周崇松，劉 卉，何篤貴， 鄧 斌

(湘南學(xué)院 化學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 郴州 423000)

新工科背景下《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》課程教學(xué)改革實(shí)踐

周崇松，劉 卉，何篤貴， 鄧 斌*

(湘南學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，湖南郴州423000)

為適應(yīng)新工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的需要，從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面對(duì)《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》課程進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐。改革踐行中強(qiáng)調(diào)工程需求的理念，新增更多類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)軟件，形成多學(xué)科交叉教學(xué)，并借助現(xiàn)代化教學(xué)方式、采用個(gè)性化教學(xué)方法，探索了新工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)展模式。

新工科；計(jì)算機(jī)應(yīng)用；教學(xué)改革；人才培養(yǎng)

國(guó)家教育部門(mén)及眾多教育工作者強(qiáng)調(diào)新經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展迫切需要新型工科人才支撐。新工科以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景[1]，以科技創(chuàng)新為核心，在新興領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中形成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)機(jī)制。新工科建設(shè)可通過(guò)設(shè)置和發(fā)展新興工科專(zhuān)業(yè)來(lái)完成，也可以通過(guò)傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)的改革創(chuàng)新進(jìn)行拓展。

當(dāng)前，國(guó)家推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)施“一帶一路”、“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展[1]，形成的共識(shí)是新工科主要集中在電子信息類(lèi)、自動(dòng)化類(lèi)、計(jì)算機(jī)類(lèi)(軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程)、遙感科學(xué)與技術(shù)、環(huán)境生態(tài)工程等專(zhuān)業(yè)[2]。這些新工科專(zhuān)業(yè)具有的共同點(diǎn)是需要掌握和應(yīng)用現(xiàn)代化技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)及其技術(shù)的應(yīng)用尤其重要。我校在環(huán)境生態(tài)工程、制藥工程、應(yīng)用化學(xué)、生物技術(shù)、藥學(xué)五個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》，該課程不僅能培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)的能力，提升辦公自動(dòng)化水平[3-6]，更重要的是開(kāi)啟學(xué)生在計(jì)算機(jī)編程自動(dòng)化、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理、數(shù)學(xué)建模虛擬仿真技術(shù)的學(xué)習(xí)之旅，并將這些技術(shù)充分應(yīng)用到專(zhuān)業(yè)中。比如課程中關(guān)于Matlab軟件，可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析、信號(hào)處理、工程控制，廣泛應(yīng)用于數(shù)值分析、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程、管理與調(diào)度優(yōu)化計(jì)算(運(yùn)籌學(xué))，是新工科專(zhuān)業(yè)技能的基礎(chǔ)。

本文以《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》教學(xué)改革實(shí)際，從教學(xué)理念、內(nèi)容、方法的革新，探索地方本科院校新工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)理念及發(fā)展規(guī)律，適應(yīng)地方行業(yè)對(duì)工程人才的需求。

1 強(qiáng)化工程需求，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念

對(duì)于計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用課程，傳統(tǒng)的教學(xué)理念是讓學(xué)生會(huì)使用一些與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的軟件，這是一種很好的以專(zhuān)業(yè)需求為導(dǎo)向的教學(xué)理念。在該理念下，文獻(xiàn)檢索、分子結(jié)構(gòu)式編輯排版、Excel數(shù)據(jù)處理、Visio組織結(jié)構(gòu)圖繪制等軟件教學(xué)成為了主流。

新工科專(zhuān)業(yè)人才需要適應(yīng)新行業(yè)需求，解決實(shí)際工程問(wèn)題，在人才培養(yǎng)過(guò)程中需要更多關(guān)注工程問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用教學(xué)中，筆者弱化了軟件使用的介紹，強(qiáng)化了SPSS統(tǒng)計(jì)分析、Matlab模型設(shè)計(jì)[7]、DCS編程自動(dòng)化控制、Aspen化工過(guò)程模塊、Material Studio分子動(dòng)力學(xué)模擬等數(shù)字模擬與仿真軟件的教學(xué)，為專(zhuān)業(yè)中工程問(wèn)題的解決提供了良好的思路和方法。在教學(xué)中，逐漸形成了"以工程問(wèn)題為導(dǎo)向、重點(diǎn)突出工程問(wèn)題處理過(guò)程中軟件的應(yīng)用"的教學(xué)理念。

