ChemOffice软件在无机化学教学中的应用与实践*

赫 帅，魏 明，薛小旭，仝文婷

(南京医科大学康达学院，江苏 连云港 222000)

2019年，中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》，要求在2035年，总体实现教育现代化。在教育现代化的建设过程中，信息化时代教育变革是一个重要的方面[1]。另外，2019年末爆发的新型冠状病毒肺炎，对常规的课堂教学模式产生较大冲击，做好疫情防控常态化背景下的课程教学，对学生的培养具有重要意义。在国家教育方针引领与疫情背景双重要求下，基于信息化时代的教育变革成为了一种有效的途径，高校应该逐步探索新型教学方式，全面提升师生信息素养[2]。

《无机化学》是化学、化工、药学、医学等专业所涉及的一门必修的基础课程，一般安排在大学一年级第一学期。《无机化学》的学习状况好坏对于学生类似科目的学习态度养成，学习方法掌握有重要的影响[3]。目前，在《无机化学》的教学过程中，通常依靠传统的教学手段，以多媒体课件为纲，以讲授法为主，在取得一定教学效果的同时，也暴露了一些不足。例如，在“讲解原子核外电子排布与共价键理论”的过程中，抽象的知识对学生的认知能力提出了较高的要求。同时，《无机化学》实验的线上教学同样遇到了较大的挑战。因此，针对《无机化学》教学所暴露出的问题进行一定的教学改革就显得尤为必要。根据时代的要求和现代信息化的发展，以及各种化学软件的不断开发，教师可以利用化学专业软件，如ChemOffice进行辅助教学。引入化学软件在很大程度上可以提高学生的实践能力，同时为“停课不停学”的线上课程建设提供更多的新思路。

1 无机化学教学现状分析

1.1 理论课教学过程中的不足

在传统观念中，教学课件是辅助教学完成的教具之一，教师主要通过个人知识积累与教学经验上好一门课[4]，因此往往会忽视教学多媒体课件的制作，课件主要以知识的框架提炼与概括为主，欠缺生动性。尤其在线上课程时，教师与学生的交流主要以课件为媒介进行，纲领性课件不再适用，学生学习兴趣调动不足，客观上教师管理弱化、呆板的教学课件缺少吸引力，对线上课程的教学效果有较大的影响。

1.2 实验课教学过程中的不足

在传统的实验课程中，为了实验安全与熟悉实验过程，教师往往会要求学生完成预习报告，但是忽略了实验的实践性[5]。学生在实验课程中仍会出现手忙脚乱的现象。对于复杂的实验装置，学生更难通过想象达到熟悉实验流程的效果。另外，学生存在实验原理抽象难理解，对实验仪器的操作和实验现象的感知认识差异。

1.3 理论与实验衔接中的不足

《无机化学》的理论知识能揭示实验现象中的内在原因[6]，有助于把握事物的规律，帮助学生实现知识的迁移，而《无机化学》实验有助于将抽象的理论知识具象化，辅助对知识的理解，因此《无机化学》的理论与实验应密切衔接。但授课过程中学生往往重视理论，在实验课中注重获取实验现象和结论，忽略了实验最终应回归到理论。

2 ChemOffice软件在无机化学教学中的现状

ChemOffice软件是一款针对化学工作者的专业化学绘图软件，主要包括ChemDraw、Chem 3D、ChemFinder等模块[7]。ChemDraw主要用于绘制多种格式的分子结构、杂化轨道、化学反应装置、立体化学的结构标注。Chem3D可实现立体、动态分子模型，也可结合量子化学计算软件进行分子构型优化、能量计算等。ChemFinder是ChemDraw的数据库管理系统，可以查询基本的理化性质、分子结构的ACX编号、相关的目标化合物的反应路线及参考文献。ChemOffice在教学和工作中都有着广泛应用。教师可以通过ChemDraw将枯燥难懂的化学反应、结构复杂的反应装置以立体演示过程进行教学，可以提高学生的学习效率和教师的教学质量。

张婷婷等[8]人将ChemDraw软件作为科普引入面向非化学专业学生的普通化学实验教学中，虽提高了学生的学习兴趣，但对学生的创新能力的培养还有待增强。吕东灿等[9]人利用ChemDraw软件在理论课中绘制平面及立体的分子模型，可以帮助学生有效构建空间立体模型，在实验课中利用ChemDraw软件绘制实验装置，帮助教师进行实验讲解。但是在理论课和实验课的结合上仍有探索的空间。昌美玉等[10]人将该软件应用在《仪器分析》课程中，在应用的过程中可以完善教学过程，但是缺少培养学生自主学习的过程。所以利用ChemDraw教学时，对软件功能的开发上仍有较大的探索空间。

3 ChemDraw软件在无机化学教学方面的应用

在教学信息化背景下，教学组织形式、教学目标以及学生的学习方式、内在的认知结构、价值观念等都发生了变化。一名合格的教师应与时俱进，利用信息技术手段创设适当的学习情境，并将自己设想为学生，以学生学习的心态置于教学情境中，寻求有效的教学策略。

