KingDraw软件在高职院校有机化学教学中的应用

唐明根(杨凌职业技术学院，陕西 咸阳 712100)

0 引言

有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学，是化学中极重要的一个分支。有机化学课是高职院校化学相关专业的一门重要公共基础课，有机化学课程具有理论抽象、分子空间结构难以想象和课时量少等特点，因而有机化学课程难度较大，同时高职院校学生学习习惯较差，学习主动性和积极性不高，课堂思考与互动较少，导致有机化学学习效果不佳[1]。在教育部《教育信息化2.0行动计划》推动下，各类面向教育教学的软件被开发出来，提高了学生学习效率，促进了教学信息化、数字化的进程。化学编辑器软件因其功能全面、使用便捷等优点在各高校教学和科研中广泛应用。KingDraw是由青岛清原精准农业科技有限公司开发研制的一款化学结构式编辑器软件，其具有软件下载免费、可在多平台使用、功能全面且使用免费等优点，能够在高职院校有机化学教学中起到良好的辅助作用。

1 高职院校有机化学教学现状分析

1.1 教师教育理念和方法

职业教育作为我国教育系统重要的组成部分，肩负着重要的育人使命和光荣职责，党和国家高度重视职业教育发展和改革，国务院在2019年印发了《国家职业教育改革实施方案》，对我国职业教育的改革发展做出了系统谋划和精心设计，对教师、教材、教法有着明确的要求，在教育教学中要以学生为中心，教师作为学生学习的引导者和设计者，充分带动学生的主观能动性，协助引导学生学习和发展。但是，在实际教学中有很大一部分高职院校化学教师未能深刻领悟职业教育改革发展的内涵和要义，也未按照职业教育教学改革要求开展日常教学工作，在日常教学中依然采用相对落后的教学方法，即是“满堂灌”的教育模式，教师单向输出内容，学生被动听课，这种现象在高职院校有机化学教学中非常普遍[2]。虽然老师的出发点是好的，考虑到有机化学课程特点和学习难度相对较大，教师采用传统的教学模式是为了让学生能理解和掌握更多的知识与技能，为日后专业课程的学习奠定良好的基础，但是这种教育方法和理念并不适合当代教育教学的的要求。在传统的教育教学方式，教师作为化学课堂的组织者，主导整个课堂教学过程中，学生的主观能动性不能被有效激发，学生的课堂参与度不高，对有机化学知识的学习兴趣低，师生之间沟通交流少，教师对学生在学习中遇到的问题和难点掌握程度低，不能达到有效的教学目标。

1.2 高职院校学生自身现状

从高职院校生源途径分析主要有两类：一类是中专毕业升入高职院校；另一类是高考落榜后进入高职院校学习[3]。基于此分析，这两类学生的学习成绩中等偏下，学习能力和理解能力偏弱，中学化学知识底子薄弱。同时他们的学习习惯和学习意识一般，进入高职院校学习阶段适应性差，大部分学生课前不预习，课上不参与教学活动，课后不复习巩固，难以有效跟随教师的上课节奏，对知识的理解和技能的掌握程度偏低，致使有机化学学习效果不理想。有部分学生因高考失利进入高职院校学习，自信心不足，更有甚者可能存在自卑心理，觉得自己不如本科的学生，导致学习积极性不高，学习效果不显著，长此以往可能产生自暴自弃的心态，学习进取意识越来越薄弱[4]。中学教学以教师为主导督促学生学习，高职院校教学以学生为中心，教师辅助学生学习，更多的需要学生自学自研。但是进入高职院校学习的学生自制力普遍偏弱，教师对学生的管教和督导力度低于中学阶段，学生抵制诱惑能力较差，他们可能沉溺于虚拟的网络游戏等娱乐活动，不喜欢枯燥抽象的理论，这就导致他们的课程学习效果差。从学习环境来看，中学学习有考大学、进入好大学的目标，全班同学一起学习，学习气氛强烈，学习环境良好；而在高职院校学习阶段，具有明确学习目标和制定学习计划的学生数量较少，没有学习的动力，同时进取意识薄弱，这就导致班级整体学习气氛不高，学习氛围较差，这在一定程度上降低了学生学习的积极性和主动性[4]。

