大學(xué)有機化學(xué)教學(xué)中計算化學(xué)軟件的應用論文
隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代的到來(lái)，計算機給我們工作的各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了生機的同時(shí)，也給我們的學(xué)習工作帶來(lái)了福音，因此，在大學(xué)有機化學(xué)教學(xué)中扮演重要角色的計算化學(xué)軟件凸顯出了其魅力所在，計算化學(xué)軟件可以把一串串化學(xué)元素符號不再是以前傳統的二維平面展示學(xué)習，替代它的是最新的三維模式，使化學(xué)元素在課堂上表現得栩栩如生，吸引住了當代大學(xué)生好奇的眼球，并且同時(shí)還可以更徹底理解有機物質(zhì)的內部構造，給想象力空間感差的學(xué)生帶來(lái)了學(xué)習的興趣，提高了同學(xué)們主動(dòng)學(xué)習的濃厚的興趣，從而改變同學(xué)們過(guò)去被動(dòng)學(xué)習的壞習慣，再到現在的發(fā)現問(wèn)題解決問(wèn)題的能力的培養，這種模式改變了投影儀加幻燈片的傳統上課模式，不但對傳統教學(xué)的缺陷加以彌補，而且培養了同學(xué)們的學(xué)習有機化學(xué)的興趣，高效的達到了大學(xué)有機化學(xué)教學(xué)的目的。
一、大學(xué)有機化學(xué)現階段面臨的問(wèn)題
�。ㄒ唬┩瑢W(xué)對有機化學(xué)立體結構存在想象力欠缺問(wèn)題
通過(guò)對中學(xué)有機化學(xué)的學(xué)習，我們了解了有機物中，簡(jiǎn)單的有機分子內部結構及其性質(zhì)，但是在大學(xué)的有機化學(xué)學(xué)習中，對有機化學(xué)中有機物的研究更趨于專(zhuān)業(yè)化，多元化。所以我們所接觸的有機物的內部立體結構也變得極其變化多端，往往在復雜結構的大前提下，所伴隨發(fā)生的變化也五花八門(mén)，一種性質(zhì)微小的改變就可導致整個(gè)反應產(chǎn)物的改變，所以大部分同學(xué)對有機物內部立體結構的學(xué)習也就產(chǎn)生了恐懼和厭倦心理，長(cháng)久發(fā)展下去也就對有機化學(xué)的學(xué)習失去了信心，對于大學(xué)有機教學(xué)中所存在的這個(gè)問(wèn)題，學(xué)者也進(jìn)行了綜合分析，導致這一情況發(fā)生的根本原因就是同學(xué)普遍存在空間想象力欠缺的問(wèn)題，為了彌補同學(xué)們普遍存在的這個(gè)問(wèn)題，所以引進(jìn)計算軟件的普及顯得尤為重要。
�。ǘ﹤鹘y的上課模式失去了興趣
眾所周知，興趣是最好的老師，進(jìn)去了大學(xué)，老師運用傳統的ppt講課，對于新時(shí)代的大學(xué)生也就失去了新鮮感，吸引不住大眾的眼球，導致學(xué)生接受知識很被動(dòng)，被傳統的教學(xué)模式感到厭倦，所以同學(xué)們不能在課堂上積極的活躍起來(lái)，久而久之同學(xué)就對這種傳統的上課模式上課感到疲憊，也就失去了學(xué)習有機化學(xué)的興趣，而對于現階段的最新計算軟件的提出，對這個(gè)問(wèn)題的出現也可以得到及時(shí)解決，不僅可以解決老師備課難的問(wèn)題，更可以活躍課堂氣氛，抓住學(xué)生的眼球，使每節課都可以達到教學(xué)大綱上高效的達到目的。
�。ㄈ┫鄬τ诎l(fā)達城市，教學(xué)條件的落后