2 以專(zhuān)業(yè)為基礎(chǔ)，拓展工程教學(xué)內(nèi)容

自從我校開(kāi)設(shè)《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》課程以來(lái)，教學(xué)內(nèi)容長(zhǎng)期未變，分別是網(wǎng)絡(luò)資源與文獻(xiàn)檢索(1,2)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、化學(xué)編輯排版、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖形化處理(1,2)、使用Visio繪制工程圖形、Matlab軟件數(shù)值計(jì)算。本課程教學(xué)內(nèi)容改革主要集中在以下幾個(gè)方面。

2.1 軟件類(lèi)型增加

課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)的軟件類(lèi)型從原來(lái)EndNote、Origin、ChemBioOffice、Matlab、Aspen、Visio等基礎(chǔ)軟件6大類(lèi)擴(kuò)大到12大類(lèi)。主要新增了Gaussian量子化學(xué)軟件、Material Studio材料設(shè)計(jì)軟件、Risk system環(huán)境評(píng)價(jià)軟件、Discover藥物設(shè)計(jì)軟件、AutoCAD工程制圖軟件、SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件等類(lèi)型。這些新增的軟件可充分拓展學(xué)生知識(shí)面和應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力。

2.2 向?qū)I(yè)軟件教學(xué)轉(zhuǎn)變?cè)贠rigin、Matlab等通用型軟件基礎(chǔ)上，拓展了更多適合各自專(zhuān)業(yè)的軟件。比如，適合應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)的量子化學(xué)軟件、材料設(shè)計(jì)軟件；適合環(huán)境生態(tài)工程專(zhuān)業(yè)的環(huán)境評(píng)價(jià)軟件、環(huán)境工程制圖軟件；適合生物技術(shù)、藥學(xué)專(zhuān)業(yè)的藥物設(shè)計(jì)軟件；適合應(yīng)用化學(xué)、制藥工程專(zhuān)業(yè)的Aspen Plus化工過(guò)程模擬軟件。此外，還充分發(fā)揮通用型軟件在專(zhuān)業(yè)中特殊應(yīng)用。例如，采用Matlab軟件對(duì)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算；采用Simulation模塊完成生態(tài)進(jìn)化和生態(tài)相互影響關(guān)系的模擬。

2.3 向微觀(guān)軟件轉(zhuǎn)變

在化學(xué)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)中，大多數(shù)教學(xué)都集中在宏觀(guān)中，一些應(yīng)用軟件只需要部分宏觀(guān)參數(shù)，即可得出宏觀(guān)認(rèn)識(shí)，比如Matlab計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率，Aspen模擬化工過(guò)程。但很多化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、藥物作用機(jī)制、生物信息傳導(dǎo)、材料晶體結(jié)構(gòu)等微觀(guān)信息需要更專(zhuān)業(yè)的軟件進(jìn)行探索。新增了Gaussian、ChemBioOffice、Material Studio、Discover、Amber、Vasp、Lammps等微觀(guān)軟件的教學(xué)強(qiáng)化了學(xué)生從微觀(guān)角度思考物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間緊密聯(lián)系。

2.4 向多專(zhuān)業(yè)交叉轉(zhuǎn)變

在通用型軟件基礎(chǔ)上，增加了特殊專(zhuān)業(yè)行業(yè)軟件的教學(xué)，同時(shí)也考慮新增的軟件可以讓多個(gè)專(zhuān)業(yè)實(shí)現(xiàn)共享，從而形成多專(zhuān)業(yè)交叉。比如，Gaussian軟件適合于應(yīng)用化學(xué)、生物技術(shù)、環(huán)境工程等多個(gè)工科專(zhuān)業(yè)；Material Studio適合生物技術(shù)、應(yīng)用化學(xué)、材料工程、制藥工程等工科專(zhuān)業(yè)。

3 以案例為基礎(chǔ)，改革教學(xué)方法

課程教學(xué)改革實(shí)施了向?qū)嵺`性、技能型、個(gè)性化、現(xiàn)代化等教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。

3.1 從理論教學(xué)向?qū)嵺`教學(xué)轉(zhuǎn)變

《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》課程原來(lái)共32學(xué)時(shí)，分為16學(xué)時(shí)理論課，在多媒體教室完成教學(xué)，16學(xué)時(shí)實(shí)踐課，在機(jī)房完成教學(xué)。由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用非常注重實(shí)效性，單純理論教學(xué)印象不深，學(xué)生參與力度小，動(dòng)手能力不足，從而學(xué)生積極性不高。為了更適應(yīng)學(xué)生的需求，提升學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力，將課程教學(xué)全部改在機(jī)房進(jìn)行，根據(jù)軟件的特點(diǎn)合理調(diào)整講授和演示時(shí)間、學(xué)生練習(xí)和作業(yè)時(shí)間，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)提升新工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力具有積極作用。

