Ứng dụng CNTT trong giảng dạy hóa học

Màn hình soạn thảo của chương trình được thể hiện trong hình dưới đây: Hình 1: Cửa sổ soạn thảo của chương trình Microsoft word Đối với việc soạn thảo văn bản hóa học, nó cũng thực hiện

ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG GIẢNG DẠY HÓA HỌC

Hiện nay việc sử dụng máy tính đã trở nên khá quen thuộc ở hầu hết các cấp học ở nước ta Việc

sử dụng các phần mềm để soạn thảo giáo án, đề thi, thiết kế đồ dùng dạy học, thực hiện các thí nghiệm

ảo trên máy vi tính hoặc để trình diễn giáo án điện tử cho tiết học thêm sinh động đã trở nên cấp thiết Một số phần mềm soạn thảo cơ bản có thể dùng chung cho nhiều ngành khoa học khác nhau, tuy nhiên

nó không thể đáp ứng được khi đi sâu vào từng ngành khoa học cụ thể như ngành hóa học Do đó cần phải biết và vận dụng một số phầm mềm của ngành hóa học để phục vụ cho quá trình dạy-học là thiết yếu Dưới đây sẽ giới thiệu một số phần mềm thể hiện những điều đã nói ở trên

I. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHẦN MỀM TRÌNH BÀY CÁC KÍ HIỆU HÓA HỌC

1 Chương trình MICROSOFT WORD

Đây là chương trình nằm trong bộ chương trình Microsoft Office được sử dụng rất phổ biến để soạn thảo văn bản Màn hình soạn thảo của chương trình được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 1: Cửa sổ soạn thảo của chương trình Microsoft word Đối với việc soạn thảo văn bản hóa học, nó cũng thực hiện được các công thức phân tử, ion, công

hoặc các ô lượng tử ][p, … Để có thể thao tác nhanh khi gõ các kí hiệu hóa học cần lưu ý đến một số

phím nóng như nhấn đồng thời ‘Ctrl +’ để thực hiện các kí tự lệch dưới và nhấn đồng thời 3 phím

‘Shilt Ctrl +’để thực hiện các kí tự lệch trên, muốn trở về trạng thái bình thường thì thao tác lại một

lần nữa

Một số kí hiệu hóa học thực hiện trong chương trình này cũng khá đơn giản ví dụ: ,;,",],[,p,f,g,z,,

… nếu cài thêm font hóa học như: 1lantzchemistry.ttf và chemical.ttf và các kí tự của font này được lấy

ra khi vào symbol như hình sau

Hình 2: Font hóa học1Lanzchemistry trong symbol Tuy là một công cụ mạnh và hữu hiệu trong việc soạn thảo văn bản, nhưng Microsoft word chỉ có thể trình bày được một số các kí hiệu hóa học đơn giản, những kí hiệu hóa học phức tạp khi trình bày

sẽ rất mất thời gian và không đồng bộ do đó cần có các phần mềm chuyên dụng khác cho việc soạn thảo văn bản hóa học

2 Phầm mềm CHEMWINDOW

Chương trình chemwindow version 6.0 của Bio-Rad Laboratories Sau khi cài đặt, để kích hoạt

programs\ Bio-Rad laboratories\ chemwindow thì cửa sổ làm việc của chương trình xuất hiện như

hình dưới đây:

Hình 3: Màn hình soạn thảo của chương trình ChemWindow 6.0

Để có nhiều không gian trong vùng soạn thảo, các thanh công cụ có thể được làm ẩn đi và chỉ gọi

ra khi cần, bằng cách nhấp và giữ chuột trái vào các tam giác đỏ trên các công cụ, lúc đó sẽ xuất hiện một bảng các công cụ, rê chuột chọn công cụ cần dùng và nhả chuột Cụ thể như hình sau:

Vùng làm việc

Hình 4: Lựa chọn các công cụ cần thiết phù hợp với mục đích sử dụng

 Chương trình bao gồm các menu sau:

