1、第 1页计算机技术在化学化工中的应用摘 要：计算机应用正日益渗透到化学化工的各个方面，将极大的促进化学化工方面的变革和发展。主要介绍计算机在化学化工教学、化学软件在科研中应用以及计算机在化工方面的应用，讨论了计算机在上述方面的应用并对其发展方向做出展望。关键词：计算机技术 化学教学 化学化工1 引言随着计算机技术的蓬勃发展，计算机的应用已经渗透到各个学科的领域之中，目前，计算机在化学化工的应用上极为广泛，已成为化学化工设计和研究中必不可少的工具。它不仅能够帮助我们进行文字及图形的处理，而且可以在化学化工学习与研究方面协助我们更快更好的工作，增加了研究工作的可行性，促进化学化工生产方式的不断革新
2、。另外随着计算机的不断发展特别是计算技术和声像技术的不断提高 1-3，这种高科技也逐渐在化学教育中得到使用。通过计算机辅助教师执行部分教学任务，传授课程内容，训练技能，模拟实验以及传递教学信息等，从而直接为学生服务，同时也可以帮助管理人员进行测验、评分、统计的工作 4,5。计算机多媒体技术使得抽象的化学教学更加图文并茂、形象生动，大量的教育软件的研制成功 6-8，更加提高了化学教育的效果和质量 9。此外，计算机与化学结合产生了许多新的学科 10，如：化学计量学、量子化学计算等。这些计算机在化学中的早期应用主要体现在化学计算上，它们主要根据化学中处理某类问题的原理和已知规律，应用适当的数学模型和
3、科学计算方法 11,12，通过存储、分析、总结，利用数值计算和人工智能等方法来解决处理化学问题。总之，在当代以及以后的化学化工的各种学习以及科学研究中与计算机的应用将越来越密切，计算机的仿真性、优越性等优点也会越来越明显，计算机在化学化工中的应用中有着不可替代的作用。2 计算机在化学化工教学方面的应用2.1 计算机多媒体在化学教学中的特点和作用计算机多媒体教学是指利用多媒体计算机，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、音像等多种媒体信息，把教学主要内容、材料、数据、范例等显示在屏幕上，采用多媒体的表现形式，完成教学或训练过程，以辅助教师教学。2.1.1 强化课前研究课前研究是教学的准备。
4、只有课前进行充分的研究，才能取得理想的教学效果。利用计算机强化课前研究，辅助备课是一个很好的途径。计算机备课便于随时修改教案，此外我们可以利用计算机收集整理化学教学内容和信息，例如查看国内外的化学教学信息，或者选用市场上出售的教学软件，从中选择或借鉴对教学有用的东西来充实化学教学。 更重要的是利用多媒体计算机技术自己开发制作适合自己的多媒体软件或课件，使得备课更具创意2.1.2 优化教学过程学习新课是教学中非常重要的部分。许多化学现象、化学概念、化学反应、化学规第 2页律都要求学生在学习新课时有一个正确的第一印象，这样可以避免学生在以后的学习中造成认识上、理解上的模糊或错误。在教授新课时利用计
5、算机多媒体技术，运用文字、声音、图像、视频等来刺激学生和调动学生的多种感官，以多种方式，不同的表现手法对教授的课内容进行加工，使之生动、有趣的展现与学生面前，让学生充分认识化学现象、化学反应以及其规律。实践证明，正确利用计算机多媒体辅助教学使课堂生动形象，学生普遍感兴趣，让学生在活泼轻松的气氛中学习，知识接受快，课堂效益好 13-15。2.2 计算机多媒体教学在化学教学中的应用2.2.1 创设情境情境是使人入胜的好途径。利用计算机多媒体创设愉悦、求知、成功的课堂情境。适时的呈现适当的内容的形象材料给学生，让学生边听边看边思考，充分调动学生的多种感官来认识理解化学表象和本质。用生动的、具体的化学
