計(jì)算機(jī)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用6.1計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)概述

采用計(jì)算機(jī)作為教學(xué)輔助手段主要可以帶來以下優(yōu)點(diǎn):(1)計(jì)算機(jī)的智能化交互功能可以使教學(xué)過程更像一對(duì)一的實(shí)際教學(xué),特別是學(xué)生可以根據(jù)自己的具體情況選擇教學(xué)進(jìn)度和學(xué)習(xí)內(nèi)容,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),這是課堂教學(xué)難以企及的,也是其他電化教學(xué)手段不能相比的.(2)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力可以的對(duì)學(xué)生需要了解的復(fù)雜計(jì)算問題快速給出答案.計(jì)算機(jī)模擬模具裝配過程第2頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.1計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)概述(3)計(jì)算機(jī)的多媒體功能可以使原來枯燥乏味的化學(xué)機(jī)理和微觀過程,如分子價(jià)鍵結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)等內(nèi)容變得生動(dòng)活潑,易于理解.(4)計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)鏈接功能,可以將科學(xué)知識(shí)有機(jī)的連接成一個(gè)整體,當(dāng)學(xué)生對(duì)涉及到其他相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)有疑問時(shí),可以輕松的利用鏈接功能,轉(zhuǎn)入到涉及部分,對(duì)學(xué)生系統(tǒng)掌握規(guī)律復(fù)雜的化學(xué)知識(shí)相當(dāng)有利.第3頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.1計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)概述根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和化學(xué)教學(xué)的特點(diǎn),在化學(xué)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)至少可以發(fā)揮以下作用:(1)利用計(jì)算機(jī)的圖形化和多媒體功能,將分子和原子的微觀特性實(shí)現(xiàn)宏觀化顯示.(2)通過計(jì)算機(jī)的交互性和鏈接功能,講授需要大量記憶的化學(xué)概念,并將相互間的關(guān)系連接在一起.(3)利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算和模擬功能,模擬現(xiàn)代儀器分析過程和儀器操作過程用于現(xiàn)代儀器分析教學(xué).(4)計(jì)算機(jī)習(xí)題(試題)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)功能(5)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)功能第4頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.1計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)概述從目前發(fā)展水平看,計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)軟件根據(jù)其編排和授課方式主要有以下幾種類型:(1)書本式教學(xué)課件,用于閱讀式教學(xué).(2)聲像型教學(xué)課件,主要用于聽說教學(xué).(3)查詢式教學(xué)課件,主要用于檢索型教學(xué).(4)模擬現(xiàn)實(shí)型教學(xué)可見,主要用于需要有現(xiàn)場(chǎng)感的教學(xué)場(chǎng)合.(5)游戲型教學(xué)課件.第5頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.1計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)概述計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)課件從應(yīng)用環(huán)節(jié)和類別上劃分主要包括以下幾類:(1)課程輔導(dǎo)型課件(2)課程復(fù)習(xí)型課件(3)實(shí)驗(yàn)操作模擬課件第6頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)軟件的資源根據(jù)當(dāng)前情況,用于教學(xué)實(shí)踐的計(jì)算機(jī)化學(xué)教學(xué)軟件的來源主要有如下3方面:(1)化學(xué)教師或者化學(xué)教師與計(jì)算機(jī)工程師合作編寫(2)通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