化学相关软件在仪器分析教学中的应用研究

费旭 王秀英 田晶 徐龙权 于玲 寇自农

摘要：化学软件是化学相关领域的科研工作者重要的科研工具，其在化学结构式的绘制、反应装置的设计、数据分析处理及谱图解析等方面具有举足轻重的作用。将化学软件和仪器分析教学相结合，即将化学软件应用于教学课件的制作、科研论文的撰写和科研结果的解析等方面，不仅能使学生对仪器分析结果有直观的印象，还将拓宽学生的分析视野，提高学生的综合分析能力，使学生能够做到合理绘图、有效分析。

关键词：化学软件；仪器分析；化学结构

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）51-0275-02

仪器分析近年来发展迅猛，新方法、新技术、新仪器的不断出现，使其在生产和科学技术各领域都备受关注。仪器分析法吸收了当代科学技术的最新成就，是化学、物理学、电子学等多种学科相互渗透的产物。随着计算机技术的飞速发展，仪器分析已经成为分析化学的主体学科，并且正向着更高的灵敏度、选择性和准确度，更高的自动化和智能化，以及更快的分析速度方向发展。

计算机的发展衍生了各种化学软件，这对仪器分析数据结果的归纳、计算和分析起到了极大的帮助作用。从分子模拟、分子式绘制到数据统计分析，以及最后的谱图曲线的绘制，化学软件的作用覆盖了整个分析过程。对广大科研工作者来说，它就是第二个大脑。现在的软件工具越来越专业，如绘制分子式的Chemoffice[1，2]，表示晶体结构式的Diamond[3]，绘制曲线谱图的Origin[4，5]，绘制器件图形的SolidWorks[6]、晶体结构解析的Jade等软件都为人们所广泛应用。这些软件对于我们进行材料合成设计、分析及材料加工都具有非常重要的帮助和指导意义。通过近年来对我校在读的本科生、研究生软件应用情况的调查，发现绝大多数人对这些化学软件的了解很少，能熟练使用的就更少。究其原因，主要在于没有开设相关的软件应用的课程，学生没有获悉的有利渠道，使得这些功能强大的软件没有被学生所接受和利用，这无疑是损失了对于分析测试非常有用的工具。因此，今天的仪器分析教学，应该在教授学生相关专业分析仪器的同时，普及一些应用范围广、用法简单的基本化学软件。将一个专业的软件平台提供给学生，为他们的学习和科研服务，进而提高他们的科研能力。不仅于此，将化学软件引入到课堂中还能够教导学生主动去寻找一切对于学习和工作有利的科学资源，这种能力的培养能够让学生受益终生，这无疑也是高校教师开展教学研究的重要意义所在[7]。

一、常用化学软件归类总结

1.化学结构式绘制软件。常用的化学结构式绘制软件包括Chemoffice、ChemWindow、ISIS Draw等。其中Chemoffice还包括ChemDraw、Chem3D、ChemFinder等三种功能软件。ChemDraw是目前世界上最受欢迎的化学结构式绘制软件，其结构绘图满足国内外大部分期刊的格式要求，被化学相关的科研工作者广泛应用。ChemDraw用于绘制二维的分子结构式，Chem3D则用于绘制三维的分子结构，并且两者可协同工作，将二维结构转换为三维结构图（如图1）[8]。并且ChemDraw还有模拟分子核磁氢谱和碳谱的功能，对核磁谱图的分析起到了帮助作用。还可以绘制反应装置、薄层色谱图和将化学名称直接转化成分子结构式等许多功能[9]。

2.数据处理及绘图软件。常用的数据处理软件有Origin、SigmaPlot等，应用最广的当属Origin软件。Origin是美国OriginLab公司开发的图形可视化和数据分析软件，是科研人员最常用的高级数据分析和制图工具。Origin的两大主要功能：数据分析和绘图。Origin的数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。将数据准备好，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即可。Origin的绘图是基于图形模板的，其中Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板，同时允许用户自己定制模板。绘图时，只要选择所需要的模板即可。它强大的数据处理功能，为科研工作者所公认，是一款常用的基础软件。

