化學軟件基礎課程教學

卞希慧　代昭　趙世懷　紀妍妍

摘 要 掌握基本的化學軟件已成為化學化工以及相關專業的學生必備的技能，本文簡要闡述了開設化學軟件基礎課程的重要性，并對課程的開設宗旨，開設時間，講授方式，講授內容以及考察方式進行了探討。

關鍵詞 化學軟件基礎 教學探討 化學化工專業

中圖分類號：G424文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.05.066

Discussion on Chemical Software Foundation Teaching

BIAN Xihui， DAI Zhao， ZHAO Shihuai， JI Yanyan

（School of Environmental and Chemical Engineering， Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387）

Abstract Master the basic chemistry software has become Chemical Engineering and related professional students the necessary skills， the paper briefly describes the importance of the creation of "chemical software foundation" courses and programs aim to open， open time， teaching methods， teaching content and study methods were discussed.

Key words chemical software foundation; teaching discussion; chemistry and chemical professional

計算機技術高速迅猛地發展，已廣泛應用到各行各業。在化學化工以及相關領域，一方面，目前開發了大量用于化學化工領域中的專業軟件，使得化學教學、科技論文寫作等更為便利。另一方面，海量化學數據的出現、化學反應或作用機理的微觀性、高水平論文對圖文質量的要求、化學化工管理過程的自動化等，要求高校化學化工以及相關專業的大學生不論是將來繼續深造，還是走向工作崗位，都必須掌握一些基本的化學軟件。①化學軟件是化學化工以及相關專業人員利用計算機解決化學化工問題的基本工具。本文就化學軟件基礎課程的開設宗旨，開設時間，講授內容，講授方式以及考察方式進行初步的探討。

1 化學軟件基礎課程開設宗旨

如今計算機發展突飛猛進，各式各樣的化學軟件不斷涌現，在有限的課堂時間內講述完所有化學軟件是不可能的。并且，化學軟件總是不斷往前發展變化，而課堂上教授的只能是已有的軟件。所以，大學課堂不僅要教給學生知識，更重要的要教會學生解決問題的能力。因此，課程開設的宗旨有三點。第一：培養學生利用計算機技術來寫作、報告、畫圖、編程及模擬的能力。第二：培養學生遇到問題時懂得利用相關化學軟件達到理想效果的能力。第三：培養學生先做后學，邊做邊學的自學能力。

2 化學軟件基礎課程開設時間

目前化學類大學生的課程體系基本是大一學高等數學、大學英語、大學物理、計算機基礎等基礎課程。大二開學無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等基礎化學課程，大三學專業化學課程，大四實習和畢業設計階段。而化學軟件基礎是以數學、計算機和化學作為基礎的課程，而畢業論文設計恰好可以綜合運動所學的軟件知識。因此，在大學生基本學完主要化學課程、畢業設計開始前的大三下學期開設化學軟件基礎課程尤為合適。學生掌握了化學人員常用的計算機軟件，可以為畢業論文、后續的工作或繼續深造研究打下良好的基礎。

3 化學軟件基礎課程講授內容

3.1 科技論文撰寫及相關軟件介紹

科技論文包括期刊上發表的學術論文以及學位論文等，科技論文的寫作是大學生畢業時應具備的基本技能。隨著計算機的普及，很多出版機構都要求作者按照一定的版面以及格式編輯排版后直接發送電子版到出版機構。不同的期刊、雜志以及會議論文對所接受的投稿都會提出明確的格式要求。各高等學校、研究院所也對本科生、研究生的學位論文做出了嚴格的格式規定。因此，本部分將以應用最廣泛的文字處理器Microsoft Word為工具，講解與科技論文寫作密切相關的編輯排版中的基本操作、英文字符操作、表格的制作和圖的制作及圖文混排等內容。同時，將比較Microsoft、WPS、永中、紅旗等辦公軟件下的文字處理工具。

3.2 多媒體演示及相關軟件介紹

不論畢業論文答辯還是工作匯報，都需要采用多媒體手段演示。本部分將以最常用的Microsoft PPT軟件為主，講述如何做好多媒體演示。首先結合實例介紹PPT的一些制作技巧，包括幻燈片母版設計、模版修改、圖片制作以及動畫設置。然后從內容安排、模版選擇、色彩搭配、字體字號、圖形構思、演講者形象等角度講如何做好PPT。除了PPT外，目前還有繪聲繪影、iebook等很多優秀的圖、文、聲并茂的演示軟件，鼓勵學生掌握1種PPT外的演示軟件，能達到與眾不同的演示效果。

