化學軟件類課程教學模式探索與改革

代昭　紀妍妍　卞希慧

【摘 要】本文針對目前傳統(tǒng)化學軟件類課程教學中，課堂教學與上機教學分離的缺點，導致目前此類課程教學碎片化，學生學習與知識掌握脫節(jié)的問題，提出以復雜實例為講解目標，學生在課堂中直接模仿教師操作過程進行學習，替代傳統(tǒng)上機教學的改革模式，取得了良好教學效果。

【關(guān)鍵詞】化學軟件；課程教學；改革；教學模式

隨著現(xiàn)在科技進步和計算機技術(shù)在專業(yè)和科研中的逐步應(yīng)用和推廣，專業(yè)軟件成為科研、生產(chǎn)和教學中必不可少的素養(yǎng)之一[1]，在化學與化工專業(yè)領(lǐng)域，Chemoffice和Origin成為最基礎(chǔ)也是最重要的專業(yè)軟件，而且目前用人單位也非?？粗貙W生的計算機應(yīng)用水平，但是大量研究生進入課題后，他們在撰寫科技論文與畢業(yè)論文時，無法熟練使用這兩款軟件，這限制了論文的整體水平。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，各門學科內(nèi)已經(jīng)廣泛使用各種專業(yè)軟件，眾所周知，圖形化的描述要比文字等表達方式更為直接、詳細和準確，因此計算機輔助繪圖技術(shù)已經(jīng)成為化學、化工、醫(yī)學等領(lǐng)域的重要表達方式，在科技論文的撰寫與數(shù)據(jù)處理方面非常重要。隨著生物信息學領(lǐng)域的進展，大數(shù)據(jù)與計算機模擬計算技術(shù)已經(jīng)成為計算化學領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。本文作者累積了數(shù)年的國內(nèi)化學軟件類課程教學經(jīng)歷與國外留學經(jīng)歷，本文擬就此類課程的教學模式進行深入探討。

1 傳統(tǒng)教學的模式

目前，傳統(tǒng)的軟件類課程教學與普通課程并無太大差別，教師使用ppt等演示文稿首先進行課堂教學，在每章結(jié)束或者全部課程結(jié)束后，安排學生上機教學。這種教學方式的優(yōu)點是課時較容易掌握，整體課時量較大[2]。缺點是每款軟件都是從菜單功能講起，然后進入某個模塊，講解某個簡單實例后，進入下一個功能，講述過程十分凌亂，學生學習過于碎片化，課堂教學后，所能記憶的信息有限，且都是碎片化的信息，不利于對軟件整體的理解。雖然在每章結(jié)束后，學生可以通過上機對教師的講述內(nèi)容進行復習和強化，但是教學與上機的相隔時間過長，學生上機時對內(nèi)容依然非常陌生。

2 傳統(tǒng)教學的課時安排

2012年我系面向化學工程與技術(shù)碩士研究生開設(shè)了《化學軟件基礎(chǔ)》課程，共計32課時，共講述辦公軟件（office），繪圖軟件（Chemoffice，AutoCAD，Origin，Photoshop和3Dmax），編程軟件（Matlab），分子模擬軟件（Gaussian）共計8款軟件，平均每款軟件講授課時為4課時[2]。由于國內(nèi)眾多兄弟院校均在本科生階段開設(shè)類似課程，因此2013年，我系將《化學軟件基礎(chǔ)》課程開設(shè)為三年級本科生的選修課程，講述內(nèi)容依然為上述8款軟件，課時壓縮為16課時。從目前課程的運行情況來看，本門課程主要面臨兩個主要問題：（1）講述軟件較多，講述較為寬泛，平均每款軟件只能講述2個課時，教學效果較差，每款軟件只能講述最基礎(chǔ)的內(nèi)容。（2）講述內(nèi)容單調(diào)，目前的講述內(nèi)容均為如何使用軟件，但學生對目前這些軟件在科研與生產(chǎn)實際中有哪些使用實例并不清楚。后續(xù)學生每個軟件4學時的上機課時并不能掌握課堂講述內(nèi)容。

