新工科背景下《計算機在專業中的應用》課程教學改革實踐

周崇松，劉 卉，何篤貴， 鄧 斌

(湘南學院 化學生物與環境工程學院，湖南 郴州 423000)

新工科背景下《計算機在專業中的應用》課程教學改革實踐

周崇松，劉 卉，何篤貴， 鄧 斌*

(湘南學院化學生物與環境工程學院，湖南郴州423000)

為適應新工科專業人才培養的需要，從教學理念、教學內容、教學方法等方面對《計算機在專業中的應用》課程進行了教學改革實踐。改革踐行中強調工程需求的理念，新增更多類型的專業軟件，形成多學科交叉教學，并借助現代化教學方式、采用個性化教學方法，探索了新工科專業人才培養的內涵發展模式。

新工科；計算機應用；教學改革；人才培養

國家教育部門及眾多教育工作者強調新經濟快速發展迫切需要新型工科人才支撐。新工科以新經濟、新產業為背景[1]，以科技創新為核心，在新興領域實際應用中形成創新創業機制。新工科建設可通過設置和發展新興工科專業來完成，也可以通過傳統工科專業的改革創新進行拓展。

當前，國家推動創新驅動發展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”等重大戰略，以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展[1]，形成的共識是新工科主要集中在電子信息類、自動化類、計算機類(軟件工程、網絡工程、物聯網工程)、遙感科學與技術、環境生態工程等專業[2]。這些新工科專業具有的共同點是需要掌握和應用現代化技術，特別是計算機及其技術的應用尤其重要。我校在環境生態工程、制藥工程、應用化學、生物技術、藥學五個專業開設了《計算機在專業中的應用》，該課程不僅能培養學生使用計算機的能力，提升辦公自動化水平[3-6]，更重要的是開啟學生在計算機編程自動化、數據統計分析處理、數學建模虛擬仿真技術的學習之旅，并將這些技術充分應用到專業中。比如課程中關于Matlab軟件，可以進行矩陣運算、數值分析、信號處理、工程控制，廣泛應用于數值分析、工程與科學繪圖、控制系統的設計與仿真、數字圖像處理技術、數字信號處理技術、通訊系統設計與仿真、財務與金融工程、管理與調度優化計算(運籌學)，是新工科專業技能的基礎。

本文以《計算機在專業中的應用》教學改革實際，從教學理念、內容、方法的革新，探索地方本科院校新工科專業人才培養理念及發展規律，適應地方行業對工程人才的需求。

1 強化工程需求，轉變教學理念

對于計算機在專業中的應用課程，傳統的教學理念是讓學生會使用一些與專業相關的軟件，這是一種很好的以專業需求為導向的教學理念。在該理念下，文獻檢索、分子結構式編輯排版、Excel數據處理、Visio組織結構圖繪制等軟件教學成為了主流。

新工科專業人才需要適應新行業需求，解決實際工程問題，在人才培養過程中需要更多關注工程問題。在計算機應用教學中，筆者弱化了軟件使用的介紹，強化了SPSS統計分析、Matlab模型設計[7]、DCS編程自動化控制、Aspen化工過程模塊、Material Studio分子動力學模擬等數字模擬與仿真軟件的教學，為專業中工程問題的解決提供了良好的思路和方法。在教學中，逐漸形成了"以工程問題為導向、重點突出工程問題處理過程中軟件的應用"的教學理念。

2 以專業為基礎，拓展工程教學內容

自從我校開設《計算機在專業中的應用》課程以來，教學內容長期未變，分別是網絡資源與文獻檢索(1,2)、正交試驗設計、化學編輯排版、實驗數據的圖形化處理(1,2)、使用Visio繪制工程圖形、Matlab軟件數值計算。本課程教學內容改革主要集中在以下幾個方面。

2.1 軟件類型增加

課程教學過程中，學習的軟件類型從原來EndNote、Origin、ChemBioOffice、Matlab、Aspen、Visio等基礎軟件6大類擴大到12大類。主要新增了Gaussian量子化學軟件、Material Studio材料設計軟件、Risk system環境評價軟件、Discover藥物設計軟件、AutoCAD工程制圖軟件、SPSS統計分析軟件等類型。這些新增的軟件可充分拓展學生知識面和應用專業知識的能力。

2.2 向專業軟件教學轉變在Origin、Matlab等通用型軟件基礎上，拓展了更多適合各自專業的軟件。比如，適合應用化學專業的量子化學軟件、材料設計軟件；適合環境生態工程專業的環境評價軟件、環境工程制圖軟件；適合生物技術、藥學專業的藥物設計軟件；適合應用化學、制藥工程專業的Aspen Plus化工過程模擬軟件。此外，還充分發揮通用型軟件在專業中特殊應用。例如，采用Matlab軟件對復雜的化學反應速率常數進行模擬計算；采用Simulation模塊完成生態進化和生態相互影響關系的模擬。

2.3 向微觀軟件轉變

在化學化工類專業中，大多數教學都集中在宏觀中，一些應用軟件只需要部分宏觀參數，即可得出宏觀認識，比如Matlab計算化學反應速率，Aspen模擬化工過程。但很多化學反應機理、藥物作用機制、生物信息傳導、材料晶體結構等微觀信息需要更專業的軟件進行探索。新增了Gaussian、ChemBioOffice、Material Studio、Discover、Amber、Vasp、Lammps等微觀軟件的教學強化了學生從微觀角度思考物質結構與性質之間緊密聯系。

