2021-4-9 | 计算机基础教育论文
本文作者：欧阳曙光 王世杰 韩军 何选明 史世庄 徐珍 单位：武汉科技大学化学工程与技术学院
随着计算机硬件和软件的飞速发展，计算机的应用已深入到各个专业领域。将计算机技术与其他学科交叉融合，形成了众多以计算机应用为核心的新技术、新手段和新兴学科。将计算机科学、数学应用于化学形成了计算机在化学中的应用(又称计算机化学)这个新兴化学分支学科[1]，主要研究领域有：化学数据库技术、化学结构与化学反应的计算机处理技术、化学中的人工智能方法、计算机辅助分子设计、计算机辅助合成路线设计等[1-3]。
将计算机与应用数学、统计学和计算机科学交叉融合形成了化学计量学这个新兴化学分支学科[1-4]，其基本任务是研究运用数学、统计学、计算机科学、以及其他相关学科的理论与方法优化化学量测过程,并从化学量测数据中最大限度地获取有用的化学信息[4]。将计算机和计算机网络技术应用于化学信息处理形成了化学信息学这个新兴化学分支学科。它利用计算机技术和计算机网络技术，对化学信息进行表示、管理、分析、模拟和传播，以实现化学信息的提取、转化与共享，揭示化学信息的实质与内在联系，促进化学学科的知识创新[5-6]。
计算机在化工领域中的应用已经非常广泛和深入，比较典型的应用有：实验数据的分析与处理、化工过程分析与开发(计算机仿真)、化工过程设计(工艺计算，计算辅助绘图)、化工过程控制、化工信息管理和化工文献检索与管理[7-15]。在这个背景下，化工类的工程技术人员如果没有较强的计算机应用能力，将直接影响到其对工作岗位的胜任程度。当前大学阶段的计算机应用能力培养主要集中在低年级阶段，在高年级阶段由于教学重点转移到专业基础课和专业课，往往忽视了对计算机应用能力的继续培养，造成毕业生的计算机应用能力不能满足实际需求。本研究以武汉科技大学化学工程与技术学院化学工程与工艺专业为例对化工专业本科生高年级阶段强化计算机应用能力培养进行一些初步探索，以期提高毕业生的计算机应用能力。
1优化培养计划
1.1增设《计算机在化工中的应用》
《计算机在化工中的应用》定位为化学工程与工艺专业的一门专业修选课，其内容包括绪论、观测数据分析与处理(以MATLAB为工具软件)、计算机在化工过程分析中的应用、计算机在化工过程设计中的应用、计算机在化工过程控制中的应用、网络上的化学化工资源和常用化学化工软件。该课程由计算机和化工专业的一些相关课程交叉融合而成，教学时数为36，其中14学时为上机实践学时。其任务是结合化学工程与工艺专业特点，进一步提高学生应用计算机解决化工领域专业技术问题的能力。掌握应用计算机处理实验数据的方法，掌握应用计算机进行化工过程分析的基本方法，掌握应用计算机进行化工过程设计的方法，掌握各种计算机控制系统的基本概念、组成、工作原理和优缺点，掌握利用计算机网络获取化学与化工资源的方法，掌握常用化学化工软件的使用方法。
1.2增设《化工CAD绘图与识图》
《化工CAD制图与识图》定位为化学工程与工艺专业的一门专业修选课，其内容包括AutoCAD绘图软件及其应用、化工设备常用零部件图样及结构选用、零件的连接及其画法、化工工艺图、化工设备图和AutoCAD三维化工制图。该课程由《化工制图》和《AutoCAD绘图》整合而成，教学时数为36，其中14学时为上机实践学时。其任务是通过本课程的学习培养学生绘制和阅读化学工程设备图和工艺流程图的基本能力，尤其要重点培养学生运用AutoCAD高效率绘制化学工程设备图和工艺流程图的能力。
1.3合理安排课程开设顺序
俗话说：“拳不离手，曲不离口”，要想提高学生的计算机应用能力，必须不断给他们提供练习的机会，因此计算机应用课程和相关专业课程的开设顺序就比较关键。以武汉科技大学化学工程与技术学院化学工程与工艺专业的培养计划为例，考虑到主干专业课程要到第6学期和第7学期才开设和在主干专业课程教学中强化学生的计算机应用能力培养更能体现学以致用的原则，把《计算机在化工中的应用》和《化工CAD制图与识图》这两门课程均安排在第6学期开设。学生学完这两门课程之后，其所学知识和技能就可在化工原理课程设计、燃气工程、高炭化学与碳材料工程基础、炼焦化学、炼焦化学工学实验和毕业设计等课程的学习或实践环节中得到应用、巩固和提高。
2在专业理论教学中融入计算机应用
2.1引导学生运用计算机进行工艺计算
在化工课程设计、毕业设计和实际工程设计中都离不开工艺计算，而且工艺计算环节的计算量通常都较大，计算过程比较烦琐。如用手工进行计算，不仅要花费很长的时间，而且容易出错。为了简化计算过程，缩短计算时间，前辈们做了大量工作，如简化计算模型，在公式推导过程进行近似处理以简化最终的计算公式，绘图工艺计算图表等[16-17]。但利用这些手段所缩短的计算时间非常有限，而且是以牺牲计算结果的准确性作为代价。在当今计算机应用已得到大范围普及的时代，运用计算机进行工艺计算已是大势所趋。尽管一些教材和一些设计规范中仍在推荐传统的手工计算方法，但人们在工程实践中更热衷于运用计算机进行工艺计算。因此教师在专业课教学中要主动引导学生运用计算机进行工艺计算，这样既能提高计算效率和准确性，又能培养学生运用计算机解决专业技术问题的兴趣，进而在计算实践中提高其计算机应用能力。燃气管网水力计算是燃气管网设计中一项非常繁琐和复杂的工艺计算。用手工计算的方法对一个拥有数十个环的燃气管网进行水力计算，往往会让人望而生畏，但如果运用计算机来计算，计算速度就非常快，准确性也很高[14]。计算工作配方是炭素材料生产中的一项比较复杂的工艺计算。所谓工作配方，就是当规定了每一锅糊料的总重后，如何根据指定的配方(理论配方)以及各种炭质原料在破碎筛分后的实际粒度分布情况，进一步计算从每一种颗粒贮料斗中应取料的重量[18]。手工计算过程非常繁琐，计算效率低下，而且准确度也不太高。如果采用计算机来计算工作配方，则可以克服手工计算的所有缺点，从而达到快捷、准确地确定炭材料生产工作配方并应用于实际生产中[15]。运用计算机进行工艺计算有两种方法，一种是利用现成的商业软件，如MATLAB,MATHCAD,EXCEL等；一种是利用编程语言开发专门的工艺计算软件。不管什么方法都能提高学生的计算机应用能力。