運用計算機理論模擬輔助化學教學的探究

莫燕梅

摘 要通過理解防曬品功效以及紅外光譜和分子構(gòu)型等作為案例，深入分析計算機模擬當中的各個模塊對于化學課堂的教學輔助運用。證明運用計算機理論模擬展開化學教學，能夠有效激發(fā)學生對于化學課程的學習熱情，讓課堂教學變得更加高效，從而實現(xiàn)相應(yīng)的教學目標。本文對運用計算機理論模擬輔助化學教學展開分析，并提出相關(guān)策略。

關(guān)鍵詞計算機理論模擬;輔助;化學教學

中圖分類號：G634 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2019）24-0033-02

當今社會，伴隨著科技的飛速發(fā)展，計算機技術(shù)在各個領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠的影響，尤其在提升工作效率，改變工作方式上優(yōu)勢最為突出。近年來，不斷有學者研究如何利用計算機技術(shù)與各學科的教學活動相結(jié)合，讓學生的學習變得更加高效，本文研究如何將計算機理論模擬應(yīng)用在高中化學教學課堂中，讓學生以一種全新的學習方式投入到教學活動中，從主觀意愿和方式方法上調(diào)動學生的積極性，從而提高學習效率。

一、計算機理論模擬輔助化學教學方法分析

面對新時代的學生，要想提升他們的學習效率，構(gòu)建高效的化學課堂，教師必須思考運用一種有效的方法。當下已經(jīng)有不少的研究成果被應(yīng)用到實際的化學教學當中，目的就是為了促使學生有效的學習。比如說，麻省理工所進行的開放課程運動、面向過程指導型的探究學習方法等。根據(jù)這些方法的名字，我們就能得知，這都是激發(fā)學生的學習熱情，讓他們自主的加入到問題的思考中，目的就是為了讓學生展開自我學習，充分發(fā)揮他們的主觀能動性。本文所研究的計算機理論模擬輔助化學的教學方法一樣都是以學生為核心，通過計算機化學以及分子建模工具，幫助學生高效的學習。在這里將會對計算機技術(shù)在化學教學當中的具體應(yīng)用展開分析，比如說防曬品設(shè)計和功效、紅外光譜和分子構(gòu)型。將計算機模擬輔助教學法應(yīng)用在化學課堂當中，能夠讓學生快速有效地得到數(shù)據(jù)，不僅如此，他們還能夠得出自身的結(jié)論，這一點和教材學習是相同的。在這里所談到的教學案例中，用到的計算機模擬輔助教學法，是現(xiàn)階段非常主流的圖形用戶界面。具體來說，教師和學生首先要對選定分子展開簡易計算，就能利用軟件展開可視化的分析。通過這樣的方法能讓化學教學的靈活性變得更強，還能讓原本晦澀難懂的化學概念知識變得更加直觀形象。除此之外，和過去的計算機命令行界面對比起來，圖形用戶界面能夠?qū)⒒A(chǔ)設(shè)定、功能等進行縮短，讓學生更快的掌握，這樣他們就有著充沛的時間，集中精力展開學習。

二、具體的化學教學案例探究

雖然現(xiàn)階段分子建模已經(jīng)是化學領(lǐng)域科研的常用工具。不過將其用在化學教學中還需要保持謹慎的態(tài)度。事實上，要想有效的發(fā)揮計算化學以及建模工具的效用，就必須給予合適正確的引導，從而讓學生結(jié)合數(shù)據(jù)分析，了解到現(xiàn)實中的化學概念和知識。

（一）理解防曬品的功效

利用計算化學的教學方法，能夠讓原本化學課堂上學生無法有效理解掌握的抽象知識和概念變得更加直觀形象，還可以幫學生深入探究平時生活和工業(yè)中的有關(guān)案例。這部分案例的研究過程以及所采用的方法是相似的，都是根據(jù)生活中的實際狀況，從而有效的掌握其中的化學原理。比如說，人們在生活當中涂抹防曬霜，就是為了阻擋有害的紫外線。具體來說，紫外線有長波、中波以及短波這三種類型。280納米以下的UVC能夠被臭氧層吸收，所以它無法抵達地面。防曬霜的主要作用就是將UVA和UVB充分的吸收，這是由于皮膚非常敏感，如果在太陽光之下長時間經(jīng)過UVA和UVB的輻射，會導致DNA受到損傷，身體的免疫能力也會因此降低，更加嚴重的還會引發(fā)皮膚癌。所以說，人們在平時的生活中需要避免被過量的UVA和UVB輻射，這樣做能夠有效的保護身體，對于延緩衰老也有著重要的作用。現(xiàn)階段常用的方法是在防曬品當中加入合適的紫外線吸收物質(zhì)，這樣就能夠充分地吸收紫外線，并將其通過熱能或可見光的方式釋放，如此便能夠減少太陽光對人體皮膚的傷害。因為化學防曬劑價格相對較低，而且很容易配置因子及大量的用的防曬品的制作中。具體來說，主要有氨基苯甲酸衍生物，肉桂酸酯類二苯酮類化合物等。

