1、化工计算机应用课程教材编写心得276广东化工www.gdchem.CO1TI2009 年第 7 期第 36 卷总第 195 期方利国(华南理工大学化学化工学院,广东广州 510640)摘要化学化工专业需要利用计算机解决许多问题,在该专业的本科生中开设化学化工计算机应用课程已是新世纪的基本要求,$i:ff-适合实际的好教材是学好该课程基础.文章就化学化工计算机应用课程教材计算机在化学化工中的应用第一版和第二版编写过程中关于课程定位,教材内容,编写风格等问题的一些心得进行了讨论和阐述,并提出了教材进一步完善的思路和方向.荚键词 教材 ;编写; 计算机应用OtG4文献标识码 】B【文章编号】l0O7
2、1865(2009)070276.02SomeExperienceofCompilingtheTextbookfortheCourseofComputerApplicationsinChemistryandChemicalEngineeringFangLiguo(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:Thecomputerisusedtosolvealotofproblemsinchemistryandchemicalengi
3、neeringItisbasicneedforthestudentsinchemistryandchemicalengineeringtostudythecourseofcomputerapplicationsinchemistryandchemicalengineering,andagoodtextbookisbaseforlearningthiscourse.Someexperienceoftheproblemsaboutthepositionofcourse,thecontentsoftextbookandthestyleofcompilingthetextbookandSOonwere
4、discussedandexplained.Furtherimprovingideasanddirectionoftextbookwereputout.Keywords:textbook;compilation;computerapplication1 课程设置的必要性自从 1946 年美国宾州大学物理学家 JohnMauchlyandJ.PresperEcker 成功研制第一台计算机以来,计算机的发展已经进入了第 5 代,其发展速度之迅猛是当初所始料不及的.从最初笨重,昂贵,速度慢,操作不方便的初级计算机发展到今天普遍使用的轻便,高速,易操作的新一代计算机,使计算机的应用渗透到各行各业.化学
5、化工行业是较早引入计算机的行业,目前无论是实验数据的处理及拟合,模型参数的确定,非线性方程的求解到化工过程模拟均离不开计算机的帮助,对这方面内容,计算机主要发挥的是高速的数值计算功能;另一方面,我们还要利用计算机进行化工信息的发布,化工流程图的制作等一系列其它非计算性的工作.而对化学化工生产而言,计算机还有一个重要的作用,那就是利用计算机进行化学化工生产过程的测量和控制.因此,计算机无论是在化学化工行业的研究,开发,设计,管理及生产各个领域已发挥了重要的作用,学习和掌握利用计算机来解决化学化工行业中的各种问题,也是本专业大学生的基本要求.因此,在化学化工的本科教学中,引入化学化工计算机应用课程
6、教学,已显得十分必要.一般而言,正规的化学化工本科教学计划中,计算机教学可分为 3 个层次的教学,这 3 个层次分别为计算机应用基础技术,计算机编程技术和计算机专业应用技术.计算机应用基础技术主要介绍计算机的软硬件基础知识,操作系统,办公软件,网络技术等基本知识;而计算机编程技术,一般是介绍 vB或 Vc.通过前面 2 个层次的学习,使得学生了解计算机的基本知识,并能利用计算机输入文本,查询资料,编程计算等一些常规的计算机应用技术,但尚未涉及学生所学专业应用的问题,学生利用计算机解决本专业实际应用问题能力还是比较欠缺的.如不进行计算机第 3 层次的教学即计算机专业应用教学,对大多数普通同学而言
