新工科背景下《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程教學改革實踐

周崇松，劉 卉，何篤貴， 鄧 斌

(湘南學院 化學生物與環(huán)境工程學院，湖南 郴州 423000)

新工科背景下《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程教學改革實踐

周崇松，劉 卉，何篤貴， 鄧 斌*

(湘南學院化學生物與環(huán)境工程學院，湖南郴州423000)

為適應(yīng)新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，從教學理念、教學內(nèi)容、教學方法等方面對《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程進行了教學改革實踐。改革踐行中強調(diào)工程需求的理念，新增更多類型的專業(yè)軟件，形成多學科交叉教學，并借助現(xiàn)代化教學方式、采用個性化教學方法，探索了新工科專業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)展模式。

新工科；計算機應(yīng)用；教學改革；人才培養(yǎng)

國家教育部門及眾多教育工作者強調(diào)新經(jīng)濟快速發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐。新工科以新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)為背景[1]，以科技創(chuàng)新為核心，在新興領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中形成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)機制。新工科建設(shè)可通過設(shè)置和發(fā)展新興工科專業(yè)來完成，也可以通過傳統(tǒng)工科專業(yè)的改革創(chuàng)新進行拓展。

當前，國家推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展[1]，形成的共識是新工科主要集中在電子信息類、自動化類、計算機類(軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程)、遙感科學與技術(shù)、環(huán)境生態(tài)工程等專業(yè)[2]。這些新工科專業(yè)具有的共同點是需要掌握和應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)，特別是計算機及其技術(shù)的應(yīng)用尤其重要。我校在環(huán)境生態(tài)工程、制藥工程、應(yīng)用化學、生物技術(shù)、藥學五個專業(yè)開設(shè)了《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》，該課程不僅能培養(yǎng)學生使用計算機的能力，提升辦公自動化水平[3-6]，更重要的是開啟學生在計算機編程自動化、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處理、數(shù)學建模虛擬仿真技術(shù)的學習之旅，并將這些技術(shù)充分應(yīng)用到專業(yè)中。比如課程中關(guān)于Matlab軟件，可以進行矩陣運算、數(shù)值分析、信號處理、工程控制，廣泛應(yīng)用于數(shù)值分析、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程、管理與調(diào)度優(yōu)化計算(運籌學)，是新工科專業(yè)技能的基礎(chǔ)。

本文以《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》教學改革實際，從教學理念、內(nèi)容、方法的革新，探索地方本科院校新工科專業(yè)人才培養(yǎng)理念及發(fā)展規(guī)律，適應(yīng)地方行業(yè)對工程人才的需求。

1 強化工程需求，轉(zhuǎn)變教學理念

對于計算機在專業(yè)中的應(yīng)用課程，傳統(tǒng)的教學理念是讓學生會使用一些與專業(yè)相關(guān)的軟件，這是一種很好的以專業(yè)需求為導向的教學理念。在該理念下，文獻檢索、分子結(jié)構(gòu)式編輯排版、Excel數(shù)據(jù)處理、Visio組織結(jié)構(gòu)圖繪制等軟件教學成為了主流。

新工科專業(yè)人才需要適應(yīng)新行業(yè)需求，解決實際工程問題，在人才培養(yǎng)過程中需要更多關(guān)注工程問題。在計算機應(yīng)用教學中，筆者弱化了軟件使用的介紹，強化了SPSS統(tǒng)計分析、Matlab模型設(shè)計[7]、DCS編程自動化控制、Aspen化工過程模塊、Material Studio分子動力學模擬等數(shù)字模擬與仿真軟件的教學，為專業(yè)中工程問題的解決提供了良好的思路和方法。在教學中，逐漸形成了"以工程問題為導向、重點突出工程問題處理過程中軟件的應(yīng)用"的教學理念。

2 以專業(yè)為基礎(chǔ)，拓展工程教學內(nèi)容

自從我校開設(shè)《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程以來，教學內(nèi)容長期未變，分別是網(wǎng)絡(luò)資源與文獻檢索(1,2)、正交試驗設(shè)計、化學編輯排版、實驗數(shù)據(jù)的圖形化處理(1,2)、使用Visio繪制工程圖形、Matlab軟件數(shù)值計算。本課程教學內(nèi)容改革主要集中在以下幾個方面。