3.1 理论课教学过程中的应用

学习是一个需要在特定情境中构建知识的过程[11]，色彩是最直接、最普遍、最富有刺激力的美感形式，动态演示加强理解，美与动的结合可以创造一个良好的认知过程。

图1 ChemDraw在乙烯共价键绘制中的应用

3.2 实验教学过程中的应用

学生学习化学实验课程，不是为了制备或者提纯某一种物质，而是学习其中的操作过程与思路。无论是何种的教学方式，实验课程的预习都至关重要。根据实验课的教学特点及学生情况，设计如图2所示的实验教学安排，帮助学生充分预习实验流程，并达到印象深刻、触类旁通的效果。

对于制备类的实验，学生可以利用ChemDraw软件绘制的实验装置图呈现在预习报告上。在绘制的过程中，学生应注意装置的搭建顺序，模拟实验过程。预实验虚拟训练，可以充分锻炼学生的眼、脑、手等多种器官的协调学习能力和对实验内容、实验过程的整体掌握。上课时，教师对实验原理进行讲解并展示实验过程，学生可以在学习过程中回忆自己利用ChemDraw软件绘制的实验装置，两者进行对比，找到差异，进行二次学习。教师观察学生的实验操作过程，对学生出现的问题进行课后反思。课后学生根据实验操作与预习的理论模拟结合，优化ChemDraw软件绘制的实验装置图，并用其他颜色标注实验过程中需要注意的仪器，将这些过程体现在实验报告中，促进学生学习中的反思，完成深度学习。

学生利用ChemDraw软件可重新性特点，可以尝试模拟搭建多种实验装置，如图3氢氧化铝制备实验装置。在搭建的过程中，熟悉实验流程，对实验操作有更明确的意识，关注实验细节，增强实验设计的能力，借助实验设计助手，解决设计实验的难题。

图2 ChemDraw软件引入实验教学安排

图3 ChemDraw在氢氧化铝制备实验的应用

3.3 理论与实验课密切结合

实验是验证理论的最佳佐证，理论是解释实验结果的最优工具。将理论与实验密切结合，可以培养学生自学、逻辑思维、发现问题、解决问题的能力。以《无机化学》沉淀转化部分的教学为例，首先完成该部分的实验教学，通过加入不同的沉淀剂让学生观察试管内的颜色变化，并提出疑问“产生这样的实验现象原因是什么？”。在理论教学过程中采用任务驱动法，即整堂课程围绕通过Ksp判断沉淀转化的方向为目标，结合讲授法与引导法展开教学。利用ChemDraw软件模板工具的试管，通过Group功能进行编组或取消编组，进而调整适当的液面高度，再根据不同沉淀颜色改变试管内的颜色，绘制如图4所示的实验现象。与Flash等动画软件结合，实现动态实验过程，最后呈现在PPT内。在理论课程中，通过信息化软件，辅助教学帮助学生回忆实验课现象，再阐述原因，将理论与实验建立联系。提升学生的“关联”学习动机，最后达到学生学习自信。

图4 沉淀转化实验现象

3.4 多种软件协同使用

以ChemOffice为主，与其他多媒体软件联用，可以丰富教学过程。如在《原子结构和元素周期表》章节中的多电子原子能级和徐光宪规则部分中利用ChemDraw绘制各种轨道、电子排布等，再与AI、Photoshop等绘图软件及Pr等视频剪辑软件相结合，制作徐光宪规则的视频和关于徐光宪院士的记录片，在教学过程中帮助教师引入思政教育。或者教师可以利用ChemDraw绘制原子轨道示意图等，并与万彩动画大师等微课制作软件联用，制作相关微课，通过讲解观察微观世界，帮助学生树立世界观，并融入思政元素。

4 融入效果

根据学生可以自主使用ChemOffice软件的情况、无机化学授课形式的需求、反馈、期望等方面的问卷调查。在调查中发现绝大多数的学生拥有电脑，并且计算机机房持续开放，这为顺利将ChemOffice软件引入《无机化学》教学提供不可或缺的硬件条件。77.59%的学生认为，ChemOffice等现代信息化技术融入至课堂内使课堂生动活泼，提高了学习积极性；较多的学生认为，有利于课程重点、难点内容的理解和掌握以及掌握学习策略和方法；88.28%的学生认为，ChemOffice对未来的就业有较大的帮助。通过问卷调查分析，学生接受将ChemOffice软件应用在《无机化学》教学过程中。ChemOffice等现代化多媒体软件有助于教学更直观，帮助学生理解知识点。

5 结论

实践证明，Chemoffice的引入对《无机化学》的理论课和实验课教学均起到了良好的促进作用，可以把复杂的理论知识，或者实验装置，予以生动的形象化表达，能够较好的调动学生的积极性，激发学生学习热情。ChemOffice软件的定位，不再局限于单一应用工具，而是一种信息化学教学手段，教师应在教学的诸多环节中进行启发式教学。信息化时代下的《无机化学》教学仍有较大的探索空间，需要《无机化学》教学工作者的不断努力研究。