蔣艷

[摘要]隨著科技的飛速發(fā)展，許多電子產(chǎn)品在各個(gè)領(lǐng)域都取得了質(zhì)的飛躍，當(dāng)然在教學(xué)領(lǐng)域水平也發(fā)生了極大轉(zhuǎn)變，在教學(xué)水平的提高和教育環(huán)境不斷提升的大前提下，從過(guò)去傳統(tǒng)的黑板到后來(lái)高端的投影儀，再到當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展所帶來(lái)的計(jì)算軟件，隨著我國(guó)教育體制的改革，我國(guó)在教育教學(xué)領(lǐng)悟取得了豐碩的成果，尤其較為突出的大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)，為了凸顯物質(zhì)本身的客觀存在性，和物質(zhì)內(nèi)部時(shí)刻所發(fā)生的變化。本文通過(guò)對(duì)大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中計(jì)算化學(xué)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在階段存在的問(wèn)題，及其計(jì)算化學(xué)軟件所帶來(lái)的便利，使教學(xué)效率得到進(jìn)一步提升，最終實(shí)現(xiàn)教育體制改革所倡導(dǎo)的教學(xué)高效性。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)化學(xué)軟件；有機(jī)化學(xué)教學(xué)；教學(xué)效率

隨著互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)給我們工作的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了生機(jī)的同時(shí)，也給我們的學(xué)習(xí)工作帶來(lái)了福音，因此，在大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中扮演重要角色的計(jì)算化學(xué)軟件凸顯出了其魅力所在，計(jì)算化學(xué)軟件可以把一串串化學(xué)元素符號(hào)不再是以前傳統(tǒng)的二維平面展示學(xué)習(xí)，替代它的是最新的三維模式，使化學(xué)元素在課堂上表現(xiàn)得栩栩如生，吸引住了當(dāng)代大學(xué)生好奇的眼球，并且同時(shí)還可以更徹底理解有機(jī)物質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造，給想象力空間感差的學(xué)生帶來(lái)了學(xué)習(xí)的興趣，提高了同學(xué)們主動(dòng)學(xué)習(xí)的濃厚的興趣，從而改變同學(xué)們過(guò)去被動(dòng)學(xué)習(xí)的壞習(xí)慣，再到現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力的培養(yǎng)，這種模式改變了投影儀加幻燈片的傳統(tǒng)上課模式，不但對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷加以彌補(bǔ)，而且培養(yǎng)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣，高效的達(dá)到了大學(xué)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的目的。

一、大學(xué)有機(jī)化學(xué)現(xiàn)階段面臨的問(wèn)題

（一）同學(xué)對(duì)有機(jī)化學(xué)立體結(jié)構(gòu)存在想象力欠缺問(wèn)題

通過(guò)對(duì)中學(xué)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)，我們了解了有機(jī)物中，簡(jiǎn)單的有機(jī)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，但是在大學(xué)的有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)中，對(duì)有機(jī)化學(xué)中有機(jī)物的研究更趨于專業(yè)化，多元化。所以我們所接觸的有機(jī)物的內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)也變得極其變化多端，往往在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大前提下，所伴隨發(fā)生的變化也五花八門，一種性質(zhì)微小的改變就可導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物的改變，所以大部分同學(xué)對(duì)有機(jī)物內(nèi)部立體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)也就產(chǎn)生了恐懼和厭倦心理，長(zhǎng)久發(fā)展下去也就對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)失去了信心，對(duì)于大學(xué)有機(jī)教學(xué)中所存在的這個(gè)問(wèn)題，學(xué)者也進(jìn)行了綜合分析，導(dǎo)致這一情況發(fā)生的根本原因就是同學(xué)普遍存在空間想象力欠缺的問(wèn)題，為了彌補(bǔ)同學(xué)們普遍存在的這個(gè)問(wèn)題，所以引進(jìn)計(jì)算軟件的普及顯得尤為重要。

（二）傳統(tǒng)的上課模式失去了興趣

眾所周知，興趣是最好的老師，進(jìn)去了大學(xué)，老師運(yùn)用傳統(tǒng)的ppt講課，對(duì)于新時(shí)代的大學(xué)生也就失去了新鮮感，吸引不住大眾的眼球，導(dǎo)致學(xué)生接受知識(shí)很被動(dòng)，被傳統(tǒng)的教學(xué)模式感到厭倦，所以同學(xué)們不能在課堂上積極的活躍起來(lái)，久而久之同學(xué)就對(duì)這種傳統(tǒng)的上課模式上課感到疲憊，也就失去了學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣，而對(duì)于現(xiàn)階段的最新計(jì)算軟件的提出，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)也可以得到及時(shí)解決，不僅可以解決老師備課難的問(wèn)題，更可以活躍課堂氣氛，抓住學(xué)生的眼球，使每節(jié)課都可以達(dá)到教學(xué)大綱上高效的達(dá)到目的。

