计算机与化学教学

摘 要： 本文介绍了计算机在化学教学中的一些应用，包括互联网上可用的化学资源，教学中的常用软件，以及计算机辅助教学等，对化学教师和化学专业的学生都有一定的帮助。

关键词： 化学教学 计算机 软件

随着科学技术的飞速发展，计算机技术、网络技术及信息技术在化学学科中的不断渗透、不断融合，计算机在现代化学教学中扮演着越来越重要的角色，给化学教学带来了极大的便利。

1. Internet上的化学资源

互联网上常见的化学资源类型有：化学教学课件和教学素材，化学教学优秀教案，化学教学参考资料，网络电子图书、电子杂志和期刊，网络教程等。以前的文献[1-3]对此有较详细的描述，这里不再赘述。

2.化学教学中的常用软件

计算机软件可以在人们的工作、学习与研究中协助我们更快、更好、更方便地工作，化学工作者经常用到的软件通常可分为一般软件和化学专业软件。

2.1一般软件

2.1.1 PowerPoint[4]

PowerPoint是Microsoft公司开发的用于制作和演示幻灯片的软件，能够制作出集文字、图形、图像、声音、动画及视频剪辑等多媒体元素于一体的演示文稿，以形象生动、图文并茂的形式将你要表达的内容在计算机或大屏幕上动态地表现出来。

2.1.2 Authorware[4]

Authorware是Macromedia公司开发的一种多媒体软件制作工具。它与传统的计算机程序设计语言不同，只要通过对图标的调用来编辑一些控制程序走向的流程图，将文字、图像、图形、动画、声音、视频等各种多媒体项目数据汇集在一起，赋予其人机交互功能，从而达到多媒体软件制作的目的。

2.1.2 Excel[5]

Microsoft Excel软件是微软公司开发的功能强大的电子表格管理软件，由于其丰富的库函数和强大的逻辑判断、计算功能，使用Microsoft Excel软件处理实验数据，具有方便、快捷、准确度高等优点。我们运用这个软件解决化学理论教学中的曲线绘制、数据处理、实验标准曲线制作等问题。

2.1.3 Origin[6，7]

Origin软件是由Microcal Software公司研发的对科学数据进行处理和绘图的软件，主要功能有：对数据进行常规处理和一般的统计分析，如记数、排序、求平均值和标准偏差、t检验、快速傅里叶变换、比较两列均值的差异、回归分析，用数据作图，用自带函数及自定义函数拟合曲线等。

2.1.4 Mathtype

Mathtype是Design Science公司开发的一个用来建立包含数学公式的文档和网页的交互式工具，它可以与任何文字处理软件、演示文档软件、页面排版软件、网页制作软件良好兼容，在其中加入各种复杂的数学公式和符号。

2.2化学专业软件

2.2.1 ChemOffice[8]

ChemOffice是美国CambridgeSoft公司的重要产品之一，是目前化学工作者桌面应用的最重要和最权威的软件包之一，主要由ChemDraw、Chem3D、ChemFinder等几部分组成。

ChemDraw（图1）是一个化学结构绘图软件，主要功能就是绘制各种形状的化学分子结构及化学图形，具有一般其他绘图软件所不具备的化学分子图形编辑功能。软件本身更是附带了模板，如各种类型的糖、氨基酸等在模板窗口中，每个模板以独立的文件进行保存与管理，使用时打开模板窗口选中即可，通过模板的操作，画图就如同搭积木一样简单。

Chem3D是一个用于设计化学模型的应用软件，将构建、分析、计算工具融于一体。将二维平面的有机分子结构图形（ChemDraw）转化成三维的空间结构，并能给出键长、键角等化合物的基本信息，在分子和原子水平上模拟和分子的立体构象，显示分子三维结构的球体图、球棍图、带状图，线状图。

