《計算機在化學中的應用》的教學和考核模式初探

　　摘 要： 本文介紹了在本科專業中開設《計算機在化學中的應用》的主要內容和對課程考核模式的探索，對適合應用化學專業的《計算機在化學中的應用》的授課內容和考核方法進行了探索。
　　關鍵詞： 《計算機在化學中的應用》 教學內容 考核模式
　　《計算機在化學中的應用》是化學類各專業培養學生專業技能的基本課程之一，是目前化學類專業的必選課程。該課程以前主要以講授數值計算和編程為主[1]，隨著現代各種優秀化學軟件的出現，其課程內容也進行了全面的調整。對于本科階段的計算機應用課程，其授課內容應著重體現在計算機技術在化學化工各領域的具體應用上，諸如實驗數據的科學處理和圖形化，計算機圖譜檢索和結構解析，化學結構的圖形化描述，以及化學化工資源的計算機檢索，等等。隨著越來越多的高校化學系開設本課程，其課程體系和授課模式也已基本建立[2]，并在教學實踐中不斷完善。但是，由于針對本科生的《計算機在化學中的應用》主要是介紹計算機軟件在化學中的具體用法，其課程性質類似于計算機操作類課程，同時又要求與化學學科的專業知識相結合，因此，在考核形式上，本課程既不能完全應用計算機操作類課程的上機操作考核，又不能應用一般化學類選修課程的閉卷考試或者課程論文，必須建立起一套適合本課程特征的考核模式。
　　一、本校應用化學專業開設《計算機在化學中的應用》課程的基本情況
　　安徽農業大學應用化學系從2005年開設應用化學本科專業以來就一直把《計算機在化學中的應用》作為本專業學生的專業必選課程，經過從05級到09級學生共5屆的教學實踐，目前已經形成了比較完備的教學體系。考慮到應用化學專業學生的實際需要，我們將課程分為“化學編輯軟件軟件”和“數據處理軟件”兩大模塊[3]。
　　1.“化學編輯軟件”模塊的主要內容
　　主要介紹ChemWindow6.0、ChemSketch10.0、ISIS/Draw2.5和Chemoffice中的Chemdraw11.0等化學結構式繪制軟件。ChemWmdow6.0可對化學物質結構式、化學反應機理和實驗儀器裝置圖進行形象的繪制，并且附帶有化工設備圖庫、玻璃儀器圖庫及化學物質結構式圖庫，是化學繪圖不可多得的有力工具。ChemSketch10.0是加拿大高級化學發展有限公司（ACD）設計的用于化學畫圖用的軟件包，分為結構模式和畫圖模式兩種界面，除具備化學繪圖功能外，還能對分子結構式進行二維和三維優化，按系統命名法命名，以及計算分子各種性質等。ISIS/Draw也是一款二維化學結構繪制的著名軟件，能描繪具有出版品質的二維分子結構圖形，并且免費提供。Chemoffice是美國CambridgeSoft公司為化學工作者和工程師開發的提供高質量分子結構的網絡應用軟件，Chemdraw是其中的一個組件。目前，ChemDraw是世界上最受歡迎、最有應用價值的化學繪圖工具。ChemDraw最新版本所涉及的范圍包括化學作圖、分子模型生成、化學數據庫信息管理等，并附有在線菜單和多頁文件演示，增加了ChemNMR、光譜化學工具等功能。ChemDraw可編輯與化學有關的一切圖形。例如，建立和編輯各類分子式、方程式、結構式、立體圖形、對稱圖形、軌道等，并能對圖形進行翻轉、旋轉、縮放、存儲、復制、粘貼等多種操作。
　　上述四款化學繪圖軟件是我們介紹化學應用軟件的重點，通過這些化學繪圖軟件的介紹，能讓學生基本掌握二維化學結構式的繪制。
　　2“數據處理軟件”模塊的主要內容
　　主要介紹MicrosoftExcel和Origin8.0。Excel是常見也是最簡單的科學數據計算、分析和統計軟件，其分析數據庫中的描述統計工具，回歸分析工具，以及假設檢驗工具和功能強大的圖表工具為化學實驗數據的處理帶來極大的方便。Origin8.0為功能強大的數據分析和工程繪圖軟件，具有外推和內插、微分和積分、快速Fourier變換等多種數學工具，對數據可做線性回歸分析、多項式及多重回歸分析、最小二乘法非線形擬合等。
　　上述授課內容大部分需要上機操作，因此教學模式也做了適當調整，對每一款軟件的介紹都在多媒體教室進行，但每介紹一款軟件的用法后即安排一次上機課，從而既保證學生適時的上機操作訓練，又避免長時間在機房上課效率不高的問題出現。
　　二、《計算機在化學中的應用》課程的主要考核方式及不足
