新工科背景下《计算机在专业中的应用》课程教学改革实践

周崇松，刘 卉，何笃贵， 邓 斌

(湘南学院 化学生物与环境工程学院，湖南 郴州 423000)

新工科背景下《计算机在专业中的应用》课程教学改革实践

周崇松，刘 卉，何笃贵， 邓 斌*

(湘南学院化学生物与环境工程学院，湖南郴州423000)

为适应新工科专业人才培养的需要，从教学理念、教学内容、教学方法等方面对《计算机在专业中的应用》课程进行了教学改革实践。改革践行中强调工程需求的理念，新增更多类型的专业软件，形成多学科交叉教学，并借助现代化教学方式、采用个性化教学方法，探索了新工科专业人才培养的内涵发展模式。

新工科；计算机应用；教学改革；人才培养

国家教育部门及众多教育工作者强调新经济快速发展迫切需要新型工科人才支撑。新工科以新经济、新产业为背景[1]，以科技创新为核心，在新兴领域实际应用中形成创新创业机制。新工科建设可通过设置和发展新兴工科专业来完成，也可以通过传统工科专业的改革创新进行拓展。

当前，国家推动创新驱动发展，实施“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”等重大战略，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展[1]，形成的共识是新工科主要集中在电子信息类、自动化类、计算机类(软件工程、网络工程、物联网工程)、遥感科学与技术、环境生态工程等专业[2]。这些新工科专业具有的共同点是需要掌握和应用现代化技术，特别是计算机及其技术的应用尤其重要。我校在环境生态工程、制药工程、应用化学、生物技术、药学五个专业开设了《计算机在专业中的应用》，该课程不仅能培养学生使用计算机的能力，提升办公自动化水平[3-6]，更重要的是开启学生在计算机编程自动化、数据统计分析处理、数学建模虚拟仿真技术的学习之旅，并将这些技术充分应用到专业中。比如课程中关于Matlab软件，可以进行矩阵运算、数值分析、信号处理、工程控制，广泛应用于数值分析、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真、数字图像处理技术、数字信号处理技术、通讯系统设计与仿真、财务与金融工程、管理与调度优化计算(运筹学)，是新工科专业技能的基础。

本文以《计算机在专业中的应用》教学改革实际，从教学理念、内容、方法的革新，探索地方本科院校新工科专业人才培养理念及发展规律，适应地方行业对工程人才的需求。

1 强化工程需求，转变教学理念

对于计算机在专业中的应用课程，传统的教学理念是让学生会使用一些与专业相关的软件，这是一种很好的以专业需求为导向的教学理念。在该理念下，文献检索、分子结构式编辑排版、Excel数据处理、Visio组织结构图绘制等软件教学成为了主流。

新工科专业人才需要适应新行业需求，解决实际工程问题，在人才培养过程中需要更多关注工程问题。在计算机应用教学中，笔者弱化了软件使用的介绍，强化了SPSS统计分析、Matlab模型设计[7]、DCS编程自动化控制、Aspen化工过程模块、Material Studio分子动力学模拟等数字模拟与仿真软件的教学，为专业中工程问题的解决提供了良好的思路和方法。在教学中，逐渐形成了"以工程问题为导向、重点突出工程问题处理过程中软件的应用"的教学理念。

2 以专业为基础，拓展工程教学内容

自从我校开设《计算机在专业中的应用》课程以来，教学内容长期未变，分别是网络资源与文献检索(1,2)、正交试验设计、化学编辑排版、实验数据的图形化处理(1,2)、使用Visio绘制工程图形、Matlab软件数值计算。本课程教学内容改革主要集中在以下几个方面。

2.1 软件类型增加

课程教学过程中，学习的软件类型从原来EndNote、Origin、ChemBioOffice、Matlab、Aspen、Visio等基础软件6大类扩大到12大类。主要新增了Gaussian量子化学软件、Material Studio材料设计软件、Risk system环境评价软件、Discover药物设计软件、AutoCAD工程制图软件、SPSS统计分析软件等类型。这些新增的软件可充分拓展学生知识面和应用专业知识的能力。

2.2 向专业软件教学转变在Origin、Matlab等通用型软件基础上，拓展了更多适合各自专业的软件。比如，适合应用化学专业的量子化学软件、材料设计软件；适合环境生态工程专业的环境评价软件、环境工程制图软件；适合生物技术、药学专业的药物设计软件；适合应用化学、制药工程专业的Aspen Plus化工过程模拟软件。此外，还充分发挥通用型软件在专业中特殊应用。例如，采用Matlab软件对复杂的化学反应速率常数进行模拟计算；采用Simulation模块完成生态进化和生态相互影响关系的模拟。