3.3 繪圖及相關軟件介紹

化學化工經常遇到各種圖形的繪制，比如分子結構演示、實驗裝置繪制、實驗數據作圖、化工設計、科技論文寫作等。圖形繪制是本課程的重點內容，除了講解每款軟件的基本操作外，重在教會學生使用這些軟件。課前讓學生安裝好軟件，課堂上學生即學即練。本部分著重介紹線形圖、平面圖和立體圖的五款繪圖軟件。第一款軟件是線性繪圖軟件Origin，教會學生使用該軟件工作表、繪圖以及數據擬合功能，其中圖形包括單線圖、多線圖、多子圖、母子圖、雙坐標圖的制作。第二款是化學繪圖軟件ChemOffice，該軟件由化學結構繪圖ChemDraw、分子模擬分析繪圖Chem3D以及化學信息搜索ChemFinder三大模塊組成。著重給學生介紹繪制化學結構的ChemDraw，教會學生使用該工具繪制化學結構式、化學反應式、生物分子、簡單的化學反應設備等功能。第三款是化工繪圖軟件AutoCAD，教會學生使用該軟件繪制化工工藝圖、設備布置圖、管道布置圖、化工審圖等。第四款是平面圖形處理軟件Photoshop，著重介紹該軟件特有的圖層、通道和蒙版功能，能使用該軟件繪制圖形、美化圖形。第五款是立體繪圖軟件3dsMax，該軟件主要進行三維動畫渲染和制作，功能十分強大，受于時間限制，課上主要介紹如何使用該軟件繪制科技論文中形象生動的三維示意圖。

3.4 編程及相關軟件介紹

化學是一門經常與數據打交道的學科，離不開方程的求解、數據的分析等，②因此有必要讓學生掌握一門編程語言以解決復雜的化學問題。Matlab編程語言因其能功強大、簡單易學、編程效率高而廣泛應用于工程計算及數值分析領域。課程從Matlab軟件簡介、Matlab矩陣數學運算、Matlab圖形繪制、Matlab符號運算、Matlab程序設計、可視化界面編寫以及Matlab在化學化工領域中的應用實例七個方面來介紹Matlab編程軟件。同時簡要介紹一下C語言、R語言等編程語言在化學化工領域的應用。

3.5 分子模擬及相關軟件介紹

分子模擬是指利用理論方法與計算技術，模擬或仿真分子運動的微觀行為，已廣泛應用于物理、化學、生物、材料等領域。③分子模擬方法有量子力學、分子力學與分子動力學等手段。本部分將簡要這三種方法的基本原理，研究內容，研究過程，應用范圍;介紹兩款分子模擬軟件：量化模擬軟件Gaussian以及分子動力學模擬軟件NAMD，并演示如何使用這兩款軟件進行簡單的模擬過程。

4 化學軟件基礎課程講授方式

課程將采取模塊化的教學方式，以功能而不是具體的軟件作為模塊。在模塊介紹前，先給出一些豐富的應用實例，使學生對其產生濃厚的學習興趣。具體介紹每個模塊時，先總體介紹該模塊的相關知識以及實現該模塊功能的相關軟件，再從中挑選出一款最為廣泛使用的軟件進行詳細講解。講解具體軟件時，采用PPT和軟件現場演示有機結合的方式。針對每款軟件介紹的知識點穿插2-4個課堂練習，加深學生的學習印象。

在課堂講授過程中首先不斷給學生強化一種觀點，即要實現某一功能，會有很多解決辦法。比如，要作一個圖，PPT、origin、photoshop、3Dmax都可以實現該功能。如果不會3Dmax沒關系，熟練使用PPT依然可以畫出完美的圖來。其次，在講授中不斷灌輸學生自學以及先做后學、邊做邊學的能力。遇到老師沒講過的軟件，先把軟件下載、安裝并打開，試著操作，某個功能不會，可以通過谷歌、百度、請教老師或同學解決。如果軟件不先安裝上，只能紙上談兵，無法真正學會軟件的使用。

5 化學軟件基礎課程考察方式

化學軟件基礎是一門注重實際應用的課程，關鍵是掌握如何利用所學軟件解決問題的能力。因此，不采取考試形式，而是采取課堂實踐、小作業加大作業的形式進行考察。

課程的第一個考察方式是課堂實踐，把最后兩堂課留給學生，讓學生走上講臺介紹一款老師未講到的化學軟件（或者某個化學軟件的某個功能）。一方面化學軟件的豐富性以及老師知識的有限性，靠有限的課堂時間難以講解全面所有的化學軟件。另一方面，三人行，必有我師，現在的學生從小就接觸計算機，不乏計算機強手。由學生來介紹新的化學軟件，學生必然會經歷一個自學并展示的過程，可以促進學習的積極主動性，提高學生的自學能力，鍛煉演講口才。教師通過觀察學生講解效果，可以吸取借鑒學生的優點，對自己后續講課內容，講課方式不斷進行改進。

課程的第二個考察方式是每堂課后布置的小作業。雖然每款軟件課堂上會教學生練習2～4個例子，但是畢竟不是由學生自己獨立完成的。為了鞏固學生課堂所學軟件操作要點，每款軟件講完后，布置1道練習題，督促學生安裝軟件并進行練習。針對學生上交作業的情況，再對軟件的內容進行補充。

課程的第三個考察方式是課程結束后的大作業。針對課堂講解的模塊，每個模塊出1道大題。每道題只給出問題，而不指定用什么軟件來做。綜合考察學生化學軟件的學習情況，以及分析問題、解決問題的能力。

基金項目：天津工業大學“師生合作”教學資源建設（2013-SZH-008）和教育教學改革研究（2013-2-09）經費資助項目

注釋

① 黃允中.“計算機在化學中的應用”課程建設的思考與實踐[J].中國理科教育，2007.1：28-31.

② 劉清芝，楊愛萍，楊登峰.計算機在化學中的應用課程教學探討[J].大學化學，2011.26（3）：27-29.

③ 陳敏伯.計算化學——從理論化學到分子模擬.北京：科學工業出版社，2009.