计算机辅助分析化学与实验教学研究

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基于人类科学文明发展历程分析，自然科学领域所取得的各项成就，几乎都离不开数据支持。尤其在化学领域，由于研究对象多处在分子、原子甚至更小的微观尺度上，直观上难以洞悉反应过程，需要通过严谨的数学处理总结规律，才能精准地界定化学环境、反应条件、剂量比例等。然而，在传统化学化工教育领域开展实验活动，需要对原始数据进行大量加工，才能从中窥得部分奥秘，不仅过程繁琐、操作复杂，且难以保障化学实验数据的准确性，不利于化学理论与实验教学活动的开展。在信息化、网络化、数字化高度发达的现代社会背景下，将计算机辅助功能引入到化学化工教研活动中，既能够提高教学质效，也能够促进学科之间的互动协同，为培养化学化工专业复合型人才创造有利条件。王洪艳主编的《计算机与化学化工数据处理》（科学出版社，2007年4月第1版）一书聚焦计算机辅助教学优势，强调计算机学科与化学化工的深度结合，针对如何利用计算机辅助工具展开化学理论、实验教学进行了全面介绍。通读全书，发现三方面显著特色。

一、秉承问题意识，促进计算机与化学学科的跨界结合

该书以计算机辅助分析功能为起始点，以建立化学学科数学模型为着力点，以增强高校学生化学化工数据处理能力为落脚点，是一部旨在促进计算机科学与化学专业学科跨界结合的教育专著。全书包含12个章节，各章节内容均以实践应用为主，包括构建化学问题的数学解决模型、化学数据统计、化学实验数据回归分析等，最大程度上简化化学化工概念、定义等理论知识，大部分篇幅用以容纳计算机辅助分析功能如何体现、如何构建、如何使用。由此，可以看出本书作者具有强烈的问题意识，正如全书开篇之际提出的一系列问题：如何快速实现化学原始数据测量与分析？如何有效从化学数据中提取隐含信息？如何利用计算机软硬件解决化工生产问题？计算机辅助既是一种问题解决思路，也是一种化学学科教学创新模式；同时，要实现计算机辅助价值在化学实验领域的有效渗透，“跨界结合”是非常有效的方式。一方面，它可以引导学生将所掌握的计算机软件知识、编程技能等与化学理论整合起来，督促学生学以致用。另一方面，可以让化学专业学生提前熟悉职业情境，为进入化工岗位筑牢基础。

二、突出建模思维，强调化学实验教学中数理统计分析

客观上，计算机（包含硬件与软件）是一种信息化、数字化、网络化工具，化学是一门自然科学，两者的构成要素、存在样态、表达形式等差异巨大，是无法进行直接性结合的。为了消除计算机与化学之间的隔阂，本书在两者之间搭建起一座“数学桥梁”，即数学建模。本书突出建模思维，目的是让学生主动地利用数理统计方法，将碎片化、不相关的实验结果转换成定量表述形式，在此基础上反推化学实验过程，促成化学试剂用量、化学实验条件、化学现象观察等关联性，充分发挥计算机软件的数据处理优势。同时，本书为读者展示了实用性较强的化学问题数学模型，包括曲线法、多项式拟合、多元回归等，相关数学模型都源自于化学理论的推导。此外，为了保障化学建模用途的多元性，本书十分注重基础数学知识的普及，例如第三章“概率论与数理统计的基本知识”中，介绍了概率论、数理统计基本概念、实验数据统计检验等常规操作，并提供了一些化学实验教学中常见的数学模型，可供学生直接运用，以及在此基础上拓展数据模型。

三、坚持创新理念，探索计算机辅助功能的多元化应用

《计算机与化学化工数据处理》一书在内容组织上，更像一本计算机编程指导用书，书中详细介绍了C语言、VB语言的编程技巧，以及如何利用这两种语言构建化学问题的数学模型，包括运用MATLAB工具、Origin工具、ChemDraw工具等。但从各章内容构成上分析，该书并没有偏离化学理论与实验教学这一主题，程序编写、模型建构均是面向化学数据处理展开的，例如利用VB语言编写“五点三次平滑”模块，用以减少化学实验数据中的误差影响，以及利用C语言编写“二元线性回归”模块，以更好地判断不同化学实验条件下的结果；同时，坚持创新理念，本书对于计算机辅助工具的应用，表现出较强的接受性，除了C语言、VB语言之外，还介绍了一部分商业数学建模软件的功能，为读者提供了大量文献资料，引导学生借助化工化学科研成果，探索计算机辅助功能的多元化应用。例如，从商业软件中借鉴系统、完整的数学模型，通过与具体化学实验项目的结合，改造为专门用途的化学实验过程的数据处理工具；书中书中附录部分提供了大量化学实验问题分析表，可用在实验报告对照及专业论文引用上。

作者：彭莉 单位：昆明冶金高等专科学校环境与化工学院