Gaussian 和 GaussView 软件在化学教学中应用docxWord文件下载.docx

Gaussian 和 GaussView 软件在化学教学中应用docxWord文件下载.docx

《Gaussian 和 GaussView 软件在化学教学中应用docxWord文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Gaussian 和 GaussView 软件在化学教学中应用docxWord文件下载.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Gaussian程序是目前国际上最为流行的量子化学计算软件之一，GaussView是Gaussian的图形用户界面，其主要功能是可以很方便而精确地作出各种原子、分子及过渡态的空间结构。

和一般化学作图软件相比，它更加专业和精确，可以直接让学生观察了解各种物质的键长、键角、电子云分布等微观结构以及分子内

部的各种振动。

把Gaussian程序精确的计算能力和GaussView的显示能力运用于教学，有助于学生直观形象地了解物质的微观结构和化学问题的处理方法，从而加深对教材内容的理解，为学生进行探究式学习提供一种强有力的工具。

二、选题意义和价值

（1）抽象结构具体化

在有机化学教学过程中，有学者们可以利用GaussView软件对有机物分子结构进行制作。

这样，有学者们可以清晰观察到不同的有机物分子的结构形态，对于一些空间想象力不够好的学生起到了很好的辅助作用。

（2）方便获取分子参数

在物质结构的教学实践中，往往要在课件中插入一些分子的结构，来给学生展示分子的构型。

利用GaussView软件不仅可以绘制分子的平面结构，还能够获取分子的空间构型。

并且，有学者们可以通过Gaussian程序的计算功能，获得分子的键长、键角、二面角、氢键等参数。

同是，此程序包含由实验数据构成的数据库，可以迅速构成分子体系骨架，建立起结构模型，可以让学生定量的理解分子的结构。

三、课题研究思路、研究的方法、过程与具体措施。

1、研究思路

本课题研究有目的、有计划严格按照“查找资料确定课题——课题论证——制定方案——实践研究——交流总结——申请结题”的程序进行。

先通教学实际情况选择确立课题，再通过文献究剖析当前人教版化学选修五教学现状，论证课题的可行性并制定研究方案。

然后确立课题组，挑选并组织相应研究人员进行GaussView在教学中的开发和实践，在实践中总结经验，交流心得，进行修正。

进而总结出利用

GaussView软件对人教版化学选修五的辅助教学方法。

最后申请结题，并进行推广运用。

2、研究方法

本课题主要采取行动研究法，辅以文献研究法、调查法、经验总结法等。

（1）文献研究法。

通过对省内外已有的研究进行整理、查看，了解在高中阶段

Gaussian和GaussView软件的国内外研究现状，并对接下来的研究提供借鉴。

（2）问卷调查法和访谈法。

通过问卷调查，了解高二学生的学习需求、困惑和兴趣点；

通过访谈，了解教师在化学选修五教学中存在的问题，从而知晓师生有机化学的学习需求，为本课题的实践做好准备。

（3）行动研究法。

通过课题组教师对人教版化学选修五课程设计、开发与实践，把利用Gaussian和GaussView辅助教学方法、学习资源开发和课程建设融为于一体，使之变成一种研究过程，以学习、实践、反思和重构为主线，在行动中实践探索，在反思中不断修正完善，不断实现有机化学学习的课标要求。