3.2 從知識(shí)性教學(xué)向技能型教學(xué)轉(zhuǎn)變

在機(jī)房授課過(guò)程中，弱化軟件原理、數(shù)據(jù)處理原理等知識(shí)性?xún)?nèi)容，重點(diǎn)以案例為主線(xiàn)、以軟件程序?yàn)檫M(jìn)度，引申使用方法和技巧，拓展處理過(guò)程。例如，在Matlab軟件教學(xué)中，以完成一個(gè)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的總反應(yīng)速率為主線(xiàn)，引申Matlab的語(yǔ)法、微分方程求解、結(jié)果數(shù)據(jù)作圖等內(nèi)容，并讓學(xué)生模范案例完成練習(xí)和作業(yè)。

3.3 從大眾化教學(xué)向個(gè)性化教學(xué)轉(zhuǎn)變

根據(jù)專(zhuān)業(yè)的不同，教學(xué)內(nèi)容上已經(jīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于同一個(gè)專(zhuān)業(yè)，課程教學(xué)的目的和要求是相同，由于計(jì)算機(jī)可復(fù)制性很強(qiáng)，部分學(xué)生會(huì)直接克隆作業(yè)，因此這種大眾化教學(xué)需要個(gè)性化教學(xué)方式。課程改革中要求學(xué)生每一個(gè)人的作業(yè)均不相同，比如在正交設(shè)計(jì)教學(xué)中，每一個(gè)學(xué)生的正交試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)值都不相同，與自己的學(xué)號(hào)緊密練習(xí)起來(lái)，從而避免克隆現(xiàn)象，達(dá)到個(gè)性化教學(xué)的目的。

3.4 從傳統(tǒng)教學(xué)手段向現(xiàn)代化教學(xué)轉(zhuǎn)變

課程教學(xué)涉及很多種軟件，學(xué)生提交作業(yè)也非常多，傳統(tǒng)方式是采用設(shè)立公共郵箱、網(wǎng)盤(pán)等進(jìn)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(shí)共享。課程改革中，一是充分利用世界大學(xué)城進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)空間教學(xué)方法，二是上課期間充分利用微信群進(jìn)行軟件使用技巧分享、提問(wèn)和答疑等環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代化教學(xué)手段的輔助顯著提高了學(xué)生的積極性和課堂活躍性。

4 結(jié)語(yǔ)

多個(gè)專(zhuān)業(yè)同時(shí)開(kāi)設(shè)《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》課程，為了應(yīng)對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的需求，特別是新工科專(zhuān)業(yè)的需求，課程改革必然向著多專(zhuān)業(yè)多學(xué)科交叉發(fā)展的模式進(jìn)行，教學(xué)過(guò)程中需要融入更多專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景，且需要豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這些對(duì)任課教師提出了新的要求。因此，教師在教學(xué)、科研之余，還需要更多地參加培訓(xùn)和企業(yè)實(shí)踐，提升新工科專(zhuān)業(yè)教學(xué)水平。

[1] 吳愛(ài)華,侯永峰,楊秋波,等. 加快發(fā)展和建設(shè)新工科,主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[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(shí)建偉,等. 基于培養(yǎng)應(yīng)用型化工人才的《計(jì)算機(jī)在化工中的應(yīng)用》課程教學(xué)改革研究與探索[J]. 化學(xué)工程與裝備,2015(08):296-298.

[4] 彭 琳,詹世景,喬偉艷. 《計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用》課程的構(gòu)建和教學(xué)探索[J].廣東化工,2014,(22):163，170.

[5] 牛永平,張軍凱,汪小偉. 《計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用》課程的教學(xué)改革與探索[J].廣州化工,2014(15):270-271.

[6] 劉清芝,楊?lèi)?ài)萍,楊登峰. 計(jì)算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用課程教學(xué)探討[J].大學(xué)化學(xué),2011(03):27-29.

[7] 丁 濤,顧妍平,王淑英,等. 基于Matlab軟件的突發(fā)事故水質(zhì)解析模型與應(yīng)用[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2012(01):111-113.

(本文文獻(xiàn)格式：周崇松，劉卉，何篤貴，等.新工科背景下《計(jì)算機(jī)在專(zhuān)業(yè)中的應(yīng)用》課程教學(xué)改革實(shí)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(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目(編號(hào)2014XJ51)

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