二、软件使用方法的教授

我们采用了课堂讲授并实际演示的方法，把化学软件的用途和基本应用方法教给学生，并让学生根据仪器分析实验课上实际测得的结果应用化学软件进行分子式的绘制和曲线的制作。把分子结构和谱图分析结合起来给出最终的分析结果，最后根据谱图制作的合理性、美观性来进行评分。并鼓励学生多参考相关领域高档次论文图表的制作方法，使他们将仪器分析数据处理应用到实际的科研当中。对于学生科学探究能力的培养要按“循序渐进，逐渐培养”的原则[10，11]。

三、软件应用情况调查

本项研究的实施范围为我校材料化学、食品质量与安全、生物技术、化学工程与工艺、高分子专业本科生，食品、农产品加工、造纸、粮食油脂、应用化学、环境工程、生物化工、环境科学等专业硕士研究生，受教学生人数约为350人/年。在学生当中收集反馈信息，调查了解对所教授软件的掌握和运用情况，鼓励学生进行各种软件的应用尝试，培养学生分析问题和解决问题的能力。我们在材料化学和化学工程与工艺两个专业进行检索方法掌握和运用情况调查，在学生大三和研究生一年级时进行教授，在学生大四或研三做毕业论文时进行分类收集，调查得到100%的学生能够运用所教授的化学软件来进行数据处理及分子式的绘制，并且全部应用到了自己的毕业论文和发表文章当中，学生普遍认为对自己的毕业论文的完成起到很重要的作用，尤其在结果的分析和讨论方面，运用Origin绘制的曲线、谱图能将实验数据进行处理，有助于结果的合理分析。同时根据调查得到的反馈信息，对教学方式、方法进行调整和改进，总结出更能被同学接受的方法和模式。

四、研究的意义

提高学生的分析应用能力，在教学实践过程中使学生掌握利用化学软件来解决实际的科研问题，并且通过相关软件对数据的分析对学生起到重要的帮助作用。能够最大化地利用现有的软件资源，使学生的科研分析能力等到相应的提高。同时能够提高学生对科学的研究热情和自信。使教学内容与最新科技相结合，并可以通过实际分析应用来指导教学，使学生所学更加有的放矢。

参考文献：

[1]绪连彩，张智强.常用化学软件在结构化学教学中的应用[J].河南化工，2012，（29）：60-62.

[2]刘江燕，吕银华，韩德艳.常用化学软件在中级无机化学教学中的应用[J].大学化学，2006，21（2）：38-41.

[3]周薇薇，王凤武，陈永红.Diamond软件辅助《晶体化学》教学[J].淮南师范学院学报，2012，14（3）：90-92.

[4]龚林波，王聪玲，谢音，吴卫兵.Origin软件在分析化学教学中的应用[J].大学化学，2008，23（3）：36-39.

[5]刘俊星.Origin软件在大学物理实验教学中的应用[J].价值工程，2012，（19）：224-225.

[6]李震杨，建鸣.运用三维软件对《工程制图》教学方法改革浅析[J].科技信息，2009，（07）：412.

[7]赵德钧.试谈高校教师积极开展教学研究的重要意义[J].教育教学论坛，2012，（8）：61-62.

[8]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.

[9]孙鹏，李玲，张文，柴逸峰，丁力，《海洋药物学》教学中的化学软件和网络资源的探索与应用[J].西北医学教育，2013，21（4）：292-294.

[10]邱翠云.在生物学教学中培养学生探究能力的尝试[J].新课程学习，2010，（9）：43.

[11]李德荣，张志勇发挥植物学课程优势培养学生实验能力[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：283-286.

基金项目：大连工业大学教改项目（项目编号：JGLX1278）

通信作者：田晶（1966-），女，吉林四平人，博士，教授，主要从事仪器分析教学及科研。Email：tianjing@dlpu.edu.cn