費旭 王秀英 田晶 徐龍權(quán) 于玲 寇自農(nóng)

摘要：化學(xué)軟件是化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者重要的科研工具，其在化學(xué)結(jié)構(gòu)式的繪制、反應(yīng)裝置的設(shè)計、數(shù)據(jù)分析處理及譜圖解析等方面具有舉足輕重的作用。將化學(xué)軟件和儀器分析教學(xué)相結(jié)合，即將化學(xué)軟件應(yīng)用于教學(xué)課件的制作、科研論文的撰寫和科研結(jié)果的解析等方面，不僅能使學(xué)生對儀器分析結(jié)果有直觀的印象，還將拓寬學(xué)生的分析視野，提高學(xué)生的綜合分析能力，使學(xué)生能夠做到合理繪圖、有效分析。

關(guān)鍵詞：化學(xué)軟件；儀器分析；化學(xué)結(jié)構(gòu)

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）51-0275-02

儀器分析近年來發(fā)展迅猛，新方法、新技術(shù)、新儀器的不斷出現(xiàn)，使其在生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域都備受關(guān)注。儀器分析法吸收了當代科學(xué)技術(shù)的最新成就，是化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)等多種學(xué)科相互滲透的產(chǎn)物。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器分析已經(jīng)成為分析化學(xué)的主體學(xué)科，并且正向著更高的靈敏度、選擇性和準確度，更高的自動化和智能化，以及更快的分析速度方向發(fā)展。

計算機的發(fā)展衍生了各種化學(xué)軟件，這對儀器分析數(shù)據(jù)結(jié)果的歸納、計算和分析起到了極大的幫助作用。從分子模擬、分子式繪制到數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，以及最后的譜圖曲線的繪制，化學(xué)軟件的作用覆蓋了整個分析過程。對廣大科研工作者來說，它就是第二個大腦?，F(xiàn)在的軟件工具越來越專業(yè)，如繪制分子式的Chemoffice[1，2]，表示晶體結(jié)構(gòu)式的Diamond[3]，繪制曲線譜圖的Origin[4，5]，繪制器件圖形的SolidWorks[6]、晶體結(jié)構(gòu)解析的Jade等軟件都為人們所廣泛應(yīng)用。這些軟件對于我們進行材料合成設(shè)計、分析及材料加工都具有非常重要的幫助和指導(dǎo)意義。通過近年來對我校在讀的本科生、研究生軟件應(yīng)用情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)人對這些化學(xué)軟件的了解很少，能熟練使用的就更少。究其原因，主要在于沒有開設(shè)相關(guān)的軟件應(yīng)用的課程，學(xué)生沒有獲悉的有利渠道，使得這些功能強大的軟件沒有被學(xué)生所接受和利用，這無疑是損失了對于分析測試非常有用的工具。因此，今天的儀器分析教學(xué)，應(yīng)該在教授學(xué)生相關(guān)專業(yè)分析儀器的同時，普及一些應(yīng)用范圍廣、用法簡單的基本化學(xué)軟件。將一個專業(yè)的軟件平臺提供給學(xué)生，為他們的學(xué)習(xí)和科研服務(wù)，進而提高他們的科研能力。不僅于此，將化學(xué)軟件引入到課堂中還能夠教導(dǎo)學(xué)生主動去尋找一切對于學(xué)習(xí)和工作有利的科學(xué)資源，這種能力的培養(yǎng)能夠讓學(xué)生受益終生，這無疑也是高校教師開展教學(xué)研究的重要意義所在[7]。

一、常用化學(xué)軟件歸類總結(jié)

1.化學(xué)結(jié)構(gòu)式繪制軟件。常用的化學(xué)結(jié)構(gòu)式繪制軟件包括Chemoffice、ChemWindow、ISIS Draw等。其中Chemoffice還包括ChemDraw、Chem3D、ChemFinder等三種功能軟件。ChemDraw是目前世界上最受歡迎的化學(xué)結(jié)構(gòu)式繪制軟件，其結(jié)構(gòu)繪圖滿足國內(nèi)外大部分期刊的格式要求，被化學(xué)相關(guān)的科研工作者廣泛應(yīng)用。ChemDraw用于繪制二維的分子結(jié)構(gòu)式，Chem3D則用于繪制三維的分子結(jié)構(gòu)，并且兩者可協(xié)同工作，將二維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為三維結(jié)構(gòu)圖（如圖1）[8]。并且ChemDraw還有模擬分子核磁氫譜和碳譜的功能，對核磁譜圖的分析起到了幫助作用。還可以繪制反應(yīng)裝置、薄層色譜圖和將化學(xué)名稱直接轉(zhuǎn)化成分子結(jié)構(gòu)式等許多功能[9]。

