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1、计算机在化学教学中的应用本讲稿第一页，共三十一页6.1 计算机化学教学概述n采用计算机作为教学辅助手段主要可以带来以下优点:n(1)计算机的智能化交互功能可以使教学过程更像一对一的实际教学,特别是学生可以根据自己的具体情况选择教学进度和学习内容,变被动学习为主动学习,这是课堂教学难以企及的,也是其他电化教学手段不能相比的.n(2)计算机的强大计算能力可以的对学生需要了解的复杂计算问题快速给出答案.n计算机模拟模具装配过程本讲稿第二页，共三十一页6.1 计算机化学教学概述n(3)计算机的多媒体功能可以使原来枯燥乏味的化学机理和微观过程,如分子价键结构和元素性质等内容变得生动活泼,易于理解.n(4
2、)计算机的动态链接功能,可以将科学知识有机的连接成一个整体,当学生对涉及到其他相关内容的知识有疑问时,可以轻松的利用链接功能,转入到涉及部分,对学生系统掌握规律复杂的化学知识相当有利.本讲稿第三页，共三十一页6.1 计算机化学教学概述n根据计算机技术的发展和化学教学的特点,在化学教学中引入计算机技术至少可以发挥以下作用:n(1)利用计算机的图形化和多媒体功能,将分子和原子的微观特性实现宏观化显示.n(2)通过计算机的交互性和链接功能,讲授需要大量记忆的化学概念,并将相互间的关系连接在一起.n(3)利用计算机的计算和模拟功能,模拟现代仪器分析过程和仪器操作过程用于现代仪器分析教学.n(4)计算机
3、习题(试题)库和数据库功能n(5)计算机网络远程教学功能本讲稿第四页，共三十一页6.1 计算机化学教学概述n从目前发展水平看,计算机辅助化学教学软件根据其编排和授课方式主要有以下几种类型:n(1)书本式教学课件,用于阅读式教学.n(2)声像型教学课件,主要用于听说教学.n(3)查询式教学课件,主要用于检索型教学.n(4)模拟现实型教学可见,主要用于需要有现场感的教学场合.n(5)游戏型教学课件.本讲稿第五页，共三十一页6.1 计算机化学教学概述n计算机辅助化学教学课件从应用环节和类别上划分主要包括以下几类:n(1)课程辅导型课件n(2)课程复习型课件n(3)实验操作模拟课件本讲稿第六页，共三十
4、一页6.2计算机化学教学软件的资源n根据当前情况,用于教学实践的计算机化学教学软件的来源主要有如下3方面:n(1)化学教师或者化学教师与计算机工程师合作编写n(2)通过国际互联网获取教学课件n(3)商业化计算机化学辅助教学软件本讲稿第七页，共三十一页6.2.1化学教师或者化学教师与计算机工程师合作编写n教师自己编写计算机辅助教学课件一般有以下几个途径:n(1)利用PowerPoint等软件编写PowerPoint是微软公司Office办公软件中的一个电脑演示材料制作软件n(2)利用网页设计语言进行编写n(3)利用数据库语言编写n(4)利用其他高级语言编写本讲稿第八页，共三十一页6.2.2通过国
5、际互联网获取教学课件n不容质疑,互联网已经成为化学教学课件的主要资源之一,充分利用互联网上的教育资源是发展计算机化教学的重要方式.在互联网上不仅可以获得有关化学教学课件购置信息和性能介绍,还可以直接下载一些大学编写的共享课件和一些软件公司提供的试用版课件,化学教师甚至可以直接利用网上的教学课件进行教学.本讲稿第九页，共三十一页6.2.2通过国际互联网获取教学课件n寻找这些化学教学课件资源一般需要借助于搜索引擎或者链接上述信息的网站。比较重要的站点包括：n美国加利福尼亚州立大学的站点（www.chem.ucal.edu/chempointers.html）;n英国利物浦大学的CTI Chemis
6、try 网站（www.liv.ac.uk/ctichem）专门提供了一个化学教育软件目录Catalogue of Chemistry Software for Teaching,并且对很多教学课件的性能进行评述（Software Reviews）;n加拿大Simon Fraser大学化学系网站设有一个称为ChemCAI,Intrudactional softwarefor Chemistry的网页（www.sfu.ca/chemed）专门链接一些化学教学软件资源，并提供简要介绍材料。本讲稿第十页，共三十一页6.2.3 商业化计算机化学辅助教学软件 n目前开发使用的大量化学教学课件主要是由国内外
