姚心宇 王琳 高志標(biāo)

摘 要：化學(xué)編輯器軟件具有物質(zhì)結(jié)構(gòu)及反應(yīng)流程繪制、三維建模等實用功能，在中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中起到了良好的輔助作用。國產(chǎn)代表性軟件KingDraw具有多平臺支持、使用成本低等顯著優(yōu)勢，在未來的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，特別是實驗教學(xué)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：KingDraw軟件;有機化學(xué);輔助教學(xué)

有機化學(xué)是中學(xué)化學(xué)知識體系中的一個重要組成部分，涉及的相關(guān)物質(zhì)種類繁多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在教學(xué)中涉及對分子空間結(jié)構(gòu)的認識和探索，對學(xué)生邏輯思維能力和空間思維能力的要求較高[1]?；瘜W(xué)實驗在有機化學(xué)的教學(xué)中占據(jù)了重要地位，不僅承擔(dān)著使學(xué)生認識基礎(chǔ)儀器、掌握基本操作的職能，還起到了培養(yǎng)學(xué)生基本思維方法和思想方法的作用。但在現(xiàn)有的中學(xué)化學(xué)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中，受到場地、儀器、課時等現(xiàn)實條件的限制，有機化學(xué)的相關(guān)實驗在課堂中的開設(shè)率并不高。教師往往采用板演、課件展示或模型解說等方法進行輔助教學(xué)，效果難以令人滿意[2]。

隨著我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展，面向教育的課堂輔助軟件正被大量開發(fā)與完善。化學(xué)編輯器軟件因其功能多樣、使用簡便等優(yōu)勢，已在高校教學(xué)與科研過程中得到廣泛應(yīng)用，目前正向基礎(chǔ)教育領(lǐng)域滲透。代表性產(chǎn)品之一KingDraw是一款國產(chǎn)化學(xué)編輯器軟件，具有分子結(jié)構(gòu)繪制與圖像輸出、3D可視化模型建構(gòu)、化合物數(shù)據(jù)信息檢索等功能以及跨平臺、無費用、中文操作界面等優(yōu)點，能夠在中學(xué)有機化學(xué)教學(xué)中起到良好的輔助作用。

1 ? ?中學(xué)有機化學(xué)實驗的特征

中學(xué)化學(xué)實驗關(guān)注化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)操作、基本原理和典型現(xiàn)象，主要分為訓(xùn)練性實驗、原理（驗證）性實驗及探究性實驗。其中，訓(xùn)練性實驗以使學(xué)生正確、快速、準(zhǔn)確地掌握化學(xué)實驗基本操作為主要目的;原理性實驗聚焦中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的基本化學(xué)事實和化學(xué)原理，以獲得具有代表性的現(xiàn)象并加以驗證為主要目的，同時在實驗中對學(xué)生的基本實驗操作技能予以練習(xí)和鞏固;探究性實驗是在前兩類實驗的基礎(chǔ)上設(shè)置新的目標(biāo)導(dǎo)向或問題導(dǎo)向，學(xué)生通過自主設(shè)計、自主實施、自主總結(jié)，得到新的結(jié)論或解決原有問題的過程，著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

中學(xué)有機化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的訓(xùn)練性實驗涉及有機化學(xué)相關(guān)儀器的使用技能訓(xùn)練，學(xué)生必須在實驗室中實際操作、掌握要領(lǐng)，才能達成預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)。原理性實驗和探究性實驗因?qū)嶒炑b置較為復(fù)雜、操作過程較為煩瑣，所需時間較長，使用相關(guān)軟件進行實驗與教學(xué)輔助可以有效簡化實驗過程、縮減操作耗時，聚焦實驗教與學(xué)的關(guān)鍵原理、關(guān)鍵過程、關(guān)鍵現(xiàn)象和關(guān)鍵結(jié)論，實現(xiàn)課堂效率的提升?；瘜W(xué)編輯器軟件作為功能設(shè)置較為完備、集成化水平較高的一類專業(yè)化軟件，在高中有機化學(xué)實驗教學(xué)中起到了良好的輔助作用。