)獲取教學(xué)課件(3)商業(yè)化計(jì)算機(jī)化學(xué)輔助教學(xué)軟件第7頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2.1化學(xué)教師或者化學(xué)教師與計(jì)算機(jī)工程師合作編寫教師自己編寫計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件一般有以下幾個(gè)途徑:(1)利用PowerPoint等軟件編寫PowerPoint是微軟公司Office辦公軟件中的一個(gè)電腦演示材料制作軟件(2)利用網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)語言進(jìn)行編寫(3)利用數(shù)據(jù)庫(kù)語言編寫(4)利用其他高級(jí)語言編寫第8頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2.2通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)獲取教學(xué)課件不容質(zhì)疑,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為化學(xué)教學(xué)課件的主要資源之一,充分利用互聯(lián)網(wǎng)上的教育資源是發(fā)展計(jì)算機(jī)化教學(xué)的重要方式.在互聯(lián)網(wǎng)上不僅可以獲得有關(guān)化學(xué)教學(xué)課件購(gòu)置信息和性能介紹,還可以直接下載一些大學(xué)編寫的共享課件和一些軟件公司提供的試用版課件,化學(xué)教師甚至可以直接利用網(wǎng)上的教學(xué)課件進(jìn)行教學(xué).第9頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2.2通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)獲取教學(xué)課件尋找這些化學(xué)教學(xué)課件資源一般需要借助于搜索引擎或者鏈接上述信息的網(wǎng)站。比較重要的站點(diǎn)包括：美國(guó)加利福尼亞州立大學(xué)的站點(diǎn)（/chempointers.html）;英國(guó)利物浦大學(xué)的CTIChemistry網(wǎng)站（www.liv.ac.uk/ctichem）專門提供了一個(gè)化學(xué)教育軟件目錄——CatalogueofChemistrySoftwareforTeaching,并且對(duì)很多教學(xué)課件的性能進(jìn)行評(píng)述（SoftwareReviews）;加拿大SimonFraser大學(xué)化學(xué)系網(wǎng)站設(shè)有一個(gè)稱為ChemCAI,IntrudactionalsoftwareforChemistry的網(wǎng)頁(yè)（www.sfu.ca/chemed）專門鏈接一些化學(xué)教學(xué)軟件資源，并提供簡(jiǎn)要介紹材料。第10頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2.3商業(yè)化計(jì)算機(jī)化學(xué)輔助教學(xué)軟件目前開發(fā)使用的大量化學(xué)教學(xué)課件主要是由國(guó)內(nèi)外大學(xué)或中學(xué)開發(fā)的自由軟件或共享軟件，但是對(duì)那些沒有開發(fā)能力的學(xué)校，由那些化學(xué)軟件共識(shí)開發(fā)的商業(yè)化計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件仍然具有相當(dāng)大的吸引力，并且在功能和質(zhì)量方面這些軟件確實(shí)具有一定優(yōu)勢(shì)。比較著名的生產(chǎn)化學(xué)教學(xué)課件的公司包括JCE(JournalChemicalEducation)軟件公司，ChemSW(ChemistrySoftwareforWindows)軟件公司等。其他課件來源還包括一些分析儀器公司提供的儀器使用培訓(xùn)教材。第11頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.2.3商業(yè)化計(jì)算機(jī)化學(xué)輔助教學(xué)軟件目前有商業(yè)軟件開發(fā)公司開發(fā)的計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件數(shù)量雖然在不斷增加，但是在價(jià)格和使用的目的性等方面還存在一些問題，還不能成為化學(xué)課件的主要供應(yīng)源。第12頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3計(jì)算機(jī)無機(jī)及元素化學(xué)輔助教學(xué)采用計(jì)算機(jī)的接技術(shù)將無機(jī)化學(xué)的內(nèi)容通過元素周期表中的元素連接在一起，形成可以層層深入進(jìn)行學(xué)習(xí)（復(fù)習(xí)）的特點(diǎn)。這種課件一般都是將元素周期表作為鏈接查詢的界面，通過選擇元素（或族、區(qū)選擇），導(dǎo)入相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。這類軟件種類繁多，廣泛分布在各個(gè)大學(xué)或化學(xué)軟件公司網(wǎng)站上。