化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程教學(xué)

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摘 要 掌握基本的化學(xué)軟件已成為化學(xué)化工以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生必備的技能，本文簡要闡述了開設(shè)化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程的重要性，并對課程的開設(shè)宗旨，開設(shè)時間，講授方式，講授內(nèi)容以及考察方式進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 化學(xué)軟件基礎(chǔ) 教學(xué)探討 化學(xué)化工專業(yè)

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.05.066

Discussion on Chemical Software Foundation Teaching

BIAN Xihui， DAI Zhao， ZHAO Shihuai， JI Yanyan

（School of Environmental and Chemical Engineering， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387）

Abstract Master the basic chemistry software has become Chemical Engineering and related professional students the necessary skills， the paper briefly describes the importance of the creation of "chemical software foundation" courses and programs aim to open， open time， teaching methods， teaching content and study methods were discussed.

Key words chemical software foundation; teaching discussion; chemistry and chemical professional

計算機(jī)技術(shù)高速迅猛地發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)。在化學(xué)化工以及相關(guān)領(lǐng)域，一方面，目前開發(fā)了大量用于化學(xué)化工領(lǐng)域中的專業(yè)軟件，使得化學(xué)教學(xué)、科技論文寫作等更為便利。另一方面，海量化學(xué)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)、化學(xué)反應(yīng)或作用機(jī)理的微觀性、高水平論文對圖文質(zhì)量的要求、化學(xué)化工管理過程的自動化等，要求高?；瘜W(xué)化工以及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生不論是將來繼續(xù)深造，還是走向工作崗位，都必須掌握一些基本的化學(xué)軟件。①化學(xué)軟件是化學(xué)化工以及相關(guān)專業(yè)人員利用計算機(jī)解決化學(xué)化工問題的基本工具。本文就化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程的開設(shè)宗旨，開設(shè)時間，講授內(nèi)容，講授方式以及考察方式進(jìn)行初步的探討。

1 化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程開設(shè)宗旨

如今計算機(jī)發(fā)展突飛猛進(jìn)，各式各樣的化學(xué)軟件不斷涌現(xiàn)，在有限的課堂時間內(nèi)講述完所有化學(xué)軟件是不可能的。并且，化學(xué)軟件總是不斷往前發(fā)展變化，而課堂上教授的只能是已有的軟件。所以，大學(xué)課堂不僅要教給學(xué)生知識，更重要的要教會學(xué)生解決問題的能力。因此，課程開設(shè)的宗旨有三點。第一：培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)技術(shù)來寫作、報告、畫圖、編程及模擬的能力。第二：培養(yǎng)學(xué)生遇到問題時懂得利用相關(guān)化學(xué)軟件達(dá)到理想效果的能力。第三：培養(yǎng)學(xué)生先做后學(xué)，邊做邊學(xué)的自學(xué)能力。

2 化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程開設(shè)時間

目前化學(xué)類大學(xué)生的課程體系基本是大一學(xué)高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語、大學(xué)物理、計算機(jī)基礎(chǔ)等基礎(chǔ)課程。大二開學(xué)無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)化學(xué)課程，大三學(xué)專業(yè)化學(xué)課程，大四實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計階段。而化學(xué)軟件基礎(chǔ)是以數(shù)學(xué)、計算機(jī)和化學(xué)作為基礎(chǔ)的課程，而畢業(yè)論文設(shè)計恰好可以綜合運動所學(xué)的軟件知識。因此，在大學(xué)生基本學(xué)完主要化學(xué)課程、畢業(yè)設(shè)計開始前的大三下學(xué)期開設(shè)化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程尤為合適。學(xué)生掌握了化學(xué)人員常用的計算機(jī)軟件，可以為畢業(yè)論文、后續(xù)的工作或繼續(xù)深造研究打下良好的基礎(chǔ)。

3 化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程講授內(nèi)容

3.1 科技論文撰寫及相關(guān)軟件介紹

科技論文包括期刊上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文以及學(xué)位論文等，科技論文的寫作是大學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)具備的基本技能。隨著計算機(jī)的普及，很多出版機(jī)構(gòu)都要求作者按照一定的版面以及格式編輯排版后直接發(fā)送電子版到出版機(jī)構(gòu)。不同的期刊、雜志以及會議論文對所接受的投稿都會提出明確的格式要求。各高等學(xué)校、研究院所也對本科生、研究生的學(xué)位論文做出了嚴(yán)格的格式規(guī)定。因此，本部分將以應(yīng)用最廣泛的文字處理器Microsoft Word為工具，講解與科技論文寫作密切相關(guān)的編輯排版中的基本操作、英文字符操作、表格的制作和圖的制作及圖文混排等內(nèi)容。同時，將比較Microsoft、WPS、永中、紅旗等辦公軟件下的文字處理工具。

