高中有機化學分子結構可視化程序編制

馬斌 王星齊 梁之琛 劉洪君 王悅晴

摘要：隨著科技與教育的發展，知識可視化這個新興領域正蓬勃發展，可視化教學也日益火熱。高中化學教學中教師對于有機物分子的空間構型較難清晰闡述，學生理解困難，基于此問題，本項目通過建立高中有機化學分子結構模型庫，使用Python編程語言編制高中化學有機分子結構可視化程序，并與模型庫建立連接，達到了輸入有機物名稱，即可呈現其靜態與動態的立體構型的一體化效果。

關鍵詞：高中化學;有機分子結構;可視化程序

引言

在高中有機化學教學中，利用可視化教學，可以將抽象的分子結構形象生動地呈現給學生[1，2]，啟發學生過渡到抽象思維，降低學生的學習難度，提高學習興趣，從而掌握知識的規律性，形成科學的理論。當前，國內與國外對可視化的研究多為知識可視化系統或可視化技術的應用，將可視化教學運用于建立數學及物理模型，以及對聾啞人的可視化教學研究，但至今很少有將化學知識可視化的研究。

可視化程序的編制使有機分子結構實現可視化，由抽象變具體，減輕了高中教師的教學負擔，極大的降低了學生對空間想象能力的要求，減緩了學生的學習困難。同時，利用可視化教學所提供的具體化空間構型有效的利用學習資源，在一定程度上實現了教學資源的共享和傳遞，對傳統授課進行變革，有效提高教學質量和效率，將教學與網絡信息化結合[3，4]，為教師提供簡單易用的教學平臺，最終實現教師方便授課，學生輕松理解的師生共贏。

一、程序界面設計

建立完善的分子結構模型庫，使用python語言[5]，利用while循環塊和圖片show.（）方法和視頻play.（）方法實現對存儲有大量化學分子結構圖片、視頻動態文件的文件夾進行可重復的快速查找調用并展示。

二、生成實例

舉例：調用葡萄糖分子3D靜態與動態結構模型

首次運行此程序時，需要先將程序用“記事本”的方式打開，修改代碼中的數據庫路徑，操作如下：

打開數據庫，調出任意一張圖片的“屬性”，復制其“位置”到上述“記事本”中的“inpath”行的單引號中，把“＼”修改為“/”，保存修改，關閉界面;再將程序用“python”的方式打開。

如需生成圖片，則在此界面鍵入“1”，回車，輸入“葡萄糖”，回車，即可，界面如下圖2所示。生成圖片如下圖3：

如需生成視頻，則在此界面鍵入“2”，回車，輸入“葡萄糖”，回車，界面如下圖4所示。生成視頻界面如下圖5：

結語

本項目成功建立了高中有機化學分子結構的3D靜態與動態模型庫，編制了高中有機化學分子結構可視化程序，實現了分子結構的可視化。未來可以進一步探索其在課堂教學中的應用效果，并結合大學有機化學，進一步擴大分子結構模型庫，實現有機化學分子結構的可視化。

參考文獻：

[1]盛永娟， 沈理明， 楊艷娟，等. 高中生化學學習中“映象表征”、“符號表征”及其轉換能力的調查分析[J]. 化學教育， 2013， 34（1）：58-61.

[2]整體論視域下高中化學多媒體動畫模型分析[D]. 李敏.東北師范大學 2013

[3]寧清茹，陳亞芍.信息技術支持下的思維可視化教學——以人教版《化學2》第三章為例[J].化學教與學，2017（09）：2-6+23.

[4]陳維，張紅俊.高中化學可視化教學例談[J].化學教與學，2017（09）：28-29

[5]佚名. 基于可視化軟件eChem的分子立體構型學習[J]. 化學教與學， 2019（2）：7-8.

項目：陜西師范大學校級大學生創新創業訓練計劃項目“高中有機化學分子結構可視化程序編制”，編號：Cx2018117。