利用化学软件辅助分子结构教学

摘 要：在中学化学教学中，物质结构的教学历来是教学中的难点和重点。主要介绍计算机辅助教学（CAI）在克服这个教学难点时的一些体会：适应不同课堂教学设计的要求，选择合适的应用软件（开发平台），可以大大提高工作效率和教学效果。

关键词：计算机；软件；分子结构

随着计算机的发展，对文字，声音、图像、动画的处理能力越来越强，计算机辅助教学（CAI，Computer Assisted Instruction）已经被广大化学教师所采用。它对克服教学难点、提高教学质量发挥了很大的作用。在中学化学教学中，计算机辅助教学CAI应用的范围很广。比如，抽象的化学概念和原理；一些有毒、危险的化学实验而且观察不明显的内容（如：溴苯制备，氢气还原氧化铜等）；或在实验室无条件进行的实验（如：工业生产炼铁，化工的生产流程等）。计算机辅助教学CAI课件可以把它们形象化、动态化，让化学教学过程更直观、更活泼，促进学生对知识的理解和掌握。因此以前许多教师感到难教，学生感到难学的内容，借助CAI可以变得更容易教、更容易学，提高了教学效率。

物质的微观结构和成键方式（即：分子结构和晶体结构）是中学化学中的一个难点，同时又是一个重点。理解它们需要有较强的空间想象能力和抽象思维能力，大部分学生理解起来比较吃力。在有机物的教学中表现得尤其突出。因为有机分子结构复杂，异构现象非常普遍，在普通教学方法中很难用语言或图形准确描述，如：烃的分子结构、有机官能团的结构、氨基酸的分子结构。它们看不见、摸不着，单靠语言和文字的描述，很难在学生中留下深刻的印象。过去依靠展示静态模型，因为模型毕竟很有限，而且只能反映出有限的几种静态情况，教学效果一般。但是运用CAI课件可以很好地攻克这一难点。因为彩色的图形和动画能够使概念易于理解，易于记忆，使学生更容易掌握教学内容。目前，制作化学CAI课件的软件有PowerPoint，Flash，Authorware，PhotoShop， 3Dmax等。虽然这些软件都可以绘图，但是制作分子结构需要进行很多复杂的操作，花费大量的时间，而且绘成的图形自己都不太满意，直接影响到整个教学效果。我们发现运用化学软件可以很方便地完成演示课件的制作。这些化学小软件可以很方便建立分子微观三维立体结构，完整地表现了分子的立体结构；可以随意旋转各种角度，从不同侧面进行观察；还可以动画来演示分子结构以及化学键的形成过程和断裂过程，使学生从动画中深刻体会微观世界的微妙。图1和图2作为示例，分别从不同角度观察CH3OH分子结构和金刚石结构。报刊中常见的化学软件有Chemsketch和ChemDraw等，我们所用的小软件是Rasmol和Diamond，与Chemsketch，ChemDraw相比，这两个小软件更容易操作，所占用磁盘空间更小，学习软件所需要的时间可以大大减少。这两个软件均是图形界面，有菜单、工具栏等，非常便于学习和操作使用。图3是Rasmol和Diamond的主界面。

我们在制作课件中认识到，各种电脑绘图软件的功能虽然都很强大，但是针对教学目标，选择合适软件可以大大提高工作效率，而且可以提高课件质量。如果把这个想法应用到教学中：对于教学中的重点和难点，利用现代化手段，合理恰当地把CAI引入教学过程中，充分利用计算机的功能，可以使教学更生动有趣，最大限度调动学生学习的积极性，提高教学效率。其实，计算机辅助教学在中学化学教学过程中的应用，存在许多类似的情况。如：在课件中书写化学方程式、离子方程式，经常会遇到可逆、气体、沉淀、加热等符号；氧化还原反应中电子转移情况的表示；如果采用Word等软件进行输入，比较麻烦和困难。又如，一些化学中仪器装置图（酒精灯、烧杯等），采用Photoshop或Brush等软件，画起来非常吃力。而采用化学软件ChemOffice可以很方便地完成这些要求。总之，在中学化学教学中，适应不同课堂教学的要求，针对不同教学内容，采用合适的教学方法，应用恰当的体现方式，才能真正发挥CAI的作用，使课堂教学效果达到最优化。

图1 从不同角度观察CH3OH分子结构

图2 从不同角度观察金刚石结构

图3 Rasmol和Diamond的主界面