ChemOffice軟件在化學教學中的作用

劉立佳 王玉丹 趙方波

摘要：本文簡要概述了化學工具軟件ChemOffice 2008的特性、分類以及在輔助化學教育、課件制作中的應用。提倡教師要熟練掌握化學工具軟件的制作，并將其多應用于課堂教學中，從而使學生能更直觀容易的理解教學內容，實現研究教學的目的。

關鍵字：化學應用軟件；化學教育；ChemOffice

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0224-02

一、前言

在現代化學教學中，大量的化學應用軟件的研發為化學教育和科研工作者們應用計算機解決了具體的問題。在我國，大部分高校已經將有關計算機化學的課程正式列入大學生課程教學中。在應用廣泛的眾多化學應用軟件中，由美國劍橋軟件公司研究開發的ChemOffice軟件因其直觀、快捷的特點得到專業教學的一線教師、學生和科研部門的化學工作者的一致好評。這款化學應用軟件可以進行化學結構繪圖、分析模擬以及化學信息搜尋整合，不僅可以解決化學計算中的復雜問題，而且可以利用虛擬的程序模擬化學世界的微觀結構，并可以將微觀結構的光譜形態等直觀地展示出來。在本文中介紹了ChemOffice的化學應用處理軟件，以及ChemOffice軟件對現代的化學教育顯示的突出作用。

二、ChemOffice簡介

ChemOffice全稱CambridgeSoft ChemOffice是由美國劍橋軟件公司研究和開發的一款化學專業應用軟件。ChemOffice軟件集強大的應用功能于一身，可以讓化學工作者的日常工作變得更加便捷。化學應用處理軟件ChemOffice由ChemDraw、ChemFinder和Chem3D三個模塊組成。ChemDraw模塊是化學結構繪圖軟件，也是現在各論文期刊指定的格式；Chem3D模塊是分子模擬分析繪圖模塊，通常用它來計算分子軌道的形狀、分子表面積、顯示分子軌道，描繪化合物的結構；ChemFinder模塊是化學信息搜尋整合系統，用來建立化學數據庫、儲存數據及搜索化學數據庫。ChemOffice軟件是針對專業化學繪圖設計，可以繪制各式各樣的化學鍵、環、軌道等，可以與軟件中的數據庫鏈接，可以查出結構式；也可以將化合物名稱直接轉為結構圖，省去繪圖的繁瑣；還可以對已知結構的化合物命名，給出正確的化合物名稱。也可以利用此軟件所提供的樣板功能，大幅縮短制作文件所需的時間。

三、ChemOffice有助于化學教學

（一）化學教學的主要輔助手段

隨著計算機多媒體技術的普及和現代化學應用軟件的開發，現在化學教育的授課方式已經告別了一盒粉筆、一塊黑板的傳統教學，現代化的教學輔助手段使越來越多的老師都體會到了用化學工具軟件來制作課件輔助教學的優越性。ChemOffice軟件在化學教學中可以優化教學設計，使原本枯燥的課堂變得生動起來。主要體現在以下幾點：

1.直觀、可視性。在化學教學中，關于化合物結構的講解一直是授課的一個重點，也是學生理解的一個難點。ChemOffice軟件不僅可以繪圖，還可以將化合物的結構立體化。這樣教師在備課的過程中不但不用準備模型，而且在授課過程中還可以根據需要隨時將平面圖和立體圖進行轉換，提高教學效率，能取得良好的教學效果。例如苯乙烯的結構式如圖1。利用ChemDraw模塊建立分子結構式后，再利用Chem3D模塊可以將轉化為三維圖形如圖2。三維圖形可以動態旋轉向學生展示不同方向的立體構象，便于學生直觀的理解。對于結構復雜的有機大分子，比如葡萄糖、纖維素、環糊精等，都可以采用ChemOffice軟件進行模擬展示，一看便知，易于理解。

