运用计算机理论模拟辅助化学教学的探究

莫燕梅

摘 要通过理解防晒品功效以及红外光谱和分子构型等作为案例，深入分析计算机模拟当中的各个模块对于化学课堂的教学辅助运用。证明运用计算机理论模拟展开化学教学，能够有效激发学生对于化学课程的学习热情，让课堂教学变得更加高效，从而实现相应的教学目标。本文对运用计算机理论模拟辅助化学教学展开分析，并提出相关策略。

关键词计算机理论模拟;辅助;化学教学

中图分类号：G634 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2019）24-0033-02

当今社会，伴随着科技的飞速发展，计算机技术在各个领域产生了深远的影响，尤其在提升工作效率，改变工作方式上优势最为突出。近年来，不断有学者研究如何利用计算机技术与各学科的教学活动相结合，让学生的学习变得更加高效，本文研究如何将计算机理论模拟应用在高中化学教学课堂中，让学生以一种全新的学习方式投入到教学活动中，从主观意愿和方式方法上调动学生的积极性，从而提高学习效率。

一、计算机理论模拟辅助化学教学方法分析

面对新时代的学生，要想提升他们的学习效率，构建高效的化学课堂，教师必须思考运用一种有效的方法。当下已经有不少的研究成果被应用到实际的化学教学当中，目的就是为了促使学生有效的学习。比如说，麻省理工所进行的开放课程运动、面向过程指导型的探究学习方法等。根据这些方法的名字，我们就能得知，这都是激发学生的学习热情，让他们自主的加入到问题的思考中，目的就是为了让学生展开自我学习，充分发挥他们的主观能动性。本文所研究的计算机理论模拟辅助化学的教学方法一样都是以学生为核心，通过计算机化学以及分子建模工具，帮助学生高效的学习。在这里将会对计算机技术在化学教学当中的具体应用展开分析，比如说防晒品设计和功效、红外光谱和分子构型。将计算机模拟辅助教学法应用在化学课堂当中，能够让学生快速有效地得到数据，不仅如此，他们还能够得出自身的结论，这一点和教材学习是相同的。在这里所谈到的教学案例中，用到的计算机模拟辅助教学法，是现阶段非常主流的图形用户界面。具体来说，教师和学生首先要对选定分子展开简易计算，就能利用软件展开可视化的分析。通过这样的方法能让化学教学的灵活性变得更强，还能让原本晦涩难懂的化学概念知识变得更加直观形象。除此之外，和过去的计算机命令行界面对比起来，图形用户界面能够将基础设定、功能等进行缩短，让学生更快的掌握，这样他们就有着充沛的时间，集中精力展开学习。

二、具体的化学教学案例探究

虽然现阶段分子建模已经是化学领域科研的常用工具。不过将其用在化学教学中还需要保持谨慎的态度。事实上，要想有效的发挥计算化学以及建模工具的效用，就必须给予合适正确的引导，从而让学生结合数据分析，了解到现实中的化学概念和知识。

（一）理解防晒品的功效

利用计算化学的教学方法，能够让原本化学课堂上学生无法有效理解掌握的抽象知识和概念变得更加直观形象，还可以帮学生深入探究平时生活和工业中的有关案例。这部分案例的研究过程以及所采用的方法是相似的，都是根据生活中的实际状况，从而有效的掌握其中的化学原理。比如说，人们在生活当中涂抹防晒霜，就是为了阻挡有害的紫外线。具体来说，紫外线有长波、中波以及短波这三种类型。280纳米以下的UVC能够被臭氧层吸收，所以它无法抵达地面。防晒霜的主要作用就是将UVA和UVB充分的吸收，这是由于皮肤非常敏感，如果在太阳光之下长时间经过UVA和UVB的辐射，会导致DNA受到损伤，身体的免疫能力也会因此降低，更加严重的还会引发皮肤癌。所以说，人们在平时的生活中需要避免被过量的UVA和UVB辐射，这样做能够有效的保护身体，对于延缓衰老也有着重要的作用。现阶段常用的方法是在防晒品当中加入合适的紫外线吸收物质，这样就能够充分地吸收紫外线，并将其通过热能或可见光的方式释放，如此便能够减少太阳光对人体皮肤的伤害。因为化学防晒剂价格相对较低，而且很容易配置因子及大量的用的防晒品的制作中。具体来说，主要有氨基苯甲酸衍生物，肉桂酸酯类二苯酮类化合物等。

