計(jì)算機(jī)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的應(yīng)用

宮竹云 王巖 尹宇新

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，教學(xué)手段得到不斷地更新，計(jì)算機(jī)應(yīng)用到基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，使教學(xué)效果得到大幅提高，實(shí)驗(yàn)勞動強(qiáng)度大幅降低。采用計(jì)算機(jī)采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，已成為未來基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的大勢所趨。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 教學(xué)效果 采集 處理 基礎(chǔ)化學(xué)

中圖分類號：G642 424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，教學(xué)手段得到不斷地更新，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)之中，使教學(xué)效果得到較大幅度的提高。當(dāng)前，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和手段改革的一個(gè)重要方向[1]-[2]。它將大幅度提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，降低實(shí)驗(yàn)勞動強(qiáng)度。因此，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)是當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的趨勢。

我校基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理中心2012年立項(xiàng)，依靠中央地方共建項(xiàng)目資助，2013年9月建成使用。任課教師編寫《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》，該書后附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序，在輔助物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。

1 計(jì)算機(jī)應(yīng)用在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的依據(jù)

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)儀器使用量大，許多實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)在都具備了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集條件，同時(shí)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（個(gè)別無機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)）數(shù)據(jù)處理多數(shù)是作圖取直線的斜率、截距，學(xué)生一直是手工采集和繪制，既不準(zhǔn)確，又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在一定程度上影響了學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程的積極性，也浪費(fèi)了學(xué)生大量的寶貴學(xué)習(xí)時(shí)間。應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪圖、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對學(xué)生也是另一種能力的培養(yǎng)。在學(xué)生的畢業(yè)環(huán)節(jié)、研究成果的學(xué)術(shù)論文的撰寫中都是有實(shí)際意義，可以說這方面的能力也是學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能中的重要部分之一。

由于我校每個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)無機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工原理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有70多個(gè)班近2000余人，如果每個(gè)班的學(xué)生都浪費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，對學(xué)生學(xué)習(xí)將是一個(gè)較大的負(fù)擔(dān)，會花費(fèi)掉學(xué)生大量的寶貴學(xué)習(xí)時(shí)間，也會影響其對學(xué)習(xí)其它課程的學(xué)習(xí)。因此，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，使其在教學(xué)中發(fā)揮最大作用，變得十分重要。

1.1 硬件資源

依靠中央地方共建項(xiàng)目支持電腦六十臺，用于建設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和采集中心。這些電腦一部分和實(shí)驗(yàn)設(shè)備相連，用于數(shù)據(jù)采集；一部分作為學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用。保證學(xué)生有足夠的電腦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理。

1.2 軟件資源

購買了南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所研制的合金相圖等軟件，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。任課教師編寫《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》，并在該書后面附如何使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容。簡便易懂的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)處理方法，保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中快速而獨(dú)立完成。

2 計(jì)算機(jī)應(yīng)用在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的優(yōu)越性

傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生用于采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間較長，且往往得出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性也不高。因此，為了提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，我校建成基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理中心。這不僅改善了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作條件，還調(diào)動了學(xué)生動手操作實(shí)驗(yàn)儀器的能力，為以后做專業(yè)實(shí)驗(yàn)，以及做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，都有不小的幫助。

2.1 有無計(jì)算機(jī)操作環(huán)境下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理對比

學(xué)生在計(jì)算操作環(huán)境下，Excel繪制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線和學(xué)生在無計(jì)算機(jī)操作環(huán)境下，采用手繪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，見圖1-圖2。從圖中可以看出，有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以后，學(xué)生只要按照指導(dǎo)老師的講解，做出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就會自動繪制出理想曲線，這樣，即降低了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作難度，還大大提高了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性；而手繪的曲線有些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)不合理，學(xué)生也無法看出，導(dǎo)致最后整個(gè)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論有很大偏差。因此，計(jì)算機(jī)繪圖，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作顯得越來越重要。

2.2 提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作積極性

傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間長，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)以后還得進(jìn)行手繪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，而且由于受實(shí)驗(yàn)條件，以及操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往很不準(zhǔn)確，繪制出的數(shù)據(jù)圖形往往誤差很大，日積月累造成學(xué)生厭學(xué)的傾向。引進(jìn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以后，大大調(diào)動了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。老師在對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，以及儀器操作以后，學(xué)生可以快速而準(zhǔn)確地操作實(shí)驗(yàn)儀器，并得出較理想數(shù)據(jù)。然后再到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得出理想曲線。學(xué)生不僅節(jié)約了大量的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，還熟練了Excel軟件使用，使復(fù)雜而枯燥的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，變得既簡單又快捷。

2.3 提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力

學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理時(shí)，要采用Excel2000和Origin6.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪制曲線。每個(gè)學(xué)期，學(xué)生的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均在4到8個(gè)，學(xué)生往往在掌握了前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法以后，后面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理學(xué)生自己設(shè)計(jì)公式，主動上機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而能夠最短的時(shí)間內(nèi)得到所求結(jié)果，在第一時(shí)間內(nèi)學(xué)生了解自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣。這不僅提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力[3]，還增強(qiáng)了學(xué)生對處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的樂趣和興趣，可謂一舉兩得。

3. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的推廣

2013年下半年開始，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)就率先開始采用計(jì)算機(jī)處理和采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。先后有12級、13級共計(jì)約70余個(gè)班級，近2000余名學(xué)生使用計(jì)算機(jī)處理和采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些學(xué)生所在專業(yè)包括輕化工程、無機(jī)與非金屬材料、應(yīng)用化學(xué)、食品科學(xué)與工程、生物工程等12個(gè)專業(yè)（見表1）。只要學(xué)習(xí)物理化學(xué)的學(xué)生，已經(jīng)全部使用了計(jì)算機(jī)采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4. 展望

計(jì)算機(jī)應(yīng)用到基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，是未來基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的大勢所趨。目前，我校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)還未能做到，所有需要數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn)，均有數(shù)據(jù)采集設(shè)備。另外，計(jì)算機(jī)應(yīng)用到基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也為計(jì)算機(jī)應(yīng)用到其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)提供了參考。更為學(xué)生今后做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文打下了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)，不僅可以應(yīng)用到基礎(chǔ)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，也可以應(yīng)用到其他實(shí)驗(yàn)課當(dāng)中。學(xué)生有了基礎(chǔ)化學(xué)計(jì)算機(jī)操作的基礎(chǔ)，再做其他實(shí)驗(yàn)，只要明白計(jì)算機(jī)操作原理，就能輕松而熟練的操作，并能準(zhǔn)確得到理想數(shù)據(jù)?？梢哉f，應(yīng)用前景十分廣泛。

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