论文开源分子图形学工具包在有机化学教学上的应用，该文是关于化学教学方面论文范文检索与有机化学和有机化学教学和图形学有关论文怎么撰写.
摘 要：Kekule.js是由作者自主编写完成的一套基于Web技术的开源化学信息学工具包,其可视化方面的功能可将有机分子的立体模型嵌入网页中.在有机化学课程的教学中,使用该工具包可制作一系列有关分子立体结构的演示,并利用鼠标或触摸屏与分子进行交互,进而展示构型、构象等立体概念.此类页面可直接在浏览器内显示,无需安装任何额外软件,使用便捷,也易于与现有的在线课程管理系统结合,既适合课上教师的讲解,也利于学生课下的复习.
关键词：Kekule.js；分子可视化；有机化学；分子模型演示
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）44-0158-02
一、引言
在大学有机化学课程的初始阶段,学习者需要迅速建立起分子空间结构的基本概念,此后的学习中,诸如手性、对映异构、构象分析乃至于反应位阻分析等知识均与分子的立体形象有关.在涉及此类知识的教学中,教师也经常采取各种辅助手段向学习者直观演示分子的三维形象.目前最常见的做法是借助ChemOffice、VMD、RasMol、JMol等化学信息学软件,使用鼠标在屏幕或投影上操作虚拟的分子三维模型.此种方式成本较低,远距离较易观察,适合课上演示,但需事先安装相应软件,学生在课下复习时则有颇多不便之处.随着互联网技术的发展,近年来也出现了一批基于Web技术的分子图形学软件,我们也自行开发了一套采用JaScript编写的开源化学信息学工具包Kekule.js.在教学中,我们利用此工具包展示分子模型,可直接将模型嵌入网页中,在网络浏览器或其他一些Web程序中显示、操作,无需预装软件,也易于与网上课程管理系统结合.该工具包亦具备良好的跨平台特性,PC或移动平台中均可使用.
二、Kekule.js的使用
Kekule.js是一套功能强大的化学信息学工具包,支持多种分子数据格式的输入输出、化学结构的2D/3D可视化以及一系列化学信息学算法的实现.我们在开发过程中还利用Emscripten将数个原以C/C++编写的工具库编译为JaScript并作为附加模块整合进Kekule.js以提供一些额外功能.如整合OpenBabel后可额外支持数十种化学数据格式的读写,并提供一定的分子力学计算能力.此外为方便使用,工具包还封装了数个可直接嵌入在HTML中的控件用以显示或编辑化学结构.日常教学中进行分子立体模型演示时,只需使用Kekule.js的很少一部分功能,一般可直接利用Viewer3D控件.首先需在HTML页面中引入必要的JaScript与CSS样式表文件.
<scriptsrc等于"Three.js"></script>
<scriptsrc等于"kekule.js?module等于chemWidget,algo-rithm"></script>
<linkrel等于"stylesheet"type等于"text/css"href等于"themes/default/kekule.css"/>
而后只需一行代码即可将Viewer3D控件绑定到普通的HTML元素上.
<divid等于"chemViewer"data-widget等于"Kekule.
ChemWidget.Viewer3D"data-chem-obj等于"url（methane.mol）"data-molecule-display-type等于"34"></div>
在HTML代码中,Viewer3D控件的属性可以由一系列data-起始的属性来设定.如上例中,模型样式
（data-molecule-display-type）被设置为比例模型（34）,
而控件中显示的分子则由data-chem-obj属性指定,
Viewer3D将自动载入外部分子文件methane.mol.此外
Viewer3D控件也提供了工具按钮,用户可自行读取本地分子文件.载入分子后,立体模型将直接在控件中显示.用户可使用鼠标、触摸屏等与分子进行交互（如缩放、旋转分子、切换模型样式等）.目前Viewer3D支持球棍模型、比例模型等四种常见的分子立体模型样式,足以满足日常的教学需求.若用户熟悉Web编程技术,还可通过JaScript代码进一步对控件及其中显示的分子进行操作.如以下代码可将控件中分子沿Z轴旋转90度,放大两倍,且将第一个原子设置为红色.
