莫燕梅

摘 要通過(guò)理解防曬品功效以及紅外光譜和分子構(gòu)型等作為案例，深入分析計(jì)算機(jī)模擬當(dāng)中的各個(gè)模塊對(duì)于化學(xué)課堂的教學(xué)輔助運(yùn)用。證明運(yùn)用計(jì)算機(jī)理論模擬展開(kāi)化學(xué)教學(xué)，能夠有效激發(fā)學(xué)生對(duì)于化學(xué)課程的學(xué)習(xí)熱情，讓課堂教學(xué)變得更加高效，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。本文對(duì)運(yùn)用計(jì)算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)教學(xué)展開(kāi)分析，并提出相關(guān)策略。

關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)理論模擬;輔助;化學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G634 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2019）24-0033-02

當(dāng)今社會(huì)，伴隨著科技的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，尤其在提升工作效率，改變工作方式上優(yōu)勢(shì)最為突出。近年來(lái)，不斷有學(xué)者研究如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)與各學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)相結(jié)合，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更加高效，本文研究如何將計(jì)算機(jī)理論模擬應(yīng)用在高中化學(xué)教學(xué)課堂中，讓學(xué)生以一種全新的學(xué)習(xí)方式投入到教學(xué)活動(dòng)中，從主觀意愿和方式方法上調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，從而提高學(xué)習(xí)效率。

一、計(jì)算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)教學(xué)方法分析

面對(duì)新時(shí)代的學(xué)生，要想提升他們的學(xué)習(xí)效率，構(gòu)建高效的化學(xué)課堂，教師必須思考運(yùn)用一種有效的方法。當(dāng)下已經(jīng)有不少的研究成果被應(yīng)用到實(shí)際的化學(xué)教學(xué)當(dāng)中，目的就是為了促使學(xué)生有效的學(xué)習(xí)。比如說(shuō)，麻省理工所進(jìn)行的開(kāi)放課程運(yùn)動(dòng)、面向過(guò)程指導(dǎo)型的探究學(xué)習(xí)方法等。根據(jù)這些方法的名字，我們就能得知，這都是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們自主的加入到問(wèn)題的思考中，目的就是為了讓學(xué)生展開(kāi)自我學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性。本文所研究的計(jì)算機(jī)理論模擬輔助化學(xué)的教學(xué)方法一樣都是以學(xué)生為核心，通過(guò)計(jì)算機(jī)化學(xué)以及分子建模工具，幫助學(xué)生高效的學(xué)習(xí)。在這里將會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)當(dāng)中的具體應(yīng)用展開(kāi)分析，比如說(shuō)防曬品設(shè)計(jì)和功效、紅外光譜和分子構(gòu)型。將計(jì)算機(jī)模擬輔助教學(xué)法應(yīng)用在化學(xué)課堂當(dāng)中，能夠讓學(xué)生快速有效地得到數(shù)據(jù)，不僅如此，他們還能夠得出自身的結(jié)論，這一點(diǎn)和教材學(xué)習(xí)是相同的。在這里所談到的教學(xué)案例中，用到的計(jì)算機(jī)模擬輔助教學(xué)法，是現(xiàn)階段非常主流的圖形用戶界面。具體來(lái)說(shuō)，教師和學(xué)生首先要對(duì)選定分子展開(kāi)簡(jiǎn)易計(jì)算，就能利用軟件展開(kāi)可視化的分析。通過(guò)這樣的方法能讓化學(xué)教學(xué)的靈活性變得更強(qiáng)，還能讓原本晦澀難懂的化學(xué)概念知識(shí)變得更加直觀形象。除此之外，和過(guò)去的計(jì)算機(jī)命令行界面對(duì)比起來(lái)，圖形用戶界面能夠?qū)⒒A(chǔ)設(shè)定、功能等進(jìn)行縮短，讓學(xué)生更快的掌握，這樣他們就有著充沛的時(shí)間，集中精力展開(kāi)學(xué)習(xí)。

二、具體的化學(xué)教學(xué)案例探究

雖然現(xiàn)階段分子建模已經(jīng)是化學(xué)領(lǐng)域科研的常用工具。不過(guò)將其用在化學(xué)教學(xué)中還需要保持謹(jǐn)慎的態(tài)度。事實(shí)上，要想有效的發(fā)揮計(jì)算化學(xué)以及建模工具的效用，就必須給予合適正確的引導(dǎo)，從而讓學(xué)生結(jié)合數(shù)據(jù)分析，了解到現(xiàn)實(shí)中的化學(xué)概念和知識(shí)。