Hình 3: Thanh chứa các menu

 Menu File: thực hiện các lệnh mở, đóng,lưu, in, các tập tin

 Menu Edit: thực hiện các lệnh undo, redo, cắt, copy, dán,

 Menu View: thực hiện các lệnh xuất hiện và ẩn các thanh công cụ

 Menu Arrange: Mang đối tượng được chọn lên phía trước, ra phía sau; nhóm, rã nhóm các đối tượng; quay; gióng trên, gióng dưới, gióng thẳng hàng các đối tượng được chọn;

 Menu Analytical: Tính toán khối lượng phân tử, % khối lượng các nguyên tố của công thức phân

tử đã chọn, bảng hệ thống tuần hoàn

 Menu Other: Kiểm tra công thức hóa học, hiệu chỉnh các phím nóng, kiểm tra chính tả,

 Menu Help: Tìm hiểu thêm các tính năng của chươngtrình,

Hình 7: Menu Table Menu Window Menu Help

 Các thanh công cụ để vẽ trong chương trình ChemWindow:

Thanh công cụ Standard tools Thanh công cụ Custom Palette Thanh công cụ Commands Thanh công cụ Bond Tools Thanh công cụ Graphic Tools Thanh công cụ Orbitan Tools Thanh công cụ Other Tools Thanh công cụ Reaction Tools Thanh công cụ Symbol Tools Thanh công cụ Template Tools Thanh công cụ Style Bar Thanh công cụ Graphics Style Bar Thanh công cụ Zoom Bar

Hình 8: Các thanh công cụ trong menu View

 Để chọn một lúc nhiều đối tượng: chọn công cụ Chọn đồng thời nhấn phím Shift sau đó nhấp trái chuột vào các đối tượng cần chọn

 Để viết các công thức hóa học: chọn công cụ Label

 Để vẽ các liên kết: chọn công cụ Standard bond để vẽ kiên kết đơn, nếu vẽ liên kết đôi có thể nhấp đôi chuột trái, hoặc liên kết ba nhấp ba chuột trái, nếu nhấp bốn chuột trái thì trở lại liên kết đơn

 Để chọn các hình mẫu: chọn công cụ

 Để trình bày các khung mang nội dung đối thoại: chọn công cụ

 Để vẽ các liên kết cho công thức lập thể: chọn các công cụ

 Để vẽ mũi tên: chọn các công cụ

 Để quay các đối tượng: chọn công cụ

 Người sử dụng có thể thay đổi một số định dạng (Styles file)như: font chữ, cỡ chữ, độ dài liên kết, hoặc thêm các tập file mẫu (Template file) chứa các công thức, hình ảnh, có sẵn và chọn đơn vị

của thước đo: bằng cách vào menu File\ Preferences Hộp thoại sau xuất hiện:

Hình 9: Hộp thoại Preferences Ngoài ra, có thể thay đổi chiều dài liên kết, khoảng cách trống của liên kết đôi, ba, chọn Font chữ, cỡ chữ, cho định dạng file hiện hành và cũng có thể lưu lại để dùng cho lần sau bằng cách vào

menu Edit\ Override style

Hình 10: Các hộp thoại Override style Chương trình này chỉ mở và lưu được các file có phần mở rộng xuất hiện trong ô File of type và

Save as type sau ( nếu lưu file để dùng làm file định dạng hoặc file mẫu thì chọn dòng Styles and Templates (*.cwt)):

Hình 11: Các hộp thoại Open và Save As Tính toán khối lượng của chất khi cho số mol hoặc cho khối lượng để tính số mol Dùng công cụ

Selection để chọn công thức cần tính khối lượng vào menu Analytical\ Formula Calculator:

Hình 12: Hộp thoại Formula Calculator Hoặc làm tương tự để tính thành phần % khối lượng các nguyên tử nguyên tố Vào menu

Analytical\ Calculate Mass:

Hình 13: Hộp thoại Calculate Mass

Cuối cùng để thoát chương trình vào menu File\ Exit hoặc đưa chuột lên phía trên bên phải màn

hình và nhấp trái chuột vào công cụ

3 Phần mềm ISIS/DRAW

Chương trình ISIS/DRAW của MDL Information system, Inc với version 2.5 sau khi cài đặt và kích hoạt chương trình , màn hình soạn thảo xuất hiện như hình dưới đây

Hình 14: Màn hình soạn thảo của chương trình ISIS/DRAW Với thao tác đơn giản tùy vào mục đích sử dụng mà chọn lựa các công cụ thích hợp cho việc biểu diễn kí hiệu hóa học Để giúp cho việc chọn lựa các công cụ được dễ dàng, sau đây nêu ra chức năng của một số công cụ và các menu

Hình 15: các đơn lệnh của menu file, edit và opition

(open), chèn hình từ file có sẵn (insert), lưu file (save, save as), xuất hoặc nhập file sang một chương trình khác hoặc từ chương trình khác vào (import, export), in (print), thoát chương trình (exit).

