KingDraw軟件在高職院校有機化學教學中的應(yīng)用

唐明根(楊凌職業(yè)技術(shù)學院，陜西 咸陽 712100)

0 引言

有機化學是研究有機化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法與應(yīng)用的科學，是化學中極重要的一個分支。有機化學課是高職院校化學相關(guān)專業(yè)的一門重要公共基礎(chǔ)課，有機化學課程具有理論抽象、分子空間結(jié)構(gòu)難以想象和課時量少等特點，因而有機化學課程難度較大，同時高職院校學生學習習慣較差，學習主動性和積極性不高，課堂思考與互動較少，導(dǎo)致有機化學學習效果不佳[1]。在教育部《教育信息化2.0行動計劃》推動下，各類面向教育教學的軟件被開發(fā)出來，提高了學生學習效率，促進了教學信息化、數(shù)字化的進程。化學編輯器軟件因其功能全面、使用便捷等優(yōu)點在各高校教學和科研中廣泛應(yīng)用。KingDraw是由青島清原精準農(nóng)業(yè)科技有限公司開發(fā)研制的一款化學結(jié)構(gòu)式編輯器軟件，其具有軟件下載免費、可在多平臺使用、功能全面且使用免費等優(yōu)點，能夠在高職院校有機化學教學中起到良好的輔助作用。

1 高職院校有機化學教學現(xiàn)狀分析

1.1 教師教育理念和方法

職業(yè)教育作為我國教育系統(tǒng)重要的組成部分，肩負著重要的育人使命和光榮職責，黨和國家高度重視職業(yè)教育發(fā)展和改革，國務(wù)院在2019年印發(fā)了《國家職業(yè)教育改革實施方案》，對我國職業(yè)教育的改革發(fā)展做出了系統(tǒng)謀劃和精心設(shè)計，對教師、教材、教法有著明確的要求，在教育教學中要以學生為中心，教師作為學生學習的引導(dǎo)者和設(shè)計者，充分帶動學生的主觀能動性，協(xié)助引導(dǎo)學生學習和發(fā)展。但是，在實際教學中有很大一部分高職院校化學教師未能深刻領(lǐng)悟職業(yè)教育改革發(fā)展的內(nèi)涵和要義，也未按照職業(yè)教育教學改革要求開展日常教學工作，在日常教學中依然采用相對落后的教學方法，即是“滿堂灌”的教育模式，教師單向輸出內(nèi)容，學生被動聽課，這種現(xiàn)象在高職院校有機化學教學中非常普遍[2]。雖然老師的出發(fā)點是好的，考慮到有機化學課程特點和學習難度相對較大，教師采用傳統(tǒng)的教學模式是為了讓學生能理解和掌握更多的知識與技能，為日后專業(yè)課程的學習奠定良好的基礎(chǔ)，但是這種教育方法和理念并不適合當代教育教學的的要求。在傳統(tǒng)的教育教學方式，教師作為化學課堂的組織者，主導(dǎo)整個課堂教學過程中，學生的主觀能動性不能被有效激發(fā)，學生的課堂參與度不高，對有機化學知識的學習興趣低，師生之間溝通交流少，教師對學生在學習中遇到的問題和難點掌握程度低，不能達到有效的教學目標。