7、大学或中学开发的自由软件或共享软件，但是对那些没有开发能力的学校，由那些化学软件共识开发的商业化计算机辅助教学软件仍然具有相当大的吸引力，并且在功能和质量方面这些软件确实具有一定优势。比较著名的生产化学教学课件的公司包括JCE(Journal Chemical Education)软件公司，ChemSW(Chemistry Software for Windows)软件公司等。其他课件来源还包括一些分析仪器公司提供的仪器使用培训教材。本讲稿第十一页，共三十一页6.2.3 商业化计算机化学辅助教学软件n目前有商业软件开发公司开发的计算机教学软件数量虽然在不断增加，但是在价格和使用的目的性等方面还
8、存在一些问题，还不能成为化学课件的主要供应源。本讲稿第十二页，共三十一页6.3 计算机无机及元素化学辅助教学n采用计算机的接技术将无机化学的内容通过元素周期表中的元素连接在一起，形成可以层层深入进行学习（复习）的特点。这种课件一般都是将元素周期表作为链接查询的界面，通过选择元素（或族、区选择），导入相关知识内容。这类软件种类繁多，广泛分布在各个大学或化学软件公司网站上。根据软件载体划分有网络型、CO-ROM型、磁盘软件型；根据软件使用形式划分有电子文本型、动画型、电影型、数据库检索型和游戏型；根据连接内容划分有普通物理与化学数据型、结构参数型、化学知识型和常识型。n下面分别介绍几种比较典型的元
9、素周期表形教学软件：本讲稿第十三页，共三十一页6.3.1 Chemical E Periodic Table of the Elementsn该软件曾被称为美国最完全的国际互联网型元素周期表软件，是一个知识数据型文本教学软件，通过元素周期表界面可以查询有关元素和元素族的相关信息。该软件的界面的右侧是一个完整的元素周期表。n左侧是现实内容控制指令区。其中前4个指令About this site,Comments,Help和Links分别用于显示站点介绍、内容介绍、在线帮助和链接的相关站点。本讲稿第十四页，共三十一页6.3.1 Chemical E Periodic Table of the El
10、ements本讲稿第十五页，共三十一页6.3.1 Chemical E Periodic Table of the Elementsn中间9各命令用于控制元素周期表的显示方式。n周期表中的化学元素用元素符号表示，当用鼠标点击表中的任何一个元素是，给出链接的相关内容。本讲稿第十六页，共三十一页6.3.2 Gmenlins Textbook Periodic Tablen该软件是德国Gmelins无机化学研究所的产品，也是一个网络型软件，其类型属于检索查询型，可以直接在网上使用。其网址为http:/www.springer.de/newmedia/gmelin/n.htm。本软件业也是通过元素周期
11、表界面进行查询，但不是一次选择一个元素，而是一族元素，然后再从所选择元素族中确定一个元素。本讲稿第十七页，共三十一页6.3.3 The MPEG Periodic Tablen该软件属于动画影像型教学课件，通过链接的电影介绍元素化学内容，是受学生普遍欢迎的形式。美国德克萨斯大学提供的这种网上电影化学教学课件The MPEG Periodic Table,用元素周期表作为界面，链接用MPEG格式压缩的电影文件介绍与该元素有关的化学性质和化学反应。通过http:/huckel.cm.utexas.edu/mpegtable.html网址可以使用该课件。本讲稿第十八页，共三十一页6.3.4 Peri
12、odic Table Live!nPeriodic Table Live是一个JCE软件公司推出的CD-ROW型教学课件，需要计算机具有光盘驱动器。该软件由3部分组成，分别为Periodic Table CD,Illustrated Periodic Table和Chemistry Navigator。其中第一部分是图形图像演示部分，含有各种有各种元素的图形图像信息，用于演示相关活动影像和相关图形；第二部分为相关知识库，用于查询有关元素的各种信息；第三部分是关于元素化学的其他信息。本讲稿第十九页，共三十一页6.3.5 Interactive Periodic Tablen对于那些就需要了解元素
13、一般性质的场合，如非化学专业的普通化学教学，使用更简单的元素周期表软件已经可以满足要求。Interactive Periodic Table就是这样一个简易型网络课件。是用时只要用鼠标指向某一元素，在窗口中自动显示相关数据。本讲稿第二十页，共三十一页6.4 仪器分析计算机辅助教学n 当前在现代一起分析教学中主要涉及的分析方法有核磁共振、质谱、红外光谱、发射光谱等，有关分析仪器也是当前在实践中使用频率最高，价格最昂贵的一些仪器。因此，多数现代一起分析辅助教学软件的编写也主要针对上述仪器及其相关分析方法。本届以分析方法分类对一些仪器分析计算机辅助教学课件进行简单介绍。本讲稿第二十一页，共三十一页6