（4）经验总结法。

在理论研究与实践研究的基础上，根据课题研究重点，不断总结并完善适合新高考模式下的化学改革的课程教学。

3、研究过程

本课题研究在客观调研、现状梳理、原因剖析、寻求策略的思路引导下，遵循的技术路线为：

4、具体措施与过程

（1）学生学习有机化学困难的现状调查

有学者主要抽取了有学者校高二、高三420名理科生及逆行问卷调查，此次调查共发放

问卷420份，收回有效问卷420份，其中高二为230份，高三为190份。

具体调查统计如下：

1、高中化学相对初中化学来说？

2、高中有机化学知识难度如何？

3、你对有机化学的学习是否有兴趣？

4、你认为你在有机化学存在的学习困难主要表现在哪些方面？

5、你认为有机化学内容抽象吗？

6、教师的教学方法对你学习有机化学有影响吗？

7、你的化学老师在教授有机化学课程中是否经常使用多媒体手段？

8、你认为老师在进行有机化学教学过程中引入教学软件是否能提高你的学习兴趣？

9、你希望哪些有机化学的知识可以通过计算机辅助学习？

对收集的数据进行整理分析，有学者们可以看出：

第一，在有机化学的学习中存在困难的学生较多；

第二，学生对有机化学学习兴趣不大；

第三，在学习有机化学过程中，大多数学生认为教师的授课方式对其成绩的影响比较大；

第四，大多数学生对计算机辅助有机化学的教学表现出希望。

而在希望利用计算机辅助教学的知识中，有机物的结构首当其冲，其次是文字形成的知识。

（2）教师访谈的结果记录

访谈对象为有学者校高二、高三年级化学学科教师6名，这些教师任教年限均超过十年，有着丰富的教学经验。

在进行访谈时，有学者对教师的回答进行了记录，总结如下：

问：

有机化学和无机化学的教学难度哪个更小？

教师：

有机化学教授起来更容易，因为有机化学知识规律性强。

在有机化学中，您认为引起学生学习困难的因素有哪些？

刚接触有机化学时，没有掌握正确的学习方法，不注意总结规律。

个别学生存在畏难情绪，上课不认真听，不好好记笔记。

对于有机模型比较陌生，尤其空间结构，很难想象出来。

您如何解决学生的这些问题？

记不住的内容多给时间记，多进行小测试，进行批改，下节课把他们集中出现的问题及时反馈给学生。

同时可以利用一些多媒体手段，进行有机化学的教学。

您在有机化学的教学中，是否利用计算机辅助教学？

教师：

有学者会引入Powerpoint。

您是否使用过Gaussview这个软件进行教学？

没有。

综上所述，有学者认为学生对有机化学提不起兴趣是因为有机化学内容较多而且抽象。

此外，学生们对计算机辅助教学的期望还是很强烈的，虽然较多老师在课堂中也会使用多媒体辅助教学，但是大多数只是利用多媒体（主要是PPT）来呈现知识，而没有其他的化学软件的引入。

多媒体辅助教学可以适当应用多媒体模型、动画等手段，这样可以提高学生的积极性，增强教学效率。

其实有学者们在今后的教学中可以利用GaussView软件，因为它不仅可以绘制分子的平面结构，还能够获取分子的空间构型。

并且，有学者们可以通过

Gaussian程序的计算功能，获得分子的键长、键角、二面角、氢键等参数。

同是，此程序包含由实验数据构成的数据库，可以迅速构成分子体系骨架，建立起结构模型，可以让学生定量的理解分子的结构。

（3）GaussView软件在有机化学教学中的具体应用

①仿真有机分子结构和空间立体构型

在化学课堂上，教师利用Gaussian程序的计算功能进行分子优化，再用

GaussView软件展现CH4其分子的空间立体结构，降低有机物结构理解的难度，加深学生对有机物空间构型的理解。

例如CH4空间构型（图1）

图1CH4空间构型

以上以上是从不同几个视角观察CH4的空间结构很容易看出CH4是一个正四面体结构，

4个氢原子位于正四面体的4个顶点上，C原子位于正四面的中心。

教师再给出稍微复杂的烷烃分子比如CH3CH2CH2CH2CH3，学生一般难以想象出该分子的空间结构，此时GaussView可以直观形象地展示出该分子的空间结构（图2）。