2.1 軟件類型增加

課程教學過程中，學習的軟件類型從原來EndNote、Origin、ChemBioOffice、Matlab、Aspen、Visio等基礎(chǔ)軟件6大類擴大到12大類。主要新增了Gaussian量子化學軟件、Material Studio材料設(shè)計軟件、Risk system環(huán)境評價軟件、Discover藥物設(shè)計軟件、AutoCAD工程制圖軟件、SPSS統(tǒng)計分析軟件等類型。這些新增的軟件可充分拓展學生知識面和應(yīng)用專業(yè)知識的能力。

2.2 向?qū)I(yè)軟件教學轉(zhuǎn)變在Origin、Matlab等通用型軟件基礎(chǔ)上，拓展了更多適合各自專業(yè)的軟件。比如，適合應(yīng)用化學專業(yè)的量子化學軟件、材料設(shè)計軟件；適合環(huán)境生態(tài)工程專業(yè)的環(huán)境評價軟件、環(huán)境工程制圖軟件；適合生物技術(shù)、藥學專業(yè)的藥物設(shè)計軟件；適合應(yīng)用化學、制藥工程專業(yè)的Aspen Plus化工過程模擬軟件。此外，還充分發(fā)揮通用型軟件在專業(yè)中特殊應(yīng)用。例如，采用Matlab軟件對復(fù)雜的化學反應(yīng)速率常數(shù)進行模擬計算；采用Simulation模塊完成生態(tài)進化和生態(tài)相互影響關(guān)系的模擬。

2.3 向微觀軟件轉(zhuǎn)變

在化學化工類專業(yè)中，大多數(shù)教學都集中在宏觀中，一些應(yīng)用軟件只需要部分宏觀參數(shù)，即可得出宏觀認識，比如Matlab計算化學反應(yīng)速率，Aspen模擬化工過程。但很多化學反應(yīng)機理、藥物作用機制、生物信息傳導、材料晶體結(jié)構(gòu)等微觀信息需要更專業(yè)的軟件進行探索。新增了Gaussian、ChemBioOffice、Material Studio、Discover、Amber、Vasp、Lammps等微觀軟件的教學強化了學生從微觀角度思考物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間緊密聯(lián)系。

2.4 向多專業(yè)交叉轉(zhuǎn)變

在通用型軟件基礎(chǔ)上，增加了特殊專業(yè)行業(yè)軟件的教學，同時也考慮新增的軟件可以讓多個專業(yè)實現(xiàn)共享，從而形成多專業(yè)交叉。比如，Gaussian軟件適合于應(yīng)用化學、生物技術(shù)、環(huán)境工程等多個工科專業(yè)；Material Studio適合生物技術(shù)、應(yīng)用化學、材料工程、制藥工程等工科專業(yè)。

3 以案例為基礎(chǔ)，改革教學方法

課程教學改革實施了向?qū)嵺`性、技能型、個性化、現(xiàn)代化等教學方式的轉(zhuǎn)變。

3.1 從理論教學向?qū)嵺`教學轉(zhuǎn)變

《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程原來共32學時，分為16學時理論課，在多媒體教室完成教學，16學時實踐課，在機房完成教學。由于計算機的應(yīng)用非常注重實效性，單純理論教學印象不深，學生參與力度小，動手能力不足，從而學生積極性不高。為了更適應(yīng)學生的需求，提升學生實踐應(yīng)用能力，將課程教學全部改在機房進行，根據(jù)軟件的特點合理調(diào)整講授和演示時間、學生練習和作業(yè)時間，極大地提高了學生的學習興趣，對提升新工科專業(yè)學生的實踐能力具有積極作用。

3.2 從知識性教學向技能型教學轉(zhuǎn)變

在機房授課過程中，弱化軟件原理、數(shù)據(jù)處理原理等知識性內(nèi)容，重點以案例為主線、以軟件程序為進度，引申使用方法和技巧，拓展處理過程。例如，在Matlab軟件教學中，以完成一個復(fù)雜化學反應(yīng)的總反應(yīng)速率為主線，引申Matlab的語法、微分方程求解、結(jié)果數(shù)據(jù)作圖等內(nèi)容，并讓學生模范案例完成練習和作業(yè)。