14、.4.1 计算机辅助核磁共振教学软件n波普分析是仪器分析教学的核心部分，也是目前实践教学中普及难度最大的一部分。计算机核磁共振辅助教学课件根据功能和目的主要有核磁共振辅助教学课件、光谱模拟软件、谱图与数据处理软件、操作模拟软件、化学位移预测软件和光谱数据库软件等等。上述课件分别适用于不同的教学阶段。本讲稿第二十二页，共三十一页6.4.1 计算机辅助核磁共振教学软件n1.核磁共振原理教学课件n这类课件主要是利用计算机的动画等多媒体技术将于核磁共振相关的概念、仪器结构、数据处理方法等给学生。这类课件适合于作为仪器分析原理等课程。n2.核磁共振光谱模拟课件n这类课件主要是在计算机上模拟NMR仪器的分
15、析功能，使学生通过计算机，而不是真正的NMR仪器了解核磁共振仪器的各项功能。本讲稿第二十三页，共三十一页6.4.1 计算机辅助核磁共振教学软件n3.谱图与数据处理软件n 这类软件在教学上主要用于学习NMR图谱解析和NMR数据分析处理方法。内容包括FID信号的傅里叶变换、相态调整几分偶合常数测定等方法，属于NMR实验教学解决的问题。同时这类软件也可以用于真实NMR谱图与数据的处理。n4.核磁共振仪操作模拟训练课件n 这类课件主要用于讲授NMR仪器的操作方法，使学生在不能接触实际仪器的情况下学习操作技能本讲稿第二十四页，共三十一页6.4.1 计算机辅助核磁共振教学软件n5.化学位移预测课件n根据分
16、子结构分析预测NMR化学位移值是核磁共振波谱分析的逆过程，也是学生了解化学环境对波谱影响的重要途径。n6.光谱数据库软件n在光谱分析课程的讲述过程中，许多教师都经历过难以给出丰富的，具有多种偶合类型特征波谱示意的窘境。学生在做课后练习时也缺乏有针对性的波谱图作为分析对象，解决这类问题是用具有根据波谱性质分类的波谱数据库是有效的方法之一。这类数据库也就成为波谱教学中的课件之一。本讲稿第二十五页，共三十一页6.4.计算机辅助色谱教学软件n色谱分析法是目前最复杂混合物分离分析最强有力的分析方法，也是仪器分析教学中的重要内容之一，然而色谱分析也是最难于驾御的分析方法之一目前在高等学校仪器分析教学中，讲
17、授的色谱学主要包括气相色谱、液相色谱、凝胶渗透色谱和纸色谱讲授内容主要是色谱理论、色谱仪器操作和色谱分析法建立当前效果比较理想的色谱教学辅助可见有HP公司的GC and LC Training Software和nChemSW公司的Interactive Training软件包 本讲稿第二十六页，共三十一页6.4.3 质谱辅助教学课件n质谱教学课件无论从数量上还是从软件的质量上都比核磁共振和色谱同类课件逊色，可能主要原因是质谱的规律性要差一些造成的这类软件中有代表性的是ChemSW软件公司的产品Interactive Training系列仪器分析辅助教学软件包中的质谱教学软件该软件中组合了大量
18、质谱分析领域的理论和实践信息采用文字、交互演示、动画等计算机手段介绍质谱分析的原理、仪器的结构、操作条件选择和实际应用技术本讲稿第二十七页，共三十一页6.4.4 原子光谱辅助教学课件n原子光谱包括原子吸收光谱和原子发射光谱，是重要的仪器分析方法，主要用于元素的定性和定量分析原子光谱分析对于实验条件选择的要求较高，在实验教学中解决实验条件优化是难点利用计算机辅助教学手段是克服上述教学难点的办法之一本讲稿第二十八页，共三十一页6.4.4 原子光谱辅助教学课件n原子吸收光谱（A）课件nChemSW软件公司的系列交互式教学课件Interactive Training中包括原子吸收训练软件该软件包括丰富
19、的关于原子吸收方面的信息利用文字描述、动画、交互式操作等计算机技术给出有关分析理论、仪器和分析方法等学习内容本讲稿第二十九页，共三十一页6.4.4 原子光谱辅助教学课件n.诱导偶合等离子发射光谱（ICP）教学课件n该课件也是ChemSW软件公司Interactive Training软件包中的一个，专门讲授等离子体发射光谱的原理和使用技术 ICP是今年来发展起来的一种新型原子光谱分析方法，元素分析范围不原子吸收光谱更为广泛，并且可以同时测定多种元素本讲稿第三十页，共三十一页6.4.5其他仪器分析辅助教学软件n波谱和色谱教学辅助课件构成了仪器分析计算机教学课件的主体，其他比较常见的课件包括电化学教学课件、紫外可见光谱教学课件和原子光谱（原子吸收和原子发射光谱）教学课件本讲稿第三十一页，共三十一页