7、,他们常常无法利用计算机解决在化学化工实验及设计中诸如实验模型参数的确定,微分方程的离散化计算,化工过程模拟,AspenPlus,Origin 等专业软件的应用以及实用化工程序或软件的开发等问题.而化学化工计算机应用课程的设立正是根据以上实际情况而设置的,其目的是提高学生的计算机在本专业的应用能力,培养合格的化学化工应用人才,适应信息化时代的需要.2 教材内容的选择通过网上查询得知目前多数大学的化学化工院系均设有化学化工计算机应用课程,课程的教学时数大多为 32 学时,如何在有限的教学时数里将必要的知识传授给学生,有一【收稿日期】200812-29【基金项目】华南理工大学教研基金赞助项目(Y1
8、060350)1 乍者简介 】方利(1964 一),男,浙江余姚人,博士,副教授,主要从事节能及生物质能开发研究.2009 年第 7 期第 36 卷总第 195 期广东化工277本好用的教材就显得十分必要.而教材内容的选择是好教材的基础.笔者在 2002 年编着计算机在化学化工中的应用)第一版的时候,就十分注意这个问题.当时有关该课程主要有 3本教材,一本是刘道德等编着,由中南工业大学出版社在 1997年 12 月出版的计算机在化工中的应用1j;一本是吴若峰等编着,由上海大学出版社在 2000 年出版的计算机在化学化工中的应用12j;还有一本是赵文元,王亦军编着,由科学出版社在 2001 年出
9、版的计算机在化学化工中的应用技术jJ.这 3 本教材各有特点,有的着重于应用实例的介绍,有的着重于化学化工计算机计算,有的对计算机测量及控制系统原理进行了分析及介绍.总的来说,该 3 本教材的内容基本包含了计算机化学化工应用课程的基本内容,但考虑到计算机化学化工应用)课程属于计算机教学第三层次的教学内容,且计算机硬件技术和软件技术本身也在飞速发展,因此有些方面笔者认为值得改进.如有的编程使用的语言是 Basic,需要改用可视化语言 VB 或 VC;有的虽有详细的原理介绍却没有让学生可以动手尝试的程序实际应用性不强;有的随着计算机课程的改革,部分内容已和第一层次的计算教学内容重复.针对上面的实际
10、情况,笔者确定了第 3 层次化学化工计算机专业应用教学内容的主要原则:一是避免和第一,第二层次计算机教学内容的重复;二是注意和化学化工实际问题的联系及抽提 ;三是注意软件版本更新及可应用性.根据上面确定的 3 个原则,在第一版编写中 J,笔者将教材的内容确定为 3 篇 12 章.其中 1-5 章是第一篇,它将化学化工中有关数值计算问题的共性抽提出来,如第 1 章的实验参数拟合和合模型参数确定,这时在化学化工研究中必定要碰到的问题,如果没有计算机的帮助,手工计算其工作量是相当惊人的.另外像第 2 章关于超越方程的求解,也是在化学化工实际计算中碰到的问题,我们将这些问题的通用解法告诉读者,并提供程
11、序源代码,读者可以利用程序源代码自己进行计算.第 3 章介绍了大型线性方程组在化工中的应用及计算机求解方法;第四章介绍了如何利用计算机求解常微分方程及化工稳态模拟;第 5 章介绍了偏微分方程在化工中的应用及化工动态模拟.第二篇分为 6-9 章的内容,分别介绍了 Office,Origin,AutoCAD 及 ASPENPlus 四个软件在化学化工中的实际应用.第三篇分为 10-12 章的内容,介绍了利用计算机开发的 3个化工应用实例软件,分别为换热器的设计,化工数据库查询系统及化工车问自动测量和监控系统,以上 3 章内容均配有调试通过的程序.2006 年,在第一版教材印刷 3 次的基础上,我们
12、进行了第二版教材的编写工作.由于计算机软硬件的不断更新,以及计算机在化学化工中应用范围及深度的不断发展,第二版教材内容和第一版教材内容相比,主要进行了以下几个方面的改进:一是对部分软件的版本进行了更新,在新版本的基础上进行重新编写;二是对第一版中提供的大部分程序进行重新完善开发,以便读者使用,同时增加第一版没有开发的程序,以便增加教材的应用性.三是对第一版本中某些章节的编写结构进行调整,同时在举例及习题中尽量增加化学化工中的实际例子,以提高读者的学习兴趣及解决实际问题的能力.四是增加了开发篇的内容,由原来的 3 章扩充至 5 章,主要增加了化工仿真软件开发,化工通用试题库与计算机考试系统开发,
