化學軟件輔助分子結構教學

葉華斌

摘 要：在中學化學教學中，物質結構的教學歷來是教學中的難點和重點。主要介紹計算機輔助教學（CAI）在克服這個教學難點時的一些體會：適應不同課堂教學設計的要求，選擇合適的應用軟件（開發平臺），可以大大提高工作效率和教學效果。

關鍵詞：計算機；軟件；分子結構

隨著計算機的發展，對文字，聲音、圖像、動畫的處理能力越來越強，計算機輔助教學（CAI，Computer Assisted Instruction）已經被廣大化學教師所采用。它對克服教學難點、提高教學質量發揮了很大的作用。在中學化學教學中，計算機輔助教學CAI應用的范圍很廣。比如，抽象的化學概念和原理；一些有毒、危險的化學實驗而且觀察不明顯的內容（如：溴苯制備，氫氣還原氧化銅等）；或在實驗室無條件進行的實驗（如：工業生產煉鐵，化工的生產流程等）。計算機輔助教學CAI課件可以把它們形象化、動態化，讓化學教學過程更直觀、更活潑，促進學生對知識的理解和掌握。因此以前許多教師感到難教，學生感到難學的內容，借助CAI可以變得更容易教、更容易學，提高了教學效率。

物質的微觀結構和成鍵方式（即：分子結構和晶體結構）是中學化學中的一個難點，同時又是一個重點。理解它們需要有較強的空間想象能力和抽象思維能力，大部分學生理解起來比較吃力。在有機物的教學中表現得尤其突出。因為有機分子結構復雜，異構現象非常普遍，在普通教學方法中很難用語言或圖形準確描述，如：烴的分子結構、有機官能團的結構、氨基酸的分子結構。它們看不見、摸不著，單靠語言和文字的描述，很難在學生中留下深刻的印象。過去依靠展示靜態模型，因為模型畢竟很有限，而且只能反映出有限的幾種靜態情況，教學效果一般。但是運用CAI課件可以很好地攻克這一難點。因為彩色的圖形和動畫能夠使概念易于理解，易于記憶，使學生更容易掌握教學內容。目前，制作化學CAI課件的軟件有PowerPoint，Flash，Authorware，PhotoShop， 3Dmax等。雖然這些軟件都可以繪圖，但是制作分子結構需要進行很多復雜的操作，花費大量的時間，而且繪成的圖形自己都不太滿意，直接影響到整個教學效果。我們發現運用化學軟件可以很方便地完成演示課件的制作。這些化學小軟件可以很方便建立分子微觀三維立體結構，完整地表現了分子的立體結構；可以隨意旋轉各種角度，從不同側面進行觀察；還可以動畫來演示分子結構以及化學鍵的形成過程和斷裂過程，使學生從動畫中深刻體會微觀世界的微妙。圖1和圖2作為示例，分別從不同角度觀察CH3OH分子結構和金剛石結構。報刊中常見的化學軟件有Chemsketch和ChemDraw等，我們所用的小軟件是Rasmol和Diamond，與Chemsketch，ChemDraw相比，這兩個小軟件更容易操作，所占用磁盤空間更小，學習軟件所需要的時間可以大大減少。這兩個軟件均是圖形界面，有菜單、工具欄等，非常便于學習和操作使用。圖3是Rasmol和Diamond的主界面。

我們在制作課件中認識到，各種電腦繪圖軟件的功能雖然都很強大，但是針對教學目標，選擇合適軟件可以大大提高工作效率，而且可以提高課件質量。如果把這個想法應用到教學中：對于教學中的重點和難點，利用現代化手段，合理恰當地把CAI引入教學過程中，充分利用計算機的功能，可以使教學更生動有趣，最大限度調動學生學習的積極性，提高教學效率。其實，計算機輔助教學在中學化學教學過程中的應用，存在許多類似的情況。如：在課件中書寫化學方程式、離子方程式，經常會遇到可逆、氣體、沉淀、加熱等符號；氧化還原反應中電子轉移情況的表示；如果采用Word等軟件進行輸入，比較麻煩和困難。又如，一些化學中儀器裝置圖（酒精燈、燒杯等），采用Photoshop或Brush等軟件，畫起來非常吃力。而采用化學軟件ChemOffice可以很方便地完成這些要求。總之，在中學化學教學中，適應不同課堂教學的要求，針對不同教學內容，采用合適的教學方法，應用恰當的體現方式，才能真正發揮CAI的作用，使課堂教學效果達到最優化。

圖1 從不同角度觀察CH3OH分子結構

圖2 從不同角度觀察金剛石結構

圖3 Rasmol和Diamond的主界面

編輯 李建軍