（三）相對(duì)于發(fā)達(dá)城市，教學(xué)條件的落后

由于我國(guó)各個(gè)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不均衡，導(dǎo)致教育水平也有所差距，在沿海發(fā)達(dá)城市的教育水平相對(duì)于內(nèi)地相對(duì)較高，我國(guó)堅(jiān)持科教興國(guó)，人才強(qiáng)國(guó)的偉大戰(zhàn)略，教育水平的決定性因素除了軟件設(shè)施之外，硬件設(shè)施更是一個(gè)難以逾越的因素，許多地區(qū)至今仍然使用傳統(tǒng)的教學(xué)儀器，無(wú)法與現(xiàn)代化教學(xué)相接軌，大大落后與當(dāng)代水平，比如現(xiàn)代計(jì)算軟件的使用，給貧困地區(qū)帶來(lái)了極大困擾，利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟件可以很大程度調(diào)動(dòng)孩子的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)孩子獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力，在大學(xué)有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)展現(xiàn)的尤為突出，通過(guò)傳統(tǒng)的教學(xué)模型已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到教學(xué)目的。

二、計(jì)算軟件對(duì)于有機(jī)化學(xué)教學(xué)的立體模型的展示

傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)教學(xué)模式，在有機(jī)分子立體結(jié)構(gòu)通過(guò)教材的講解，以及實(shí)驗(yàn)室所提供的曲棍模型對(duì)有機(jī)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解，這種途徑使同學(xué)很難理解較為復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造，無(wú)法突破有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的重難點(diǎn)，這樣的教學(xué)模式僅僅處于表面的學(xué)習(xí)，很難進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)，更無(wú)法到達(dá)活學(xué)活用的教學(xué)理念，可見(jiàn)在有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中，有機(jī)分子的立體結(jié)構(gòu)的想象變得尤為重要，也是有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)突破口，突破了物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及包含的鍵和自由基的類型，可以準(zhǔn)確判斷該物質(zhì)所發(fā)生的變化及其產(chǎn)物。因?yàn)樗c物質(zhì)所發(fā)生的化學(xué)及其物理變化所發(fā)生的變化類型和結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)聯(lián)，而科技的發(fā)展，巧妙地彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，比如可以利用現(xiàn)在較為普遍的軟件chemoffice等相關(guān)化學(xué)輔助類的教學(xué)軟件，可以清楚的展示有機(jī)化學(xué)分子的立體構(gòu)造，使同學(xué)透徹理解有機(jī)化學(xué)分子的本質(zhì)，我們用Gaussian03軟件研究甲烷分子結(jié)構(gòu)，步驟也較為簡(jiǎn)單：首先需要建立甲烷分子模型，之后對(duì)甲烷分子立體模型進(jìn)行優(yōu)化，為了有效體現(xiàn)甲烷的立體結(jié)構(gòu)，就需要改變四個(gè)c—H鍵之間的角度，將scan輸入其中，最后對(duì)整體進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到穩(wěn)定的立體結(jié)構(gòu)?？梢孕蜗蟮恼故境鰜?lái)甲烷的立體結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部所包含的鍵的類別。