3.2 多媒體演示及相關(guān)軟件介紹

不論畢業(yè)論文答辯還是工作匯報，都需要采用多媒體手段演示。本部分將以最常用的Microsoft PPT軟件為主，講述如何做好多媒體演示。首先結(jié)合實例介紹PPT的一些制作技巧，包括幻燈片母版設(shè)計、模版修改、圖片制作以及動畫設(shè)置。然后從內(nèi)容安排、模版選擇、色彩搭配、字體字號、圖形構(gòu)思、演講者形象等角度講如何做好PPT。除了PPT外，目前還有繪聲繪影、iebook等很多優(yōu)秀的圖、文、聲并茂的演示軟件，鼓勵學(xué)生掌握1種PPT外的演示軟件，能達(dá)到與眾不同的演示效果。

3.3 繪圖及相關(guān)軟件介紹

化學(xué)化工經(jīng)常遇到各種圖形的繪制，比如分子結(jié)構(gòu)演示、實驗裝置繪制、實驗數(shù)據(jù)作圖、化工設(shè)計、科技論文寫作等。圖形繪制是本課程的重點內(nèi)容，除了講解每款軟件的基本操作外，重在教會學(xué)生使用這些軟件。課前讓學(xué)生安裝好軟件，課堂上學(xué)生即學(xué)即練。本部分著重介紹線形圖、平面圖和立體圖的五款繪圖軟件。第一款軟件是線性繪圖軟件Origin，教會學(xué)生使用該軟件工作表、繪圖以及數(shù)據(jù)擬合功能，其中圖形包括單線圖、多線圖、多子圖、母子圖、雙坐標(biāo)圖的制作。第二款是化學(xué)繪圖軟件ChemOffice，該軟件由化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖ChemDraw、分子模擬分析繪圖Chem3D以及化學(xué)信息搜索ChemFinder三大模塊組成。著重給學(xué)生介紹繪制化學(xué)結(jié)構(gòu)的ChemDraw，教會學(xué)生使用該工具繪制化學(xué)結(jié)構(gòu)式、化學(xué)反應(yīng)式、生物分子、簡單的化學(xué)反應(yīng)設(shè)備等功能。第三款是化工繪圖軟件AutoCAD，教會學(xué)生使用該軟件繪制化工工藝圖、設(shè)備布置圖、管道布置圖、化工審圖等。第四款是平面圖形處理軟件Photoshop，著重介紹該軟件特有的圖層、通道和蒙版功能，能使用該軟件繪制圖形、美化圖形。第五款是立體繪圖軟件3dsMax，該軟件主要進(jìn)行三維動畫渲染和制作，功能十分強(qiáng)大，受于時間限制，課上主要介紹如何使用該軟件繪制科技論文中形象生動的三維示意圖。

3.4 編程及相關(guān)軟件介紹

化學(xué)是一門經(jīng)常與數(shù)據(jù)打交道的學(xué)科，離不開方程的求解、數(shù)據(jù)的分析等，②因此有必要讓學(xué)生掌握一門編程語言以解決復(fù)雜的化學(xué)問題。Matlab編程語言因其能功強(qiáng)大、簡單易學(xué)、編程效率高而廣泛應(yīng)用于工程計算及數(shù)值分析領(lǐng)域。課程從Matlab軟件簡介、Matlab矩陣數(shù)學(xué)運算、Matlab圖形繪制、Matlab符號運算、Matlab程序設(shè)計、可視化界面編寫以及Matlab在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用實例七個方面來介紹Matlab編程軟件。同時簡要介紹一下C語言、R語言等編程語言在化學(xué)化工領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.5 分子模擬及相關(guān)軟件介紹

分子模擬是指利用理論方法與計算技術(shù)，模擬或仿真分子運動的微觀行為，已廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、材料等領(lǐng)域。③分子模擬方法有量子力學(xué)、分子力學(xué)與分子動力學(xué)等手段。本部分將簡要這三種方法的基本原理，研究內(nèi)容，研究過程，應(yīng)用范圍;介紹兩款分子模擬軟件：量化模擬軟件Gaussian以及分子動力學(xué)模擬軟件NAMD，并演示如何使用這兩款軟件進(jìn)行簡單的模擬過程。

