廖军清

【摘要】新课程改革之后，高中化学教材也出现了新的改变，增加了更多分子模型图、实验仪器图以及原子离子结构示意图等，形象的插图增加了教材的趣味性，同时也激发了学生的学习兴趣。新教材的改变充分体现了新课程的思想，而专业化学软件在新教材的开展中发挥着重要的作用。专业化学软件在化学教学中的应用可以使平面教学更加立体化、形象化，有助于提升学生的学习兴趣，培养学生的化学思维。本文主要分析了化学软件在高中化学教学中的实践应用，希望可以给当前的高中化学教学提供参考。

【关键词】化学软件 高中化学教学 应用现状

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）30-0124-02

化学教学过程中，很多知识无法用语言进行详细的描述，需要学生通过实验观察的方式来进行学习，但是很多化学元素无法通过肉眼观察出来，比如原子、分子的微观结构，也无法运用宏观的模型来形象的描述化学反应的过程，由于学习过程比较抽象，因此学生的学习过程比较枯燥。适当的运用一些化学软件可以帮助学生有效的掌握化学知识，使枯燥的化学知识更加直观化、形象化，进而激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。

一、化学软件在化学教学中的应用概述

考核教师专业素质的一种重要方法就是考察教师对教材的熟练程度和教学设计的有效程度。教学设计，或称教学系统设计是一种实施教学系统方法的具体可操作的程序。它综合了教学过程中的教学目标、教学内容、教学对象、教学策略、教学媒体、教学评价等基本要素，将运用系统方法的设计过程加以模式化。它的具体还表现为：教学系统的具体分析和可操作性设计，依照的理论依据和方法，等等。其中对于可操作性方面，不同的教师在教学的过程中有着不同的认知方式，曹晶伟[1]等对模拟化学实验软件并对上科版《化学》教材中“化学反应速率”为例进行模拟实验的设计。黎新[2]用具体例子讨论几种常用化学软件Gaussian、Gaussview、Hyperchem和Chemoffice在无机化学、有机化学、仪器分析、结构化学以及生物化学等课程教学中的应用。王灵等[3]针对中学化学教师在编排试题、试卷资料以及制作课件等过程中对有机物分子和立体结构的绘制、方程式、电子式的书写展示存在困难，将Chemwindow6.0、Hy—perChem7.0等化学软件和HyperSnap4.5、Camtasia3.0等捕捉软件的使用做了介绍。冯霞[4]借助化学软件等工具绘制出的化学分子结构图形和动画能生动形象地表现化学微观世界，将它们应用到化学课件中，可以有效提高这部分知识的教学效果。以上，他们介绍了各种软件的功用，但对化学教师的教学技能与新课程理念下有效教学设计没有结合在一起。化学软件在化学有效教学设计中的应用还有待进一步研究，以提高教学的有效性，进而取得最佳的教学效果。

二、化学教学中常用的计算化学软件

计算化学软件作为化学化工领域中最常用的工具，无论在科研或者教学中都担负着重要的作用。化学教学中通常应用到下列软件：

1. ChemDrawChemDraw软件美国CambridgeSoft公司推出的一款优秀的商业化化学软件ChemOffice 中的模块之一。ChemDraw 中存贮了大量的分子结构图形、原子轨道、分子轨道和电子云图的图形，在化学教学中主要用于绘制有机分子结构式及反应方程式等，ChemDraw 中的实验装置绘制模版则是绘制反应流程及实验仪器装置图的重要工具。

2. GaussianGaussian 程序是目前国际上最为流行的量子化学计算软件之一，GaussView 是 Gaussian 的图形用户界面，其主要功能是可以很方便而精确地作出各种原子、分子及过渡态的空间结构。和一般化学作图软件相比，它更加专业和精确，可以直接让学生观察了解各种物质的键长、键角、电子云分布等微观结构以及分子内部的各种振动。

3. Materials StudioMaterials Studio 软件包是 Accelrys 公司开发的，是常用的分子设计和模拟软件，可进行量子力学、分子力学、分子动力学计算。Materials Studio 软件包功能非常强大，主要由这样几个模块组成：构造分子；优化分子结构；研究分子反应；观察轨道和电子图谱；研究分子动力学。Materials Studio 可以快速准确地获得分子的构型与结构参数，通过对分子的结构进行分析，运用所得的结果来解释或预测化学反应的性质。除此之外，也可以计算出分子的静态性质，通过这些数据我们可以预测化学反应的位置、说明化学反应的途径和机制、解释分子的动力学行为等，在教学中可以达到事半功倍的效果。

（1）Materials Studio 在电荷密度教学中的应用

在讲授极性分子和非极性分子过程中，常常提到原子电荷分布情况及对物质化学性质的影响。Materials Studio 中原子电荷显示功能，使电荷分布一目了然。以Si来作为示范，在Volumetic Selection中，选择显示 total e-lectron density，会将场给显现出来。这个场是电子在空间中的分布，Isosur-face则是显示出等位面。这里将电位以颜色来区别其高低，在等电位密度中做出电位高低的图，可以让学生清楚地了解极性。

（2）Materials Studio 在晶体结构教学中的应用

在化学中，晶体的结构和对称性是学生不易掌握的内容，主要原因是该部分涉及三维空间变换，单纯板书式教学对学生的理解作用不大。利用Materials Studio 的建模功能，可以方便地建立各种晶体的三维模型，直观化地展示其结构和对称性等特点。图1是面心立方 NaCl 在不同视角下的晶体结构图，我们可以直接得到NaCl的晶体结构，同时可以看到NaCl是立方密排晶格（ABCABC）。此外，点击菜单build中的symmetry还可以得NaCl晶格的原胞。同时，Materials Studio还允许自由的创建晶体结构，只要已知空间群类型、晶体结构参数和元素类型，我们就可以任意的创建晶体。如果按下 Find Sym-metry 选项，便可看到已找到的NaCl晶体的对称性为FM-3M，在教学中展示这种效果，能使学生容易理解晶体的对称性的类型。

（3）原子轨道显示在化学教学中的应用

Materials Studio可以轻松地对各种原子轨道能量进行计算并获得其空间图像。利用Element可以调出一个元素表，可以直接选择元素，例如乙烷，在工具列中，选取CASTEP的计算套件计算原子轨道，在Task中选择Energy，它在计算基态能量之后，就可以分析原子轨道了。

三、结语

将化学软件应用在教学中，有效提升了教学过程的趣味性，激发了学生的学习兴趣。通过采用计算机辅助教学动画，将抽象的微观化学知识变得更加形象化、具体化，促进了学生对化学知识的理解和掌握，可以有效提高课堂教学的效果。

参考文献：

[1]卞希慧，代昭，赵世怀，纪妍妍. 化学软件基础课程教学[J].科教导刊（上旬刊），2015，05：136-137.

[2]黎新. 化学软件在化学教学中的应用[J]. 重庆文理学院学报（自然科学版），2008，05：90-92.

[3]堵锡华，李靖，史小琴，朱捷. 计算化学软件在分析化学数据處理中的应用[J]. 广东化工，2014，19：233-234.

[4]冯霞. 化学软件和捕捉软件在化学多媒体课件制作中的应用[J]. 重庆教育学院学报，2003，03：45-47.