Seminar课程

化学软件及应用 / 化学与化工学院 / 刘安

本课程是化学与环境工程学院开设的一门研究生专业必修课,主要培养学生利用计算机技术来写作、报告、画图、编程及模拟的能力,同时培养学生遇到问题时懂得利用相关化学软件达到理想效果的能力。课程主要为学生讲述与化学研究相关的作图、文献管理、可视化图形制作等计算机软件的功能及其应用。本课程结合课堂讲述、上机实习、实际科研数据分析的模拟练习、Seminar研讨等方式,让学生深入了解不同计算机软件的功能及操作方法,为学生在日后的科研学习、论文写作、文献调研等方面提供重要的方法。本课程重点讲述内容包括:

1.科技论文撰写及文献管理软件介绍

科技文献检索是科学研究的重要组成部分,它对于知识的获取有重大意义。利用文献检索软件EndNote迅速准确地查找所从事科学研究领域的文献,了解所从事的科学研究领域的发展趋势,避免重复劳动,有利于使自己的研究处于领先地位。EndNote能直接连接上千个数据库,并提供通用的检索方式,大大提高了科技文献的检索效率。此外,EndNote能直接在Word中格式化引文和图形,可以自动帮助我们编辑参考文献的格式,并利用文稿模板直接书写合乎杂志社要求的待发表的论文。

2.多媒体演示及制作方法软件介绍

多媒体应用软件主要是一些创作工具或多媒体编辑工具,包括字处理软件、绘图软件、图像处理软件、动画制作软件、声音编辑软件以及视频软件。这些软件,概括来说,分别属于多媒体播放软件和多媒体制作软件。学习和掌握多媒体软件的运用,有利于化学相关专业的研究生提升展示自己实验原理、数据和结果的能力,将化学知识更加形象生动地传达给观众。

3 数据分析及绘图软件介绍

化学是一门实验科学,化学实验研究会产生丰富的数据,其中对数据分析和利用实验结果绘图的能力,是所有化学专业研究生必备的基本功。Origin是较流行的专业函数绘图软件,是公认的简单易学、操作灵活、功能强大的软件,既可以满足一般用户的制图需要,也可以满足专业研究中数据分析、函数拟合的需要。

4.数学编程相关软件介绍

数学编程相关软件的介绍,为化学相关专业研究生开启了一道数学模拟和分析的大门。MATLAB是三大数学软件之一,它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计与分析等领域。对于化学专业的研究生来说,学习和掌握MATLAB等数学编程相关软件,有利于开展化学模拟和计算研究工作,将实验研究与数学分析紧密联系起来。

5.大数据分析方法及相关软件介绍

大数据分析是指对规模巨大的数据进行分析。随着着数据仓库、数据安全、数据分析和数据挖掘的大数据时代的来临,利用相关软件进行大数据分析显得尤为重要。大数据分析主要运用到统计学、管理学、计算机科学等专业知识进行数据挖掘。这部分的软件介绍旨在使化学相关专业的研究生同学理解大数据分析的重要性和主要的大数据分析软件。

参考文献:

【1】  包宗宏,武文良,《化学计算与软件应用》,化学工业出版社,2013

【2】  志远,《AutoCAD制图快捷命令一览通》,化学工业出版社,2009

【3】  叶卫平,《Origin 9.1科技绘图及数据分析》,机械工业出版社,2015

【4】  张文彤,邝春伟,《SPSS统计分析基础教程》,高等教育出版社,2011

【5】  荣胜军,任强,陈少迁,彭佳,黄朝阳,《Word 2010 实用技巧大全》,电子工业出版社,2014

【6】  Holly Moore,《MatLab for Engineers, The Fourth Edition》,Pearson2013

【7】  Wendy L. Martinez, Angel R. Martinez, Jeffrey L. Solka Exploratory Data Analysis with MatLab, The Second Edition》,CRC Press2010