4 化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程講授方式

課程將采取模塊化的教學(xué)方式，以功能而不是具體的軟件作為模塊。在模塊介紹前，先給出一些豐富的應(yīng)用實例，使學(xué)生對其產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。具體介紹每個模塊時，先總體介紹該模塊的相關(guān)知識以及實現(xiàn)該模塊功能的相關(guān)軟件，再從中挑選出一款最為廣泛使用的軟件進(jìn)行詳細(xì)講解。講解具體軟件時，采用PPT和軟件現(xiàn)場演示有機(jī)結(jié)合的方式。針對每款軟件介紹的知識點穿插2-4個課堂練習(xí)，加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象。

在課堂講授過程中首先不斷給學(xué)生強(qiáng)化一種觀點，即要實現(xiàn)某一功能，會有很多解決辦法。比如，要作一個圖，PPT、origin、photoshop、3Dmax都可以實現(xiàn)該功能。如果不會3Dmax沒關(guān)系，熟練使用PPT依然可以畫出完美的圖來。其次，在講授中不斷灌輸學(xué)生自學(xué)以及先做后學(xué)、邊做邊學(xué)的能力。遇到老師沒講過的軟件，先把軟件下載、安裝并打開，試著操作，某個功能不會，可以通過谷歌、百度、請教老師或同學(xué)解決。如果軟件不先安裝上，只能紙上談兵，無法真正學(xué)會軟件的使用。

5 化學(xué)軟件基礎(chǔ)課程考察方式

化學(xué)軟件基礎(chǔ)是一門注重實際應(yīng)用的課程，關(guān)鍵是掌握如何利用所學(xué)軟件解決問題的能力。因此，不采取考試形式，而是采取課堂實踐、小作業(yè)加大作業(yè)的形式進(jìn)行考察。

課程的第一個考察方式是課堂實踐，把最后兩堂課留給學(xué)生，讓學(xué)生走上講臺介紹一款老師未講到的化學(xué)軟件（或者某個化學(xué)軟件的某個功能）。一方面化學(xué)軟件的豐富性以及老師知識的有限性，靠有限的課堂時間難以講解全面所有的化學(xué)軟件。另一方面，三人行，必有我?guī)?，現(xiàn)在的學(xué)生從小就接觸計算機(jī)，不乏計算機(jī)強(qiáng)手。由學(xué)生來介紹新的化學(xué)軟件，學(xué)生必然會經(jīng)歷一個自學(xué)并展示的過程，可以促進(jìn)學(xué)習(xí)的積極主動性，提高學(xué)生的自學(xué)能力，鍛煉演講口才。教師通過觀察學(xué)生講解效果，可以吸取借鑒學(xué)生的優(yōu)點，對自己后續(xù)講課內(nèi)容，講課方式不斷進(jìn)行改進(jìn)。

課程的第二個考察方式是每堂課后布置的小作業(yè)。雖然每款軟件課堂上會教學(xué)生練習(xí)2～4個例子，但是畢竟不是由學(xué)生自己獨立完成的。為了鞏固學(xué)生課堂所學(xué)軟件操作要點，每款軟件講完后，布置1道練習(xí)題，督促學(xué)生安裝軟件并進(jìn)行練習(xí)。針對學(xué)生上交作業(yè)的情況，再對軟件的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。

課程的第三個考察方式是課程結(jié)束后的大作業(yè)。針對課堂講解的模塊，每個模塊出1道大題。每道題只給出問題，而不指定用什么軟件來做。綜合考察學(xué)生化學(xué)軟件的學(xué)習(xí)情況，以及分析問題、解決問題的能力。

基金項目：天津工業(yè)大學(xué)“師生合作”教學(xué)資源建設(shè)（2013-SZH-008）和教育教學(xué)改革研究（2013-2-09）經(jīng)費資助項目

注釋

① 黃允中.“計算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用”課程建設(shè)的思考與實踐[J].中國理科教育，2007.1：28-31.

② 劉清芝，楊愛萍，楊登峰.計算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用課程教學(xué)探討[J].大學(xué)化學(xué)，2011.26（3）：27-29.

③ 陳敏伯.計算化學(xué)——從理論化學(xué)到分子模擬.北京：科學(xué)工業(yè)出版社，2009.