13、AutoCAD 二次开发软件;同时对第一版中化工过程计算机测量一章增加了原理阐述及实际应用例子,使读者可以利用该章提供的例子及程序,应用于实际的化学化工过程测量中.总之,经过两次编写及几年对第一版教材的实际使用并结合全国各地使用者对第一版教材提出的建议,笔者对化学化工计算机应用课程教材的内容已有了基本的定位.教材内容在继续遵循前面提出的三个原则基础,将主要内容定位于以下几个方面:一是利用计算机快速精确的计算功能,解决化学化工中的计算问题,诸如实验数据处理,过程物料计算,过程静,动态模拟等.关于这方面的内容尽管有这样那样的商业软件,但作为大学本科化学化工计算机应用的教材,应该向学生传授利用计算机
14、解决这些问题的基本方法,而不是一味的介绍国外或国内的商业软件.学生通过这些内容的学习,一方面可以更好的理解和使用这些软件,另一方面可以为学生开发这些软件打下基础,培养我国自己的化学化工软件开发人才.二是挑选对化学化工来说必要的通用软件,站在化学化工人员实际应用的角度进行介绍,如化 xz,JJ 图中用到的 AutoCAD 软件,在实验数据图绘制中的 Origin 软件,在流程模拟中的 AspenPlus软件;三是介绍一些实用的化学化工软件开发过程, 主要有化学化工实验数据计算机自动测量软件;化工设备自动绘制软件;化学化工仿真软件.3 编写风格的确定根据本课程的教学目的及在本课程在整个本科教学所处
15、的位置,结合计算机应用类课程的特点与本课程教学时数,本课程教材在编写过程中遵循了以下编写风格.3.1 注意前后课程的连接及适当的引导本课程的内容无论是涉及计算机方面的知识还是涉及化学化工方面的知识,学生在学习本课程之前已有基本的了解.本课程的目的是使学生能够利用计算机这个工具来解决化学化工中碰到的各类问题.这些问题有的只有通过计算机才能解决;有的虽然不用计算机也能解决,但效率较低.在解决各类化学化工问题的过程必然会涉及化学化工的知识,比如在介绍利用计算机编程来计算管道中流体摩擦系数的时候,就必须了解到学生已经学过了有关管道中流体摩擦系数这方面的知识,在教材中只写出了摩擦系数的计算公式并对公式中
16、的符号作简单的解释而不进行详细的推导.在编程计算中涉及的 VB 知识只提出要求及引导,具体内容由学生自己去复习已学的 VB知识.如在教材中提出程序需要达到的功能,数据输入输出的形式,至于具体实现得手段不在进行详细介绍,直接在实例提供能够达到这些目的程序源代码,学生通过模仿书中实例的程序源代码,学会自己编写程序,解决化学化工中的实际应用问题.3.2 注意内容广度和深度的协调由于计算机在化学化工中的应用范围十分广泛,几乎涉及化学化工领域的科学研究,产品开发,工厂设计,教学培训的各个方面.而作为本科生的化学化工计算机应用教材就必须对(下转第 296 页)296广东化工2009 年第 7 期第 36
17、卷总第 195 期(上接第 277 页)这些内容有所涉及.为了最大限度地涉及这些内容,我们在编写教材的时候,对化学化工中用到计算机的地方进行了分析归类,如把实验数据处理及各种模型参数拟合合并放在第一章,并在具体讲解这些方法的时候,采用化学化工的实际例子.这样编写的好处是可以将同类问题放在一起分析求解,在求解方法上进行一定深度的展开,而在具体化学化工应用例子上则保持一定的广度.在化学化工设计计算中,许多方面都需要借助于计算机.有的教材以实际例子为线索进行教材的编写,如分别介绍管道压降计算,精馏塔塔板计算,风机轴功率计算,这样势必大大增加教材的篇幅,也无法在规定的学时内学完教材内容.笔者将这些在计
18、算中碰到的问题进行归纳合并,其实这些问题无非是一些方程的求解问题,笔者将它们集中在第二章非线性方程求解和第三章现性方程求解中.3.3 注意软件新旧版本的过渡本教材编写中需要涉及大量的计算机软件,这些软件不仅有系统软件,还有更多的是应用软件,而不管是系统软件还是应用软件,其更新速度都非常快,教材更新的速度总是赶不上软件更新的速度.等到我们将教材编写完成,可能教材中所用的软件已经更新.为此,我们在教材编写过程中十分注意软件新旧版本的过渡问题,不仅考虑目前读者可能使用的不同版本,也考虑到软件版本将来的更新升级.其实大多数软件在更新的时候,均会考虑软件版本前后兼容的问题.一般而言,新的版本会兼容旧的版