根據(jù)軟件載體劃分有網(wǎng)絡(luò)型、CO-ROM型、磁盤軟件型；根據(jù)軟件使用形式劃分有電子文本型、動(dòng)畫型、電影型、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索型和游戲型；根據(jù)連接內(nèi)容劃分有普通物理與化學(xué)數(shù)據(jù)型、結(jié)構(gòu)參數(shù)型、化學(xué)知識(shí)型和常識(shí)型。下面分別介紹幾種比較典型的元素周期表形教學(xué)軟件：第13頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.1ChemicalEPeriodicTableoftheElements該軟件曾被稱為美國(guó)最完全的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)型元素周期表軟件，是一個(gè)知識(shí)數(shù)據(jù)型文本教學(xué)軟件，通過元素周期表界面可以查詢有關(guān)元素和元素族的相關(guān)信息。該軟件的界面的右側(cè)是一個(gè)完整的元素周期表。左側(cè)是現(xiàn)實(shí)內(nèi)容控制指令區(qū)。其中前4個(gè)指令A(yù)boutthissite,Comments,Help和Links分別用于顯示站點(diǎn)介紹、內(nèi)容介紹、在線幫助和鏈接的相關(guān)站點(diǎn)。第14頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.1ChemicalEPeriodicTableoftheElements第15頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.1ChemicalEPeriodicTableoftheElements中間9各命令用于控制元素周期表的顯示方式。周期表中的化學(xué)元素用元素符號(hào)表示，當(dāng)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊表中的任何一個(gè)元素是，給出鏈接的相關(guān)內(nèi)容。第16頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.2Gmenlin’sTextbookPeriodicTable該軟件是德國(guó)Gmelin’s無機(jī)化學(xué)研究所的產(chǎn)品，也是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)型軟件，其類型屬于檢索查詢型，可以直接在網(wǎng)上使用。其網(wǎng)址為http://www.springer.de/newmedia/gmelin/n.htm。本軟件業(yè)也是通過元素周期表界面進(jìn)行查詢，但不是一次選擇一個(gè)元素，而是一族元素，然后再?gòu)乃x擇元素族中確定一個(gè)元素。第17頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.3TheMPEGPeriodicTable該軟件屬于動(dòng)畫影像型教學(xué)課件，通過鏈接的電影介紹元素化學(xué)內(nèi)容，是受學(xué)生普遍歡迎的形式。美國(guó)德克薩斯大學(xué)提供的這種網(wǎng)上電影化學(xué)教學(xué)課件TheMPEGPeriodicTable,用元素周期表作為界面，鏈接用MPEG格式壓縮的電影文件介紹與該元素有關(guān)的化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。通過/mpegtable.html網(wǎng)址可以使用該課件。第18頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.4PeriodicTableLive!PeriodicTableLive是一個(gè)JCE軟件公司推出的CD-ROW型教學(xué)課件，需要計(jì)算機(jī)具有光盤驅(qū)動(dòng)器。該軟件由3部分組成，分別為PeriodicTableCD,IllustratedPeriodicTable和ChemistryNavigator。其中第一部分是圖形圖像演示部分，含有各種有各種元素的圖形圖像信息，用于演示相關(guān)活動(dòng)影像和相關(guān)圖形；第二部分為相關(guān)知識(shí)庫(kù)，用于查詢有關(guān)元素的各種信息；第三部分是關(guān)于元素化學(xué)的其他信息。第19頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.3.5InteractivePeriodicTable對(duì)于那些就需要了解元素一般性質(zhì)的場(chǎng)合，如非化學(xué)專業(yè)的普通化學(xué)教學(xué)，使用更簡(jiǎn)單的元素周期表軟件已經(jīng)可以滿足要求。InteractivePeriodicTable就是這樣一個(gè)簡(jiǎn)易型網(wǎng)絡(luò)課件。是用時(shí)只要用鼠標(biāo)指向某一元素，在窗口中自動(dòng)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。第20頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4儀器分析計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)當(dāng)前在現(xiàn)代一起分析教學(xué)中主要涉及的分析方法有核磁共振、質(zhì)譜、紅外光譜、發(fā)射光譜等，有關(guān)分析儀器也是當(dāng)前在實(shí)踐中使用頻率最高，價(jià)格最昂貴的一些儀器。