計算化學軟件在大學有機化學教學中的應用

符會芳

摘 要：隨著教育改革的不斷深入，計算機在教學中的應用中越來越廣泛。尤其在大學有機化學中，二者的結合使學生的積極性得到提升，也激發了他們的興趣，實現了教學方式的創新。一方面，應用軟件可以以簡單的符號將化學方程式表達出來。另一方面，它也能夠將抽象的實驗方式變得更加具體化。因此，本文以有機物分子的化學特征作為切入點，探討計算化學軟件在教學中的應用。

關鍵詞：計算化學軟件；有機化學；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.119

近幾年來，計算化學軟件逐漸得到了人們的重視。在大學有機化學的教學中，它能夠通過傳統的平面符號將深奧的化學信息傳遞給學生，并加強他們對化學結構的理解。另外，傳統的教學方式已經不能夠滿足學生對知識的需求，只有結合現代化的輔助工具，才可以達到提升學習效率的目的。

1 計算化學軟件在大學有機化學教學中的應用

（1）計算化學軟件在立體模型方面的分析方式。從本質上來講，分子立體結構的教學在有機化學中是必不可少的。但傳統的方式中，教師僅僅用單一的構圖法對知識點進行規劃，來將其中的規律呈現在他們面前。這種方法不僅復雜，增加了教師的任務量，也無法使學生徹底的理解知識，并產生了負擔。同時，一些想象空間缺失的學生更無法將立體結構展開，體現“具體問題具體分析”的合理性。可見在有機化學中計算軟件的應用是必不可少的。首先，大學化學中的重點就是有機化合物的分子結構分析。它能夠從化學反應的基本原理出發，構建物質之間的基本聯系，并體現其中的演變過程。因此，教師可以通過分子結構的剖析，利用計算軟件將排列方式呈現出來，并在多媒體中進行模擬教學，體現教學方法的靈活性。

例如：在甲烷分子的構想過程中，教師則可以利用office中的3D處理功能，構建一個立體結構的演示過程，并將分子模型進行優化。同時，為了能夠將動態過程體現出來，教師也可以通過“Flash”動畫模型的建立做出C-C的360度旋轉過程，改變分子形態中的二苗角，來完成計算軟件中的曲線剖析動作。最后，教師要利用Gaussian03軟件實現分子關聯性講解。將每一分子作為一個數據節點，利用掃描功能對每一部分進行分析，并將對應的勢能曲線表達出來。這種教學方法的好處在于能夠使學生從全方位看出分子的構象規律，并實現曲線的交叉變換，令他們掌握乙烷的穩定排列形態。

（2）計算化學軟件對分子光學模擬的分析。有機化學的學習目的是令學生能夠用更加全面、靈活的眼光來分析宏觀與微觀世界。因此，為了體現內容的多樣化，教師可以將光譜理念引入到其中。首先，傳統的有機化學學習方式主要是以引入儀器的方法來完成，但這些化學輔助工具卻無法將有機物分子展開。針對這種情況，教師要利用計算軟件進行知識解析。首先，在操作過程中教師以Gaussian03軟件為主，以功能的設定為具體方向，對分子光譜進行預測及模擬。例如：在有機分子紅外光譜的學習中，教師利用互動模式將學生帶入到課堂學習中，將他們兩兩分為一組，并在建立好的模型上進行演示。而學生要根據模型中的振動頻率將關鍵詞Freq輸入進去，在文件的處理界面中選擇“演示”字樣，系統則會選定一個基本頻率，以分子振動節點為中心，制定相應的光譜。學生只要點擊系統中的“開始”選項，多媒體就會將化合物分子中的伸縮振動過程、光譜曲線、結構對應方向逐一體現出來，實現了教學的動態化。

再如：在雙分子親和的教學中，教師要首先建立好相應的計算模型。系統會依照分子之間的運動頻率確立核定方式，并將分析中所呈現出的關鍵詞運用到其中。最后，計算軟件能夠進行分子常態的設定，學生可以從中看出離子的分散過程以及試劑的投入順序。同時，教師要結合其中的重點內容將相關的理論知識融入進去，使學生根據總結出反應中呈現的狀態，并以小組討論的方式整理好雙分子親和中的關鍵點。最后，教師以小組為單位進行逐一評定，選取其中比較優秀的一組進行獎勵。

2 計算化學軟件在計算化學軟件在大學有機化學教學中的應用

（1）深化學生對知識的理解。有機物特性分子在化學教學中是必不可少的。但這部分內容也是學習中的難點，如何將化學知識與其物理特征聯系在一起，并直觀的呈現在學生的面前是教育的關鍵。例如：以HOMO化學概念的學習為主，教師只有將分子組合或分裂的排序過程中展現出來，學生才能夠真正依照其運行軌跡進行知識學習。而以計算軟件為主的教學方式則可以滿足這一要求。教師可以在建立基本模型的前提下選擇一條分子排列軌道，將演示內容直觀、清晰的呈現在學生的面前，深化學生對知識的理解。

（2）促進教學方式的轉變。由于有機化學的難度逐漸加深，單一的繪圖方式已經無法滿足學生的需求。因此，教學方式的轉變是必然的，也是現代化教育的結果。計算軟件能夠將分子的構成式逐一展現出來，并將平面圖像變為立體形狀。因此，如果教師想要適應時代的發展，就要提升自身的教育水平，學習計算化學軟件，并令其在課堂中能夠得到良好的應用。同時，這種方式也減輕了教師的課業任務，節省了繪圖與版面制作的時間。從學生的角度來講，這種教育模式可以為他們帶來新鮮感，激發起學習的興趣，促進自身能力的提升。

3 結語

綜上所述，本文主要從兩方面入手。第一，以計算軟件的應用作為切入點，對其在有機化學教學中的應用進行闡述。第二，探究了計算軟件在化學課程中的意義。從而得出：教師要改變原有的教育理念，將現代化的多媒體技術應用到其中，以達到教育創新的目的。同時，計算化學軟件能夠將抽象的知識結構以直觀的方式呈現在學生的面前，有利于學習效率的提升，也可以實現知識的深化，為人才的培養奠定基礎。

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