2 ? ?化學(xué)編輯器軟件的主要功能—以KingDraw為例

2.1 ?分子結(jié)構(gòu)及反應(yīng)流程、機理的繪制

繪制有機物分子結(jié)構(gòu)式是以KingDraw為代表的化學(xué)繪圖編輯軟件的基本功能[3]。在KingDraw軟件中內(nèi)置了單、雙建、苯環(huán)、環(huán)戊二烯等常見有機化合物結(jié)構(gòu)片段，使用者可通過簡單的選擇與單擊繪制有機物的碳結(jié)構(gòu)骨架。此外，通過選擇元素周期表內(nèi)的元素，再點擊有機物結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部位，可以根據(jù)原子所處化學(xué)環(huán)境，自動生成符合有機物結(jié)構(gòu)規(guī)則的取代基。同時，KingDraw亦內(nèi)置了部分取代基的簡寫表達式，可以使繪圖過程更加快捷、結(jié)構(gòu)表達更加美觀。利用KingDraw軟件內(nèi)置的箭頭、電荷、括號等相關(guān)工具，可以準(zhǔn)確、美觀地繪制化學(xué)反應(yīng)式及相關(guān)機理的示意圖。

2.2 ?物質(zhì)基本化學(xué)屬性與三維結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)

通過KingDraw軟件集成的化學(xué)屬性和3D建模功能，可以輕松獲得所繪制分子的部分化學(xué)屬性和三維結(jié)構(gòu)信息。在軟件內(nèi)將化合物的分子結(jié)構(gòu)繪制完畢后，點擊“化學(xué)屬性”按鈕，即可獲取該化合物的分子式、分子量、元素質(zhì)量占比、荷質(zhì)比等基本化學(xué)屬性信息;點擊“3D”按鈕，軟件可即刻對該分子進行3D建模，以顯示該分子的三維空間結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)需要選擇比例模型、棍狀骨架模型和球棍模型，所有模型均可自由翻轉(zhuǎn)，便于觀察與圖像輸出。

2.3 ?化合物百科數(shù)據(jù)庫

KingDraw軟件集成了一個簡單易用的化合物百科數(shù)據(jù)庫，收錄了大量物質(zhì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入分子式或通過網(wǎng)頁集成的化學(xué)結(jié)構(gòu)編輯器搜索指定的化合物信息時，數(shù)據(jù)庫可以快速匹配并顯示化合物的相關(guān)性質(zhì)，主要包括結(jié)構(gòu)、名稱及標(biāo)識符（同義詞、化學(xué)名稱與俗名等）、物理和化學(xué)性質(zhì)及光譜信息（包含該物質(zhì)的質(zhì)譜、核磁共振譜、紫外-可見-紅外光譜信息等），同時附有部分圖表。通過該化合物百科數(shù)據(jù)庫，可以輕松了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)信息。

3 ? ?KingDraw軟件在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 ?輔助教師進行課堂教學(xué)

在現(xiàn)代中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，使用專業(yè)軟件進行教學(xué)輔助，可以有效提升教學(xué)效果和質(zhì)量，KingDraw的各項功能可以為教師的教學(xué)設(shè)計與實施提供有效幫助。中學(xué)教師在進行有機化學(xué)教學(xué)時，演示材料中所需要的物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)模型、反應(yīng)過程等示例圖片，均可通過KingDraw進行繪制與編排，軟件中所繪制的圖像可以導(dǎo)出多種圖片格式，以適應(yīng)不同軟件的要求。該軟件的工作文件還支持保存為.cdx、.mol等常用化學(xué)繪圖軟件的文件格式，并支持ACS1996等多種繪圖標(biāo)準(zhǔn)。此外，KingDraw開發(fā)了手機和Pad版客戶端，各版本數(shù)據(jù)互通，可以安裝在智慧課堂的教師端和學(xué)生端設(shè)備中。教師在教學(xué)過程中可按需實時調(diào)用，實現(xiàn)無紙化的演示、講解、練習(xí)和課堂探究等功能。

3.2 ?輔助學(xué)生進行實驗及自我學(xué)習(xí)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》首次以附錄的形式規(guī)定了18個學(xué)生必做實驗，對高中化學(xué)實驗教學(xué)提出了更高要求。其中，“搭建球棍模型認識有機化合物分子結(jié)構(gòu)的特點”被指定為所有學(xué)生均需操作的必修課程實驗。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，這一實驗往往采用為學(xué)生提供實物球、棍的方式進行。這一傳統(tǒng)模式受到學(xué)校實驗器材數(shù)量和課堂時間的限制，學(xué)校購買的實驗器材和實驗課的課時均有限，學(xué)生往往沒有足夠的時間進行獨立設(shè)計和深入探索。KingDraw軟件所提供的3D實時建模功能，可將學(xué)生繪制的分子結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)化為3D模型，配合智慧課堂系統(tǒng)，可以實現(xiàn)隨堂、即時的實驗學(xué)習(xí)。這一功能的運用使得實驗的進行不受實驗教具數(shù)量與課堂時間的限制，可以觀察海量有機物的球棍模型和比例模型，極大地拓展了該實驗進行的時間與空間。同時，KingDraw軟件使用全中文操作界面并開發(fā)了移動客戶端，使得該軟件也可作為學(xué)生平日進行一般性學(xué)習(xí)和自主探究性學(xué)習(xí)、創(chuàng)新實踐的輔助工具，為學(xué)生創(chuàng)新意識和探究意識的強化提供有效支持。