1.3 有机化学课程分析

高职院校有机化学知识体系相比于中学有机化学更加全面。在中学，有机化学主要是认识有机物的种类和基本性质，了解有机化学基本反应类型等基础性知识[5]，而在高职院校学习阶段，需要我们去系统认识有机物的构成结构，深入学习各类有机物性质，掌握制备有机物的方法和技术手段，这其中涉及到反应机理的探究和有机物实际应用等方面。它不在局限于表观现象的记忆学习，而是要透过现象挖掘本质。基于此，高职院校有机化学学习难度更大。有机化学的学习难度可以从“多”“深”“变”三个方面来说明[6]。“多”是指有机化合物数量庞大、类别繁多，有机化学反应多且常伴有副反应，记忆难度大；“深”是指有机化学反应机理复杂，有机物立体空间结构抽象，反应过程难以理解；“变”是指有机化学中不同官能团之间可相互转化，有机物制备方法多变，掌握难度大。高职院校不同于本科院校，有机化学教学课时少，学生理解并掌握冗杂的有机化学知识时间相对较少，这在一定程度上加重了学习难度。

2 KingDraw软件主要功能介绍

2.1 有机物结构式和反应流程绘制

KingDraw软件中内嵌多种化学键类型、取代基和常见有机物结构片段等，结合元素周期表，用户通过简单点击、快速选择绘制各种有机物结构。其绘图样式模板不仅包括“KingDraw Document”和“ACS Document 1996”两个选项，而且也可根据个人需要，单独设置自己的绘图样式，整个绘图过程操作便捷、绘制出的有机物结构图规范简洁美观。除此之外，KingDraw还具有图像识别功能，导入图片可自动识别图片上相应的结构式，将其转化到KingDraw的画板上，可大大节约绘制大环分子、聚合物等复杂有机物的时间。KingDraw软件提供了丰富的箭头、流程图及括号等相关工具，定期优化文本工具的设计样式和输入方式，具有多种文本对齐方式，并且支持文本工具窗体的拖动，选择后可以直接展示在画板中，通过拖拽可以改变大小或角度，可以帮助使用者快速、准确地绘制出化学反应方程式和相关原理图。

2.2 物质基本属性和三维结构呈现

KingDraw软件不仅可以绘制有机物结构式，而且可以准确提供有机物的基本信息以及三维结构示意图，帮助学生全面具体学习有机物。在KingDraw软件中绘制出有机物结构式时，选中整个结构式后点击“化学属性”按钮，它自动为我们展现该有机物分子的分子式、相对分子质量、元素质量占比和荷质比等信息。在软件工具栏中，点击“3D”按钮，可以查看结构式的3D模型。软件系统提供3种3D展示模型：分别为填充模型、棍棍模型和球棍模型，通过点击左上角的“模型切换工具”进行快速切换。同时，它还可以标记手性碳原子立体构型，框选结构式后，选择右键菜单中的“显示立体构型”功能即可自动标记立体构型，再次框选结构式，选择右键菜单中的“关闭立体构型”功能可以取消标记。值得一提的是，KingDraw软件系统提供了三种不同方式查看有机物的三维模型，分别是鼠标左键拖动旋转查看、坐标系查看、视图查看方式，并且不同的元素以不同颜色标识，更加便于观察学习有机物分子的空间结构和图像输出保存使用。

2.3 化合物百科功能和电子实验记录本

KingDraw软件内嵌化合物百科功能，收录1.5亿化合物数据，其中已有750万化合物信息关联国内外供应商。查询化合物时，可以通过画板上的结构式直接查询，也可以通过中英文名称、分子式、IUPAC名称、CAS号、SMILES、InChl Key、数字标识CID等多种方式进行查询。化合物详情界面支持结构式的下载，点击结构式图片下方的“下载结构式”，即可将相应结构式文件下载到本地储存。目前化合物百科功能支持化合物的基础信息、属性信息、化学和物理性质信息、光谱信息的查询，例如可以查询到化合物的结构和名称，一维核磁共振谱图、质谱和红外光谱图等信息，同时附有相关谱图，便于使用者轻松获取有机物的结构和性质信息。电子实验记录本是KingDraw软件化学家工作站的组成部分，支持电脑、手机多端口使用，兼备纸质版记录本的灵活性和电子系统强大的数据管理能力，可以轻松实现实验数据的采集、审核、保存、共享和报告等功能，是实验过程记录的得力助手。

