以西南地区高校为实例探讨如何加强《计算机化学》课程教学

杨晓丽，王洪莉，赵红艳

（曲靖师范学院化学化工学院，云南曲靖 655011）

《计算机化学》是高校化学专业学生在学习了计算机基础课程后，从基础化学、实验科学等理论出发，借助计算机手段来解决科技论文撰写、多媒体课件制作、科学绘图、实验设计及实验数据处理[1-3]。本课程主要培养学生利用计算机加工、处理信息的能力，即培养学生利用计算机解决化学方面的问题。这门课程的综合程度较高，涉及办公软件、绘图软件、数据处理软件、优秀化学软件、数值计算方法、编程语言等多方面知识[4]。本课程集知识性和技能性于一体，既有理论课又有实践上机课，但是只有36学时，因此很难在短时间内学习和掌握本课程授课内容。由于西南地区高校大部分生源来自贫困地区、计算机基础非常薄弱，《计算机化学》课程对于学生来说成为了一个学习的难题。我们针对这一特殊情况，采取学生为本、注重实用、有的放矢的方法，尊重实际情况，筛选出学生在本科教学及就业中常需要解决的问题，并紧密结合学生基础，注重学生能力培养，用计算机技术促进学生专业学习。本论文以本科三年级化学专业137名同学的教学改革为例，探讨如何针对西南地区高校加强《计算机化学》课程教学。

一 教学内容安排

《计算机化学》从教学内容上分为理论讲述和上机操作两个环节，为了提高学生实践能力，将上机操作从9学时调整为12学时，鼓励学生在实践中自主学习。由于本课程在大三开设，学生马上面临着大四毕业论文设计、教师上岗考试、就业面试等环节，需要大量运用计算机技能，但是基础薄弱，所以本课程理论讲述内容主要以学生实用为主，重点讲述OFFICE 办公软件、Origin科学绘图软件、试验设计优化及数据解析、MATLAB数据处理软件。在教学过程中注重加强实例教学，将计算机知识和专业知识相结合，起到强化应用的作用。

二 教学改革方案及效果

完成全部教学内容之后，发放调查问卷137份，收回有效问卷137份，调查了以下四方面：（1）针对自身情况，还需要加强哪些方面的技能？（2）如果你是授课教师，如何规划授课内容？（3）通过《计算机化学》课程学到了哪些？（4）你认为授课方式还需要进行哪些调整？

（一）学生基础调查

为了更好的安排《计算机化学》授课内容，更尊重学生基础，更符合实际情况，更能满足学生需求。我们特以“你认为需要加强哪些计算机技能”为题，调查学生计算机基础及需求，结果列于表1。

表1中的“图形、声音及图片处理软件”、“基本电脑故障”、“三维制作软件MAX”、“键盘详细使用”、“C语言”、“计算机管理和保护”、“所需资源搜索”、“CAD”是其他课程的授课内容，如《计算机基础》、《计算机编程基础》、《Auto CAD》、《文献检索》等。因此在《计算机化学》课程中不安排这些内容的讲授。除此之外，排在前几位的主要包括Excel、Word、PowerPoint、MATLAB、Origin，主要是常用软件操作。这也如实反映了西南地区高校学生实际情况，由于大部分学生来自贫困地区，计算机基础薄弱。针对此情况，《计算机化学》课程安排以下几部分内容：（1）Office办公软件在化学中的应用；（2）Origin科学绘图软件操作；（3）化学实验设计及基本数据处理方法；（4）MATLAB软件。其中化学实验设计及基本处理方法是对以前专业基础知识的补充，可以使学生更好、更完善的完成毕业论文设计、更专业地从事工作或进一步深造。

从表1中可以看出女生比男生对软件操作需求更多，农村生源比城市生源对软件操作需求更多。这与男生比女生更多使用电脑、网络，城市生源比农村生源拥有更扎实的计算机基础有关。

表1 学生基础调查结果

（二）教学模式调查

为了更贴近学生需求，对教学模式的意愿性选择进行调查，争取使得教学过程取得事半功倍的效果，让学生更好地接受知识。

表2 教学模式调查结果

从表2中数据可以看出不论学生性别，不论何地生源，大部分学生均表明教学过程中要重视学生基础，从实际出发。大概50%的学生表示需要理论与实践相结合的教学模式来促进教学效果的提高，25%的同学表明要重视操作，少部分同学表示要重视师生互动和兴趣培养，只有极小部分同学需要传统模式的课前重难点分析和高质少量的教学。因此，在《计算机化学》的教学过程中针对学生的基础出发，深入浅出讲解，避免繁琐复杂拗口的专业词汇及知识系统，结合化学专业在以后教学、论文撰写、实验设计及数据解析方面的实例进行形象教学。由于学生基础较弱，需要相对多的理论讲授，因此适当增多实践教学，将上机课时从9学时提高到12学时。

（三）教学内容

为了考察学生对教学内容的掌握程度，调查了学生认为经过《计算机化学》课程教学后，认为学到的内容。由于不同性别学生对计算机技能和专业课及基础课掌握程度不同，对课程内容的掌握、领悟及重视程度也不同。关于教学内容反馈统计结果详见表3。

