化学软件基础课程教学

摘 要掌握基本的化学软件已成为化学化工以及相关专业的学生必备的技能,本文简要阐述了开设化学软件基础课程的重要性,并对课程的开设宗旨,开设时间,讲授方式,讲授内容以及考察方式进行了探讨.

关 键 词化学软件基础教学探讨化学化工专业

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.ki.kjdks.2015.05.066

DiscussiononChemicalSoftwareFoundationTeaching

BIANXihui,DAIZhao,ZHAOShihuai,JIYanyan

（SchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387）

AbstractMasterthebasicchemistrysoftwarehasbeeChemicalEngineeringandrelatedprofessionalstudentsthenecessaryskills,thepaperbrieflydescribestheimportanceofthecreationof"chemicalsoftwarefoundation"coursesandprogramsaimtoopen,opentime,teachingmethods,teachingcontentandstudymethodswerediscussed.

Keywordschemicalsoftwarefoundation,teachingdiscussion,chemistryandchemicalprofessional

计算机技术高速迅猛地发展,已广泛应用到各行各业.在化学化工以及相关领域,一方面,目前开发了大量用于化学化工领域中的专业软件,使得化学教学、科技论文写作等更为便利.另一方面,海量化学数据的出现、化学反应或作用机理的微观性、高水平论文对图文质量的要求、化学化工管理过程的自动化等,要求高校化学化工以及相关专业的大学生不论是将来继续深造,还是走向工作岗位,都必须掌握一些基本的化学软件.①化学软件是化学化工以及相关专业人员利用计算机解决化学化工问题的基本工具.本文就化学软件基础课程的开设宗旨,开设时间,讲授内容,讲授方式以及考察方式进行初步的探讨.

1化学软件基础课程开设宗旨

如今计算机发展突飞猛进,各式各样的化学软件不断涌现,在有限的课堂时间内讲述完所有化学软件是不可能的.并且,化学软件总是不断往前发展变化,而课堂上教授的只能是已有的软件.所以,大学课堂不仅要教给学生知识,更重要的要教会学生解决问题的能力.因此,课程开设的宗旨有三点.第一：培养学生利用计算机技术来写作、报告、画图、编程及模拟的能力.第二：培养学生遇到问题时懂得利用相关化学软件达到理想效果的能力.第三：培养学生先做后学,边做边学的自学能力.

2化学软件基础课程开设时间

目前化学类大学生的课程体系基本是大一学高等数学、大学英语、大学物理、计算机基础等基础课程.大二开学无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等基础化学课程,大三学专业化学课程,大四实习和毕业设计阶段.而化学软件基础是以数学、计算机和化学作为基础的课程,而毕业论文设计恰好可以综合运动所学的软件知识.因此,在大学生基本学完主要化学课程、毕业设计开始前的大三下学期开设化学软件基础课程尤为合适.学生掌握了化学人员常用的计算机软件,可以为毕业论文、后续的工作或继续深造研究打下良好的基础.

3化学软件基础课程讲授内容

3.1科技论文撰写及相关软件介绍

科技论文包括期刊上发表的学术论文以及学位论文等,科技论文的写作是大学生毕业时应具备的基本技能.随着计算机的普及,很多出版机构都要求作者按照一定的版面以及格式编辑排版后直接发送电子版到出版机构.不同的期刊、杂志以及会议论文对所接受的投稿都会提出明确的格式要求.各高等学校、研究院所也对本科生、研究生的学位论文做出了严格的格式规定.因此,本部分将以应用最广泛的文字处理器MicrosoftWord为工具,讲解与科技论文写作密切相关的编辑排版中的基本操作、英文字符操作、表格的制作和图的制作及图文混排等内容.同时,将比较Microsoft、WPS、永中、红旗等办公软件下的文字处理工具.

3.2多媒体演示及相关软件介绍

不论毕业论文答辩还是工作汇报,都需要采用多媒体手段演示.本部分将以最常用的MicrosoftPPT软件为主,讲述如何做好多媒体演示.首先结合实例介绍PPT的一些制作技巧,包括幻灯片母版设计、模版修改、图片制作以及动画设置.然后从内容安排、模版选择、色彩搭配、字体字号、图形构思、演讲者形象等角度讲如何做好PPT.除了PPT外,目前还有绘声绘影、iebook等很多优秀的图、文、声并茂的演示软件,鼓励学生掌握1种PPT外的演示软件,能达到与众不同的演示效果.