(paste), xóa (clear),…

(show Ruler), bắt dính thước (snap to ruler), bắt dính đối tượng (nap to Object), …

Hình 16: các đơn lệnh của menu Object, Text và Templates

ra đằng sau (Bring To Front, Sent To Back), sắp xếp các đối tượng đã được chọn (Align), đưa phân tử

về kích cỡ mặc định (lean Molecule), quay đối tượng (Flip, Rotate), làm các đối tượng phù hợp với không gian chung, phóng to to nhỏ các đối tượng (Scale), gắn cơ sở dữ liệu lên đối tượng (Attach Data

to Object), nhóm, rã nhóm các đối tượng (Group, Ungroup), …

gạch chân, chữ lệch trên, chữ lệch dưới,…

công cụ xuất hiện trên màn hình soạn thảo cho riêng mình ( Customize Menu and Tools), chọn thư mục mẫu ưu tiên một và thư mục mẫu ưu tiên thứ hai (set primary Template Folder, set secondary Template Folder),…

Hình 17: Các công cụ thường dùng trên màn hình soạn thảo của ISIS/DRAW

4 Chương trình ACD/CHEMSKECH

Chương trình ACD/ChemSkech là phần mềm viết công thức hoá học do Advanced Chemistry Development Inc sản xuất ACD/ChemSkech là một gói chương trình tích hợp để viết cấu tạo, cấu trúc hợp chất hóa học, phương trình phản ứng, sơ đồ phản ứng, thiết kế báo cáo, cũng như trình diễn liên quan đến hóa học, không những thế ACD/ChemSkech còn có thể tính toán một số tính chất của một số chất, ngoài ra ACD/ChemSkech tìm công thức phân tử, công thức cấu trúc, cũng như tính chất của các chất khi biết tên và ngược lại Màn hình chính của ACD/ChemSkech với version 5.12 được thể hiện trong hình sau đây

Hình 18: Màn hình soạn thảo của chương trình ACD/ChemSkech 5.12

Vẽ tự do Chọn, quay, rezise

Hình 19: Một số công cụ và chức năng của nó Chương trình này mở được các file có phần đuôi mở rộng là *.sk2

Bên cạnh chương trình ACD/ChemSkech, Advanced Chemistry Development Inc còn cung cấp bộ ACD/3D để chuyển công thức cấu tạo 2 chiều thành công thức cấu trúc 3 chiều Màn hình làm việc của chương trình ACD/3D version 5.07 được biểu diễn như hình dưới đây:

Hình 20: màn hình chính của chương trình ACD/3D version 5.07 Một số dạng biểu diễn công thức 3 chiều của chương trình

Hình 21 Một số cách biểu diễn mô hình của phân tử tôluen Chương trình này có thể mở và lưu các file có phần mở rộng *.s3d Ngoài ra chương trình cũng cho phép vẽ các bộ dụng cụ thí nghiệm để mô tả cho các bài thực hành

Hình 22: Màn hình vẽ tự do của chương trình ACD/ChemSkech

5 Chương trình CHEMDRAW ULTRA

* ChemDraw Ultra là phần mềm vẽ và xử lý công thức hóa học tương đối mạnh, là một phần trong bộ CS ChemOffice 2004 của CambridgeSoft Corporation, trong bộ này bao gồm các chương trình sau:

* ChemDraw Ultra 8.0: chương trình viết công thức hóa học trên mặt phẳng tương đối hoàn chỉnh với nhiều công cụ tiện dụng

* Chem 3D Ultra 8.0 : chương trình chuyển công thức phẳng thành công thức cấu tạo lập thể trong không gian ba chiều với nhiều tính toán hóa lượng tử