varviewer等于Kekule.Widget.getWidgetById（´chemViewer´）；
varmolecule等于viewer.getChemOb（j）；varatom等于molecule.getNodeA（t0）；
atom.setRender3DOption（´color´,´#ff0000´）；viewer.zoomTo（2）.rotate3DBy（0,0,Math.PI/2）；具体的编程接口可参阅Kekule.js的相关文档.三、教学中的应用在我们自身的有机化学教学实践中发现,烷烃的构象分析及有机化合物的对映异构两段内容是课程初始阶段涉及立体化学的两个难点.目前在这两部分内容的教学中,我们均借助了Viewer3D控件,取得了良好的效果.
如在讨论烷烃构象时,我们特意编制了演示乙烷构象变化的页面,页面中的Viewer3D控件自动加载了乙烷分子模型.点击“构象旋转”按钮将触发JaScript代码,实时改变分子中各个原子的坐标,模拟C-C之间
σ键的旋转,从而令学生直观得理解重叠式和交叉式这两种极限构象的变换.在讨论乙烷两种极限构象的能量差异时,仅需将分子切换至比例模型显示,立即会令学生对两种构象中氢原子之间的距离及斥力留下深刻的印象.
在对映异构的教学段落,我们也特意编制了包含一对Viewer3D控件的演示页面供学习者课后复习（图1）.页面中预置了一系列典型的手性/非手性分子的列表,当用户自列表中载入分子时,两个Viewer3D控件将分别显示分子的实物与镜像模型.学习者可分别旋转两个模型,通过观察其是否可以重叠来验证原分子是否具有手性.原先学生往往不易理解一些较复杂的含有手性轴或手性面的分子,引入此页面后,关于这类内容的学习难度也有了明显的降低.
图1对映异构体演示
教师能够预先提供的三维分子数据总是有限的,很多时候,学习者也希望能够查看其他一些分子的立体形象.为此,我们还特制了一个计算分子三维结构的Web程序.用户可在分子编辑器控件中利用鼠标输入平面结构,程序在后台线程中调用OpenBabel附加模块进行分子力学计算,待计算完毕,即将生成的三维结构显示在Viewer3D中.由于整个过程均由JaScript在用户端浏览器中执行,计算时并不额外消耗服务器资源,也易于在各类环境下进行部署.
四、结语
在我们自身的有机化学教学中,基于web技术的Kekule.js工具包充分发挥了它在分子可视化方面的能力,能够在无需安装专门软件的情况下跨平台地对分子立体模型进行演示.无论在教师授课还是学生的课下预习、复习环节上均取得了不错的效果.加之Kekule.js是一开源的化学信息学工具包,使用上几乎无费用与版权问题,也便于进行二次开发以适应个性化的需求,因此在教学上完全可以作为目前常用的ChemOffice、VMD等软件的替代,具有相当的应用潜力.
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ApplicationofanOpenSourceCheminformaticsToolkitinOrganicChemistryTeachingJIANGChen,CHENMing
(CollegeofScience,ChinaPharmaceuticalUniversity,Nanjing,Jiangsu210009,China)
Abstract:Kekule.js,developedbytheauthors,isanopensourceJaScripttoolkitforcheminformatics.ThetoolkitcanrenderchemicalstructuremodelsinWebpageswithoutthehelpofanyotherpluginsorsoftware.Intheteachingoforganicchemistry,thetoolkitisidealtohelptodemonstratetheinteractive3Dmoleculemodelsandtoexplaintheconceptofconfigurationandconformationoforganiccompounds.SincethosedemonstrationpagescanbeviewedinWebbrowsersdirectly,theycanbeintegratedwithexistinglessonmanagementsystemandbeeasilyusedbybothteachersandstudents.
Keywords:Kekule.js;moleculargraphics;organicchemistry;molecularmodelpresentation
汇总，这篇文章为适合有机化学和有机化学教学和图形学论文写作的大学硕士及关于化学教学本科毕业论文，相关化学教学开题报告范文和学术职称论文参考文献.
参考文献：
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