本课程旨在通过课堂讲授、上机实习、实际问题模拟分析、Seminar专题研讨等相结合的方式,使得学生沉浸在模块化教学方式中,认识和掌握每一类重要的软件,并运用到自己的科学研究中。在教学实施过程中,发现研究生一年级同学在科学研究起步过程中,存在有以下疑惑:(1)文献查阅无效率、文献引用和论文撰写格式不规范;(2)面对繁多的实验数据结果,不知道该如何着手分析;(3)数据结果不会用绘图方式进行展示,论文插图不规范和不清晰等。

针对同学们的具体问题,本课程采取模块化的教学方式,以不同的软件作为讲解模块。配以丰富的应用实例,激发学生的学习兴趣。讲解时采用PPT和软件现场演示相结合的方式,使学生能够直观化的学习软件的操作方法,并针对每款软件穿插2-4个上机练习,进一步提升学生对软件的掌握程度。

(1)科技论文撰写及文献管理软件介绍(讲授与上机实习,10学时)。主要介绍Microsoft Word以及Endnote两款软件的功能及操作方法,通过教师演示和上机实习的方式,使学生掌握论文撰写和文献管理的方法。

(2)多媒体演示及制作方法软件介绍(讲授与课堂练习,10学时)。主要讲述PowerPoint(PPT)的制作方法。介绍如何用PPT将自己的研究或想法完美的展示出来。此外,几名学生分别向同学们讲解了Photoshop、Visio、Publisher等专业绘图软件的应用,鼓励同学们积极参与和讨论。

3)数据分析及绘图软件介绍(实际问题模拟分析,15学时)。介绍OriginSPSSSigmaPlotAutoCAD等数据分析及绘图软件,教师以一个研究中出现的实际问题为背景,引导学生如何将数据转化成图表,进行数据分析以及绘制工程图样。

4)数学编程相关软件介绍(讲授、课堂讨论和Seminar专题研讨,5学时)。就当前流行的数学编程软件如MatLab等进行介绍,通过课堂讨论和Seminar研讨的方式让学生了解其基本功能。

5)大数据分析方法及相关软件介绍(实际问题模拟分析及上实习,5学时)。该内容讲解不针对某一款软件。而是通过实际的大数据分析需求的实例向学生介绍多种软件,不断给学生强化一种观点,即要实现某一功能,会有很多解决办法。同时不断灌输学生自学软件的能力。比如遇到新软件时,可以通过网络或软件本身的“帮助”功能自己学习。


一、教学方法方面的创新 

 在讲授各款化学软件时,教师突破了传统的以“讲”为主的授课方式,结合实际案例、课堂演示、小组作业、学生讲解等多种形式全方位立体化的将不同的软件应用和操作知识讲授给学生。学生结合各自的研究方向,选择合适的软件类型完成课程论文。

二、教学内容方面的创新 

       在教学内容的设置方面,选择了文献管理、数据分析、工程设计等多方面的软件类型,并同时通过学生讲解活动,融入了更多的软件如图形美化、宣传设计、PPT设计以及流程图设计等。扩展了同学的知识面,开阔了眼界,提供了多种计算机软件的技术手段来帮助学生更好的完成自己的科研项目。



    本课程的重点在于针对深圳大学研究生在科研软件使用上存在短板的问题出发,聚焦于目前科研工作中经常遇到的文献管理与数据图表制作问题提出,同时也从研究生在毕业后工作中遇到的工程制图的问题考虑,在整个课程开展分为文献管理、数据图表制作与工程制图三块进行讲解。

1)由于深圳大学大部分研究生都是从本科生考研进来,在此前并未系统地受过良好的文献管理教育。因此,本课程从众多的文献管理软件挑选目前最常用的Endnote软件。 Endnote文献管理软件具有在线搜索文献,即可直接从网络搜索相关文献并导入到Endnote的文献库内,同时它可建立文献库和图片库,收藏、管理和搜索个人文献和图片、表格,并且他还可以定制文稿,直接在Word中格式化引文和图形,利用文稿模板直接书写合乎杂志社要求的文章,此外它还可引文编排,可以自动帮助我们编辑参考文献的格式。