2.3 向微观软件转变

在化学化工类专业中，大多数教学都集中在宏观中，一些应用软件只需要部分宏观参数，即可得出宏观认识，比如Matlab计算化学反应速率，Aspen模拟化工过程。但很多化学反应机理、药物作用机制、生物信息传导、材料晶体结构等微观信息需要更专业的软件进行探索。新增了Gaussian、ChemBioOffice、Material Studio、Discover、Amber、Vasp、Lammps等微观软件的教学强化了学生从微观角度思考物质结构与性质之间紧密联系。

2.4 向多专业交叉转变

在通用型软件基础上，增加了特殊专业行业软件的教学，同时也考虑新增的软件可以让多个专业实现共享，从而形成多专业交叉。比如，Gaussian软件适合于应用化学、生物技术、环境工程等多个工科专业；Material Studio适合生物技术、应用化学、材料工程、制药工程等工科专业。

3 以案例为基础，改革教学方法

课程教学改革实施了向实践性、技能型、个性化、现代化等教学方式的转变。

3.1 从理论教学向实践教学转变

《计算机在专业中的应用》课程原来共32学时，分为16学时理论课，在多媒体教室完成教学，16学时实践课，在机房完成教学。由于计算机的应用非常注重实效性，单纯理论教学印象不深，学生参与力度小，动手能力不足，从而学生积极性不高。为了更适应学生的需求，提升学生实践应用能力，将课程教学全部改在机房进行，根据软件的特点合理调整讲授和演示时间、学生练习和作业时间，极大地提高了学生的学习兴趣，对提升新工科专业学生的实践能力具有积极作用。

3.2 从知识性教学向技能型教学转变

在机房授课过程中，弱化软件原理、数据处理原理等知识性内容，重点以案例为主线、以软件程序为进度，引申使用方法和技巧，拓展处理过程。例如，在Matlab软件教学中，以完成一个复杂化学反应的总反应速率为主线，引申Matlab的语法、微分方程求解、结果数据作图等内容，并让学生模范案例完成练习和作业。

3.3 从大众化教学向个性化教学转变

根据专业的不同，教学内容上已经进行适当调整。对于同一个专业，课程教学的目的和要求是相同，由于计算机可复制性很强，部分学生会直接克隆作业，因此这种大众化教学需要个性化教学方式。课程改革中要求学生每一个人的作业均不相同，比如在正交设计教学中，每一个学生的正交试验指标数值都不相同，与自己的学号紧密练习起来，从而避免克隆现象，达到个性化教学的目的。

3.4 从传统教学手段向现代化教学转变

课程教学涉及很多种软件，学生提交作业也非常多，传统方式是采用设立公共邮箱、网盘等进行共享，这限制了更多音频、影视的共享，也制约了信息的及时共享。课程改革中，一是充分利用世界大学城进行了网络空间教学方法，二是上课期间充分利用微信群进行软件使用技巧分享、提问和答疑等环节。现代化教学手段的辅助显著提高了学生的积极性和课堂活跃性。

4 结语

多个专业同时开设《计算机在专业中的应用》课程，为了应对不同专业的需求，特别是新工科专业的需求，课程改革必然向着多专业多学科交叉发展的模式进行，教学过程中需要融入更多专业知识背景，且需要丰富的工程实践经验。这些对任课教师提出了新的要求。因此，教师在教学、科研之余，还需要更多地参加培训和企业实践，提升新工科专业教学水平。

[1] 吴爱华,侯永峰,杨秋波,等. 加快发展和建设新工科,主动适应和引领新经济[J]. 高等工程教育研究,2017(01):1-9.

[2] 汪 洋. 何谓“新工科”？[EB/OL].(2017-2-19). http://blog.sciencenet.cn/blog-2903646-1034565.html.

[3] 吕利平,李 航,时建伟,等. 基于培养应用型化工人才的《计算机在化工中的应用》课程教学改革研究与探索[J]. 化学工程与装备,2015(08):296-298.

[4] 彭 琳,詹世景,乔伟艳. 《计算机在化学化工中的应用》课程的构建和教学探索[J].广东化工,2014,(22):163，170.

[5] 牛永平,张军凯,汪小伟. 《计算机在化学化工中的应用》课程的教学改革与探索[J].广州化工,2014(15):270-271.

[6] 刘清芝,杨爱萍,杨登峰. 计算机在化学中的应用课程教学探讨[J].大学化学,2011(03):27-29.

[7] 丁 涛,顾妍平,王淑英,等. 基于Matlab软件的突发事故水质解析模型与应用[J]. 安全与环境学报,2012(01):111-113.

(本文文献格式：周崇松，刘卉，何笃贵，等.新工科背景下《计算机在专业中的应用》课程教学改革实践[J].山东化工，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

湘南学院校级科研项目(编号2014XJ51)

周崇松(1978—)，湖南郴州人，博士，主要从事理论与计算化学研究；通信作者：邓 斌(1972—)，教授，主要从事纳米材料科学研究。