由于我國各個(gè)城市經(jīng)濟發(fā)展并不均衡，導致教育水平也有所差距，在沿海發(fā)達城市的教育水平相對于內地相對較高，我國堅持科教興國，人才強國的偉大戰略，教育水平的決定性因素除了軟件設施之外，硬件設施更是一個(gè)難以逾越的因素，許多地區至今仍然使用傳統的教學(xué)儀器，無(wú)法與現代化教學(xué)相接軌，大大落后與當代水平，比如現代計算軟件的使用，給貧困地區帶來(lái)了極大困擾，利用現代化計算機軟件可以很大程度調動(dòng)孩子的學(xué)習積極性，培養孩子獨立思考和解決問(wèn)題的能力，在大學(xué)有機化學(xué)學(xué)習展現的尤為突出，通過(guò)傳統的教學(xué)模型已經(jīng)遠遠不能達到教學(xué)目的。
二、計算軟件對于有機化學(xué)教學(xué)的立體模型的展示
傳統的有機化學(xué)教學(xué)模式，在有機分子立體結構通過(guò)教材的講解，以及實(shí)驗室所提供的曲棍模型對有機分子內部結構了解，這種途徑使同學(xué)很難理解較為復雜有機物質(zhì)的內部構造，無(wú)法突破有機化學(xué)教學(xué)中的重難點(diǎn)，這樣的教學(xué)模式僅僅處于表面的學(xué)習，很難進(jìn)一步深入學(xué)習，更無(wú)法到達活學(xué)活用的教學(xué)理念，可見(jiàn)在有機化學(xué)的教學(xué)中，有機分子的立體結構的想象變得尤為重要，也是有機化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)突破口，突破了物質(zhì)內部結構以及包含的鍵和自由基的類(lèi)型，可以準確判斷該物質(zhì)所發(fā)生的變化及其產(chǎn)物。因為它與物質(zhì)所發(fā)生的化學(xué)及其物理變化所發(fā)生的變化類(lèi)型和結構有著(zhù)密切關(guān)聯(lián)，而科技的發(fā)展，巧妙地彌補了這個(gè)缺陷，比如可以利用現在較為普遍的軟件chemoffice等相關(guān)化學(xué)輔助類(lèi)的教學(xué)軟件，可以清楚的展示有機化學(xué)分子的立體構造，使同學(xué)透徹理解有機化學(xué)分子的本質(zhì)，我們用Gaussian03軟件研究甲烷分子結構，步驟也較為簡(jiǎn)單：首先需要建立甲烷分子模型，之后對甲烷分子立體模型進(jìn)行優(yōu)化，為了有效體現甲烷的立體結構，就需要改變四個(gè)c—H鍵之間的角度，將scan輸入其中，最后對整體進(jìn)行調整，達到穩定的立體結構�？梢孕蜗蟮恼故境鰜�(lái)甲烷的立體結構及其內部所包含的鍵的類(lèi)別。
三、對有機物的特性研究分析
對于有機物的某些潛在性質(zhì)的研究，除了觀(guān)察其發(fā)生的化學(xué)，物理反應來(lái)進(jìn)行判斷，還可以運用輔助軟件進(jìn)行透徹模擬，例如我們進(jìn)行有機物的周?chē)娮拥拇嬖谛问�，憑借純粹的想象，想象電子的躍遷，從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，其中電子的得失，僅憑想象很難達到學(xué)習應有的效果，可以運用計算軟件幫助學(xué)生理解概念性的知識，這樣可以把抽象的概念轉化為生動(dòng)形象的動(dòng)畫(huà)來(lái)進(jìn)行演示，可以一目了然的表達效果，不僅降低了學(xué)生學(xué)習時(shí)的難度，更緩解了老師備課時(shí)的壓力，可謂一舉兩得，通過(guò)對有機物的相對參數和物理特性分析，我們可以借助che—mortice軟件輔助完成教學(xué)任務(wù)，可以分為以下幾個(gè)步驟：首先打開(kāi)chemoffice來(lái)描繪一個(gè)苯環(huán)的分子結構式，接下來(lái)通過(guò)點(diǎn)擊view菜單下的選項進(jìn)一步計算其相對分子量，其中包含的鍵數目，從上圖我們可以一目了然地看出苯環(huán)屬于有碳碳鍵交替構成的6元環(huán)，鍵角也可以更透徹明了的看出來(lái)，從我們實(shí)驗室的實(shí)驗可以得出，苯不能使溴水或酸性KMn04褪色，這說(shuō)明苯中沒(méi)有碳碳雙鍵。