3 KingDraw软件在高职院校有机化学中的应用

3.1 丰富教师教学手段，提升课堂教学效率

在信息化教学背景下，使用化学编辑器制作有机化学教学设计时，需要绘制大量的有机物分子结构、空间结构模型、原子轨道图、反应方程式等教学材料，这都可以通过KingDraw软件轻松制作。制作完成的教学材料不仅可以通过导出照片保存，而且还可以保存或另存为多种文件类型格式(.kdx/.cdx/.mol)，上传至网络云端，随时随地查看、修改和使用。KingDraw软件具有Android、IOS、Windows三种客户端，各个客户端之间数据共享，可以满足教师在智慧教室电脑端、手机客户端的教学需求，通过KingDraw软件实现教学过程中的演示、讲解、练习和课堂探究，无纸化、便捷化的推动教学实施，推动有机化学信息教学，提高课堂教学效率。

3.2 转变课堂教学模式，凸显学生主体地位

传统的教学方式多为教师讲学生听，在学习的过程中学生处于被动接受的局面，学生对知识的理解和掌握程度低，学习兴趣和积极性不高，引入KingDraw软件后，可有效吸引学生的学习兴趣，提高学生课堂参与度，发挥其主观能动性。在有机化学教学过程中，引入KingDraw软件，教师先通过软件展示有机物绘制、命名过程，学生听讲记录。当示范几次后，教师设置训练任务，引导学生自主通过软件绘制有机物结构并命名。在讲授有机物的空间结构时，传统的讲授方法以口述、黑板画图或模型展示为主，学生对于有机物的空间结构理解不深，当使用KingDraw软件的三维结构呈现功能时，一方面让抽象的微观结构可视化，另一方面学生可以自己动手使用三维结构呈现功能转动有机物结构，引导学生“动手”的同时还能“动脑”，帮助学生建立空间立体感，加深对有机物空间结构的理解，更好地引起学生对有机物“结构决定性质”的共鸣。将KingDraw软件融入高职院校有机化学教学中，通过调动学生对于未知事物和计算机技术的兴趣，有效提高学生的课堂参与度和动手操作能力，激发学生对有机化学学习的热情和积极性，凸显学生主体地位，使得学生的课堂地位由被动接受转变为主动学习，对知识的理解和技能的掌握更进一步，教学效果得到有效提升。

3.3 应用现代信息技术，促进学生自主学习

随着信息技术的不断发展和进步，人类的衣食住行等方方面面都离不开信息技术，计算机软件辅助有机化学日常教学，不仅可以让难懂、高度抽象的有机化学结构转变为简单易学、具体形象的三维结构，开启学生学习有机化学的兴趣和热情，而且可以锻炼学生使用计算机软件的能力，提高学生应用信息技术处理解决问题的能力。在课后练习使用KingDraw软件过程中，学生们可能会遇到有机物结构绘制、绘图样式和颜色设置等问题，他们会主动通过计算机网络搜索相关教程解决相关问题，培养学生应用计算机信息技术解决问题的能力，推动知识体系的自身架构。除此之外，KingDraw软件内置的化合物百科功能，可以为学生提供较为全面的有机化合物基础信息和结构信息谱图，丰富学生的课余知识，培养学生自我探究的学习意识。当学生毕业进入相关企业工作时，通过在有机化学学习过程中训练的作图方法和技巧，利用获得的知识和技能，可快速绘制得体美观的化学结构式，快速分析有机物结构和性质，提高其工作效率。

4 结语

综上所述，KingDraw软件其全面的有机物结构绘制、便捷的三维结构呈现、全面的信息搜索查找等功能，通过与有机化学教学结合，激发学生学习兴趣，降低学生学习难度，推动学生被动接受到主动学习的转变，培养学生自我探究学习的意识，有效提高高职院校有机化学的教学效果，在未来的高职院校化学教学中具有广阔的应用前景。