* ChemFinder for Office 8.0 và ChemFinder Ultra 8.0: chương trình tìm kiếm thông tin về các chất hóa học và phản ứng hóa học Và nhiều chương trình khác

Sau khi cài đặt bộ CS ChemOffice 2004, khởi động chương trình ChemDraw Ultra8.0 bằng cách nhấp đôi biểu tượng , màn hình soạn thảo xuất hiện như hình 23

Chức năng của các công cụ cũng như menu của chương trình cũng tương tự như các chương trình khác đã nói ở trên Tuy nhiên chương trình này còn cho phép tìm kiếm thông tin từ internet của các chất khi biết tên hoặc công thức của nó, bằng cách vào menu Oline của chương trình sau đó chọn dạng

mà mình muốn tìm

Hình 23: Màn hình làm việc của chương trình ChemDraw Ultra 8.0

Hình 24: Menu Oline Ngoài ra chương trình cũng cho phép vẽ các dụng cụ thí nghiệm, và có thể lắp ghép các dụng cụ với nhau thành bộ, từ trang vẽ sẵn (Templates) có tên Clipware

Hình 25: Trang vẽ mẫu các loại dụng cụ

Hình 26: Các dụng cụ được lắp ghép thành bộ dụng cụ chưng cất Sau khi vẽ công thức hóa học, muốn chuyển chúng thành công thức 3 chiều và có thể dùng các chương trình tính toán lượng tử để đưa về cấu dạng bền nhất ở một nhiệt độ nhất định với chương trình Chem 3D Ultra 8.0 màn hình chính của nó thể hiện trong hình dưới đây

Hình 27: Màn hình chính của Chem 3D Ultra 8.0

Mơ hình 3 chiều của phân tử cĩ thể được biểu diễn nhiều cách như sau:

Hình 28: Một số cách biểu diễn mơ hình phân tử phenantren

6 Chương trình HYPERCHEM

Chương trình HyperChem của HyperCube Inc là một chương trình mơ phỏng và mơ hình hĩa phân tử cho phép thực hiện các tính tốn hĩa học phức tạp Màn hình chính của chương trình Hyperchem 7.0 được thể hiện trong hình dưới đây:

Hình 29: Cửa sổ làm việc của chương trình Hyperchem 7.0 Chức năng của chương trình cĩ thể tĩm tắc trong sơ đồ sau:

Xâ y dựng phâ n tử

Vẽ phâ n tử trong 2D

Dựng DNA, RNA và cá c protein từ cá c gố c

Sử dụng cá c phâ n tử từ ngâ n hà ng dữ liệ u filePDB

Cấ u trú c 3D gầ n đú ng

Tố i ưu hó a

MM QM Phâphổn tích dao

độ ng, tìm trạng thá i chuyể n tiế p QM

Độ ng học phâ n tử , độ ng học Langevin, độ ng học Monte Carlo

MM QM

Điể m đơn

MM QM

cấ u dạng bề n

Tổ ng nă ng lượng củ a cấ u hình

Phổ IR, cấ u trú c củ a trạng thá i chuyể n tiế p

Mô phỏ ng sự thay đổ i cấ u trú c phâ n tử theo thờ i gian và nhiệ t độ

MM: cơ học phân tử QM: cơ học phân tử ab initio hoặc cơ học lượng tử bán kinh nghiệm Hình 30: Sơ đồ các chức năng chính của chương trình Hyperchem 7.0 Trong giới hạn cho phép không thể trình bày tỉ mỉ chương trình này ở đây Các nội dung này sẽ được trình bày chi tiết hơn trong các tài liệu sử dụng chương trình Hyperchem khác

II. CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG

Chương trình Chemlab của Model Science Software, chương trình có thể mô phỏng được một số bài thí nghiệm từ cơ bản đến chuyên sâu phuc vụ cho quá trình dạy học ở bậc phổ thông cũng như đại học Các bài thí nghiệm cho chương trình một số được cho miễm phí nhưng một số khác cần phải mua mới có được Màn hình làm việc của chương trình Chemlab version 2.5 xuất hiện như trong hình dưới đây sau khi đã kích hoạt chương trình

