[摘要]本文針對在化工專業(yè)如何開展計算機(jī)教育問題，闡述了計算機(jī)知識對化工專業(yè)的重要性，提出了化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的基本計算機(jī)知識，并對化工專業(yè)《計算機(jī)基礎(chǔ)知識》的課程改革提出了一些建議。

[關(guān)鍵詞]高等教育 化工專業(yè) 計算機(jī)基礎(chǔ)知識 教學(xué)改革

化工專業(yè)是我國設(shè)置較早、分布較廣的“老專業(yè)”，現(xiàn)已在遍布全國的近百所高校招生。而計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)使化工行業(yè)得到了前所未有的大發(fā)展，計算機(jī)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用，大大縮短了化工產(chǎn)品的研究、開發(fā)和設(shè)計周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力。因此，培養(yǎng)適合當(dāng)今社會發(fā)展的、具有計算機(jī)應(yīng)用能力的化工人才是各高?；I(yè)的主要目標(biāo)之一。

雖然，各大高校在本科新生中都開設(shè)了《計算機(jī)基礎(chǔ)知識》這門課，但這種大而泛的課程并不一定完全適合專業(yè)人才的培養(yǎng)。如以化工專業(yè)為例，化工專業(yè)的學(xué)生除了掌握一些基本的計算機(jī)操作知識以外，還需要掌握一些和化工專業(yè)有關(guān)的計算機(jī)工具，如能夠利用計算機(jī)處理實驗數(shù)據(jù)，用計算機(jī)處理化學(xué)反應(yīng)方程式及結(jié)構(gòu)式，利用現(xiàn)有的軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算、計算機(jī)控制、設(shè)計，等等。因此，本文將根據(jù)化工專業(yè)的特點，對如何在化工專業(yè)開展計算機(jī)教育進(jìn)行初步的探討。

一、計算機(jī)在化工專業(yè)中的重要性

計算機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今社會一個常用的必不可少的工具，尤其對于理工科學(xué)生來說，計算機(jī)更是其未來工作當(dāng)中的主要工具。在化學(xué)工程領(lǐng)域內(nèi)，計算機(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，諸如設(shè)計、分析、控制、操作及研究等。并隨著科技的進(jìn)步，計算機(jī)在化工上的應(yīng)用將日益增多。如在化工中最常見的制圖為例，在計算機(jī)普及之前，都是用手工繪制復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)圖、試驗裝置圖和化工工藝流程圖等，既費時又費力，常常占用工作人員大量的時間和精力。而隨著計算機(jī)的普及，這些工作已經(jīng)完全依靠計算機(jī)來完成，如在繪制分子結(jié)構(gòu)圖方面常用的化學(xué)軟件有Chewwindow、CS ChewDraw、CS Chew3D、ChemSketch等。而化工工程人員和研究人員則利用更為專業(yè)的AutoCAD來繪制大型的試驗裝置圖和化工工藝流程圖等。利用計算機(jī)來繪制圖形不但省時省力，而且易于保存和傳閱。因此，化工專業(yè)的大學(xué)生在大學(xué)期間就應(yīng)該掌握這些和化工有關(guān)的專業(yè)計算機(jī)知識，并隨著新的軟件和技術(shù)的出現(xiàn)，不斷更新現(xiàn)有的知識，才能真正適應(yīng)社會的需要。

二、化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的基本計算機(jī)知識

計算機(jī)在各行各業(yè)都得到了快速的發(fā)展，各種軟件也層出不窮，要想在大學(xué)期間學(xué)會所有的計算機(jī)方面的知識也不大現(xiàn)實，因此，如何選擇和化工相關(guān)的計算機(jī)知識，并能真正運用到今后的工作當(dāng)中，這也是化工專業(yè)大學(xué)生面臨的一個重要問題。根據(jù)目前計算機(jī)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢，本文提出如下一些化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的基本計算機(jī)知識和技能：