3.3 ?KingDraw軟件的其他優(yōu)勢

KingDraw的一個顯著優(yōu)勢是良好的多平臺支持，相較于ChemDraw僅支持微軟Windows和蘋果Mac平臺，KingDraw現(xiàn)已針對國內(nèi)使用最為廣泛的PC（Windows）及移動平臺（Android和iOS）進行了軟件開發(fā)，下一步還將支持網(wǎng)頁嵌入。良好的多平臺支持有效拓展了該應(yīng)用的使用場景，可以與目前主流的智慧課堂系統(tǒng)兼容，滿足了不同場景的創(chuàng)作需求，為教師和學(xué)生在不同終端的教學(xué)與學(xué)習(xí)提供了便利。

隨著我國法制社會建設(shè)的不斷推進和對知識產(chǎn)權(quán)保護的逐步重視，越來越多的學(xué)校和科研單位對日常教學(xué)、工作中使用的計算機軟件提出了正版化要求。目前，在全國范圍內(nèi)使用最為廣泛的化學(xué)結(jié)構(gòu)編輯軟件是由美國CambridgeSoft公司開發(fā)的ChemOffice系列軟件[4]，該軟件功能強大，但全英文使用界面增加了使用者尤其是中學(xué)生使用的難度。同時，ChemOffice軟件價格昂貴，數(shù)千元一套的價格使得很大一部分中學(xué)囿于資金限制無法大批量引進，學(xué)生更無法自主購買使用，導(dǎo)致相關(guān)軟件在基礎(chǔ)教育中的普及率較低。KingDraw作為一款國內(nèi)自主研發(fā)的軟件，手機版、Pad版和PC版均完全免費，可以在實現(xiàn)教育軟件正版化的同時，避免引進外國高價軟件給學(xué)校和教育主管部門增加經(jīng)費壓力。

4 ? ?結(jié)語

以KingDraw為代表的化學(xué)編輯器軟件所具備的結(jié)構(gòu)編輯、信息查找、三維建模等功能，可以提升中學(xué)有機化學(xué)教學(xué)的直觀性和便利性，配合智慧課堂系統(tǒng)還可實現(xiàn)課堂中的實時應(yīng)用。KingDraw相較于國外開發(fā)的軟件，還具有界面友好、多平臺兼容和完全免費等優(yōu)點，在未來的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻]

[1]王嬋.分子模型在高中有機化學(xué)學(xué)習(xí)中的作用探究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（22）：24-25.

[2]秦才玉.從模型認知到微觀探析—例談球棍模型的“妙”用[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（14）：66.

[3]高一，吳曉鳳，陳青，等.ChemDraw在“有機化學(xué)”課程學(xué)習(xí)中的應(yīng)用[J].江蘇科技信息，2020，37（1）：71-74.

[4]文小劉，韓文靜，獨小禎，等.Chemdraw在高中有機化學(xué)課堂中的應(yīng)用[J].課程教育研究，2020（2）：194-195.

Application of chemistry editor software in the auxiliary teaching of organic chemistry experiment in high school： taking KingDraw as an example

Yao Xinyu， Wang Lin， Gao Zhibiao

（Hefei Normal University， Hefei 230601， China）

Abstract：Chemistry editor software has practical functions such as substance structure and reaction process drawing and three-dimensional modeling， etc.， which can play a very good auxiliary role in high school chemistry classroom teaching. The domestic representative software KingDraw has significant advantages such as multi-platform support and low cost of use. It has broad application prospects in high school chemistry teaching， especially in the field of experimental teaching.

Key words：KingDraw software; organic chemistry; auxiliary teaching

基金項目：合肥師范學(xué)院研究生創(chuàng)新基金項目“核心素養(yǎng)背景下中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)設(shè)計及應(yīng)用”（2020yjs002）;安徽省高等學(xué)校省級質(zhì)量工程項目“材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系建設(shè)的研究”（2017jyxm1207）

作者簡介：姚心宇（1994— ），男，安徽合肥人，碩士研究生;研究方向：中學(xué)化學(xué)教學(xué)。