3 課堂教學模式與課時改革

以32課時為例，在講述內(nèi)容方面，削減軟件數(shù)量，共講述ChemOffice，Photoshop，Origin，Matlab等4款軟件。其中，Microsoft Office屬于目前最流行的辦公軟件，大部分學生對于該軟件的使用已經(jīng)非常熟悉，因此可不列為教學內(nèi)容。Chemoffice是Cambridgesoft公司的一款專門針對化學專業(yè)使用的軟件包，其中ChemDraw，Chem3D，ChemFinder，ChemInfo是最常用的模塊。Chemdraw的主要功能是用于繪制反應(yīng)方程式和流程圖，包含各種常用化學鍵、分子式等模板可供使用，是目前繪制方程式和流程圖最常用的軟件，并且可以根據(jù)所繪制的分子式生成該化合物的模擬核磁共振譜圖，對于化學研究和工業(yè)生成有巨大的幫助。而Chem3D的最重要功能是可將所繪制的二維分子式轉(zhuǎn)化為3D視圖。ChemFinder是該軟件的一個數(shù)據(jù)管理模塊，可以用于檢索化合物的結(jié)構(gòu)，分子式等信息。ChemInfo是一個化學數(shù)據(jù)庫，包含數(shù)十萬種化合物的化學結(jié)構(gòu)，分子式，物性常數(shù)等信息。因此，整個ChemOffice軟件自身構(gòu)成了一個龐大的化學系統(tǒng)，整合了大多數(shù)使用者所需的功能。

Origin是OriginLab公司推出的數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件，現(xiàn)在的最高版本為2015版，它的主要功能包括：數(shù)據(jù)分析（排序、調(diào)整、計算、統(tǒng)計、頻譜變換、曲線擬合），繪圖，與編程。其特點是使用簡單，采用直觀的、圖形化的、面向?qū)ο蟮拇翱诓藛魏凸ぞ邫诓僮鳎嬷С质髽擞益I、支持拖方式繪圖等。目前絕大多數(shù)的科學期刊都要求使用Origin軟件進行圖形的繪制，它是目前在全世界被廣泛使用，被公認為是最快、最靈活、使用最容易的工程繪圖軟件。具有強大的數(shù)據(jù)分析功能，包括線性回歸，非線性擬合，插值，頻譜分析，3D繪圖等。因此也成為化學專業(yè)學生必須掌握的軟件之一。

Matlab軟件是目前數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域功能完備、使用較為簡單的數(shù)學與計算分析軟件，可以用于化學領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)計算、結(jié)果處理、微分方程的數(shù)值解析等方面，且可以與Origin軟件進行編程。

因此，本專業(yè)的主要課時用于最基礎(chǔ)的Chemoffice，Origin，Matlab這三款軟件上，其中最復雜的Origin和Matlab兩款軟件的課時均為10課時，達到深入講述這兩款軟件的目的。

化學軟件的使用主要是用來解決科研與生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，示意圖，反應(yīng)方程式，總結(jié)報告等方面，因此，在教學模式上，改革以往課堂教學與上機教學分開的模式，要求學生必須攜帶筆記本電腦上課；改變碎片化教學從菜單和功能講起的傳統(tǒng)模式，以現(xiàn)代高水平科技論文中所使用的化學軟件為實際例子，結(jié)合實驗設(shè)計、繪圖、數(shù)據(jù)分析等方面，全方位分析高水平科技論文中的軟件使用技巧，繪圖布局，數(shù)據(jù)分析以提高講述效果，在課堂講述時，要求學生必須通過個人的筆記本電腦模擬教師的操作，并完成全部繪圖。

4 改革效果

目前上述改革已經(jīng)實施一年，雖然總體上沒有了單獨的上機教學，從總課時量上減少了課時，但是教學效果避免了碎片化，學生至上課伊始就直接接觸軟件的使用，教學與學習效果有了極大的提高。

【參考文獻】

[1]徐順，張勇，趙曉洋，劉宏民.常用化學軟件多媒體教學軟件的開發(fā)研究[J].計算機與應(yīng)用化學，2005，22（12）：1142-1145.

[2]竇立巖，汪麗梅.《高分子材料計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》課程改革和探索[J].科技信息， 2011，（23）：454-455.

[3]卞?；?，代昭，趙世懷，紀妍妍.化學軟件基礎(chǔ)課程教學[J].科教導刊（上旬刊）， 2015，（5）：136-137.

[責任編輯：王楠]