1.計算機(jī)基本知識

主要包括學(xué)習(xí)計算機(jī)基本知識和基本操作技能，這也是所有非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生都應(yīng)該掌握的知識。如了解計算機(jī)的基本工作原理；能夠靈活地使用Windows操作系統(tǒng)；能熟練掌握辦公自動化系列軟件(如Word文字處理、Excel電子表格設(shè)計軟件和Powerpoint幻燈片制作軟件的使用方法，等等)；了解掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本知識和Internet的信息服務(wù)，熟練應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)上交流、信息檢索。此外，化工類專業(yè)學(xué)生還應(yīng)具備一定的編程能力，學(xué)習(xí)一些常用的編程軟件，如VC++和VB等。這些基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，也是為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)較為專業(yè)的計算機(jī)知識打好基礎(chǔ)。

2.計算機(jī)繪制圖形技能

計算機(jī)在化工中一個重要的應(yīng)用就是繪制各種化學(xué)、化工的專業(yè)圖形。在眾多的化學(xué)制圖軟件中，ChemWindow和ISIS/Draw為最為常用的兩款軟件，他們在繪制多種復(fù)雜化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式、化學(xué)反應(yīng)方程式及化工流程圖等方面體現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢，并且簡單易學(xué)。然而，對于未來從事專業(yè)化工設(shè)計人員來說，AutoCAD將成為其必用的輔助設(shè)計工具。這里，將對這三款軟件工具做一個簡單介紹。

ChemWindow是一個能繪出各種結(jié)構(gòu)和形狀的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)圖形軟件。是Softshell公司于1989年推出的產(chǎn)品，較新版本為6.0版。ChemWindow 6.0主要有4個功能模塊組成：(1)分子結(jié)構(gòu)繪制，包括化學(xué)鍵繪制、各種環(huán)結(jié)構(gòu)繪制、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的表示、相應(yīng)文字說明、電子云表示等功能；(2)化學(xué)實驗裝置圖繪制，包括各種接口的玻璃儀器的圖形模板；(3)化工工藝流程圖繪制，具有各類化工設(shè)備的示意圖形庫；(4)提供大量的各種復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)通用模板，直接提取應(yīng)用。并且所有功能模塊采用豐富的工具欄選擇，界面友好，使用便捷。

ISIS/Draw是1990年由美國MDL Information System公司研制，它的較新版本為2.5，是一款智能化的化學(xué)繪圖軟件。它能自動識別化合價，鍵角和各種環(huán)，并支持二維的化學(xué)平面圖、三維化學(xué)立體圖的繪制，可進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)方程、及其它與有機(jī)、生物有機(jī)化學(xué)相關(guān)的報告、專業(yè)性論述的繪圖和制作，操作非常方便，在Window環(huán)境下具有友好用戶界面和便利的切換功能，使得其資料可共享于各種軟件之間。

AutoCAD(Auto Computer Aided Design)是美國Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計。AutoCAD經(jīng)過不斷地完善，目前的最新版本為AutoCAD2008，現(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具?；ぴO(shè)計中，雖有各種專業(yè)的三維設(shè)計軟件出現(xiàn)，如PDS、PDMS等，但到目前為止，在各大化工設(shè)計院中，AutoCAD仍是主流的設(shè)計軟件。因此，學(xué)會如何使用AutoCAD，并使之更好地與化工設(shè)計相結(jié)合，也是化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)掌握的專業(yè)技能之一。

3.化學(xué)化工數(shù)據(jù)處理和分析技能

處理收集的化學(xué)數(shù)據(jù)是使用計算機(jī)的主要優(yōu)勢之一。這不但要求學(xué)生具有一定的計算機(jī)應(yīng)用能力，還應(yīng)具有一定的數(shù)學(xué)知識背景。常用的數(shù)據(jù)處理方法及數(shù)學(xué)模型包括：最小二乘擬合、線性回歸分析、方差分析、插值、數(shù)據(jù)平滑、實驗設(shè)計等。目前，兩款通用的軟件為：Origin和SigmaPlot。它們可根據(jù)需要對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值計算、統(tǒng)計、傅里葉變換、曲線擬合以及制圖等等。另外，MATLAB由于其強(qiáng)大的數(shù)學(xué)處理能力也正日益受到化工分析領(lǐng)域的重視。

Origin是美國OriginLab公司推出的數(shù)據(jù)分析和制圖軟件，是公認(rèn)的簡單易學(xué)、操作靈活、功能強(qiáng)大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。目前，最新版本為Origin 7.5。Origin 7.5是功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析及科學(xué)繪圖軟件，利用其計算命令能夠非常方便地進(jìn)行線形和非線形擬合、插值、微分、積分等數(shù)值計算，是解決化工動力學(xué)、熱力學(xué)、工藝優(yōu)化設(shè)計及化學(xué)分析中數(shù)值計算問題的有力工具。

