計算機輔助分析化學與實驗教學研究

導語：計算機輔助分析化學與實驗教學研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

基于人類科學文明發展歷程分析，自然科學領域所取得的各項成就，幾乎都離不開數據支持。尤其在化學領域，由于研究對象多處在分子、原子甚至更小的微觀尺度上，直觀上難以洞悉反應過程，需要通過嚴謹的數學處理總結規律，才能精準地界定化學環境、反應條件、劑量比例等。然而，在傳統化學化工教育領域開展實驗活動，需要對原始數據進行大量加工，才能從中窺得部分奧秘，不僅過程繁瑣、操作復雜，且難以保障化學實驗數據的準確性，不利于化學理論與實驗教學活動的開展。在信息化、網絡化、數字化高度發達的現代社會背景下，將計算機輔助功能引入到化學化工教研活動中，既能夠提高教學質效，也能夠促進學科之間的互動協同，為培養化學化工專業復合型人才創造有利條件。王洪艷主編的《計算機與化學化工數據處理》（科學出版社，2007年4月第1版）一書聚焦計算機輔助教學優勢，強調計算機學科與化學化工的深度結合，針對如何利用計算機輔助工具展開化學理論、實驗教學進行了全面介紹。通讀全書，發現三方面顯著特色。

一、秉承問題意識，促進計算機與化學學科的跨界結合

該書以計算機輔助分析功能為起始點，以建立化學學科數學模型為著力點，以增強高校學生化學化工數據處理能力為落腳點，是一部旨在促進計算機科學與化學專業學科跨界結合的教育專著。全書包含12個章節，各章節內容均以實踐應用為主，包括構建化學問題的數學解決模型、化學數據統計、化學實驗數據回歸分析等，最大程度上簡化化學化工概念、定義等理論知識，大部分篇幅用以容納計算機輔助分析功能如何體現、如何構建、如何使用。由此，可以看出本書作者具有強烈的問題意識，正如全書開篇之際提出的一系列問題：如何快速實現化學原始數據測量與分析？如何有效從化學數據中提取隱含信息？如何利用計算機軟硬件解決化工生產問題？計算機輔助既是一種問題解決思路，也是一種化學學科教學創新模式；同時，要實現計算機輔助價值在化學實驗領域的有效滲透，“跨界結合”是非常有效的方式。一方面，它可以引導學生將所掌握的計算機軟件知識、編程技能等與化學理論整合起來，督促學生學以致用。另一方面，可以讓化學專業學生提前熟悉職業情境，為進入化工崗位筑牢基礎。

二、突出建模思維，強調化學實驗教學中數理統計分析

客觀上，計算機（包含硬件與軟件）是一種信息化、數字化、網絡化工具，化學是一門自然科學，兩者的構成要素、存在樣態、表達形式等差異巨大，是無法進行直接性結合的。為了消除計算機與化學之間的隔閡，本書在兩者之間搭建起一座“數學橋梁”，即數學建模。本書突出建模思維，目的是讓學生主動地利用數理統計方法，將碎片化、不相關的實驗結果轉換成定量表述形式，在此基礎上反推化學實驗過程，促成化學試劑用量、化學實驗條件、化學現象觀察等關聯性，充分發揮計算機軟件的數據處理優勢。同時，本書為讀者展示了實用性較強的化學問題數學模型，包括曲線法、多項式擬合、多元回歸等，相關數學模型都源自于化學理論的推導。此外，為了保障化學建模用途的多元性，本書十分注重基礎數學知識的普及，例如第三章“概率論與數理統計的基本知識”中，介紹了概率論、數理統計基本概念、實驗數據統計檢驗等常規操作，并提供了一些化學實驗教學中常見的數學模型，可供學生直接運用，以及在此基礎上拓展數據模型。

三、堅持創新理念，探索計算機輔助功能的多元化應用

《計算機與化學化工數據處理》一書在內容組織上，更像一本計算機編程指導用書，書中詳細介紹了C語言、VB語言的編程技巧，以及如何利用這兩種語言構建化學問題的數學模型，包括運用MATLAB工具、Origin工具、ChemDraw工具等。但從各章內容構成上分析，該書并沒有偏離化學理論與實驗教學這一主題，程序編寫、模型建構均是面向化學數據處理展開的，例如利用VB語言編寫“五點三次平滑”模塊，用以減少化學實驗數據中的誤差影響，以及利用C語言編寫“二元線性回歸”模塊，以更好地判斷不同化學實驗條件下的結果；同時，堅持創新理念，本書對于計算機輔助工具的應用，表現出較強的接受性，除了C語言、VB語言之外，還介紹了一部分商業數學建模軟件的功能，為讀者提供了大量文獻資料，引導學生借助化工化學科研成果，探索計算機輔助功能的多元化應用。例如，從商業軟件中借鑒系統、完整的數學模型，通過與具體化學實驗項目的結合，改造為專門用途的化學實驗過程的數據處理工具；書中書中附錄部分提供了大量化學實驗問題分析表，可用在實驗報告對照及專業論文引用上。

作者：彭莉 單位：昆明冶金高等專科學校環境與化工學院