進(jìn)來(lái)研究證明，苯環(huán)主鏈上的碳原子之間并不是由以往所認識的單鍵和雙鍵排列（凱庫勒提出），所以每?jì)蓚�(gè)碳原子之間的鍵均相同，是由一個(gè)既非雙鍵也非單鍵的鍵連接。（可理解為平均化的價(jià)鍵，介于單鍵與雙鍵之間，兼具二者性質(zhì)，既可以取代，又可以加成），進(jìn)而我們對苯環(huán)的研究更深入了一步。
四、演示動(dòng)態(tài)情況下的反應機理
在有機化學(xué)反應中，往往伴隨著(zhù)內部能量的變化和新產(chǎn)物的產(chǎn)出，我們運用新計算軟件將其抽象的過(guò)程加以模擬化，使反應機理過(guò)程所伴隨的變化得到展現，使我們將其難點(diǎn)一網(wǎng)打盡，牢固掌握核心課程內容，我們以一氯甲烷取代鹵素的反應為例子進(jìn)行論證分析，可以使用Gaussian03軟件進(jìn)行模擬，首先分別對反應物CH3CL+Rr一和對應產(chǎn)物的分子模型進(jìn)行構建，使用QST2方法搜索反應物過(guò)度的中間產(chǎn)物，得出整個(gè)反應過(guò)程的發(fā)生情況，在整個(gè)反應過(guò)程中，可以看到親試劑Rr一從基態(tài)的CL一的背面逐步接近中心的碳原子，逐步形成Br—c鍵，同時(shí)中心的碳原子也發(fā)生了變化，其上部的基態(tài)氫原子也向離去基態(tài)的方向發(fā)生偏轉，當在中間過(guò)渡態(tài)時(shí)，中心碳原子呈現的為sp2雜化，而在同時(shí)其他三個(gè)3個(gè)基態(tài)原子與形成的直線(xiàn)在同一平面上，最終完全離開(kāi)基態(tài)中心形成產(chǎn)物，整個(gè)取代過(guò)程展現的由抽象變得更形象。
五、總結
分析表明，信息量大，理論性強，空間感強等是高等化學(xué)的顯著(zhù)特點(diǎn)，而要擺脫這一要素的困擾，我們必須借助現代化的條件對其進(jìn)行以另外一種方式展示，根據其物質(zhì)的本質(zhì)及其屬性發(fā)生的變化也極為復雜，所以我們必須緊跟時(shí)代發(fā)展，采取一定的輔助措施，在教學(xué)活動(dòng)中，緊隨科技的發(fā)展的潮流，巧妙高效的運用計算機軟件輔助教學(xué)，利用計算機軟件輔助性教學(xué)，可以極大的調動(dòng)同學(xué)學(xué)習化學(xué)的熱情，使同學(xué)積極思考，探討，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題和處理問(wèn)題，在這一過(guò)程中可以牢固的掌握相關(guān)知識，同時(shí)也培養了同學(xué)學(xué)習的能力，計算機走進(jìn)有機化學(xué)的教學(xué)課堂，使傳統的教學(xué)模式得到改善，由原來(lái)的抽象化到現在的簡(jiǎn)單化，與此同時(shí)積極鼓勵同學(xué)使用掌握現代化的計算機軟件，可以培養同學(xué)對有機化學(xué)微觀(guān)世界的研究，給教學(xué)質(zhì)量起到如虎添翼的益處，使同學(xué)們在今后的大學(xué)有機化學(xué)學(xué)習的當中受益匪淺。
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