本文作者：歐陽曙光 王世杰 韓軍 何選明 史世莊 徐珍 單位：武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院

隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已深入到各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。將計(jì)算機(jī)技術(shù)與其他學(xué)科交叉融合，形成了眾多以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為核心的新技術(shù)、新手段和新興學(xué)科。將計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)應(yīng)用于化學(xué)形成了計(jì)算機(jī)在化學(xué)中的應(yīng)用(又稱計(jì)算機(jī)化學(xué))這個(gè)新興化學(xué)分支學(xué)科[1]，主要研究領(lǐng)域有：化學(xué)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、化學(xué)結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)、化學(xué)中的人工智能方法、計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助合成路線設(shè)計(jì)等[1-3]。

將計(jì)算機(jī)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉融合形成了化學(xué)計(jì)量學(xué)這個(gè)新興化學(xué)分支學(xué)科[1-4]，其基本任務(wù)是研究運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、以及其他相關(guān)學(xué)科的理論與方法優(yōu)化化學(xué)量測過程,并從化學(xué)量測數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有用的化學(xué)信息[4]。將計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)信息處理形成了化學(xué)信息學(xué)這個(gè)新興化學(xué)分支學(xué)科。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)化學(xué)信息進(jìn)行表示、管理、分析、模擬和傳播，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)信息的提取、轉(zhuǎn)化與共享，揭示化學(xué)信息的實(shí)質(zhì)與內(nèi)在聯(lián)系，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科的知識(shí)創(chuàng)新[5-6]。

計(jì)算機(jī)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛和深入，比較典型的應(yīng)用有：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理、化工過程分析與開發(fā)(計(jì)算機(jī)仿真)、化工過程設(shè)計(jì)(工藝計(jì)算，計(jì)算輔助繪圖)、化工過程控制、化工信息管理和化工文獻(xiàn)檢索與管理[7-15]。在這個(gè)背景下，化工類的工程技術(shù)人員如果沒有較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，將直接影響到其對(duì)工作崗位的勝任程度。當(dāng)前大學(xué)階段的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)主要集中在低年級(jí)階段，在高年級(jí)階段由于教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，往往忽視了對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的繼續(xù)培養(yǎng)，造成畢業(yè)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力不能滿足實(shí)際需求。本研究以武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)為例對(duì)化工專業(yè)本科生高年級(jí)階段強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)進(jìn)行一些初步探索，以期提高畢業(yè)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。

1優(yōu)化培養(yǎng)計(jì)劃

1.1增設(shè)《計(jì)算機(jī)在化工中的應(yīng)用》

《計(jì)算機(jī)在化工中的應(yīng)用》定位為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)修選課，其內(nèi)容包括緒論、觀測數(shù)據(jù)分析與處理(以MATLAB為工具軟件)、計(jì)算機(jī)在化工過程分析中的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)在化工過程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)在化工過程控制中的應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)上的化學(xué)化工資源和常用化學(xué)化工軟件。該課程由計(jì)算機(jī)和化工專業(yè)的一些相關(guān)課程交叉融合而成，教學(xué)時(shí)數(shù)為36，其中14學(xué)時(shí)為上機(jī)實(shí)踐學(xué)時(shí)。其任務(wù)是結(jié)合化學(xué)工程與工藝專業(yè)特點(diǎn)，進(jìn)一步提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決化工領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)問題的能力。掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行化工過程分析的基本方法，掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行化工過程設(shè)計(jì)的方法，掌握各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念、組成、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，掌握利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲取化學(xué)與化工資源的方法，掌握常用化學(xué)化工軟件的使用方法。

1.2增設(shè)《化工CAD繪圖與識(shí)圖》

《化工CAD制圖與識(shí)圖》定位為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)修選課，其內(nèi)容包括AutoCAD繪圖軟件及其應(yīng)用、化工設(shè)備常用零部件圖樣及結(jié)構(gòu)選用、零件的連接及其畫法、化工工藝圖、化工設(shè)備圖和AutoCAD三維化工制圖。該課程由《化工制圖》和《AutoCAD繪圖》整合而成，教學(xué)時(shí)數(shù)為36，其中14學(xué)時(shí)為上機(jī)實(shí)踐學(xué)時(shí)。其任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀化學(xué)工程設(shè)備圖和工藝流程圖的基本能力，尤其要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用AutoCAD高效率繪制化學(xué)工程設(shè)備圖和工藝流程圖的能力。