SigmaPlot是另一款得到科技人員廣泛運用的數(shù)據(jù)處理和科技繪圖軟件，是由美國SPSS Scientific公司開發(fā)出來的。目前，已經(jīng)更新到SigmaPlot 11。SigmaPlot是可做數(shù)據(jù)分析的高質(zhì)量曲線圖繪圖軟件，能提供眾多選擇，如自動化誤差條狀圖，回歸線圖，信賴區(qū)間，軸刻度，非線性曲線及工作窗體。SigmaPlot被廣泛地運用在醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域。SigmaPlot并可實現(xiàn)與SPSS軟件相結(jié)合，從而得到更強(qiáng)大的統(tǒng)計分析功能和更好的數(shù)據(jù)管理能力。

MATLAB是由MathWorks公司開發(fā)的數(shù)學(xué)分析工具，目前，該軟件已經(jīng)更新到MATLAB 7.7。MATLAB是一種高性能數(shù)值計算的科學(xué)計算語言，它以矩陣作為基本數(shù)據(jù)單位，適用于線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真、自動控制等領(lǐng)域。MATLAB在化工的數(shù)值計算和化工流程模擬等領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢。

4.化學(xué)教育輔助軟件

計算機(jī)在教育領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的成功，如我們常用的PPT教學(xué)以及各種教學(xué)仿真軟件，等等。尤其在化工領(lǐng)域，由于涉及到復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和許多化學(xué)實驗，利用計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)等電子化教育大大增加了化學(xué)教育的形象性和直觀性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時，這些教學(xué)性質(zhì)的軟件也可應(yīng)用于各種培訓(xùn)和工程咨詢領(lǐng)域。因此，了解一些化工方面的專業(yè)教育軟件也是必備技能之一。目前，最常用的教學(xué)和模擬實驗軟件是ChemLab、ChemSketch和MSViewer等軟件。

ChemLab也就是虛擬化學(xué)實驗室。它是一個交互式的化學(xué)實驗?zāi)M工具，可以像在實驗室做實驗一樣操作其中的各種儀器和設(shè)備來進(jìn)行各種預(yù)設(shè)的實驗，也可利用該軟件提供的實驗平臺進(jìn)行用戶自己設(shè)計的實驗。ChemLab使用戶可以用相對實際實驗很少的一部分時間來快速預(yù)習(xí)化學(xué)實驗，在實際實驗中，我們就可以著重強(qiáng)調(diào)危險因素和實驗技術(shù)。它是預(yù)習(xí)實驗、演示實驗、準(zhǔn)備實驗、進(jìn)行危險實驗和由于時間原因不能進(jìn)行的實驗的理想工具。

ChemSketch是化學(xué)平面符號的錄入軟件，是加拿大ACD公司專門開發(fā)的用于編輯化學(xué)分子式、化學(xué)儀器等化學(xué)圖形的工具軟件?，F(xiàn)在可從該公司網(wǎng)站上得到免費的ACD/ChemSketch 11.0。它主要解決有機(jī)化學(xué)，生物化學(xué)中常見的化學(xué)論文、化學(xué)試卷以及平面化學(xué)教學(xué)課件中化學(xué)符號、反應(yīng)方程式、軌道反應(yīng)方程式和結(jié)構(gòu)式的構(gòu)建與表達(dá)問題。并且提供了模擬三維分子結(jié)構(gòu)的工具以建立分子微觀三維立體結(jié)構(gòu)，還可以按各種模式、各種角度隨意進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、觀察。

MSViewer是一個功能強(qiáng)大的三維化學(xué)空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與表示軟件，該軟件是由Molecular Simulations公司生產(chǎn)的，能很好表現(xiàn)生化大分子的三維空間結(jié)構(gòu)。其主要用于有機(jī)高分子、生物大分子和各類氨基酸、蛋白質(zhì)立體空間的表示。該軟件自帶了一個復(fù)雜化學(xué)分子圖庫，其中有一些生化分子可供選擇。我們也可以利用該軟件制作具有三維結(jié)構(gòu)的分子。制作好的分子可以查看其屬性(如分子式、分子量等)，分子可以設(shè)置不同的顯示方式(如棍狀型、球狀型等)，還可以隨時進(jìn)行扭曲、放置縮放甚至讓其自轉(zhuǎn)進(jìn)行不同角度的觀察。若要重點觀察某一特殊基團(tuán)，還可對其進(jìn)行特殊著色處理等。