图2CH3CH2CH2CH2CH3空间构型

②文字展示物理性质以及结构分析

下列事实能证明甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构的是

A．四个C－H键完全相同

B．CH4的一氯代物只有一种

C．在常温常压下CH2Cl2为液体

D．CH2Cl2只有一种空间结构

正确答案应该是D选项。

由CH2Cl2只代表一种物质，可以判断甲烷分子是空间正四面体结构，而不是平面正方形结构。

然而这样解释起来比较抽象，有学者们可以利用

GaussView软件直接搭建二氯甲烷的结构，从而确定二氯甲烷的结构只有一种，因此甲烷结构是正四面体构型。

图3二氯甲烷的“两种”空间结构

图4二氯甲烷的“两种”结构的物理性质

通过比较发现以上“两种结构式”的物理性质完全一致，基本判定为同一种物质，再结合上述“两种结构式”的空间结构。

发现他们的空间结构完全一样，因此可以确定以上“两种结构式”为同一种物质，不属于同分异构体。

因此，甲烷是正四面体构型。

③同分异构体的教学

在进行同分异构体的教学过程中，引入GaussView软件，可以在教学中使之简单化和形象化。

例如2-丁烯的顺反异构。

HHCH3H

CCCC

CH3

CH3H

图52-丁烯的顺反异构

④在碳谱、核磁共振氢谱中的应用

利用核磁共振氢谱、碳谱可以判断有机物分子氢原子的种类数，利用Gaussian程序的计算功能可以给出分子的核磁共振氢谱图，加深学生对核磁共振氢谱的认识与理解。

同时脱离核磁共振氢谱图，学生根据有机物的结构简式可以判断出有机物分子有几种不同化学环境的氢原子，进一步提升对有机物的结构分析能力。

例如，苯环的核磁共振氢谱（图6）

在上述氢谱中，很明显只有一组峰，即C6H6只有一种氢原子。

⑤其他应用

此外，利用Gaussview还可以研究一些更为复杂前沿的化学知识，可以丰富学生的化学头脑，提高其化学兴趣。

图6利用Gaussian模拟出的分子

图7利用Gaussian模拟出的分子

四、课题研究的结论

1、学生对有机化学的学习态度

通过检测教学，学生对烷烃和烯烃的同分异构体类型题目可以进行完美的解答。

每个班级电脑安装了Gaussview软件，学生在课余时间可以构建不同的有机分子结构模型。

学生们对有机化学的评价不再是枯燥无味了，他们乐于学习有机化学。

尤其在遇到不常见的有机物分子时，他们会尝试利用Gaussview软件把其结构构筑出来，在进行题目的解答。

Gaussian程序和Gaussview软件在高中有机化学教学中不但能提高

成绩，还可以激发学生的学习兴趣，培养合作精神和创新精神，促进信息能力的发展。

因此，在高中有机化学中，有学者认为应该大力提倡使用Gaussian程序和Gaussview软件进行有机化学教学，降低有机物相关知识的难度，在知、情、意、行各方面培养锻炼学生的各种能力，使之适应社会与时代的发展。

2、教师教学的变化

有机化学课程内容多、难点多、抽象、灵活，学习难度大。

例如，由于学生对有机结构理论认识的模糊，导致不能建立结构与性质间联系的基本框架，不能清晰地了解有机反应规律，陷入死记反应的困境。

为此，教研组老师课前认真进行集体备课，按照教学大纲的要求，根据多年的教学经验以及各层次学生特点，遵循教育教学规律和教学实际，把教学内容分为详讲、略讲和自学三部分，突出重点，确定难点，研讨教学方法和教学手段。

在此基础上，大家精心筛选、精心设计脚本，以软件，制作课件。

利用Gaussian程序的计算功能和Gaussview软件进行呈现，将抽象的概念和理论以形象的、易于接受的形式展现给学生。

激发学生的学习兴趣和学习积极性，增强理解和记忆，突破难点、突出重点，提高教学效率。

例如：

同分异构体中的顺反异构，有学者们就引入了Gaussview软件，更为直观清楚。

在核磁共振谱的教学中，几张高质量的核磁共振图片，能使学生耳目一新，兴趣盎然；

一张核磁共振仪工作原理图解，能使学生轻松了解核磁共振仪工作原理。

再结合典型化合物的NMR谱图和结构，进行分析、讲解和联系，避免了空谈的弊端，学生接受快、记得牢。

而且很多复杂的化学分子的立体图形都可以通过GaussView来制作。

这些对于学生理解化学知识是很有帮助的。

随着全球科学技术的高速发展，世界各国对当前的教育发展以及现代教育技术在教育中的应用都给予了前所未有的关注与支持。

现代教育技术的高速发展为高中有机化学有效教学提供了强有力的支撑，现代教育技术在高中有机化学课堂中的应用是实施新课程理念、提高化学教学质量的要求，必然会引发高中有机化学课堂的变革，为有机化学课堂的教学带来新的挑战。

将Gaussian程序的计算功能和Gaussview软件应用到高中有机化学教学中，不仅符合新的教育理念XX形式，而且丰富了化学教学手段；

不仅可以转变教师的教学观念，而且能够培养学生的新的学习思想、新的学习方法；

可以帮助教师简化教学过程，进而可以帮助学生更好的学习有机化学。

Gaussview软件模拟可以把微观的事物变为宏观,抽象的概念变为具体形象,给学生以非常生动和形象的感觉，突破了传统教学的幻灯、挂图无法真实、连续地描述分子运动的局限性。

使枯燥抽象的机理鲜活起来，加深了学生对内容的理解和记忆,从而获得事半功倍的教学效果。