因此，多數(shù)現(xiàn)代一起分析輔助教學(xué)軟件的編寫也主要針對(duì)上述儀器及其相關(guān)分析方法。本屆以分析方法分類對(duì)一些儀器分析計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。第21頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.1計(jì)算機(jī)輔助核磁共振教學(xué)軟件波普分析是儀器分析教學(xué)的核心部分，也是目前實(shí)踐教學(xué)中普及難度最大的一部分。計(jì)算機(jī)核磁共振輔助教學(xué)課件根據(jù)功能和目的主要有核磁共振輔助教學(xué)課件、光譜模擬軟件、譜圖與數(shù)據(jù)處理軟件、操作模擬軟件、化學(xué)位移預(yù)測(cè)軟件和光譜數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等等。上述課件分別適用于不同的教學(xué)階段。第22頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.1計(jì)算機(jī)輔助核磁共振教學(xué)軟件1.核磁共振原理教學(xué)課件這類課件主要是利用計(jì)算機(jī)的動(dòng)畫等多媒體技術(shù)將于核磁共振相關(guān)的概念、儀器結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理方法等給學(xué)生。這類課件適合于作為儀器分析原理等課程。2.核磁共振光譜模擬課件這類課件主要是在計(jì)算機(jī)上模擬NMR儀器的分析功能，使學(xué)生通過計(jì)算機(jī)，而不是真正的NMR儀器了解核磁共振儀器的各項(xiàng)功能。第23頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.1計(jì)算機(jī)輔助核磁共振教學(xué)軟件3.譜圖與數(shù)據(jù)處理軟件這類軟件在教學(xué)上主要用于學(xué)習(xí)NMR圖譜解析和NMR數(shù)據(jù)分析處理方法。內(nèi)容包括FID信號(hào)的傅里葉變換、相態(tài)調(diào)整幾分偶合常數(shù)測(cè)定等方法，屬于NMR實(shí)驗(yàn)教學(xué)解決的問題。同時(shí)這類軟件也可以用于真實(shí)NMR譜圖與數(shù)據(jù)的處理。4.核磁共振儀操作模擬訓(xùn)練課件這類課件主要用于講授NMR儀器的操作方法，使學(xué)生在不能接觸實(shí)際儀器的情況下學(xué)習(xí)操作技能第24頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.1計(jì)算機(jī)輔助核磁共振教學(xué)軟件5.化學(xué)位移預(yù)測(cè)課件根據(jù)分子結(jié)構(gòu)分析預(yù)測(cè)NMR化學(xué)位移值是核磁共振波譜分析的逆過程，也是學(xué)生了解化學(xué)環(huán)境對(duì)波譜影響的重要途徑。6.光譜數(shù)據(jù)庫(kù)軟件在光譜分析課程的講述過程中，許多教師都經(jīng)歷過難以給出豐富的，具有多種偶合類型特征波譜示意的窘境。學(xué)生在做課后練習(xí)時(shí)也缺乏有針對(duì)性的波譜圖作為分析對(duì)象，解決這類問題是用具有根據(jù)波譜性質(zhì)分類的波譜數(shù)據(jù)庫(kù)是有效的方法之一。這類數(shù)據(jù)庫(kù)也就成為波譜教學(xué)中的課件之一。第25頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.２計(jì)算機(jī)輔助色譜教學(xué)軟件色譜分析法是目前最復(fù)雜混合物分離分析最強(qiáng)有力的分析方法，也是儀器分析教學(xué)中的重要內(nèi)容之一，然而色譜分析也是最難于駕御的分析方法之一．目前在高等學(xué)校儀器分析教學(xué)中，講授的色譜學(xué)主要包括氣相色譜、液相色譜、凝膠滲透色譜和紙色譜．講授內(nèi)容主要是色譜理論、色譜儀器操作和色譜分析法建立．當(dāng)前效果比較理想的色譜教學(xué)輔助可見有HP公司的GCandLCTrainingSoftware和ChemSW公司的InteractiveTraining軟件包．第26頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.3質(zhì)譜輔助教學(xué)課件質(zhì)譜教學(xué)課件無論從數(shù)量上還是從軟件的質(zhì)量上都比核磁共振和色譜同類課件遜色，可能主要原因是質(zhì)譜的規(guī)律性要差一些造成的．這類軟件中有代表性的是ChemSW軟件公司的產(chǎn)品InteractiveTraining系列儀器分析輔助教學(xué)軟件包中的質(zhì)譜教學(xué)軟件．該軟件中組合了大量質(zhì)譜分析領(lǐng)域的理論和實(shí)踐信息．采用文字、交互演示、動(dòng)畫等計(jì)算機(jī)手段介紹質(zhì)譜分析的原理、儀器的結(jié)構(gòu)、操作條件選擇和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)．第27頁(yè),共31頁(yè)，2024年2月25日，星期天6.4.4原子光譜輔助教學(xué)課件原子光譜包括原子吸