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，替代傳統上機教學的改革模式，取得了良好教學效果。

【關鍵詞】化學軟件；課程教學；改革；教學模式

隨著現在科技進步和計算機技術在專業和科研中的逐步應用和推廣，專業軟件成為科研、生產和教學中必不可少的素養之一[1]，在化學與化工專業領域，Chemoffice和Origin成為最基礎也是最重要的專業軟件，而且目前用人單位也非常看重學生的計算機應用水平，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。隨著計算機技術的發展，各門學科內已經廣泛使用各種專業軟件，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已經成為化學、化工、醫學等領域的重要表達方式，在科技論文的撰寫與數據處理方面非常重要。隨著生物信息學領域的進展，大數據與計算機模擬計算技術已經成為計算化學領域的重要基礎。本文作者累積了數年的國內化學軟件類課程教學經歷與國外留學經歷，本文擬就此類課程的教學模式進行深入探討。

1 傳統教學的模式

目前，傳統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，在每章結束或者全部課程結束后，安排學生上機教學。這種教學方式的優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。雖然在每章結束后，學生可以通過上機對教師的講述內容進行復習和強化，但是教學與上機的相隔時間過長，學生上機時對內容依然非常陌生。

2 傳統教學的課時安排

2012年我系面向化學工程與技術碩士研究生開設了《化學軟件基礎》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]。由于國內眾多兄弟院校均在本科生階段開設類似課程，因此2013年，我系將《化學軟件基礎》課程開設為三年級本科生的選修課程，講述內容依然為上述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的內容。（2）講述內容單調，目前的講述內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實際中有哪些使用實例并不清楚。后續學生每個軟件4學時的上機課時并不能掌握課堂講述內容。

3 課堂教學模式與課時改革

以32課時為例，在講述內容方面，削減軟件數量，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非常熟悉，因此可不列為教學內容。Chemoffice是Cambridgesoft公司的一款專門針對化學專業使用的軟件包，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化為3D視圖。ChemFinder是該軟件的一個數據管理模塊，可以用于檢索化合物的結構，分子式等信息。ChemInfo是一個化學數據庫，包含數十萬種化合物的化學結構，分子式，物性常數等信息。因此，整個ChemOffice軟件自身構成了一個龐大的化學系統，整合了大多數使用者所需的功能。

Origin是OriginLab公司推出的數據分析和繪圖軟件，現在的最高版本為2015版，它的主要功能包括：數據分析（排序、調整、計算、統計、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、面向對象的窗口菜單和工具欄操作，全面支持鼠標右鍵、支持拖方式繪圖等。目前絕大多數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。具有強大的數據分析功能，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學生必須掌握的軟件之一。

Matlab軟件是目前數據分析領域功能完備、使用較為簡單的數學與計算分析軟件，可以用于化學領域中的數據計算、結果處理、微分方程的數值解析等方面，且可以與Origin軟件進行編程。

因此，本專業的主要課時用于最基礎的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中的數據統計，示意圖，反應方程式，總結報告等方面，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模式，以現代高水平科技論文中所使用的化學軟件為實際例子，結合實驗設計、繪圖、數據分析等方面，全方位分析高水平科技論文中的軟件使用技巧，繪圖布局，數據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研究[J].計算機與應用化學，2005，22（12）：1142-1145.

[2]竇立巖，汪麗梅.《高分子材料計算機應用基礎》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.化學軟件基礎課程教學[J].科教導刊（上旬刊）， 2015，（5）：136-137.

[責任編輯：王楠]