1.3合理安排課程開設(shè)順序

俗話說：“拳不離手，曲不離口”，要想提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，必須不斷給他們提供練習(xí)的機(jī)會(huì)，因此計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程和相關(guān)專業(yè)課程的開設(shè)順序就比較關(guān)鍵。以武漢科技大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃為例，考慮到主干專業(yè)課程要到第6學(xué)期和第7學(xué)期才開設(shè)和在主干專業(yè)課程教學(xué)中強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)更能體現(xiàn)學(xué)以致用的原則，把《計(jì)算機(jī)在化工中的應(yīng)用》和《化工CAD制圖與識(shí)圖》這兩門課程均安排在第6學(xué)期開設(shè)。學(xué)生學(xué)完這兩門課程之后，其所學(xué)知識(shí)和技能就可在化工原理課程設(shè)計(jì)、燃?xì)夤こ獭⒏咛炕瘜W(xué)與碳材料工程基礎(chǔ)、煉焦化學(xué)、煉焦化學(xué)工學(xué)實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)中得到應(yīng)用、鞏固和提高。

2在專業(yè)理論教學(xué)中融入計(jì)算機(jī)應(yīng)用

2.1引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝計(jì)算

在化工課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)際工程設(shè)計(jì)中都離不開工藝計(jì)算，而且工藝計(jì)算環(huán)節(jié)的計(jì)算量通常都較大，計(jì)算過程比較煩瑣。如用手工進(jìn)行計(jì)算，不僅要花費(fèi)很長的時(shí)間，而且容易出錯(cuò)。為了簡化計(jì)算過程，縮短計(jì)算時(shí)間，前輩們做了大量工作，如簡化計(jì)算模型，在公式推導(dǎo)過程進(jìn)行近似處理以簡化最終的計(jì)算公式，繪圖工藝計(jì)算圖表等[16-17]。但利用這些手段所縮短的計(jì)算時(shí)間非常有限，而且是以犧牲計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性作為代價(jià)。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用已得到大范圍普及的時(shí)代，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝計(jì)算已是大勢所趨。盡管一些教材和一些設(shè)計(jì)規(guī)范中仍在推薦傳統(tǒng)的手工計(jì)算方法，但人們?cè)诠こ虒?shí)踐中更熱衷于運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝計(jì)算。因此教師在專業(yè)課教學(xué)中要主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝計(jì)算，這樣既能提高計(jì)算效率和準(zhǔn)確性，又能培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決專業(yè)技術(shù)問題的興趣，進(jìn)而在計(jì)算實(shí)踐中提高其計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算是燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常繁瑣和復(fù)雜的工藝計(jì)算。用手工計(jì)算的方法對(duì)一個(gè)擁有數(shù)十個(gè)環(huán)的燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，往往會(huì)讓人望而生畏，但如果運(yùn)用計(jì)算機(jī)來計(jì)算，計(jì)算速度就非常快，準(zhǔn)確性也很高[14]。計(jì)算工作配方是炭素材料生產(chǎn)中的一項(xiàng)比較復(fù)雜的工藝計(jì)算。所謂工作配方，就是當(dāng)規(guī)定了每一鍋糊料的總重后，如何根據(jù)指定的配方(理論配方)以及各種炭質(zhì)原料在破碎篩分后的實(shí)際粒度分布情況，進(jìn)一步計(jì)算從每一種顆粒貯料斗中應(yīng)取料的重量[18]。手工計(jì)算過程非常繁瑣，計(jì)算效率低下，而且準(zhǔn)確度也不太高。如果采用計(jì)算機(jī)來計(jì)算工作配方，則可以克服手工計(jì)算的所有缺點(diǎn)，從而達(dá)到快捷、準(zhǔn)確地確定炭材料生產(chǎn)工作配方并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中[15]。運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝計(jì)算有兩種方法，一種是利用現(xiàn)成的商業(yè)軟件，如MATLAB,MATHCAD,EXCEL等；一種是利用編程語言開發(fā)專門的工藝計(jì)算軟件。不管什么方法都能提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。