（一）理解防曬品的功效

利用計(jì)算化學(xué)的教學(xué)方法，能夠讓原本化學(xué)課堂上學(xué)生無(wú)法有效理解掌握的抽象知識(shí)和概念變得更加直觀形象，還可以幫學(xué)生深入探究平時(shí)生活和工業(yè)中的有關(guān)案例。這部分案例的研究過(guò)程以及所采用的方法是相似的，都是根據(jù)生活中的實(shí)際狀況，從而有效的掌握其中的化學(xué)原理。比如說(shuō)，人們?cè)谏町?dāng)中涂抹防曬霜，就是為了阻擋有害的紫外線。具體來(lái)說(shuō)，紫外線有長(zhǎng)波、中波以及短波這三種類型。280納米以下的UVC能夠被臭氧層吸收，所以它無(wú)法抵達(dá)地面。防曬霜的主要作用就是將UVA和UVB充分的吸收，這是由于皮膚非常敏感，如果在太陽(yáng)光之下長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)UVA和UVB的輻射，會(huì)導(dǎo)致DNA受到損傷，身體的免疫能力也會(huì)因此降低，更加嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)皮膚癌。所以說(shuō)，人們?cè)谄綍r(shí)的生活中需要避免被過(guò)量的UVA和UVB輻射，這樣做能夠有效的保護(hù)身體，對(duì)于延緩衰老也有著重要的作用?，F(xiàn)階段常用的方法是在防曬品當(dāng)中加入合適的紫外線吸收物質(zhì)，這樣就能夠充分地吸收紫外線，并將其通過(guò)熱能或可見(jiàn)光的方式釋放，如此便能夠減少太陽(yáng)光對(duì)人體皮膚的傷害。因?yàn)榛瘜W(xué)防曬劑價(jià)格相對(duì)較低，而且很容易配置因子及大量的用的防曬品的制作中。具體來(lái)說(shuō)，主要有氨基苯甲酸衍生物，肉桂酸酯類二苯酮類化合物等。

如圖1所示，因?yàn)檫@類防曬劑分子擁有著共同的結(jié)構(gòu)，所以能將其紫外線運(yùn)用理論計(jì)算進(jìn)行模擬，這種方法和運(yùn)用運(yùn)用紫外分光光度計(jì)測(cè)定相差不大。學(xué)生先要在軟件上設(shè)置好相應(yīng)的化學(xué)計(jì)算方法，通過(guò)半經(jīng)驗(yàn)量子化學(xué)計(jì)算，針對(duì)這部分化合物分子的激發(fā)態(tài)以及紫外可見(jiàn)光譜展開(kāi)模擬。對(duì)各類波長(zhǎng)下的主要吸收峰值進(jìn)行分析，學(xué)生便能夠得出對(duì)才是新型防曬品最合適的組合對(duì)象。除此之外，學(xué)生還能將自己設(shè)計(jì)的分子進(jìn)行改進(jìn)，并且針對(duì)它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開(kāi)對(duì)比分析，如此能夠充分地激發(fā)他們的探究欲望以及學(xué)習(xí)熱情，他們對(duì)于化學(xué)的學(xué)習(xí)也更加主動(dòng)積極。

（二）紅外光譜和分子構(gòu)型

在有機(jī)化學(xué)教學(xué)的過(guò)程當(dāng)中，一般都是利用光譜來(lái)展開(kāi)各類化學(xué)物質(zhì)的鑒定。比如說(shuō)紅外光譜以及核磁共振等。具體來(lái)說(shuō)，紅外光譜因?yàn)楦黝惢瘜W(xué)鍵吸收的頻率存在差異性，將會(huì)導(dǎo)致它們出現(xiàn)在紅外光譜上特定的位置，這樣就能夠得知分子當(dāng)中所蘊(yùn)含的化學(xué)鍵類型。因?yàn)椴簧俚姆肿泳邆渲鄻拥幕瘜W(xué)鍵，不僅如此，鍵的種類也很多，這也導(dǎo)致了紅外光譜圖的峰種非常的復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中也比較吃力。相對(duì)來(lái)說(shuō)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)化學(xué)軟件展開(kāi)教學(xué)輔助，可以讓學(xué)生對(duì)光譜展開(kāi)有效的理解和記憶。在光譜圖當(dāng)中，學(xué)生需要點(diǎn)擊其中的吸收峰位置，就能夠得出有關(guān)的化學(xué)鍵振動(dòng)模式。所以說(shuō)，在課堂教學(xué)當(dāng)中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)計(jì)算模擬，能夠讓學(xué)生有效的理解各類分子的紅外光譜特點(diǎn)和分子運(yùn)動(dòng)方式存在著一定的聯(lián)系。除此之外，運(yùn)用紅外光譜還能夠?qū)煞N分子展開(kāi)有效區(qū)分。

（三）其他模塊

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)ふ业酱罅康脑诰€資源，例如化學(xué)教學(xué)當(dāng)中經(jīng)常采用到的分子模擬軟件應(yīng)用的教程。尤其是針對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)，相關(guān)的教程當(dāng)中存在著大量的案例，確實(shí)能夠進(jìn)行建模和對(duì)比分析。比如說(shuō)下面的這些案例：互變異構(gòu)平衡，能夠用來(lái)解釋的概念是手性、平衡常數(shù)等。在官能團(tuán)的智能分析案例中，能夠用來(lái)解釋的概念是紅外光譜、供電子基團(tuán)以及吸電子基團(tuán)。

事實(shí)證明，將計(jì)算化學(xué)以及分子建模工具運(yùn)用在化學(xué)教學(xué)當(dāng)中，讓學(xué)生高效學(xué)習(xí)正一步步實(shí)現(xiàn)。這種教學(xué)方法，不僅能讓原本晦澀難懂的化學(xué)概念和知識(shí)變得更加直觀清晰，讓學(xué)生更易于理解和接受。而且能讓學(xué)生在親身的實(shí)踐中了解化學(xué)知識(shí)，并且?guī)椭麄冇行У目偨Y(jié)數(shù)據(jù)，從而得出自身的結(jié)論。因此，該方法比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更能提高學(xué)生主動(dòng)參與課堂的積極性，更有效率。將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用在化學(xué)教學(xué)中，有關(guān)的具體應(yīng)用涉及到很多內(nèi)容，如有機(jī)以及無(wú)機(jī)合成、材料性能模擬等方面，并非是本文能夠完全闡述的，筆者仍需進(jìn)一步拓寬研究范圍，以便獲得更多的研究成果。

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