三、對(duì)有機(jī)物的特性研究分析

對(duì)于有機(jī)物的某些潛在性質(zhì)的研究，除了觀察其發(fā)生的化學(xué)，物理反應(yīng)來(lái)進(jìn)行判斷，還可以運(yùn)用輔助軟件進(jìn)行透徹模擬，例如我們進(jìn)行有機(jī)物的周圍電子的存在形式，憑借純粹的想象，想象電子的躍遷，從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，其中電子的得失，僅憑想象很難達(dá)到學(xué)習(xí)應(yīng)有的效果，可以運(yùn)用計(jì)算軟件幫助學(xué)生理解概念性的知識(shí)，這樣可以把抽象的概念轉(zhuǎn)化為生動(dòng)形象的動(dòng)畫來(lái)進(jìn)行演示，可以一目了然的表達(dá)效果，不僅降低了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的難度，更緩解了老師備課時(shí)的壓力，可謂一舉兩得，通過(guò)對(duì)有機(jī)物的相對(duì)參數(shù)和物理特性分析，我們可以借助che—mortice軟件輔助完成教學(xué)任務(wù)，可以分為以下幾個(gè)步驟：首先打開(kāi)chemoffice來(lái)描繪一個(gè)苯環(huán)的分子結(jié)構(gòu)式，接下來(lái)通過(guò)點(diǎn)擊view菜單下的選項(xiàng)進(jìn)一步計(jì)算其相對(duì)分子量，其中包含的鍵數(shù)目，從上圖我們可以一目了然地看出苯環(huán)屬于有碳碳鍵交替構(gòu)成的6元環(huán)，鍵角也可以更透徹明了的看出來(lái)，從我們實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)可以得出，苯不能使溴水或酸性KMn04褪色，這說(shuō)明苯中沒(méi)有碳碳雙鍵。進(jìn)來(lái)研究證明，苯環(huán)主鏈上的碳原子之間并不是由以往所認(rèn)識(shí)的單鍵和雙鍵排列（凱庫(kù)勒提出），所以每?jī)蓚€(gè)碳原子之間的鍵均相同，是由一個(gè)既非雙鍵也非單鍵的鍵連接。（可理解為平均化的價(jià)鍵，介于單鍵與雙鍵之間，兼具二者性質(zhì)，既可以取代，又可以加成），進(jìn)而我們對(duì)苯環(huán)的研究更深入了一步。

四、演示動(dòng)態(tài)情況下的反應(yīng)機(jī)理

在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，往往伴隨著內(nèi)部能量的變化和新產(chǎn)物的產(chǎn)出，我們運(yùn)用新計(jì)算軟件將其抽象的過(guò)程加以模擬化，使反應(yīng)機(jī)理過(guò)程所伴隨的變化得到展現(xiàn)，使我們將其難點(diǎn)一網(wǎng)打盡，牢固掌握核心課程內(nèi)容，我們以一氯甲烷取代鹵素的反應(yīng)為例子進(jìn)行論證分析，可以使用Gaussian03軟件進(jìn)行模擬，首先分別對(duì)反應(yīng)物CH3CL+Rr一和對(duì)應(yīng)產(chǎn)物的分子模型進(jìn)行構(gòu)建，使用QST2方法搜索反應(yīng)物過(guò)度的中間產(chǎn)物，得出整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的發(fā)生情況，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，可以看到親試劑Rr一從基態(tài)的CL一的背面逐步接近中心的碳原子，逐步形成Br—c鍵，同時(shí)中心的碳原子也發(fā)生了變化，其上部的基態(tài)氫原子也向離去基態(tài)的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)在中間過(guò)渡態(tài)時(shí)，中心碳原子呈現(xiàn)的為sp2雜化，而在同時(shí)其他三個(gè)3個(gè)基態(tài)原子與形成的直線在同一平面上，最終完全離開(kāi)基態(tài)中心形成產(chǎn)物，整個(gè)取代過(guò)程展現(xiàn)的由抽象變得更形象。

五、總結(jié)

分析表明，信息量大，理論性強(qiáng)，空間感強(qiáng)等是高等化學(xué)的顯著特點(diǎn)，而要擺脫這一要素的困擾，我們必須借助現(xiàn)代化的條件對(duì)其進(jìn)行以另外一種方式展示，根據(jù)其物質(zhì)的本質(zhì)及其屬性發(fā)生的變化也極為復(fù)雜，所以我們必須緊跟時(shí)代發(fā)展，采取一定的輔助措施，在教學(xué)活動(dòng)中，緊隨科技的發(fā)展的潮流，巧妙高效的運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件輔助教學(xué)，利用計(jì)算機(jī)軟件輔助性教學(xué)，可以極大的調(diào)動(dòng)同學(xué)學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，使同學(xué)積極思考，探討，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和處理問(wèn)題，在這一過(guò)程中可以牢固的掌握相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了同學(xué)學(xué)習(xí)的能力，計(jì)算機(jī)走進(jìn)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)課堂，使傳統(tǒng)的教學(xué)模式得到改善，由原來(lái)的抽象化到現(xiàn)在的簡(jiǎn)單化，與此同時(shí)積極鼓勵(lì)同學(xué)使用掌握現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)軟件，可以培養(yǎng)同學(xué)對(duì)有機(jī)化學(xué)微觀世界的研究，給教學(xué)質(zhì)量起到如虎添翼的益處，使同學(xué)們?cè)诮窈蟮拇髮W(xué)有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的當(dāng)中受益匪淺。