《计算机在矿物加工中的应用》课程的教学探讨

作者:未知

  摘  要:《计算机在矿物加工中的应用》是高等学院矿物加工专业本科生培养的专业选修课程。根据该课程的特点,我们从教学目标、教学内容以及教学方法等方面进行优化与探索。发现,该课程教学优化改革对于学生能力的提高有显著成效,不仅激发了学生的学习兴趣,而且加强了学生应用计算机解决学习、科研和工作中面临的各种问题的能力。
  关键词:计算机  矿物加工  教学探讨
  近年来,随着计算机软和信息技术的高速发展,计算机技术在矿物加工学科的科研、教学、学习中起到不可替代的重要作用。利用计算机可以进行文献检索、实验数据分析处理、浮选药剂设计、分子动力学模拟、量子化学计算、图形处理等方面的工作。
  《计算机在矿物加工中的应用》是中南大学矿物加工工程专业本科生的一门专业选修课,主要培养学生利用计算机方法解决科研中實际问题的技能,因此受到本科生的普遍欢迎。该课程综合程度高,涉及到的专业知识及软件操作较多,如文献检索与管理、实验设计与数据处理、图形与图像处理,分子动力学模拟、量子化学计算等方面,需要结合矿物加工专业知识进行讲解,在讲解计算机应用的过程中,可以进一步加强学生的专业知识的认识,学生在以后不管工作或研究生阶段都非常有用。
  1  课程目标
  《计算机在矿物加工中的应用》为矿物加工专业大三、大四本科学生在具备了一定的计算机及矿物加工专业基础上开设的课程。该课程是以矿物加工工程专业常用的软件为课程学习目标,学习和实践软件的应用,并用其解决实际问题。因此,《计算机在矿物加工中的应用》课程是一门应用性很强的课程,为学生的全面发展所必不可少的课程。该课程的教学目标包括提高学生利用网络搜索引擎进行文献检索的能力、提高学生实验数据处理和专业图形图像绘制能力、提高学生运用计算机的能力。
  2  教学设置优化
  《计算机在矿物加工中的应用》课程设置为32个学时,主要包括理论教学和上机实践两个部分。其中,理论教学共20个学时(包括计算机的发展史2;文献检索及文献管理软件4;实验数据处理及软件6;画图软件的理论学习6;计算化学理论学习2),上机实践共12个学时(包括文献检索及文献管理软件2;实验数据处理及软件6;画图软件的理论学习4)。
  3  课程内容
  计算机在矿物加工的应用是通过对必备工具软件的理论学习和实践来提高学生应用计算机水平的一门课程。计算机在矿物加工中的应用主要介绍与矿物加工专业相关的软件,培养学生利用计算机软件解决科研问题的能力。其中主要应用的软件有Endnote、Jade、Origin、ChemDraw、Visio、Matlab等。
  (1)文献检索与管理软件。
  对于矿物加工文献数据库的检索主要是采用中国期刊全文数据库(中国知网)、万方数据库、维普数据库、科学英文索引(SCI)、工程索引(EI)、Elsevier数据库、Wiley InterScience数据库等。
  对于文献管理软件,主要包括EndNote、Mendeley、ReferenceManager、NoteExpress、Zotero等,其中EndNote是常用的文献检索及管理软件。EndNote是Thomson Reuters公司开发的文献管理、分析和使用的计算机软件,可以将不同来源的文献信息资料下载到个人计算机,建立本地数据库,能自动识别文献的作者、来源、发表时间、摘要、关键字等,另外,可以设置参考文献的引用格式,与Word对接,是写英文论文的最佳辅助工具, 极大地提升工作效率。该课程主要介绍了各个数据库下文献检索的具体方法及文献管理软件EndNote的使用方法。
  (2)数据分析与绘制。
  数据处理贯穿于矿物加工过程中的各个环节。理论方面主要介绍数据分析的基础知识及在矿物加工中的应用举例。计算机强大的数据处理能力可整合矿物加工相关数据,并通过软件将数据进行处理画图,进而进行曲线拟合、分析等,使得浮选指标一目了然,同时也便于分析作用机制。Origin软件是由originlab公司开发的,功能强大,简单易学,最主要的两大功能是图表绘制和数据分析。在矿物加工专业,Origin软件也是最常用的画图软件,例如浮选指标曲线、X射线衍射图谱、红外光谱图谱、X射线光电子能谱、曲线拟合等都可以通过Origin软件绘制及操作。所以对这个软件的学习非常关键,也是该课程的学习重点。
  (3)药剂分子结构式绘图软件及浮选流程图绘图软件。
  矿物加工浮选药剂一般是常用的化学试剂,所以科研工作者时常要完成化学结构式的绘制,此时需要专业的绘图软件帮忙。在这方面,和一般化学所需的绘图软件是一致的,主要有ChemDraw、ChemWindow和Chem3D。其中ChemDraw是目前国际上最流行的化学结构式绘图软件,为科研工作者提供一套完整易用的绘图解决方案,其功能包括绘制化学结构及反应式,以预测化合物属性、光谱数据、IUPAC命名与计算反应计量等。可以和许多第三方产品兼容,使用简便、输出质量高,结合了强大的化学智能技术,已经成为了各种论文、出版物等绘制化学分子结构式的标准。对于ChemDraw,主要学习了以下常用结构的绘制:①化学反应方程式;②浮选药剂结构;③实验所用的仪器、设备、工具。
  (4)量子化学计算和分子动力学模拟。
  在矿物加工领域,量子化学计算和分子动力学模拟已经成为研究浮选过程中药剂与矿物作用机理、辅助药剂分子设计的重要手段,可以在分子或原子尺度上明确物质构效关系。该课程中对量子化学计算和分子动力学模拟进行简单介绍,包括从头算法、密度泛函理论、基组基础知识、力场以及Gaussian软件、Materials Studio和可视化GView软件的简介与使用方法。
  4  教学方法
  在这门课程的教学实践中,主要采用理论教学和上机教学相结合的教学方法。对于理论教学,主要是通过教学大纲、多媒体课件及网络教学平台等资源,为了提高学生在课堂上的兴趣及专注力,有时也会采取课堂分组讨论的方式授课,由分组课代表发言,方便教师及时掌握学生对所学知识的领悟程度。对于上机教学,首先通过教师演示理论课上所讲的利用所学软件解决矿物加工实际问题的方法与过程,再由学生自己上机练习。通过上机练习,进一步巩固理论知识,同时通过实践找出自己在学习过程中存在的问题。
  5  结语
  矿物加工专业学生在大三时就陆陆续续进入实验室进行科学实验和毕业设计,通过《计算机在矿物加工中的应用》课程系统学习,同学们普遍反映该课程实用性非常强,加强了学生应用计算机解决学习、科研和工作中面临的各种问题的能力。
  参考文献
  [1] 陈义磊,陶海燕.《计算机在化学中的应用》课程的教学改革与探索[J].广州化工,2019,47(16):187-189.
  [2] 史忠斌,杨亚静.计算机软件在化工原理实验数据处理中的应用[J].化工设计通讯,2019,45(10):183,186.
  [3] 张光彦,安俊健,王鹏.基于平台统计数据的课程教学改革探索——以《计算机在化学中的应用》为例[J].教学研究,2019,42(4):79-83.
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