如图1所示，因为这类防晒剂分子拥有着共同的结构，所以能将其紫外线运用理论计算进行模拟，这种方法和运用运用紫外分光光度计测定相差不大。学生先要在软件上设置好相应的化学计算方法，通过半经验量子化学计算，针对这部分化合物分子的激发态以及紫外可见光谱展开模拟。对各类波长下的主要吸收峰值进行分析，学生便能够得出对才是新型防晒品最合适的组合对象。除此之外，学生还能将自己设计的分子进行改进，并且针对它的结构特点展开对比分析，如此能够充分地激发他们的探究欲望以及学习热情，他们对于化学的学习也更加主动积极。

（二）红外光谱和分子构型

在有机化学教学的过程当中，一般都是利用光谱来展开各类化学物质的鉴定。比如说红外光谱以及核磁共振等。具体来说，红外光谱因为各类化学键吸收的频率存在差异性，将会导致它们出现在红外光谱上特定的位置，这样就能够得知分子当中所蕴含的化学键类型。因为不少的分子具备着多样的化学键，不仅如此，键的种类也很多，这也导致了红外光谱图的峰种非常的复杂，学生在学习的过程中也比较吃力。相对来说，运用计算机化学软件展开教学辅助，可以让学生对光谱展开有效的理解和记忆。在光谱图当中，学生需要点击其中的吸收峰位置，就能够得出有关的化学键振动模式。所以说，在课堂教学当中，对现场展开计算模拟，能够让学生有效的理解各类分子的红外光谱特点和分子运动方式存在着一定的联系。除此之外，运用红外光谱还能够对两种分子展开有效区分。

（三）其他模块

通过网络能够寻找到大量的在线资源，例如化学教学当中经常采用到的分子模拟软件应用的教程。尤其是针对有机化学的学习，相关的教程当中存在着大量的案例，确实能够进行建模和对比分析。比如说下面的这些案例：互变异构平衡，能够用来解释的概念是手性、平衡常数等。在官能团的智能分析案例中，能够用来解释的概念是红外光谱、供电子基团以及吸电子基团。

事实证明，将计算化学以及分子建模工具运用在化学教学当中，让学生高效学习正一步步实现。这种教学方法，不仅能让原本晦涩难懂的化学概念和知识变得更加直观清晰，让学生更易于理解和接受。而且能让学生在亲身的实践中了解化学知识，并且帮助他们有效的总结数据，从而得出自身的结论。因此，该方法比传统的教学方法更能提高学生主动参与课堂的积极性，更有效率。将计算机模拟技术应用在化学教学中，有关的具体应用涉及到很多内容，如有机以及无机合成、材料性能模拟等方面，并非是本文能够完全闡述的，笔者仍需进一步拓宽研究范围，以便获得更多的研究成果。

参考文献：

[1]齐磊磊，贾玮晗.复杂社会系统的研究方法——从计算机模拟到复杂应答过程理论[J].系统科学学报，2018，26（01）：34-38.

[2]王衍伟.聚羧酸系高性能减水剂分子的高分子物理理论和计算机模拟研究[A].中国化学会高分子学科委员会.中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题E：高分子理论计算模拟[C].中国化学会高分子学科委员会：中国化学会，2017：1.

[3]康明亮，韩东梅，GEWIRTZOcéane.计算机模拟在化学理论与实验教学中的应用[J].大学化学，2016，31（10）：23-28.

[4]赵力维，邓利娟，范华军.运用计算机理论模拟辅助化学教学研究[J].化学教育，2016，37（20）：67-72.

[5]郭占京，黄宏妙，卢澄生，李春玲.计算机模拟技术在有机化学理论教学中的应用[J].广东化工，2014，41（16）：196-197.

[6]邓芳芳.药物分子的计算机辅助理论模拟及分子设计[D].兰州大学，2014.