《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》課程的教學(xué)探討

王麗 唐鴻鵠 劉若華 楊越 金嬌

摘? 要：《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》是高等學(xué)院礦物加工專業(yè)本科生培養(yǎng)的專業(yè)選修課程。根據(jù)該課程的特點(diǎn)，我們從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法等方面進(jìn)行優(yōu)化與探索。發(fā)現(xiàn)，該課程教學(xué)優(yōu)化改革對于學(xué)生能力的提高有顯著成效，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且加強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)解決學(xué)習(xí)、科研和工作中面臨的各種問題的能力。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)? 礦物加工? 教學(xué)探討

近年來，隨著計算機(jī)軟和信息技術(shù)的高速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)在礦物加工學(xué)科的科研、教學(xué)、學(xué)習(xí)中起到不可替代的重要作用。利用計算機(jī)可以進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理、浮選藥劑設(shè)計、分子動力學(xué)模擬、量子化學(xué)計算、圖形處理等方面的工作。

《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》是中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)選修課，主要培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)方法解決科研中實(shí)際問題的技能，因此受到本科生的普遍歡迎。該課程綜合程度高，涉及到的專業(yè)知識及軟件操作較多，如文獻(xiàn)檢索與管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理、圖形與圖像處理，分子動力學(xué)模擬、量子化學(xué)計算等方面，需要結(jié)合礦物加工專業(yè)知識進(jìn)行講解，在講解計算機(jī)應(yīng)用的過程中，可以進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)知識的認(rèn)識，學(xué)生在以后不管工作或研究生階段都非常有用。

1? 課程目標(biāo)

《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》為礦物加工專業(yè)大三、大四本科學(xué)生在具備了一定的計算機(jī)及礦物加工專業(yè)基礎(chǔ)上開設(shè)的課程。該課程是以礦物加工工程專業(yè)常用的軟件為課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)習(xí)和實(shí)踐軟件的應(yīng)用，并用其解決實(shí)際問題。因此，《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》課程是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，為學(xué)生的全面發(fā)展所必不可少的課程。該課程的教學(xué)目標(biāo)包括提高學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)搜索引擎進(jìn)行文獻(xiàn)檢索的能力、提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和專業(yè)圖形圖像繪制能力、提高學(xué)生運(yùn)用計算機(jī)的能力。

2? 教學(xué)設(shè)置優(yōu)化

《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》課程設(shè)置為32個學(xué)時，主要包括理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐兩個部分。其中，理論教學(xué)共20個學(xué)時（包括計算機(jī)的發(fā)展史2;文獻(xiàn)檢索及文獻(xiàn)管理軟件4;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及軟件6;畫圖軟件的理論學(xué)習(xí)6;計算化學(xué)理論學(xué)習(xí)2），上機(jī)實(shí)踐共12個學(xué)時（包括文獻(xiàn)檢索及文獻(xiàn)管理軟件2;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及軟件6;畫圖軟件的理論學(xué)習(xí)4）。

3? 課程內(nèi)容

計算機(jī)在礦物加工的應(yīng)用是通過對必備工具軟件的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐來提高學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)水平的一門課程。計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用主要介紹與礦物加工專業(yè)相關(guān)的軟件，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)軟件解決科研問題的能力。其中主要應(yīng)用的軟件有Endnote、Jade、Origin、ChemDraw、Visio、Matlab等。

（1）文獻(xiàn)檢索與管理軟件。

對于礦物加工文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫的檢索主要是采用中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（中國知網(wǎng)）、萬方數(shù)據(jù)庫、維普數(shù)據(jù)庫、科學(xué)英文索引（SCI）、工程索引（EI）、Elsevier數(shù)據(jù)庫、Wiley InterScience數(shù)據(jù)庫等。

對于文獻(xiàn)管理軟件，主要包括EndNote、Mendeley、ReferenceManager、NoteExpress、Zotero等，其中EndNote是常用的文獻(xiàn)檢索及管理軟件。EndNote是Thomson Reuters公司開發(fā)的文獻(xiàn)管理、分析和使用的計算機(jī)軟件，可以將不同來源的文獻(xiàn)信息資料下載到個人計算機(jī)，建立本地數(shù)據(jù)庫，能自動識別文獻(xiàn)的作者、來源、發(fā)表時間、摘要、關(guān)鍵字等，另外，可以設(shè)置參考文獻(xiàn)的引用格式，與Word對接，是寫英文論文的最佳輔助工具， 極大地提升工作效率。該課程主要介紹了各個數(shù)據(jù)庫下文獻(xiàn)檢索的具體方法及文獻(xiàn)管理軟件EndNote的使用方法。

