化学软件类课程教学模式探索与改革

【摘 要】本文针对目前传统化学软件类课程教学中，课堂教学与上机教学分离的缺点，导致目前此类课程教学碎片化，学生学习与知识掌握脱节的问题，提出以复杂实例为讲解目标，学生在课堂中直接模仿教师操作过程进行学习，替代传统上机教学的改革模式，取得了良好教学效果。

【关键词】化学软件；课程教学；改革；教学模式

随着现在科技进步和计算机技术在专业和科研中的逐步应用和推广，专业软件成为科研、生产和教学中必不可少的素养之一[1]，在化学与化工专业领域，Chemoffice和Origin成为最基础也是最重要的专业软件，而且目前用人单位也非常看重学生的计算机应用水平，但是大量研究生进入课题后，他们在撰写科技论文与毕业论文时，无法熟练使用这两款软件，这限制了论文的整体水平。随着计算机技术的发展，各门学科内已经广泛使用各种专业软件，众所周知，图形化的描述要比文字等表达方式更为直接、详细和准确，因此计算机辅助绘图技术已经成为化学、化工、医学等领域的重要表达方式，在科技论文的撰写与数据处理方面非常重要。随着生物信息学领域的进展，大数据与计算机模拟计算技术已经成为计算化学领域的重要基础。本文作者累积了数年的国内化学软件类课程教学经历与国外留学经历，本文拟就此类课程的教学模式进行深入探讨。

1 传统教学的模式

目前，传统的软件类课程教学与普通课程并无太大差别，教师使用ppt等演示文稿首先进行课堂教学，在每章结束或者全部课程结束后，安排学生上机教学。这种教学方式的优点是课时较容易掌握，整体课时量较大[2]。缺点是每款软件都是从菜单功能讲起，然后进入某个模块，讲解某个简单实例后，进入下一个功能，讲述过程十分凌乱，学生学习过于碎片化，课堂教学后，所能记忆的信息有限，且都是碎片化的信息，不利于对软件整体的理解。虽然在每章结束后，学生可以通过上机对教师的讲述内容进行复习和强化，但是教学与上机的相隔时间过长，学生上机时对内容依然非常陌生。

2 传统教学的课时安排

2012年我系面向化学工程与技术硕士研究生开设了《化学软件基础》课程，共计32课时，共讲述办公软件（office），绘图软件（Chemoffice，AutoCAD，Origin，Photoshop和3Dmax），编程软件（Matlab），分子模拟软件（Gaussian）共计8款软件，平均每款软件讲授课时为4课时[2]。由于国内众多兄弟院校均在本科生阶段开设类似课程，因此2013年，我系将《化学软件基础》课程开设为三年级本科生的选修课程，讲述内容依然为上述8款软件，课时压缩为16课时。从目前课程的运行情况来看，本门课程主要面临两个主要问题：（1）讲述软件较多，讲述较为宽泛，平均每款软件只能讲述2个课时，教学效果较差，每款软件只能讲述最基础的内容。（2）讲述内容单调，目前的讲述内容均为如何使用软件，但学生对目前这些软件在科研与生产实际中有哪些使用实例并不清楚。后续学生每个软件4学时的上机课时并不能掌握课堂讲述内容。

3 课堂教学模式与课时改革

以32课时为例，在讲述内容方面，削减软件数量，共讲述ChemOffice，Photoshop，Origin，Matlab等4款软件。其中，Microsoft Office属于目前最流行的办公软件，大部分学生对于该软件的使用已经非常熟悉，因此可不列为教学内容。Chemoffice是Cambridgesoft公司的一款专门针对化学专业使用的软件包，其中ChemDraw，Chem3D，ChemFinder，ChemInfo是最常用的模块。Chemdraw的主要功能是用于绘制反应方程式和流程图，包含各种常用化学键、分子式等模板可供使用，是目前绘制方程式和流程图最常用的软件，并且可以根据所绘制的分子式生成该化合物的模拟核磁共振谱图，对于化学研究和工业生成有巨大的帮助。而Chem3D的最重要功能是可将所绘制的二维分子式转化为3D视图。ChemFinder是该软件的一个数据管理模块，可以用于检索化合物的结构，分子式等信息。ChemInfo是一个化学数据库，包含数十万种化合物的化学结构，分子式，物性常数等信息。因此，整个ChemOffice软件自身构成了一个庞大的化学系统，整合了大多数使用者所需的功能。

Origin是OriginLab公司推出的数据分析和绘图软件，现在的最高版本为2015版，它的主要功能包括：数据分析（排序、调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合），绘图，与编程。其特点是使用简单，采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作，全面支持鼠标右键、支持拖方式绘图等。目前绝大多数的科学期刊都要求使用Origin软件进行图形的绘制，它是目前在全世界被广泛使用，被公认为是最快、最灵活、使用最容易的工程绘图软件。具有强大的数据分析功能，包括线性回归，非线性拟合，插值，频谱分析，3D绘图等。因此也成为化学专业学生必须掌握的软件之一。

Matlab软件是目前数据分析领域功能完备、使用较为简单的数学与计算分析软件，可以用于化学领域中的数据计算、结果处理、微分方程的数值解析等方面，且可以与Origin软件进行编程。

因此，本专业的主要课时用于最基础的Chemoffice，Origin，Matlab这三款软件上，其中最复杂的Origin和Matlab两款软件的课时均为10课时，达到深入讲述这两款软件的目的。

化学软件的使用主要是用来解决科研与生产中的数据统计，示意图，反应方程式，总结报告等方面，因此，在教学模式上，改革以往课堂教学与上机教学分开的模式，要求学生必须携带笔记本电脑上课；改变碎片化教学从菜单和功能讲起的传统模式，以现代高水平科技论文中所使用的化学软件为实际例子，结合实验设计、绘图、数据分析等方面，全方位分析高水平科技论文中的软件使用技巧，绘图布局，数据分析以提高讲述效果，在课堂讲述时，要求学生必须通过个人的笔记本电脑模拟教师的操作，并完成全部绘图。

4 改革效果

目前上述改革已经实施一年，虽然总体上没有了单独的上机教学，从总课时量上减少了课时，但是教学效果避免了碎片化，学生至上课伊始就直接接触软件的使用，教学与学习效果有了极大的提高。

【参考文献】

[1]徐顺，张勇，赵晓洋，刘宏民.常用化学软件多媒体教学软件的开发研究[J].计算机与应用化学，2005，22（12）：1142-1145.

[2]窦立岩，汪丽梅.《高分子材料计算机应用基础》课程改革和探索[J].科技信息， 2011，（23）：454-455.

[3]卞希慧，代昭，赵世怀，纪妍妍.化学软件基础课程教学[J].科教导刊（上旬刊）， 2015，（5）：136-137.