ChemOffice Ultra軟件在大學化學教學中的應用

宋小利　高立國

摘 要：介紹了ChemOffice Ultra軟件的基本功能，并著重展示了ChemDraw Ultra在實驗教學中的應用和Chem3D Ultra在有機化學教學中的應用，從而為有效的利用此軟件及更有目的地進行化學研究提供高效快速途徑。

關鍵詞：化學 教學方法 計算機軟件

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0202-01

隨著計算方法的發展以及計算機技術的進步，人們越來越重視計算機在教學中的輔助作用。我們發現在化學課堂教學中，常常會出現一些結構復雜的有機分子或者生物大分子，在進行物質結構空間構象特點的時候不容易讓學生理解。化學問題隨著計算機軟硬件技術的發展得到了技術支持，專門開發出解決化學問題的應用軟件。美國劍橋軟件公司研制的ChemOffice Ultra11.0是當前化學教學最常用的結構編輯軟件，ChemOffice Ultra11.0包括Chemdraw Ultra11.0和Chem3D Ultra11.0。ChemOffice Ultra11.0可建立和編輯各類非常復雜的有機化學中的化學式、方程式、結構式等，檢查有機分子結構的合理性與立體化學的空間表達，精確顯示有機分子中指定結構部分的多種光譜，可以用內置的生物繪畫工具表示DNA的分子螺旋結構，還可以預測分子的某些常見物理化學性質。Chem3D Ultra11.0可提供高質量的3D分子立體圖，是分子仿真分析的最佳環境，即任何有機分子結構可以在線段模型、球棍模型和比例模型中自由變換，同時顯示分子中全部的鍵長、鍵角、鍵能等重要參數。Chem3D 11.0還能借助ChemDraw11.0窗口，在ChemDraw上畫出的二維結構式立刻自動轉換為三維結構。

1 ChemDraw Ultra11.0在實驗教學中的應用

在ChemDraw Ultra11.0軟件中，學生可通過鼠標可以輕松操作整個實驗過程，實驗現象逼真，具有趣味性，不但讓學生做實驗如若身臨其境，而且還將娛樂同探索科學知識融為一體。學生可以通過實驗活動驗證自己所學理論知識，掌握實驗技能，提高動手操作能力，培養觀察能力，分析能力，想象創新能力和科學探究能力。比如學生可很快的畫出實驗裝置圖，老師可以指導學生畫圖的順序，必需要安裝儀器的順序一致，即“從左到右，從上到下”，這樣即使學生真正的做實驗，也不會出錯。

2 Chem3D Ultra11.0在有機化學教學中的應用

在以往的有機化學教學過程中，教師是利用球棍模型進行授課。模型教學，一是制作攜帶不方便；二是坐在后排的學生很難觀察清楚，必定嚴重影響教學效果。而Chem3D Ultra11.0可以解決以上不足。Chem3D Ultra11.0是ChemOffice中一個十分有特點的組件，是一個非常好的三維模型設計和結構計算軟件。它可以實時地顯示分子的三維空間模型，自動判斷分子的模型是否正確，并且可以通過量子化學計算最小化能量給出最恰當的分子空間構象。在整個計算過程中，分子是以三維動態的形式演示，形象地表示了分子的每一步的鍵長、鍵角、二面角和能量的變化。其動態演示可以記錄下來，是一款非常好的教學演示軟件。Chem3D Ultra11.0經過計算后可顯示分子軌道圖像，在教學中非常直觀明了。例如：在Chem3D中首先可以畫出乙烯分子的結構圖，從結構圖中可以看出乙烯分子的6個原子處在同一平面上，中心C原子發生的是sp2雜化。然后，點擊[Calculations]→[Extended Hückel]→[Calculated Surfaces]，計算完以后，我們就可以通過[Surfaces]按鈕看到最高占據軌道（HOMO）圖和最低空軌道（HOMO）圖了。

3 結語

ChemOffice Ultra在化學教學中的應用遠不止本文所講，例如：還可以利用該軟件顯示不飽和共軛體系中的離域大π鍵；有機或者分析化學中講解波譜分析時可利用其計算功能可以顯示紅外光譜、一維核磁共振譜以及對應的譜圖解析；在講物理化學反應機理時，可以通過計算菜單計算反應歷程，然后可以將整個反應過程動態地顯示出來，非常美觀。ChemOffice Ultra在化學教學中的應用，改變了傳統化學教學單一、枯燥的教學模式，營造了一個形象生動、色彩斑斕、有趣快樂的多媒體教學環境，并且提高了學生的學習興趣，使抽象的化學知識變得容易掌握和較為直觀，大大提高了課堂教學質量。同時，還可以使學生較早接觸到專業的科研工具，培養其科研興趣。

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