3.3绘图及相关软件介绍

化学化工经常遇到各种图形的绘制,比如分子结构演示、实验装置绘制、实验数据作图、化工设计、科技论文写作等.图形绘制是本课程的重点内容,除了讲解每款软件的基本操作外,重在教会学生使用这些软件.课前让学生安装好软件,课堂上学生即学即练.本部分着重介绍线形图、平面图和立体图的五款绘图软件.第一款软件是线性绘图软件Origin,教会学生使用该软件工作表、绘图以及数据拟合功能,其中图形包括单线图、多线图、多子图、母子图、双坐标图的制作.第二款是化学绘图软件ChemOffice,该软件由化学结构绘图ChemDraw、分子模拟分析绘图Chem3D以及化学信息搜索ChemFinder三大模块组成.着重给学生介绍绘制化学结构的ChemDraw,教会学生使用该工具绘制化学结构式、化学反应式、生物分子、简单的化学反应设备等功能.第三款是化工绘图软件AutoCAD,教会学生使用该软件绘制化工工艺图、设备布置图、管道布置图、化工审图等.第四款是平面图形处理软件Photoshop,着重介绍该软件特有的图层、通道和蒙版功能,能使用该软件绘制图形、美化图形.第五款是立体绘图软件3dsMax,该软件主要进行三维动画渲染和制作,功能十分强大,受于时间限制,课上主要介绍如何使用该软件绘制科技论文中形象生动的三维示意图.3.4编程及相关软件介绍

化学是一门经常与数据打交道的学科,离不开方程的求解、数据的分析等,②因此有必要让学生掌握一门编程语言以解决复杂的化学问题.Matlab编程语言因其能功强大、简单易学、编程效率高而广泛应用于工程计算及数值分析领域.课程从Matlab软件简介、Matlab矩阵数学运算、Matlab图形绘制、Matlab符号运算、Matlab程序设计、可视化界面编写以及Matlab在化学化工领域中的应用实例七个方面来介绍Matlab编程软件.同时简要介绍一下C语言、R语言等编程语言在化学化工领域的应用.

3.5分子模拟及相关软件介绍

分子模拟是指利用理论方法与计算技术,模拟或仿真分子运动的微观行为,已广泛应用于物理、化学、生物、材料等领域.③分子模拟方法有量子力学、分子力学与分子动力学等手段.本部分将简要这三种方法的基本原理,研究内容,研究过程,应用范围,介绍两款分子模拟软件：量化模拟软件Gaussian以及分子动力学模拟软件NAMD,并演示如何使用这两款软件进行简单的模拟过程.

4化学软件基础课程讲授方式

课程将采取模块化的教学方式,以功能而不是具体的软件作为模块.在模块介绍前,先给出一些丰富的应用实例,使学生对其产生浓厚的学习兴趣.具体介绍每个模块时,先总体介绍该模块的相关知识以及实现该模块功能的相关软件,再从中挑选出一款最为广泛使用的软件进行详细讲解.讲解具体软件时,采用PPT和软件现场演示有机结合的方式.针对每款软件介绍的知识点穿插2-4个课堂练习,加深学生的学习印象.

在课堂讲授过程中首先不断给学生强化一种观点,即要实现某一功能,会有很多解决办法.比如,要作一个图,PPT、origin、photoshop、3Dmax都可以实现该功能.如果不会3Dmax没关系,熟练使用PPT依然可以画出完美的图来.其次,在讲授中不断灌输学生自学以及先做后学、边做边学的能力.遇到老师没讲过的软件,先把软件下载、安装并打开,试着操作,某个功能不会,可以通过谷歌、百度、请教老师或同学解决.如果软件不先安装上,只能纸上谈兵,无法真正学会软件的使用.

5化学软件基础课程考察方式

化学软件基础是一门注重实际应用的课程,关键是掌握如何利用所学软件解决问题的能力.因此,不采取考试形式,而是采取课堂实践、小作业加大作业的形式进行考察.

课程的第一个考察方式是课堂实践,把最后两堂课留给学生,让学生走上讲台介绍一款老师未讲到的化学软件（或者某个化学软件的某个功能）.一方面化学软件的丰富性以及老师知识的有限性,靠有限的课堂时间难以讲解全面所有的化学软件.另一方面,三人行,必有我师,现在的学生从小就接触计算机,不乏计算机强手.由学生来介绍新的化学软件,学生必然会经历一个自学并展示的过程,可以促进学习的积极主动性,提高学生的自学能力,锻炼演讲口才.教师通过观察学生讲解效果,可以吸取借鉴学生的优点,对自己后续讲课内容,讲课方式不断进行改进.

课程的第二个考察方式是每堂课后布置的小作业.虽然每款软件课堂上会教学生练习2～4个例子,但是毕竟不是由学生自己独立完成的.为了巩固学生课堂所学软件操作要点,每款软件讲完后,布置1道练习题,督促学生安装软件并进行练习.针对学生上交作业的情况,再对软件的内容进行补充.

课程的第三个考察方式是课程结束后的大作业.针对课堂讲解的模块,每个模块出1道大题.每道题只给出问题,而不指定用什么软件来做.综合考察学生化学软件的学习情况,以及分析问题、解决问题的能力.

基金项目：天津工业大学“师生合作”教学资源建设（2013-SZH-008）和教育教学改革研究（2013-2-09）经费资助项目

注释

①黄允中.“计算机在化学中的应用”课程建设的思考与实践[J].中国理科教育,2007.1：28-31.

②刘清芝,杨爱萍,杨登峰.计算机在化学中的应用课程教学探讨[J].大学化学,2011.26（3）：27-29.

③陈敏伯.计算化学――从理论化学到分子模拟.北京：科学工业出版社,2009.