2.數(shù)據(jù)處理及繪圖軟件。常用的數(shù)據(jù)處理軟件有Origin、SigmaPlot等，應(yīng)用最廣的當屬Origin軟件。Origin是美國OriginLab公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件，是科研人員最常用的高級數(shù)據(jù)分析和制圖工具。Origin的兩大主要功能：數(shù)據(jù)分析和繪圖。Origin的數(shù)據(jù)分析主要包括統(tǒng)計、信號處理、圖像處理、峰值分析和曲線擬合等各種完善的數(shù)學(xué)分析功能。將數(shù)據(jù)準備好，進行數(shù)據(jù)分析時，只需選擇所要分析的數(shù)據(jù)，然后再選擇相應(yīng)的菜單命令即可。Origin的繪圖是基于圖形模板的，其中Origin本身提供了幾十種二維和三維繪圖模板，同時允許用戶自己定制模板。繪圖時，只要選擇所需要的模板即可。它強大的數(shù)據(jù)處理功能，為科研工作者所公認，是一款常用的基礎(chǔ)軟件。

二、軟件使用方法的教授

我們采用了課堂講授并實際演示的方法，把化學(xué)軟件的用途和基本應(yīng)用方法教給學(xué)生，并讓學(xué)生根據(jù)儀器分析實驗課上實際測得的結(jié)果應(yīng)用化學(xué)軟件進行分子式的繪制和曲線的制作。把分子結(jié)構(gòu)和譜圖分析結(jié)合起來給出最終的分析結(jié)果，最后根據(jù)譜圖制作的合理性、美觀性來進行評分。并鼓勵學(xué)生多參考相關(guān)領(lǐng)域高檔次論文圖表的制作方法，使他們將儀器分析數(shù)據(jù)處理應(yīng)用到實際的科研當中。對于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)要按“循序漸進，逐漸培養(yǎng)”的原則[10，11]。

三、軟件應(yīng)用情況調(diào)查

本項研究的實施范圍為我校材料化學(xué)、食品質(zhì)量與安全、生物技術(shù)、化學(xué)工程與工藝、高分子專業(yè)本科生，食品、農(nóng)產(chǎn)品加工、造紙、糧食油脂、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、生物化工、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)碩士研究生，受教學(xué)生人數(shù)約為350人/年。在學(xué)生當中收集反饋信息，調(diào)查了解對所教授軟件的掌握和運用情況，鼓勵學(xué)生進行各種軟件的應(yīng)用嘗試，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。我們在材料化學(xué)和化學(xué)工程與工藝兩個專業(yè)進行檢索方法掌握和運用情況調(diào)查，在學(xué)生大三和研究生一年級時進行教授，在學(xué)生大四或研三做畢業(yè)論文時進行分類收集，調(diào)查得到100%的學(xué)生能夠運用所教授的化學(xué)軟件來進行數(shù)據(jù)處理及分子式的繪制，并且全部應(yīng)用到了自己的畢業(yè)論文和發(fā)表文章當中，學(xué)生普遍認為對自己的畢業(yè)論文的完成起到很重要的作用，尤其在結(jié)果的分析和討論方面，運用Origin繪制的曲線、譜圖能將實驗數(shù)據(jù)進行處理，有助于結(jié)果的合理分析。同時根據(jù)調(diào)查得到的反饋信息，對教學(xué)方式、方法進行調(diào)整和改進，總結(jié)出更能被同學(xué)接受的方法和模式。

四、研究的意義

提高學(xué)生的分析應(yīng)用能力，在教學(xué)實踐過程中使學(xué)生掌握利用化學(xué)軟件來解決實際的科研問題，并且通過相關(guān)軟件對數(shù)據(jù)的分析對學(xué)生起到重要的幫助作用。能夠最大化地利用現(xiàn)有的軟件資源，使學(xué)生的科研分析能力等到相應(yīng)的提高。同時能夠提高學(xué)生對科學(xué)的研究熱情和自信。使教學(xué)內(nèi)容與最新科技相結(jié)合，并可以通過實際分析應(yīng)用來指導(dǎo)教學(xué)，使學(xué)生所學(xué)更加有的放矢。

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基金項目：大連工業(yè)大學(xué)教改項目（項目編號：JGLX1278）

通信作者：田晶（1966-），女，吉林四平人，博士，教授，主要從事儀器分析教學(xué)及科研。Email：tianjing@dlpu.edu.cn