臺灣化學教育

平板電腦最強的化學App—iSpartan

翁榮源

靜宜大學應用化學系
zyown@pu.edu.tw

本文介紹適用於iPad & iPhone的兩個App，其一為付費的iSpartan，此為平板電腦功能最強的化學App；其二為免費的Mobile HyperChem，更進階的版本需要付費。此介紹提供給高中化學科、高職化工科以及大學普通化學教學的參考。

n  iSpartan

iSpartan是一個iPad & iPhone專用的App（見圖1），雖然已經上架兩三年了，算是有點貴的App （NT$ 599），但是作者覺得真的物超所值。由於很多化學教師和同學還不知道有這麼好用的工具，特別借用這個篇幅來介紹。其實它的前身是非常貴的化學計算軟體Spartan（由美國Wavefuction公司發展的軟體），專門提供化學研究人員使用。主要用在化學能階計算與光譜圖預測等，一般的教育用特惠價格（US$ 1200／套），網路上有英文使用說明，下載網頁：http://downloads.wavefun.com/
Spartan14Manual.pdf。

圖1：適合iPad & iPhone的iSpartan APP

在這裡，只針對化學教師如何運用這個工具做大略的介紹。

1.      首先是透過繪圖介面，畫出2D化學分子（非常容易上手，練習個10分鐘後一定會使用）（按第二個圖示轉換成3D立體圖）。

2.      按左上角第1個按鈕，可以轉換呈現分子模型的方式（可以是球與棍子，單純棍棒或者空間填滿三種呈現方式），圖2是2D分子的棍棒模型。

圖2：2D分子的棍棒模型

3.      圖3是3D分子的棍棒模型，依序分別為1.棍棒型、2.球棍型、3.填滿型，透過觸控可以自由移動分子結構，兩個指頭控制可以放大縮小，最棒的是隨時可以利用螢幕照相功能儲存所需要的分子結構圖片）。

圖3： 3D分子的棍棒模型(棍棒型、球棍型、填滿型)

4.      按左上角第3個按鈕，下載所有光譜圖。

5.      按下右上角第3個IR按鈕後，會在下面出現IR光譜圖，如圖4所示。

6.      此時可以用雙指觸控拉開圖譜，而且點選到任何波鋒時，除了出現波鋒數字位置外，該振動會立即出現在分子結構上，並進行振動動畫。

圖4：IR光譜圖

7.      按右上角第2個¹H圖譜按鈕，即可出現氫原子光譜圖(如圖5所示)，而且當游標移到任何波鋒時，除了出現波峰數字外，該氫原子會立即出現圈圈顯示在分子中。

圖5：¹H氫原子光譜圖

8.      按右上角第1個¹³C圖譜按鈕即可出現碳原子光譜圖(如圖6所示)，而且當游標移到任何波鋒時，除了出現波鋒數字外，該碳原子會立即出現圈圈顯示在分子中。

圖6：¹³C碳原子光譜圖

9.      按右上角第4個i訊息按鈕，即可出現分子訊息(如圖7&圖8所示)。

10.  圈選單一原子，出現光譜位置&偶合常數。

11.  圈選兩個原子，出現鍵結距離。

12.  圈選三個原子，出現較與鍵的夾角。

13.  圈選四個原子，出現雙平面夾角。

圖7：分子結構訊息_1

圖8：分子結構訊息_2

14.  按左上角第4個軌道圖按鈕，即可出現分子軌道訊息(如圖9所示)，例如HOMO & LUMO的分子軌道圖以及分子結構之電子密度分佈情形（紅色代表密度最高）等等。

圖9：分子軌道訊息

iSpartan App的資料建置常見的分子結構大約5000個，這些資料建置在一般普通化學課程的應用已足夠，如果找不到資料時，須透過網站到Wavefunction總資料庫下載。

n  Mobile HyperChem

若沒有錢而且只需要分子結構的教師，則可以使用另外一個免費的Mobile HyperChem App，作者常常用來繪製化學結構，同樣的利用螢幕照相功能將分子結構存成圖片，以供教學用途，如圖10所示。（更進階的付費版本還包含一些物理化學數據）

圖10：免費的Mobile HyperChem App

如果有化學教師需要化學分子結構繪圖，那麼下載此軟體版本就足夠了，非常好看的立體圖片，練習10分鐘就會畫所有的結構圖，非常容易上手。

n  教學體驗與感想

雖然iSpartan App的價格不是很貴，但作者並不建議學生購買（對化學研究即有興趣學生或研究所學生除外），其主要用途是給化學老師使用，尤其是上課內容是有機光譜時，可以將上課內容先用iSpartan下載所有圖片訊息，非常方便的可以將所有相關類似結構之IR & NMR & 電子密度等資訊一起對照解釋。當然最關鍵的電子分佈造成的光譜位置原因，都可以透過這些詳細的圖片一一解說。

未來，iPad學習一定會變成大學校園中學生學習的主流工具，目前雖然在台灣的大學校園中尚未普及，但是可以預見在將來的3-5年內會有驚人的發展，相關的化學App工具也會越來越多，但是在化學教育者的眼光中，最重要的是如何將市面上的App工具用在個人的教學上。