（2）數(shù)據(jù)分析與繪制。

數(shù)據(jù)處理貫穿于礦物加工過程中的各個環(huán)節(jié)。理論方面主要介紹數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)知識及在礦物加工中的應(yīng)用舉例。計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力可整合礦物加工相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理畫圖，進(jìn)而進(jìn)行曲線擬合、分析等，使得浮選指標(biāo)一目了然，同時也便于分析作用機(jī)制。Origin軟件是由originlab公司開發(fā)的，功能強(qiáng)大，簡單易學(xué)，最主要的兩大功能是圖表繪制和數(shù)據(jù)分析。在礦物加工專業(yè)，Origin軟件也是最常用的畫圖軟件，例如浮選指標(biāo)曲線、X射線衍射圖譜、紅外光譜圖譜、X射線光電子能譜、曲線擬合等都可以通過Origin軟件繪制及操作。所以對這個軟件的學(xué)習(xí)非常關(guān)鍵，也是該課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。

（3）藥劑分子結(jié)構(gòu)式繪圖軟件及浮選流程圖繪圖軟件。

礦物加工浮選藥劑一般是常用的化學(xué)試劑，所以科研工作者時常要完成化學(xué)結(jié)構(gòu)式的繪制，此時需要專業(yè)的繪圖軟件幫忙。在這方面，和一般化學(xué)所需的繪圖軟件是一致的，主要有ChemDraw、ChemWindow和Chem3D。其中ChemDraw是目前國際上最流行的化學(xué)結(jié)構(gòu)式繪圖軟件，為科研工作者提供一套完整易用的繪圖解決方案，其功能包括繪制化學(xué)結(jié)構(gòu)及反應(yīng)式，以預(yù)測化合物屬性、光譜數(shù)據(jù)、IUPAC命名與計算反應(yīng)計量等。可以和許多第三方產(chǎn)品兼容，使用簡便、輸出質(zhì)量高，結(jié)合了強(qiáng)大的化學(xué)智能技術(shù)，已經(jīng)成為了各種論文、出版物等繪制化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式的標(biāo)準(zhǔn)。對于ChemDraw，主要學(xué)習(xí)了以下常用結(jié)構(gòu)的繪制：①化學(xué)反應(yīng)方程式;②浮選藥劑結(jié)構(gòu);③實(shí)驗(yàn)所用的儀器、設(shè)備、工具。

（4）量子化學(xué)計算和分子動力學(xué)模擬。

在礦物加工領(lǐng)域，量子化學(xué)計算和分子動力學(xué)模擬已經(jīng)成為研究浮選過程中藥劑與礦物作用機(jī)理、輔助藥劑分子設(shè)計的重要手段，可以在分子或原子尺度上明確物質(zhì)構(gòu)效關(guān)系。該課程中對量子化學(xué)計算和分子動力學(xué)模擬進(jìn)行簡單介紹，包括從頭算法、密度泛函理論、基組基礎(chǔ)知識、力場以及Gaussian軟件、Materials Studio和可視化GView軟件的簡介與使用方法。

4? 教學(xué)方法

在這門課程的教學(xué)實(shí)踐中，主要采用理論教學(xué)和上機(jī)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法。對于理論教學(xué)，主要是通過教學(xué)大綱、多媒體課件及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等資源，為了提高學(xué)生在課堂上的興趣及專注力，有時也會采取課堂分組討論的方式授課，由分組課代表發(fā)言，方便教師及時掌握學(xué)生對所學(xué)知識的領(lǐng)悟程度。對于上機(jī)教學(xué)，首先通過教師演示理論課上所講的利用所學(xué)軟件解決礦物加工實(shí)際問題的方法與過程，再由學(xué)生自己上機(jī)練習(xí)。通過上機(jī)練習(xí)，進(jìn)一步鞏固理論知識，同時通過實(shí)踐找出自己在學(xué)習(xí)過程中存在的問題。

5? 結(jié)語

礦物加工專業(yè)學(xué)生在大三時就陸陸續(xù)續(xù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計，通過《計算機(jī)在礦物加工中的應(yīng)用》課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)，同學(xué)們普遍反映該課程實(shí)用性非常強(qiáng)，加強(qiáng)了學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)解決學(xué)習(xí)、科研和工作中面臨的各種問題的能力。

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