6、现象解释物质结构，化学反应，变主观为客观，变枯燥为生动，就能极大的激发学生多化学的兴趣，引发探索化学世界的好奇心，为积极主动的学好化学打下良好的基础。2.2.2 剖析机理物质的结构、化学反应机理等在学生学习理解的时候比较抽象困难，计算机能很好的解决这个问题。计算机以其丰富的表现力把化学现象、化学过程形象生动地呈现出来，特别是对学生平时无法观察的难以了解的知识更显示出了巨大的优势，为学生理解和掌握化学知识提供了充分的认知手段。一般化学反应都进行的较快，无法控制，学生难以看清，难以理解，利用多媒体技术二维或三维动画软件，可以模拟化学反应的过程随教学过程同步控制。多媒体信息量大而快，增大了知识的密度
7、，加快了教学的速度，提高了课堂效益。2.2.3 模拟实验化学实验有一部分内容无法再课堂上直接演示。学生受知识水平、生活环境等因素的限制学起来比较抽象，有时也不易弄清楚反应原理 16。如工业制氧、石油炼制、合成橡胶等，利用计算机多媒体课件，将这些抽象复杂不易弄清的内容，在屏幕上进行微观放大，宏观缩小，动静结合，图文并茂，在短时间内多角度多层面展示化学反应流程，使抽象知识形象化，降低了学生对知识理解的难度，便于学生理解。同时，模拟化学实验能让学生抓住观察对象产生变化的现象和条件，有助于培养学生的注意力。2.3 计算机多媒体教学在化学教学中值得思考的问题计算机多媒体在教学中的应用时不容置疑的，但也要
8、应用的得当，计算机应用于教学也有不宜之处 17。首先，计算机不宜替代教师。在教学过程中不能只顾教师对学生的灌溉，也不能让学生脱离教师而单纯与机器交互学习。教师不能在教学中只用电脑播放动态的画面、千姿百态的文字等而使教师成了“放映员” ，丢掉了“主导者”的地位；学生成了“观众” ，丧失了“主体者”的地位。其实，学生的思维正由形象思维向抽象思维发展，如果整个过程完全使用多媒体教学，那么很有可能扼杀学生抽象思维能力的形成这样不利于学生的成长。只有充分体现教师在教学中的主导作用和学生在学习中的主体地位，教育教学质量才有可能提高，才能体现计算机多媒体在教学中的真正意义。其次，计算机等不宜取代实验。化学是
9、一门实验科学，化学实验室化学理论赖以产生发展的基础，是化学理论运用于生产实践的桥梁和中介，所以化学实验是不可替代的。另外，在教学中必须深入研究和实践如何充分而且恰当的设计、开发、运用计算机多媒体，使之第 3页与其他手段有机结合，优化课堂教学，力求最大限度地提高效率，实现计算机辅助教学的真正价值。3 计算机各种软件在化学中的应用3.1 计算机在化学绘图中的应用这一系列的软件能够绘制化学分子结构式、化学反应方程式、实验装置图等 18。关于这些化学绘图软件部分二维，三维绘图软件列于下表：二维图的绘制软件 三维图的绘制软件ChemSketchChemDrawChemWindowISIS DrawSma
10、rtDrawChem3DSymappsRasmolChemBuilder 3DWebLab Viewer Pro有关化学绘图的软件市面上非常之多，它们各有所长。既有商品的，亦有对教育界及家用免费的。3.2 计算机在化学数据处理和统计中的应用在化学研究中对数据的处理是化学研究中非常重要的部分。化学中的数据处理也是多种多样的，对不同的数据处理可以采用不同的化学软件完成。常见的数据统计处理软件有：Origin、SigmaPlot、SPSS、SAS、BMDP 以及 Mathlab 等 19，这些软件的基本功能是可以根据需要对实验数据进行数学处理、统计分析、傅傅里叶变换、t-试验、线性及非线性拟合等。分