从表3可见学生对论文写作及Office软件操作、Origin软件两部分领悟较深，这两部分在《计算机化学》课程中分别占了10学时和6学时。为了加强学生对Office软件在毕业论文设计和将来教学中的掌握[5]，采用论文编排实例进行讲解和上机练习，Origin软件则以实际光谱为例进行绘图、选峰、统计分析等基本操作。这两部分由于特别注重了理论与实践结合且学时数较大，所以学生对这两部分领悟较好。虽然教学过程中并未专门安排文献查阅方面的内容，但是在绪论中有Internet资源在化学、化工中的应用，比较全面系统地介绍了相关网络资源及搜索方法。大部分学生对这部分有较深的领悟，这表明课时多少并不是最主要的决定因素，学生对授课内容的需求及实用性才是最主要的因素。在授课过程中，MATLAB软件结合实验方案优化及数据解析进行了讲解，并采用一组均匀设计实验数据，应用MATLAB软件进行了实验方案优化的上机实习，因此学生对MATLAB软件的应用领悟较深。但是由于正交设计和均匀设计原理相对深奥，虽然采用了案例教学，但学生依然感觉学习非常吃力。

从表3数据可以看出女生与男生相比，在知识领悟方面明显领先，尤其对于MATLAB软件，这与女生学习认真、听课效果好密不可分。而农村生源对授课内容的领悟把握明显优于城镇生源，这是由于农村生源学生由于经济原因，对于计算机及网络知识相对空白，因此对于新鲜而实用性强的计算机化学授课内容尤其认真学习、领悟，因此印象深刻。

表3 教学内容需求调查

（四）教学内容规划

在教学过程中，虽然采用了毕业论文撰写、谱图绘制及取峰等基本解析、实验方案优化等实例，但根据课堂听课效果和上机效果发现学生在实验方案设计及实验数据解析和MATLAB部分掌握不佳。因此调查学生对授课过程中需要培养的专业技能进行调查，调查结果见下表。

表4 教学内容反馈结果

从表4中数据可见，虽然学生对实验结果分析处理部分的教学感觉掌握不佳，但是大部分学生意识到了实验数据处理的重要性，认为需要加强。此外，由于化学教学中计算机的应用、文献搜索、毕业论文、办公软件、科技论文撰写对学生的毕业设计、求职、就业、深造很重要，因此也受到部分学生的关注。而且，女生比男生更重视知识性内容，如软件和论文撰写；农村生源比城镇生源更重视知识性内容。男生和城镇学生更重视应用性知识，这是由于女生选择考研的比例大，而农村生源更倾向于通过考研和考取教师岗来改变生活，因此这两类学生对知识类内容有更多更旺盛的需求。

三 提高教学效果方案探讨

根据以上调查结果，针对教学内容和教学方式提出以下几点改进措施：

（一）针对实验方案设计和实验结果处理

从教学反馈来看实验方案设计及结果处理部分学生掌握程度不高，虽然安排了相对充足的教学和上机课时，学生仍然没有掌握这部分的内容。与学生会谈，考察其原因，大部分学生表示，由于数学基础薄弱听不懂正交实验设计和均匀实验设计的原理；对实验设计的具体应用只知表面意思，对深层含义理解不了；对数据解析部分缺少与实际意义的联系。针对这个现象提出以下几点改进措施：

1）在授课过程中减少试验设计方法的数学原理讲授，增加试验设计的思想、实际意义部分的讲解。让学生更形象地理解试验设计提出的原因、解决方法、目的；掌握在实际教学、生产过程中如何正确使用试验设计。

2）增加试验设计实例，让学生更深刻理解试验设计过程中各试验参数的优化方法及过程。

3）增加上机课时，让学生通过实践掌握正交及均匀试验设计结果的处理，理解数据处理的实际意义。

（二）针对教学方式

通过教学模式调查可知大部分学生希望采取理论与实际相结合的方式进行教学，并在教学过程中注重操作技能的培养、增加同学之间的互动合作。针对这个现象，建议在教学过程中进一步增加上机课时，将部分软件操作课堂讲授内容安排在上机课时中进行讲解，让学生在聆听讲解的同时及时动手操作，进一步加深知识的把握。在教学过程中采取小组教学的模式，增强学生的互动合作能力和团队精神。

（三）针对生源

调查结果表明不同性别、不同生源地的学生往往对《计算机化学》课程有着不同的专业技能诉求。为了解决这个问题，在上机实践过程中，加强对学生的针对性辅导，尽量满足学生对专业技能的不同需求。

四 结论

本文对《计算机化学》这门课程的教学内容和教学方式进行了调研和探讨。以“尊重学生基础”为出发点，对授课内容进行了精心的选择和设计，并对授课实践、上机实践和上课内容进行了合理的设计安排。教学实践证明，在授课过程中针对学生基础及专业技能需求进行授课，对增进学生对专业技能的掌握、加强学生对知识的把握有着很好的作用。通过一学期教学实践后的调查结果发现了教学中存在的不足，进一步对教学内容和教学方式进行细致改革，可以更好地促进教学。

[1]黄允中.“计算机在化学中的应用”课程建设的思考与实践[J].高等理科教育,2007,71:28-31.

[2]李建平.计算机化学,[J].湖北大学成人教育学院学报,2006,24,(1):65-66.

[3]罗华军.计算机在化学中的应用[J].甘肃联合大学学报(自然科学版),2005,19,(1):80-81．

[4]方奕文.计算机在化学中的应用[M].广州:华南理工大学出版社.2008:1-2.

[5]欧阳曙光,王光辉,史世庄,等.计算机在化学与化工中的应用[J].武汉科技大学学报(社会科学版),2002,4(4):73-75.