1.2 高職院校學生自身現(xiàn)狀

從高職院校生源途徑分析主要有兩類：一類是中專畢業(yè)升入高職院校；另一類是高考落榜后進入高職院校學習[3]。基于此分析，這兩類學生的學習成績中等偏下，學習能力和理解能力偏弱，中學化學知識底子薄弱。同時他們的學習習慣和學習意識一般，進入高職院校學習階段適應(yīng)性差，大部分學生課前不預(yù)習，課上不參與教學活動，課后不復(fù)習鞏固，難以有效跟隨教師的上課節(jié)奏，對知識的理解和技能的掌握程度偏低，致使有機化學學習效果不理想。有部分學生因高考失利進入高職院校學習，自信心不足，更有甚者可能存在自卑心理，覺得自己不如本科的學生，導(dǎo)致學習積極性不高，學習效果不顯著，長此以往可能產(chǎn)生自暴自棄的心態(tài)，學習進取意識越來越薄弱[4]。中學教學以教師為主導(dǎo)督促學生學習，高職院校教學以學生為中心，教師輔助學生學習，更多的需要學生自學自研。但是進入高職院校學習的學生自制力普遍偏弱，教師對學生的管教和督導(dǎo)力度低于中學階段，學生抵制誘惑能力較差，他們可能沉溺于虛擬的網(wǎng)絡(luò)游戲等娛樂活動，不喜歡枯燥抽象的理論，這就導(dǎo)致他們的課程學習效果差。從學習環(huán)境來看，中學學習有考大學、進入好大學的目標，全班同學一起學習，學習氣氛強烈，學習環(huán)境良好；而在高職院校學習階段，具有明確學習目標和制定學習計劃的學生數(shù)量較少，沒有學習的動力，同時進取意識薄弱，這就導(dǎo)致班級整體學習氣氛不高，學習氛圍較差，這在一定程度上降低了學生學習的積極性和主動性[4]。

1.3 有機化學課程分析

高職院校有機化學知識體系相比于中學有機化學更加全面。在中學，有機化學主要是認識有機物的種類和基本性質(zhì)，了解有機化學基本反應(yīng)類型等基礎(chǔ)性知識[5]，而在高職院校學習階段，需要我們?nèi)ハ到y(tǒng)認識有機物的構(gòu)成結(jié)構(gòu)，深入學習各類有機物性質(zhì)，掌握制備有機物的方法和技術(shù)手段，這其中涉及到反應(yīng)機理的探究和有機物實際應(yīng)用等方面。它不在局限于表觀現(xiàn)象的記憶學習，而是要透過現(xiàn)象挖掘本質(zhì)。基于此，高職院校有機化學學習難度更大。有機化學的學習難度可以從“多”“深”“變”三個方面來說明[6]。“多”是指有機化合物數(shù)量龐大、類別繁多，有機化學反應(yīng)多且常伴有副反應(yīng)，記憶難度大；“深”是指有機化學反應(yīng)機理復(fù)雜，有機物立體空間結(jié)構(gòu)抽象，反應(yīng)過程難以理解；“變”是指有機化學中不同官能團之間可相互轉(zhuǎn)化，有機物制備方法多變，掌握難度大。高職院校不同于本科院校，有機化學教學課時少，學生理解并掌握冗雜的有機化學知識時間相對較少，這在一定程度上加重了學習難度。

2 KingDraw軟件主要功能介紹

2.1 有機物結(jié)構(gòu)式和反應(yīng)流程繪制

KingDraw軟件中內(nèi)嵌多種化學鍵類型、取代基和常見有機物結(jié)構(gòu)片段等，結(jié)合元素周期表，用戶通過簡單點擊、快速選擇繪制各種有機物結(jié)構(gòu)。其繪圖樣式模板不僅包括“KingDraw Document”和“ACS Document 1996”兩個選項，而且也可根據(jù)個人需要，單獨設(shè)置自己的繪圖樣式，整個繪圖過程操作便捷、繪制出的有機物結(jié)構(gòu)圖規(guī)范簡潔美觀。除此之外，KingDraw還具有圖像識別功能，導(dǎo)入圖片可自動識別圖片上相應(yīng)的結(jié)構(gòu)式，將其轉(zhuǎn)化到KingDraw的畫板上，可大大節(jié)約繪制大環(huán)分子、聚合物等復(fù)雜有機物的時間。KingDraw軟件提供了豐富的箭頭、流程圖及括號等相關(guān)工具，定期優(yōu)化文本工具的設(shè)計樣式和輸入方式，具有多種文本對齊方式，并且支持文本工具窗體的拖動，選擇后可以直接展示在畫板中，通過拖拽可以改變大小或角度，可以幫助使用者快速、準確地繪制出化學反應(yīng)方程式和相關(guān)原理圖。

