可視化量化計(jì)算軟件在結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐

結(jié)構(gòu)化學(xué)是采用物理學(xué)中的量子力學(xué)理論及現(xiàn)代數(shù)學(xué)工具和現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)方法來研究化學(xué)問題的一門學(xué)科，它是理論化學(xué)的核心，因而它不但是現(xiàn)代化學(xué)各分支學(xué)科，而且還是化學(xué)各交叉學(xué)科的理論基礎(chǔ)。因此，該課程是化學(xué)系各本科專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程。但是由于該課程本身內(nèi)容抽象，難以理解，在授課過程中仍然存在一些問題亟待解決。

一、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)面臨兩大難題。首先，結(jié)構(gòu)化學(xué)中的很多概念過于抽象，教師難以形象地去講授，學(xué)生難以理解和接受。其次，隨著現(xiàn)代化學(xué)學(xué)科本身的快速發(fā)展以及與其他學(xué)科的交叉融合，使得結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容快速膨脹，而結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)課時(shí)不但沒有增加反而有所減少，這就勢(shì)必產(chǎn)生“任務(wù)重，時(shí)間少”的難題。

為了解決這兩大難題，人們已做了一些有益的嘗試和探索，如，整合教材內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)等。這些改革都不同程度地改進(jìn)了結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)，也取得了一些積極的效果。但是，這些改革措施和方法并沒有徹底解決這兩大難題。我們結(jié)構(gòu)化學(xué)教學(xué)組經(jīng)過長期的嘗試和探索，得到了一種行之有效的方法，這就是在結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)中采用目前先進(jìn)的可視化量子化學(xué)分子設(shè)計(jì)軟件來輔助教學(xué)。下面予以介紹，以期為同行們提供一些借鑒。

二、可視化量化計(jì)算軟件的使用

使用可視化的量子化學(xué)軟件，通過計(jì)算得出教材中的結(jié)論，將抽象的概念變?yōu)橹庇^的圖形，也可以通過化學(xué)軟件的使用使學(xué)生了解到所學(xué)的基本概念在實(shí)際中的應(yīng)用，在課堂上用多媒體的形式加以演示。在實(shí)際教學(xué)過程中具體做法如下：

第四章對(duì)于分子的對(duì)稱操作和點(diǎn)群的有關(guān)知識(shí)，利用可視化軟件畫出具體的圖形，在課堂上利用多媒體對(duì)具體的圖形進(jìn)行各種對(duì)稱變化和操作，形象直觀容易接受。

丁二烯分子π軌道圖形

另外，對(duì)于結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用、NMR數(shù)值的測(cè)定、偶極距、分子光譜等問題都可以利用量子化學(xué)軟件計(jì)算得出與實(shí)驗(yàn)相符合的數(shù)值，使學(xué)生進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的作用。

總之，可視化量化計(jì)算軟件可以使結(jié)構(gòu)化學(xué)的教學(xué)從單純的理論講授變成理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，將結(jié)構(gòu)化學(xué)抽象的概念變成直觀的圖形；通過讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果，加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解，使學(xué)生便于接受和理解，同時(shí)提高了他們的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的科研能力。

注：本項(xiàng)目為河南大學(xué)第十一批教學(xué)改革研究項(xiàng)目。

（作者單位 河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）