11、析过程包括描述性统计、均值比较、一般线性模拟、相关分析、回归分析、对数线性模型。聚类分析、数据简化、生存分析、时间序列分析和多重影响等几大类。3.3计算机在辅助有机合成中的应用计算机辅助有机合成就是利用计算机给出某种有机化合物的合成方法、途径并给出可能的反应条件。计算机有很强的逻辑推理能力，这才使得有机合成计算化得以实现。计算机辅助有机合成设计系统分为经验型和非经验性 20。经验型指的是已经建立好的反应数据库，其各种数据都是在相关的文献上可以查到的，其缺点在于整个分析过程都局限在数据库中，合成路线不可能有新的反应。与经验型相对立的非经验型是指将问题推理化、形式化和程序化，对已经归纳成若干个有机
12、化学反应建立一定的数学模型使问题变的简单化，可以对给定的复杂分子进行拆分并给出可能的起始原料。尽管非经验型的设计系统所得的路线数量多、准确性差、操作不够具体，条件和结果无法预测，但是只要对结果进行有效的评估和增删后仍具有一定的理论意义。第 4页从合成路线的推理上可以将计算机辅助有机合成设计系统分成反合成型和合成型 21。反合成型从目标分子出发，然后通过反合成的思路而推出各个反应的反应物；合成型的则相反，从给定的原料分子出发，通过一系列反应而得到目标分子。如果将两种类型的推理机制联系起来，形成双向推理系统可以更快的获得合成路线。4 计算机在化工方面的应用随着计算机的飞速发展，其在化工生产中的应用
13、愈来愈广泛，结合愈来愈紧密，大大地提高了生产力，生产因素也得以增强，使一些隐患及时被发现，从而消除在萌芽状态。生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平。当今化工行业的迅猛发展，一定程度上也是受了计算机在化工过程控制方面发展迅速的影响。4.1 计算机在化工设计中的应用计算机在化工设计上的应用主要体现哎计算机辅助制图和化工模拟设计中。化工行业应用计算机辅助制图设计CAD技术起步较早，目前，化工设计使用最多的通用图形软件AutoCAD系统，可以替代图板以及计算器并按照化工制图标准绘制化工机器图、化工设备图、化工流程图等 22。应用计算机辅助计算的化工模拟能大大提高化工设计的品质
14、和效率。模拟设计的主要工作是将一个由许多单元过程组成的化工流程用数学模型表现。如今Aspenplus和Pro 等不仅能做物料和热量横算，还能做单元过程计算和设计方案优选或优化，被广泛应用在化学工程、石油炼化、制药等过程设计领域 23,24。4.2 计算机化工仿真仿真是指利用系统模型对真实系统或设想系统的本质和规律进行研究、分析和实验的方法。它将以前抽象难以理解想象的管道、阀门、调节器及分析仪器等化工设备以形象的方式展现给我们。计算机化工仿真在化工中的应用主要体现在化工教学和生产实习环节。如计算机化工原理实验课仿真操作系统通过动态数学模型进行模拟实验现象，通过互动动画模拟现场的真实操作，产生和真
15、实实验一样的操作结果 25。在化工实习环节中，学生通过计算机仿真系统的上机操作，可以了解化工工艺流程，从而进一步学习和掌握化工过程的操作原理，加强工艺工程意识，锻炼分析问题解决问题的能力 26。5 结语总之，计算机使用使国内外化工产业发生了根本性变化，化工中的很多难题也被计算机迎刃而解。依靠计算机能使化工工作者们在科研、设计生产和教学中高品质、高效率的胜任其本职工作。第 5页当然，除了上述应用方向外，计算机在化学化工其他方面的应用也在进一步的挖掘和加强中，有待化学化工的工作者们共同努力，是计算机在化学化工各领域中有更广泛更广阔的发展前景。参考文献1 徐顺，张玉霞.计算机辅助化学研究与设计课程多
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