2.2 物質(zhì)基本屬性和三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)

KingDraw軟件不僅可以繪制有機物結(jié)構(gòu)式，而且可以準確提供有機物的基本信息以及三維結(jié)構(gòu)示意圖，幫助學生全面具體學習有機物。在KingDraw軟件中繪制出有機物結(jié)構(gòu)式時，選中整個結(jié)構(gòu)式后點擊“化學屬性”按鈕，它自動為我們展現(xiàn)該有機物分子的分子式、相對分子質(zhì)量、元素質(zhì)量占比和荷質(zhì)比等信息。在軟件工具欄中，點擊“3D”按鈕，可以查看結(jié)構(gòu)式的3D模型。軟件系統(tǒng)提供3種3D展示模型：分別為填充模型、棍棍模型和球棍模型，通過點擊左上角的“模型切換工具”進行快速切換。同時，它還可以標記手性碳原子立體構(gòu)型，框選結(jié)構(gòu)式后，選擇右鍵菜單中的“顯示立體構(gòu)型”功能即可自動標記立體構(gòu)型，再次框選結(jié)構(gòu)式，選擇右鍵菜單中的“關(guān)閉立體構(gòu)型”功能可以取消標記。值得一提的是，KingDraw軟件系統(tǒng)提供了三種不同方式查看有機物的三維模型，分別是鼠標左鍵拖動旋轉(zhuǎn)查看、坐標系查看、視圖查看方式，并且不同的元素以不同顏色標識，更加便于觀察學習有機物分子的空間結(jié)構(gòu)和圖像輸出保存使用。

2.3 化合物百科功能和電子實驗記錄本

KingDraw軟件內(nèi)嵌化合物百科功能，收錄1.5億化合物數(shù)據(jù)，其中已有750萬化合物信息關(guān)聯(lián)國內(nèi)外供應(yīng)商。查詢化合物時，可以通過畫板上的結(jié)構(gòu)式直接查詢，也可以通過中英文名稱、分子式、IUPAC名稱、CAS號、SMILES、InChl Key、數(shù)字標識CID等多種方式進行查詢。化合物詳情界面支持結(jié)構(gòu)式的下載，點擊結(jié)構(gòu)式圖片下方的“下載結(jié)構(gòu)式”，即可將相應(yīng)結(jié)構(gòu)式文件下載到本地儲存。目前化合物百科功能支持化合物的基礎(chǔ)信息、屬性信息、化學和物理性質(zhì)信息、光譜信息的查詢，例如可以查詢到化合物的結(jié)構(gòu)和名稱，一維核磁共振譜圖、質(zhì)譜和紅外光譜圖等信息，同時附有相關(guān)譜圖，便于使用者輕松獲取有機物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)信息。電子實驗記錄本是KingDraw軟件化學家工作站的組成部分，支持電腦、手機多端口使用，兼?zhèn)浼堎|(zhì)版記錄本的靈活性和電子系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)管理能力，可以輕松實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的采集、審核、保存、共享和報告等功能，是實驗過程記錄的得力助手。

3 KingDraw軟件在高職院校有機化學中的應(yīng)用

3.1 豐富教師教學手段，提升課堂教學效率

在信息化教學背景下，使用化學編輯器制作有機化學教學設(shè)計時，需要繪制大量的有機物分子結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)模型、原子軌道圖、反應(yīng)方程式等教學材料，這都可以通過KingDraw軟件輕松制作。制作完成的教學材料不僅可以通過導(dǎo)出照片保存，而且還可以保存或另存為多種文件類型格式(.kdx/.cdx/.mol)，上傳至網(wǎng)絡(luò)云端，隨時隨地查看、修改和使用。KingDraw軟件具有Android、IOS、Windows三種客戶端，各個客戶端之間數(shù)據(jù)共享，可以滿足教師在智慧教室電腦端、手機客戶端的教學需求，通過KingDraw軟件實現(xiàn)教學過程中的演示、講解、練習和課堂探究，無紙化、便捷化的推動教學實施，推動有機化學信息教學，提高課堂教學效率。