2.4 向多專業交叉轉變

在通用型軟件基礎上，增加了特殊專業行業軟件的教學，同時也考慮新增的軟件可以讓多個專業實現共享，從而形成多專業交叉。比如，Gaussian軟件適合于應用化學、生物技術、環境工程等多個工科專業；Material Studio適合生物技術、應用化學、材料工程、制藥工程等工科專業。

3 以案例為基礎，改革教學方法

課程教學改革實施了向實踐性、技能型、個性化、現代化等教學方式的轉變。

3.1 從理論教學向實踐教學轉變

《計算機在專業中的應用》課程原來共32學時，分為16學時理論課，在多媒體教室完成教學，16學時實踐課，在機房完成教學。由于計算機的應用非常注重實效性，單純理論教學印象不深，學生參與力度小，動手能力不足，從而學生積極性不高。為了更適應學生的需求，提升學生實踐應用能力，將課程教學全部改在機房進行，根據軟件的特點合理調整講授和演示時間、學生練習和作業時間，極大地提高了學生的學習興趣，對提升新工科專業學生的實踐能力具有積極作用。

3.2 從知識性教學向技能型教學轉變

在機房授課過程中，弱化軟件原理、數據處理原理等知識性內容，重點以案例為主線、以軟件程序為進度，引申使用方法和技巧，拓展處理過程。例如，在Matlab軟件教學中，以完成一個復雜化學反應的總反應速率為主線，引申Matlab的語法、微分方程求解、結果數據作圖等內容，并讓學生模范案例完成練習和作業。

3.3 從大眾化教學向個性化教學轉變

根據專業的不同，教學內容上已經進行適當調整。對于同一個專業，課程教學的目的和要求是相同，由于計算機可復制性很強，部分學生會直接克隆作業，因此這種大眾化教學需要個性化教學方式。課程改革中要求學生每一個人的作業均不相同，比如在正交設計教學中，每一個學生的正交試驗指標數值都不相同，與自己的學號緊密練習起來，從而避免克隆現象，達到個性化教學的目的。

3.4 從傳統教學手段向現代化教學轉變

課程教學涉及很多種軟件，學生提交作業也非常多，傳統方式是采用設立公共郵箱、網盤等進行共享，這限制了更多音頻、影視的共享，也制約了信息的及時共享。課程改革中，一是充分利用世界大學城進行了網絡空間教學方法，二是上課期間充分利用微信群進行軟件使用技巧分享、提問和答疑等環節。現代化教學手段的輔助顯著提高了學生的積極性和課堂活躍性。

4 結語

多個專業同時開設《計算機在專業中的應用》課程，為了應對不同專業的需求，特別是新工科專業的需求，課程改革必然向著多專業多學科交叉發展的模式進行，教學過程中需要融入更多專業知識背景，且需要豐富的工程實踐經驗。這些對任課教師提出了新的要求。因此，教師在教學、科研之余，還需要更多地參加培訓和企業實踐，提升新工科專業教學水平。

[1] 吳愛華,侯永峰,楊秋波,等. 加快發展和建設新工科,主動適應和引領新經濟[J]. 高等工程教育研究,2017(01):1-9.

[2] 汪 洋. 何謂“新工科”？[EB/OL].(2017-2-19). http://blog.sciencenet.cn/blog-2903646-1034565.html.

[3] 呂利平,李 航,時建偉,等. 基于培養應用型化工人才的《計算機在化工中的應用》課程教學改革研究與探索[J]. 化學工程與裝備,2015(08):296-298.

[4] 彭 琳,詹世景,喬偉艷. 《計算機在化學化工中的應用》課程的構建和教學探索[J].廣東化工,2014,(22):163，170.

[5] 牛永平,張軍凱,汪小偉. 《計算機在化學化工中的應用》課程的教學改革與探索[J].廣州化工,2014(15):270-271.

[6] 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(03):27-29.

[7] 丁 濤,顧妍平,王淑英,等. 基于Matlab軟件的突發事故水質解析模型與應用[J]. 安全與環境學報,2012(01):111-113.

(本文文獻格式：周崇松，劉卉，何篤貴，等.新工科背景下《計算機在專業中的應用》課程教學改革實踐[J].山東化工，2017，46(16)：180,187.)

The Course Teaching Reform of the Application of Computer in Professions Based on New Engineering Education

Zhou Chongsong，Liu Hui，He Dugui，Deng Bin*

(College of Chemistry&Biology and Environmental Engineering, Xiangnan University, Chenzhou 423000 ,China)

In order to adapt to the needs of new engineering education, the curriculum teaching reform of computer application in professions have been performed from teaching philosophy, teaching content and teaching method. It was explored the connotative development of new engineering professional talent training mode through stressing in the concept of engineering requirements, adding more types of professional software, employing the multidisciplinary cross teaching, using modern teaching methods, and adopting individualized teaching methods.

new engineering education; computer application; teaching reform; talent cultivation

G642.0

：A

：1008-021X(2017)16-0180-01

2017-05-18

湘南學院校級科研項目(編號2014XJ51)

周崇松(1978—)，湖南郴州人，博士，主要從事理論與計算化學研究；通信作者：鄧 斌(1972—)，教授，主要從事納米材料科學研究。