　　目前很多在本科生中開設了《計算機在化學中的應用》課程的院校在考核形式上不一而足，從上述本課程的主要內容來看，教學的重點應該在化學類的計算機軟件的操作上，其目的主要是為了讓學生掌握一定的計算機應用能力，因此其考核方式主要有如下幾種。
　　1.開卷筆試+課程論文的形式
　　經筆者調查了解到，有部分開設了本課程的院校在考核形式上采用了這種方式，其筆試的內容主要涉及化學類軟件的基本操作步驟和計算機文獻檢索的具體方法上。而課程論文主要是針對計算機在化學化工中的應用做相應的綜述。這種考核方法不能真實地反映學生對化學類軟件的掌握程度，很多時候學生只能機械地記住一些基本的操作步驟，而與計算機軟件應用的靈活性背道而馳，在遇到實際問題時，學生往往無所適從。
　　2.上機操作考試的形式
　　上機操作考試是目前該類課程考核的主要形式，雖然機試能比較客觀地評價學生對計算機操作的掌握程度，但機試試題庫的設立會受到一些客觀條件的限制。首先，機試試題庫的建立要求出題人有一定的計算機編程基礎，這對大部分化學專業的教師來講是一個不小的難題，即使部分學校的任課教師在計算機專業人員的協助下建立了本課程的機試試題庫，也會由于試題不能及時更新重復使用而使考試流于形式。其次，《計算機在化學中的應用》課程并不是單純地教授學生計算機的使用，而是要教會學生利用特定的計算機技術來解決化學化工中的具體問題，因此，與化學專業知識的結合是必不可少的。而機試過程由于受到測試時間的限制，不可能設計很多化學問題的模型來供學生解決。
　　三、我們的實踐
　　為了更準確地評價學生對本課程授課內容的掌握程度，我們對課程的考核形式進行了一些有益的探索，從2005級應用化學專業開始，我們就采用了開卷機試和課程實踐相結合的考核方式。具體做法如下。
　　1.開卷機試
　　按照筆試的格式出好Word版的電子試卷，試卷題型主要是選取化學化工中的實際問題，比如在化學繪圖軟件的考查中，我們會指定某一版本的《有機化學》教材，讓學生在書中任選一個結構式，用規定的化學繪圖軟件繪出，并寫出簡單的步驟，為避免學生抄襲，我們要求每個學生選取的結構式不能相同。對于數據處理軟件的考核，我們利用學生專業實驗所獲得的數據，如物理化學實驗或分析化學實驗，要求學生把自己做過的某一個實驗的數據再用數據處理軟件計算一遍，上報數據處理的結果或圖形，作為數據處理軟件的考核。上述考試內容涉及面較廣，在一個固定的考試時間內很難完成，因此我們通過E-mail將試卷下發，要求學生在規定的時間內完成并上交。所有的題目在給出結果的同時，要求寫出簡單的操作步驟。
　　2.課程實踐
　　在平時上課過程中，我們也適當地結合專業課程的特點，要求學生及時地應用化學化工軟件來解決專業問題，比如實驗數據的處理，我們和分析實驗課的老師共同融合，對分析實驗課中的某一個實驗的數據用數據處理軟件來處理，得到的結果打印出來直接貼在分析實驗報告中，這樣既完成了分析實驗報告，又測試了學生的數據處理軟件的掌握程度，同時也幫助學生熟悉用計算機來解決化學中的具體問題。除此之外，我們還在其他的授課環節中設置相應的實踐考查環節。
　　四、經驗總結
　　通過對5屆應化專業學生的實踐，我們對《計算機在化學中的應用》的基本授課內容進行了確定，同時建立了適合本專業學生特點的考核模式，其結果從目前來看能比較真實地評價學生的水平，得到了學生和相關專家的肯定，但也存在一些問題。首先，計算機軟件的不斷更新使得我們的授課內容也要適時地作出調整，這對教學和考試素材的準備提出了相應的要求。其次，教材建設的落后使得教學效果大打折扣，從05級開始，我們利用自編講義進行講授，但講義的更新總是跟不上軟件的變化，而已出版教材的內容和我們的授課內容又有很大差別。最后，開卷機試的考核形式還有賴于學生的自覺性，雖然在試題的設計上我們已經考慮到了這點，但在某些試題上的抄襲仍然不可避免，有待于進一步完善。
　　參考文獻：
　　[1]羅華軍.《計算機在化學中的應用》課程改革和探索[J].甘肅聯合大學學報（自然科學版），2005，19（1）：80-81.
　　[2]黃允中.“計算機在化學中的應用”課程建設的思考和實踐[J].高等理科教育，2007，71（1）：28-31.
　　[3]楊曉慧.計算機在化學中的應用[J].長春大學學報.2011，21（2）：44-47.
　　基金項目：安徽省省級精品課程（大學化學（含實驗），2009年），安徽大學211工程三期教學質量經費（01010004）和安徽農業大學校級教研項目資