2.有助于探究式教學。如何做好探究式教學，從20世紀中期開始就一直是國內外教育科學領域中的一個研究重點課題。探究式教學使學生不再被動地接受知識，提高學生的學習興趣和主動性。化學應用軟件ChemOffice有助于探究式教學的開展。例如有機化合物命名的學習。在學習過程中，部分學生對于命名規則還是理解不透徹。ChemOffice軟件的命名功能，可以幫助學生理解深入。利用ChemOffice化學工具軟件中的ChemDraw模塊在課堂上演示，繪制出化學結構式，單擊結構（Structure）菜單中的結構式轉化為名稱（Convert Structure to Name），可以實現對結構式進行自動命名。同時，ChemOffice可以將化合物的系統名稱直接轉為化學結構式，輸入名稱轉化為結構式（Convert Name to Structure）的命令后，輸入化學名稱，系統會找到對應的結構置于繪圖中。通過這兩個功能，學生能扎實的理解掌握結構復雜的化合物命名規則。對于陌生名稱也能查到結構式，理解能更深入徹底。

利用ChemOffice軟件還可以鍛煉學生的波譜解析能力，例如，利用ChemDraw模塊可預測一些化合物的1H-NMR和13C-NMR譜。原理是以選取的分子基本結構為基礎，利用加和性原則來計算氫原子和碳原子的化學位移。在課堂上教師也可以通過圖譜模擬功能，直接演示各種化學物質的氫譜和碳譜，省去具體實驗的繁瑣。

3.使復雜計算簡單化，適用于高等教育。ChemOffice軟件不僅可以應用于初高中、大學本科的化學課程教學中，對于高等學校的碩博士研究生的研究型教育也非常適用。例如，ChemOffice軟件中的Chem3D模塊具備強大的計算功能。計算范圍包括鍵長、鍵角、二面角、分子間距離、分子所在空間的基本計算。還能結合MM2、MOPAC、Gaussian等程序進行分子力學和量子力學的計算，甚至對分子進行動力學模擬、化合物構象分析和過渡態能量優化。例如，可以通過Compute Properties計算的出復雜反應，中間過渡態產物的一系列性質，從計算結果中可以得到偶極、動能、勢能、極化率、總能等一系列性質參數。ChemOffice軟件對于培養研究型的高等化學人才有著重要的意義。

（二）增強學生學習主動性和師生間的互動

課堂教學的過程是老師和學生互動的過程，但在很多情況下，學生由于缺乏學習的主動性，導致學生學習的積極主動性降低，學習興趣下降。ChemOffice化學應用軟件可以創設情景教學，有助于培養學生的學習興趣，教學效果事半功倍。例如，可以利用ChemOffice軟件中的ChemDraw模塊，模擬化學實驗，自主設計實驗方案、實驗過程，根據實驗流程要求，讓學生自己動手，根據實驗要求找出需要的化學儀器（例如圖3），進行拼接，繪制實驗反應裝置圖（例如圖4），教師只給予適當的指導和提示，學生的積極參與，加強了師生交流，活躍了課堂氣氛。學生體會到學會的知識是自己發現出來的，不是別人硬塞進來的。這種可以通過自己的探索和思考而獲得知識的教學手段，有利于學生思維的開發，學生在探索中學習體會到樂趣和成果后，將會更主動的學習，同時也能減輕教師負擔，提高教學效率。

（三）有助于促進計算機和化學專業外語的學習

對于高校的學生，采用ChemOffice軟件進行教學是實踐開展雙語教學模式最為理想的教學材料。ChemOffice軟件是由美國劍橋公司開發的外文軟件，各個模塊中所有的命令、模塊說明等都是使用純正、地道的英文。學生在使用這款軟件的過程，也是學習相關計算機和化學專業地道英語的一個過程。通過計算機演示等有關化學教學內容的滲透，傳授相關化學知識，利用軟件進行動態演示解決化學問題，揭示化學機理等，或是利用化學工具軟件進行自主學習。

四、結語

ChemOffice軟件功能強大，可以進行化學分析、化學計算、創建化學數據庫等，不僅應用于化學教學中，在波譜研究、醫藥等其他研究領域也有很廣泛應用。在教學活動中，教師利用先進的計算機技術和豐富的網絡資源，通過ChemOffice軟件，制作課件形象的演示動畫，使學生易于掌握抽象的學習內容，激發學生學習的興趣。通過模擬實驗、建立分子模型等功能指導學生進行自主學習，鍛煉學生獨立嘗試解決化學問題的能力。當然ChemOffice軟件也并不是完美的，例如，對于某些化合物的氫譜模擬不準確、峰形不易觀察判斷等，只有充分了解該軟件的功能和不足，才能在實踐教學中，揚長避短，運用自如，取得良好的教學效果。

參考文獻：

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