Hình 31: Màn hình làm việc của chương trình Chemlab 2.5 Chương trình bao gồm các menu File, Edit, Equipment, chemical, Procedures, Arrange, Options, Help Các đơn lệnh của các menu trên thể hiện trong các hình sâu đây:

Hình 32: Các Menu chính của chương trình Các chức năng của Menu File và Edit vẫn giống như các chương trình khác Menu Equipment: gồm các lệnh liên quan đến thiết bị, dụng cụ thí nghiệm như: cốc thủy tinh( Beaker), muốn chọn thể tích chứa của cốc đưa trỏ chuột vào dòng Beaker (các dòng có biểu tượngsẽ xuất hiên hộp thoại để chọn)sẽ xuất hiện hộp thoại để chọn như hình dưới đây

Hình 33: Hộp thoại chọn thể tích cho cốc thủy tinh

Và các dụng cụ khác như: bình nón (Erlenmeyer Flask), bình cầu đáy tròn (Florence Flask), ống nghiệm (Test Tubes), bình định mức (Volumetric Flask), ống đong (Graduated Cylinder), buret, pipet, cân (Balances), …

Menu Chemical: gồm các lệnh để lấy các hóa chất tùy theo từng bài thí nghiệm

Hình 34: Hộp thoại lấy hóa chất cho bài thí nghiệm trong menu Chemical Menu Procedures: gồm các lệnh liên quan dến các hoạt động thực hiện thí nghiệm như: ghi nhãn hóa chất cho dụng cụ (Label), rót, gạn hóa chất (Pour/Decant), đổ bỏ hóa chất (Empty Lab Container), thay đổi hóa chất đã chứa (Transfer to New Container),…

Menu Arrange: gồm các lệnh liên kết các đối tượng (combine), di chuyển (remove), nhóm và rã nhóm các đối tượng (Group, Ungroup)

Menu Options: chọn đơn vị nhiệt độ, chỉ thể tích hóa chất của buret, font chữ, … (Equipment) như hình sau:

Hình 35: hộp thoại Equipment trong menu Option

Và các lệnh khác trong đó có lệnh in các bài thí nghiệm, in quá trình thí nghiệm, in kết quả,…

III. PHẦN MỀM BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Phần mềm Periodic Table của Skihari Kulkarin là phần mềm về bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Màn hình chính của chương trình với version 2.38 như sau:

Hình 36: Cửa sổ chính của chương trình Periodic Table Chương trình biễu diễn bảng hệ thống tuần hoàn với 112 nguyên tố hóa học Muốn biết thêm thông tin của từng nguyên tố nhấp đôi vào nguyên tố đó xuất hiện hộp thoại Ví du nguyên tố Fe

Hình 37: Hộp thoại của nguyên tố Fe Hộp thoại cho biết: số thứ tự, khối lượng nguyên tử (Atomic Weight), bán kính nguyên tử (Atom Radius), điểm sôi (Boiling Point), điểm nóng chảy (Melting Point), mật độ (Density), thế ion hóa thứ

Trong menu Tools: có các đơn lệnh

Hình 38: các đơn lệnh của menu Tools Đơn lệnh Graphs: chương trình sẽ cho đồ thị ứng với trục hoành là thứ tự các nguyên tố còn trục tung là khối lượng nguyên tử hoặc điểm sôi, điểm nóng chảy, thế ion hóa, độ âm điện, bán kính nguyên tử,… tùy chọn

Hình 39: Đồ thị biến thiên độ âm điện của các nguyên tố

IV. PHẦN MỀM TRÌNH DIỄN GIÁO ÁN ĐIỆN TỬ

Chương trình Microsoft Powerpoint là một chương trình trình diễn khá linh hoạt trong bộ Microsoft Office, cho phép thực hiện hầu hết các yêu cầu minh họa trong giảng dạy, đặt biệt là những minh họa động rất cần thiết trong giảng dạy hóa học Màn hình soạn thảo của chương trình như trong hình dưới đây:

Hình 40: Màn hình soạn thảo của chương trình Powerpoint Trong giới hạn của tài liệu, nên không thể đi sâu vào chương trình này, ở đây chỉ mang tính cách giới thiệu Muốn đi sâu vào chương trình để hiểu và làm được có thể tìm đọc các tài liệu về chương trình có rất nhiều trên thị trường sách tin học