19、本,相对于旧的版本而言,新的版本会更加容易使用,对旧版本的功能,只要没有新的替换形式,基本上全部保留在新的版本上,为此,我们在编写教材过程中,着重介绍如何将化学化工中碰到的问题转化成计算机可以解决的策略方法问题,而不依赖于软件的具体版本.如化学化工仿真软件开发,主要介绍的是如何用计算机来实现和真实情景相似的各种化学化工过程的方法.比如如何体现化学化工过程数据的动态变化,如何进行化学化工过程的开停车,如何进行软件构架,以上这些知识均不依赖于软件的版本.3.4 注意理论知识和应用知识的兼顾化学化工计算机应用课程是一门交叉性的边缘学科,它不仅需要化学化工及计算机基本理论知识,同时还需要数值计算及自动
20、测量的理论知识.一般而言,对于化学化工的学生来说,化学化工及计算机基本理论知识已足够,我们在教材中不在介绍,而是直接利用;而对数值计算及自动测量的理论知识相对较少.例如,在过程动态模拟中,如何将微分方程离散化,如何保证离散方程在计算过程中的收敛问题学生以前基本上没有学习过.对于这些知识,我们在教材中一般会有一个简单的理论介绍,然后就直接将经过数学证明的一些公式和收敛判据告诉读者,而不进行详细的理论推导,建议感兴趣的读者自己参考其他有关专业书籍.4 建议及展望计算机应用类教材的编写工作需要长期不断的更新,这对编者来说是一个比较严峻的考验.它要求编者必须及时了解当前计算机软硬件技术发展的动向,掌握
21、各种软件新版本的应用方法.笔者认为教材必须以 3 年为一个期限作一次更新,以便将最新的计算机专业应用技术体现在教材中.同时,笔者还设想在本教材第三版的时候增加一章内容,主要涉及化学化工网上资料搜索,化学编辑排版和分子模拟计算软件(Chem.OfficeUltra 和 Chem.Windows)等其他化学化工中用到的一些软件.由于这些软件使用相对比较简单,只作简单的入门介绍.参考文献1刘道德,计算机在化工中的应用M.长沙:中南工业大学出版社,1997.2吴若峰,计算机在化学化工中的应用M.上海:上海大学出版社,2000.3赵文元,王亦军 ,计算机在化学化工中的应用技术M.北京:科学出版社,200
22、1.4方利国,陈砺 ,计算机计在化学化工中的应用(第一版)M.北京:化学工业出版社,2003.5方利国,陈砺 ,计算机计在化学化工中的应用(第二版)M.北京:化学工业出版社,2006.(本文文献格式:方利国.化工计算机应用课程教材编写心得【J】.广东化工,2009.36(7):276277)(上接第 279 页)及时发现实验教学中存在的问题,促进教学质量进一步提高.我们一改原先期末考试“一锤定音 “的作法,将成绩考核分为三部分:课堂实验操作成绩,实验报告成绩和期末考试成绩 .课堂实验操作成绩包括实验预习,实验操作能力,实验态度,实验原始数据的准确性.课堂成绩占总成绩的 60%,实验报告成绩占
23、l0%,期末笔试成绩占 30%.通过建立这样的考核体系,加强了学生对物理化学实验课程的重视,学生在实验教学过程中的主动性,积极性也有所提高.6 结语总之,几年来,我校的物理化学实验课程经过不断改革探索和实践,通过改革教学内容和课程体系,教学方法和手段以及考核办法;通过减少验证性实验,增加综合性实验 ,开设设计性实验等,使学生的综合素质得到了增强,特别是在对待物理化学实验课程的态度上,学生较为重视,通过这一教学环节,学生的创新精神和创新能力得到了提高,效果是令人满意的.但由于我校是一所新近升格的综合性普通本科学校,基础差,起步晚,仪器水平较低,仪器数量不足,要真正使物理化学实验改革具有开拓性,尚需要更深入的探讨和实践.参考文献1甘礼华,陈龙武 ,钱君律.多层次物理化学实验教学的再思考J.实验室研究与探索,2002,21(6):8-9.2胡学寅.工科院校物理化学实验教学改革的尝试J.实验技术与管理,2003,20(3):9495.