ChemFinder是一个化学信息管理和数据库查询系统，可以建立化学数据库、储存及搜索，或搭配ChemDraw、Chem3D使用，也可以使用现成的化学数据库。ChemFinder是一个智能型的快速化学搜寻引擎，所提供的ChemInfo是目前世界上最丰富的数据库之一，包含ChemACX、ChemINDEX、ChemRXN、ChemMSDX，并不断有新的数据库加入。ChemFinder可以从本机或网上搜寻Word，Excel，Powerpoint，ChemDraw，ISIS格式的分子结构文件。还可以与微软的Excel结合，可联结的关联式数据库包括Oracle及Access，输入的格式包括ChemDraw、MDL ISIS SD及RD文件。

2.2.2 HyperChem[9]

HyperChem软件包是HyperCube公司开发的32位Windows界面程序，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。HyperChem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；评估化学反应路径和化工机械装置；研究分子动力学。用HyperChem（图3）构建分子只需从元素周期表选择元素，点击和拖动鼠标画出分子的骨架结构。

可以给出异构体的相对稳定性；团簇的稳定性；生成热；电离势；电子亲和能；原子电荷；偶极矩；极化率张量；过渡态结构和性质；红外和紫外—可见吸收光谱；振动的同位素效应；电子自旋磁共振谱（ESR Spectra）：对开壳层体系的超精细偶合常数计算，表征ESR谱；结构—活性关系分析。

2.2.3 Gaussian[10-13]

Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包，界面友好，便于操作，已被广泛应用。可用来预测气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，可以完成如下几个方面的计算研究工作：分子的能量和结构；过渡态的能量和结构；振动频率；红外和拉曼光谱（包括预共振拉曼）；热化学性质；成键和化学反应能量；化学反应路径机理；分子轨道；原子电荷；电多极矩；NMR屏蔽和磁化系数；自旋—自旋耦合常数；振动圆二色性强度；电子圆二色性强度；g张量和超精细光谱的其他张量；旋光性；振动—转动耦合；非谐性的振动分析和振动—转动耦合；电子亲和能和电离势；极化和超极化率；各向异性超精细耦合常数；静电势和电子密度；垂直激发能。

2.2.4 Gaussview

Gaussview（图4）是一个专门设计与Gaussian配套使用的可视化软件，可以构建三维分子模型，构建Gaussian的输入文件，也可以以图形及动画的形式显示Gaussian计算的结果，如几何结构，红外光谱、拉曼光谱、电子吸收光谱、核磁共振谱，振动模式分析，分子轨道，电荷分布，偶极矩，反应路径等。

3.计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，简称CAI）[14]

CAI是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。综合应用多媒体、超文本、人工智能、网络通信和知识库等计算机技术。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现教学目标。

4.结语

总之，随着电子技术的普及和迅速发展，计算机已成为化学教学过程中不可缺少的辅助工具，对其综合和合理运用，必将给教师的教和学生的学带来极大的便利和乐趣。

参考文献：

[1]张卫.计算机在化学中的应用[M].东华大学出版社，2002.

[2]王涛涛，柯俊.利用搜索引擎搜集化学教学资源[J].信息技术教育，2004（5）：82.

[3]王涛涛.利用搜索引擎高效获取化学教学资源的方法[J].化学教育，2004（12）：42.

[4]方奕文.计算机在化学中的应用[M].华南理工大学出版社，2004.

[5]陶涛，徐兰琴.Microsoft Excel在分析化学教学中的应用[J].教学研究，2009（1）：27.

[6]缪强.化学信息学导论.[M]高等教育出版社，2004.

[7]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.

[8]李梦龙，王智猛，姜林，刘丽霞.化学软件及其应用[M].化学工业出版社，2004.

[9]李云.分子模拟软件HyperChem在化学教学中的应用现状[J].内蒙古石油化工，2011（10）：139.

[10]李延伟，姚金环，杨建文，申玉芳，邹正光.量子化学计算软件在物质结构教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012（5）：8.

[11]闫秀芬，林生岭.量子化学软件在结构化学教学中的应用.考试周刊，2011（70）：203.

[12]程学礼，赵燕云.Gaussian03程序结构优化在教学中的应用.泰山学院学报，2010，32（6）：104.

[13]叶国东.量子化学软件Gaussian应用于无机化学教学[J].广东化工，2010，37（4）：220.

[14]http：//baike.baidu.com/view/8067.htm.