三、化工專業(yè)計算機(jī)基礎(chǔ)知識教學(xué)方案

從以上分析可以看出，化工專業(yè)的學(xué)生需要掌握的計算機(jī)知識較多，完全靠教師上課來教也不大現(xiàn)實，最合理的方式是教師通過對這些軟件進(jìn)行一些推薦和指導(dǎo)工作，學(xué)生可根據(jù)實際情況來自學(xué)。因而，就高?；I(yè)《計算機(jī)基礎(chǔ)知識》這門課可作如下調(diào)整：

1.計算機(jī)基本概念和知識(50課時)。包括介紹計算機(jī)系統(tǒng)的基本知識，使學(xué)生掌握Windows和Office的用法和操作，了解網(wǎng)絡(luò)的基本概念、了解數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識、掌握Internet的使用、網(wǎng)頁的制作，了解數(shù)據(jù)庫基本概念，掌握SQL的使用，了解計算機(jī)系統(tǒng)的安全技術(shù)，了解程序設(shè)計基本知識。

2.化工專業(yè)常用的軟件知識(20課時)。主要介紹一些常用的化工軟件，介紹每一個軟件的用途和適用范圍，演示一些常用的化工應(yīng)用軟件，使學(xué)生對這些化工軟件有一個基本的了解，從而可確保學(xué)生一旦走上工作崗位可根據(jù)工作的需要選擇合適的應(yīng)用軟件。

3.上機(jī)實習(xí)和實地參觀(10課時)。計算機(jī)教學(xué)有別于其他科目的一個特點就是教學(xué)和上機(jī)相結(jié)合，對于那些常用的化工軟件，更應(yīng)做到利用上機(jī)來達(dá)到熟悉軟件操作的目的。而且，目前的不少化工軟件都有免費版本，這也有利于學(xué)生下載和自學(xué)。另外，對于一些大型的專業(yè)化工軟件，有條件的話還應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生去工廠實地參觀，使學(xué)生對這些化工軟件有一個直觀的印象，并可激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)化工專業(yè)的熱情和興趣。

四、問題與展望

對于知識爆炸和競爭不斷加劇的當(dāng)今社會，學(xué)生所要學(xué)的東西也越來越多，分配到學(xué)習(xí)計算機(jī)知識方面的時間也會有限制，因此，如何選擇最重要和最適合化工專業(yè)的計算機(jī)教學(xué)內(nèi)容也是一個值得繼續(xù)商榷的問題。另外，建立一支既懂計算機(jī)又熟悉化工知識的專業(yè)教師隊伍也是一個刻不容緩的問題。傳統(tǒng)的化工專業(yè)教師往往不太熟悉計算機(jī)，而教計算機(jī)的教師往往對化工領(lǐng)域也不太熟悉，因此，在實際教學(xué)中，往往出現(xiàn)教學(xué)和實際相脫節(jié)的現(xiàn)象，使化工專業(yè)的學(xué)生無法學(xué)到最實用的知識。同時，計算機(jī)知識日新月異，軟件的更新?lián)Q代頻率也越來越快，因此，教師隊伍本身也應(yīng)加強(qiáng)自學(xué)，確保把最新的知識傳授給學(xué)生。

隨著大學(xué)教育逐漸向職業(yè)技能教育方向傾斜，培養(yǎng)適合社會發(fā)展的專門人才已經(jīng)成為大學(xué)教育的主要目的之一，因而，計算機(jī)運用能力培養(yǎng)在化工專業(yè)的重視程度必將得到進(jìn)一步的重視。本文通過對《計算機(jī)基礎(chǔ)知識》這門課的探討，力求使本課程的設(shè)計更加符合化工專業(yè)的特點，為本課程的教學(xué)改革起到拋磚引玉的作用。

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基金項目：教育部人文社會科學(xué)研究規(guī)劃基金項目(06JA630012)。

(作者單位：東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院；東南大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院)