3.2 轉(zhuǎn)變課堂教學模式，凸顯學生主體地位

傳統(tǒng)的教學方式多為教師講學生聽，在學習的過程中學生處于被動接受的局面，學生對知識的理解和掌握程度低，學習興趣和積極性不高，引入KingDraw軟件后，可有效吸引學生的學習興趣，提高學生課堂參與度，發(fā)揮其主觀能動性。在有機化學教學過程中，引入KingDraw軟件，教師先通過軟件展示有機物繪制、命名過程，學生聽講記錄。當示范幾次后，教師設(shè)置訓(xùn)練任務(wù)，引導(dǎo)學生自主通過軟件繪制有機物結(jié)構(gòu)并命名。在講授有機物的空間結(jié)構(gòu)時，傳統(tǒng)的講授方法以口述、黑板畫圖或模型展示為主，學生對于有機物的空間結(jié)構(gòu)理解不深，當使用KingDraw軟件的三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)功能時，一方面讓抽象的微觀結(jié)構(gòu)可視化，另一方面學生可以自己動手使用三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)功能轉(zhuǎn)動有機物結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學生“動手”的同時還能“動腦”，幫助學生建立空間立體感，加深對有機物空間結(jié)構(gòu)的理解，更好地引起學生對有機物“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的共鳴。將KingDraw軟件融入高職院校有機化學教學中，通過調(diào)動學生對于未知事物和計算機技術(shù)的興趣，有效提高學生的課堂參與度和動手操作能力，激發(fā)學生對有機化學學習的熱情和積極性，凸顯學生主體地位，使得學生的課堂地位由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，對知識的理解和技能的掌握更進一步，教學效果得到有效提升。

3.3 應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，促進學生自主學習

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，人類的衣食住行等方方面面都離不開信息技術(shù)，計算機軟件輔助有機化學日常教學，不僅可以讓難懂、高度抽象的有機化學結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵我讓W、具體形象的三維結(jié)構(gòu)，開啟學生學習有機化學的興趣和熱情，而且可以鍛煉學生使用計算機軟件的能力，提高學生應(yīng)用信息技術(shù)處理解決問題的能力。在課后練習使用KingDraw軟件過程中，學生們可能會遇到有機物結(jié)構(gòu)繪制、繪圖樣式和顏色設(shè)置等問題，他們會主動通過計算機網(wǎng)絡(luò)搜索相關(guān)教程解決相關(guān)問題，培養(yǎng)學生應(yīng)用計算機信息技術(shù)解決問題的能力，推動知識體系的自身架構(gòu)。除此之外，KingDraw軟件內(nèi)置的化合物百科功能，可以為學生提供較為全面的有機化合物基礎(chǔ)信息和結(jié)構(gòu)信息譜圖，豐富學生的課余知識，培養(yǎng)學生自我探究的學習意識。當學生畢業(yè)進入相關(guān)企業(yè)工作時，通過在有機化學學習過程中訓(xùn)練的作圖方法和技巧，利用獲得的知識和技能，可快速繪制得體美觀的化學結(jié)構(gòu)式，快速分析有機物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高其工作效率。

4 結(jié)語

綜上所述，KingDraw軟件其全面的有機物結(jié)構(gòu)繪制、便捷的三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)、全面的信息搜索查找等功能，通過與有機化學教學結(jié)合，激發(fā)學生學習興趣，降低學生學習難度，推動學生被動接受到主動學習的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學生自我探究學習的意識，有效提高高職院校有機化學的教學效果，在未來的高職院校化學教學中具有廣闊的應(yīng)用前景。