如圖1所示，因為這類防曬劑分子擁有著共同的結(jié)構(gòu)，所以能將其紫外線運用理論計算進行模擬，這種方法和運用運用紫外分光光度計測定相差不大。學生先要在軟件上設(shè)置好相應(yīng)的化學計算方法，通過半經(jīng)驗量子化學計算，針對這部分化合物分子的激發(fā)態(tài)以及紫外可見光譜展開模擬。對各類波長下的主要吸收峰值進行分析，學生便能夠得出對才是新型防曬品最合適的組合對象。除此之外，學生還能將自己設(shè)計的分子進行改進，并且針對它的結(jié)構(gòu)特點展開對比分析，如此能夠充分地激發(fā)他們的探究欲望以及學習熱情，他們對于化學的學習也更加主動積極。

（二）紅外光譜和分子構(gòu)型

在有機化學教學的過程當中，一般都是利用光譜來展開各類化學物質(zhì)的鑒定。比如說紅外光譜以及核磁共振等。具體來說，紅外光譜因為各類化學鍵吸收的頻率存在差異性，將會導致它們出現(xiàn)在紅外光譜上特定的位置，這樣就能夠得知分子當中所蘊含的化學鍵類型。因為不少的分子具備著多樣的化學鍵，不僅如此，鍵的種類也很多，這也導致了紅外光譜圖的峰種非常的復(fù)雜，學生在學習的過程中也比較吃力。相對來說，運用計算機化學軟件展開教學輔助，可以讓學生對光譜展開有效的理解和記憶。在光譜圖當中，學生需要點擊其中的吸收峰位置，就能夠得出有關(guān)的化學鍵振動模式。所以說，在課堂教學當中，對現(xiàn)場展開計算模擬，能夠讓學生有效的理解各類分子的紅外光譜特點和分子運動方式存在著一定的聯(lián)系。除此之外，運用紅外光譜還能夠?qū)煞N分子展開有效區(qū)分。

（三）其他模塊

通過網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ふ业酱罅康脑诰€資源，例如化學教學當中經(jīng)常采用到的分子模擬軟件應(yīng)用的教程。尤其是針對有機化學的學習，相關(guān)的教程當中存在著大量的案例，確實能夠進行建模和對比分析。比如說下面的這些案例：互變異構(gòu)平衡，能夠用來解釋的概念是手性、平衡常數(shù)等。在官能團的智能分析案例中，能夠用來解釋的概念是紅外光譜、供電子基團以及吸電子基團。

事實證明，將計算化學以及分子建模工具運用在化學教學當中，讓學生高效學習正一步步實現(xiàn)。這種教學方法，不僅能讓原本晦澀難懂的化學概念和知識變得更加直觀清晰，讓學生更易于理解和接受。而且能讓學生在親身的實踐中了解化學知識，并且?guī)椭麄冇行У目偨Y(jié)數(shù)據(jù)，從而得出自身的結(jié)論。因此，該方法比傳統(tǒng)的教學方法更能提高學生主動參與課堂的積極性，更有效率。將計算機模擬技術(shù)應(yīng)用在化學教學中，有關(guān)的具體應(yīng)用涉及到很多內(nèi)容，如有機以及無機合成、材料性能模擬等方面，并非是本文能夠完全闡述的，筆者仍需進一步拓寬研究范圍，以便獲得更多的研究成果。

參考文獻：

[1]齊磊磊，賈瑋晗.復(fù)雜社會系統(tǒng)的研究方法——從計算機模擬到復(fù)雜應(yīng)答過程理論[J].系統(tǒng)科學學報，2018，26（01）：34-38.

[2]王衍偉.聚羧酸系高性能減水劑分子的高分子物理理論和計算機模擬研究[A].中國化學會高分子學科委員會.中國化學會2017全國高分子學術(shù)論文報告會摘要集——主題E：高分子理論計算模擬[C].中國化學會高分子學科委員會：中國化學會，2017：1.

[3]康明亮，韓東梅，GEWIRTZOcéane.計算機模擬在化學理論與實驗教學中的應(yīng)用[J].大學化學，2016，31（10）：23-28.

[4]趙力維，鄧利娟，范華軍.運用計算機理論模擬輔助化學教學研究[J].化學教育，2016，37（20）：67-72.

[5]郭占京，黃宏妙，盧澄生，李春玲.計算機模擬技術(shù)在有機化學理論教學中的應(yīng)用[J].廣東化工，2014，41（16）：196-197.

[6]鄧芳芳.藥物分子的計算機輔助理論模擬及分子設(shè)計[D].蘭州大學，2014.