3.3 從大眾化教學向個性化教學轉(zhuǎn)變

根據(jù)專業(yè)的不同，教學內(nèi)容上已經(jīng)進行適當調(diào)整。對于同一個專業(yè)，課程教學的目的和要求是相同，由于計算機可復(fù)制性很強，部分學生會直接克隆作業(yè)，因此這種大眾化教學需要個性化教學方式。課程改革中要求學生每一個人的作業(yè)均不相同，比如在正交設(shè)計教學中，每一個學生的正交試驗指標數(shù)值都不相同，與自己的學號緊密練習起來，從而避免克隆現(xiàn)象，達到個性化教學的目的。

3.4 從傳統(tǒng)教學手段向現(xiàn)代化教學轉(zhuǎn)變

課程教學涉及很多種軟件，學生提交作業(yè)也非常多，傳統(tǒng)方式是采用設(shè)立公共郵箱、網(wǎng)盤等進行共享，這限制了更多音頻、影視的共享，也制約了信息的及時共享。課程改革中，一是充分利用世界大學城進行了網(wǎng)絡(luò)空間教學方法，二是上課期間充分利用微信群進行軟件使用技巧分享、提問和答疑等環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代化教學手段的輔助顯著提高了學生的積極性和課堂活躍性。

4 結(jié)語

多個專業(yè)同時開設(shè)《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程，為了應(yīng)對不同專業(yè)的需求，特別是新工科專業(yè)的需求，課程改革必然向著多專業(yè)多學科交叉發(fā)展的模式進行，教學過程中需要融入更多專業(yè)知識背景，且需要豐富的工程實踐經(jīng)驗。這些對任課教師提出了新的要求。因此，教師在教學、科研之余，還需要更多地參加培訓和企業(yè)實踐，提升新工科專業(yè)教學水平。

[1] 吳愛華,侯永峰,楊秋波,等. 加快發(fā)展和建設(shè)新工科,主動適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟[J]. 高等工程教育研究,2017(01):1-9.

[2] 汪 洋. 何謂“新工科”？[EB/OL].(2017-2-19). http://blog.sciencenet.cn/blog-2903646-1034565.html.

[3] 呂利平,李 航,時建偉,等. 基于培養(yǎng)應(yīng)用型化工人才的《計算機在化工中的應(yīng)用》課程教學改革研究與探索[J]. 化學工程與裝備,2015(08):296-298.

[4] 彭 琳,詹世景,喬偉艷. 《計算機在化學化工中的應(yīng)用》課程的構(gòu)建和教學探索[J].廣東化工,2014,(22):163，170.

[5] 牛永平,張軍凱,汪小偉. 《計算機在化學化工中的應(yīng)用》課程的教學改革與探索[J].廣州化工,2014(15):270-271.

[6] 劉清芝,楊愛萍,楊登峰. 計算機在化學中的應(yīng)用課程教學探討[J].大學化學,2011(03):27-29.

[7] 丁 濤,顧妍平,王淑英,等. 基于Matlab軟件的突發(fā)事故水質(zhì)解析模型與應(yīng)用[J]. 安全與環(huán)境學報,2012(01):111-113.

(本文文獻格式：周崇松，劉卉，何篤貴，等.新工科背景下《計算機在專業(yè)中的應(yīng)用》課程教學改革實踐[J].山東化工，2017，46(16)：180,187.)

The Course Teaching Reform of the Application of Computer in Professions Based on New Engineering Education

Zhou Chongsong，Liu Hui，He Dugui，Deng Bin*

(College of Chemistry&Biology and Environmental Engineering, Xiangnan University, Chenzhou 423000 ,China)

In order to adapt to the needs of new engineering education, the curriculum teaching reform of computer application in professions have been performed from teaching philosophy, teaching content and teaching method. It was explored the connotative development of new engineering professional talent training mode through stressing in the concept of engineering requirements, adding more types of professional software, employing the multidisciplinary cross teaching, using modern teaching methods, and adopting individualized teaching methods.

new engineering education; computer application; teaching reform; talent cultivation

G642.0

：A

：1008-021X(2017)16-0180-01

2017-05-18

湘南學院校級科研項目(編號2014XJ51)

周崇松(1978—)，湖南郴州人，博士，主要從事理論與計算化學研究；通信作者：鄧 斌(1972—)，教授，主要從事納米材料科學研究。