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基于控件集成技术的分子结构可视化教学

作者：麦裕华　肖　信　 　时间：2007-8-31　　　　本文热度：　　　　等级：★★★
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　　1不同类型的分子结构模拟技术
　　
　　1.1通用分子模拟技术
　　近年来，不少书籍刊物介绍了各种化学分子结构模拟方式，对有效表征分子结构、提高课堂教学质量和学生学习兴趣等话题做出了有益的探讨。总的来说，化学教学中常用的分子结构模拟方式主要包括通用技术和化学专业技术两大类。通用技术包括利用二维图片（Photoshop或其它绘图软件制作）、Shockwave交互动画（for Director或者for Flash）、3DS Max视频动画和各种编程技术实现分子模拟的方式，而化学专业技术则是专门针对利用化学专业建模软件和教学软件的分子模拟方式而言的。
　　通过对多种通用技术进行比较，可以发现[1]：（1）二维静态图片表现信息量有限，难以让学生形成有效的空间立体观念；（2）Flash 3D动画模拟能力较强，但是却缺乏真实立体感，不能表达真正的化学结构信息；（3）3DS Max制作质量效果较好，却制作复杂而且生成文件太大和欠缺科学性；（4）Shockwave动画和VRML所涉及的编程难度较大，并非是一般化学教师能接受的。
　　另外，各种动画文件虽然在分子模拟过程中实现了多种显示功能，并且能够被动画使用者控制动画演播进程，但是这都是基于动画制作者的编程设计而实现的。从根本意义上说，使用者并没有脱离制作者的预设意图，动画也没有实现真正的交互效果。
　　
　　1.2专业分子模拟技术
　　一般来说，化学专业分子模拟可以简单归纳为以下三种方式[2]： （1）采用分子结构模拟软件，具体软件有Accelrys Viewer、Rasmol等；（2）采用分子结构模拟插（控）件，具体插件有Chime和Chem3D等，控件有Accelrys Viewer ActiveX Control；（3）采用分子结构建模技术，Javamol编程语言是该类最具代表性的技术之一。在这三种方式中，使用者都可以一定程度地自主控制、转换分子模拟结构的外观形式，以及显示各种复杂的分子内部结构细节特征，从而有助于从多个侧面观察和感受分子结构本质。
　　对于初接触分子结构模拟，或者只是把微观可视化应用于教育方面的人士而言，前两种模拟方法较为适合他们的需求。大多数软件、插（控）件都有自己的功能选项菜单，它们对使用者的技术要求不高。当使用者结合自身教学需要显示不同的分子外观结构，可以在相关设置中进行适当的设定、调节。对于插（控）件技术，如果能够结合适当的的脚本编程，则可以有效地增强分子的渲染效果。
　　
　　1.3分子结构模拟插(控)件
　　分子结构模拟插（控）件主要是利用各种集成技术来实现分子模拟的。其工作原理可以概括为：当浏览器读取网页中特定的代码段，或者控件窗体读取对象数据代码时，相应的插（控）件会自动启动，在显示窗口内调用和显示外部化学绘图文件，按照预先设定的各种标记、选项、参数和命令语句对分子结构进行模拟。由此我们可以认为，插（控）件是解读分子结构信息的解释器；但是它们不是独立存在的，而是需要依靠运行集成软件来实现数据解释，并且显示最终模拟效果的。
　　ISIS Draw或ChemSketch等专业化学绘图软件生成的绘图文件，具有制作标准规范，存储化学信息量多，可读性和学科科学性强等特点，因而插（控）件模拟得到的是精确的分子模型。
　　Chime等网络插件[3]适合呈现网页中集成的绘图文件。Chime[4-5]凭借高效分子结构可视化和交互效果，得到国外化学教育界的极大重视。控件Accelrys Viewer ActiveX Control（以下简称Viewer Control）则适合集成在支持组件对象成分的任何软件内，例如集成在教师最常使用的课件制作软PowerPoint（以下简称PPT）中，这意味着Viewer Control将有助于广大化学教师在自己的教学课件中配合各种文本解释，有针对性地呈现分子结构，丰富学生对分子微观本质的多重感知。徐成宇[6]对VB6软件状态下的Viewer Control集成方法做出介绍，本文将针对该插件的基本情况、在PPT中集成及相关应用问题做出补充讨论。
　　
　　2用Viewer Control实现分子结构模拟
　　
　　2.1Viewer Control简述
　　加拿大Accelrys（原MSI）公司开发了显示化学分子信息的Weblab Viewer软件[7]，该软件支持OLE和ActiveX Control，其控件拓展程序即是Viewer Control。控件安装包下载地址为：http://www.accelrys.com/ downloads/ViewerActiveX50.exe。与其他分子模拟插件一样，Viewer Control支持多种化学绘图文件格式，也允许使用者设置多样化的分子结构图像效果。
　　
　　2.2在PPT中集成Viewer Control
　　在PPT中集成Viewer Control，其方法与集成Flash动画类似，具体操作如下：
　　1．进入需要集成分子模型的PPT文件页面，显示控件工具箱，并且点击“其它控件”。在弹出的控件列表中，选择“Accelrys ViewerControl50”控件，光标随即变成十字状。
　　2．用十字光标在PPT页面相关位置上拖曳划出一个区域，该区域即是化学结构图形的显示窗口。显示窗口默认底色为黑色，其大小可以通过鼠标拉动来实现改变。
　　3．在显示窗口中点击鼠标右键，弹出功能菜单。在菜单中选取“属性”选项，可以得到“属性”选项卡。在该卡中进行调节，可以设定集成化学绘图文件的各种显示特征。常用的功能属性如表1所示。
　　
　　4． 在属性选项中，Source选项是必要的，因为它决定了化学结构文件的来源。源文件地址可采用绝对或相对路径，如果采用了绝对路径，其逻辑位置不能发生改变；如果采用的是相对路径，则应保证PPT与绘图文件的相对位置是有效的。
　　在播放PPT页面期间（图1），使用者可以通过右键点击显示窗口弹出操作菜单，随时设置分子结构呈现模式与鼠标控制方法。基本的分子结构模拟功能，在操作菜单中都可以找得到，如图2示。
　　Viewer Control允许通过编程方式，实现更加复杂的分子结构模拟以及按键交互。例如通过编程实现分子模型旋转，可以采用这两种方法：（1）直接在分子模型的代码编辑器中输入“ViewerControl401.Spin = 1”；（2）

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