    与其他文献管理软件相比,Endnote软件优势明显。该软件是SCIThomson Scientific 公司)的官方软件,支持国际期刊的参考文献格式有3776 种,写作模板几百种,涵盖各个领域的杂志。因此学生可以方便地使用这些格式和模板,有利于我校学生准备SCI 稿件。同时该软件能直接连接上千个数据库,并提供通用的检索方式,可提高学生科技文献的检索效率,并且它能管理的数据库没有上限,至少能管理数十万条参考文献。因此,学生都可以在短时间对该软件学习后,具有良好的科技文献管理能力。

2)在课程开设之前,我们对于目前多数论文进行调研,当前流行的图形可视化和数据分析软件有MatlabMathmaticaMaple等。这些软件功能强大,可满足科技工作中的许多需要,但使用这些软件需要一定的计算机编程知识和矩阵知识,并熟悉其中大量的函数和命令。而OriginLab公司出品的Origin软件,相比其他软件则具有很强的操控性。使用Origin就像使用ExcelWord那样简单,只需点击鼠标,选择菜单命令就可以完成大部分工作,即可获得满意的结果。

    Origin具有两大主要功能:数据分析和绘图。Origin的数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数据后,进行数据分析时,只需选择所要分析的数据,然后再选择相应的菜单命令即可。Origin的绘图是基于模板的,Origin本身提供了几十种二维和三维绘图模板而且允许定制模板。绘图时,只要选择所需要的模板就行。在操作过程中更可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板,可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等连接。因此,在课程开展时将重点讲解数据分析与绘图两部分。

3)目前化学与环境工程学院毕业的部分研究生多去工程设计相关的公司单位,因此考虑到学生将来就业等因素,本课程也将开展关于工程制图相关的培训。因此本课程选择Auto CAD进行教学。与其他的绘图软件相比,AutoCAD具有良好的用户界面,通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境,让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧,从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性,它可以在各种操作系统支持的微型计算机工作站上运行。

    本课程选择三款软件是目前文献管理、数据图表制作与工程制图三大领域的最常用也是最容易学习使用的软件。因此,本课程既具有可操作性,学生也可从短短的课程学习中尽可能学习到文献管理、数据图表制作与工程制图三方面的基本能力。



    本课程是化学与环境工程学院开设的一门研究生专业必修课,主要培养学生利用计算机技术来写作、报告、画图、编程及模拟的能力,同时培养学生遇到问题时懂得利用相关化学软件达到理想效果的能力。课程主要为学生讲述与化学研究相关的作图、文献管理、可视化图形制作等计算机软件的功能及其应用。本课程结合课堂讲述、上机实习、实际科研数据分析的模拟练习、Seminar研讨等方式,让学生深入了解不同计算机软件的功能及操作方法,为学生在日后的科研学习、论文写作、文献调研等方面提供重要的方法。

    在课程开展中主要包括以下几个方面:科技论文撰写及文献管理软件介绍、多媒体演示及制作方法软件介绍、数据分析及绘图软件介绍、数学编程相关软件介绍和大数据分析方法及相关软件介绍。

    在上课中,我们三位老师采取不同教学风格,希望让整个学习的气氛变得多样生动,学生反映也十分良好,尽量让所有知识点的讲解深入浅出、洋洋洒洒、丰富详实。

    因此,相信学生经过本课程的学习,能够对科研软件的使用有更深入的了解,也为他们在科研道路推进了一小步。



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本课程采用课堂讲授、上机实习、实际问题模拟分析、Seminar专题研讨等相结合的方式开展教学活动。该课程采取模块化的教学方式,以不同的软件作为讲解模块。在每个软件介绍前,首先给出一些丰富的应用实例,使学生对其产生浓厚的学习兴趣。当具体介绍每个软件时,先总体介绍该软件的相关理论知识,再详细讲解该软件的功能。讲解时采用PPT和软件现场演示相结合的方式,使学生能够直观化的学习软件的操作方法,并针对每款软件穿插2-4个课程练习,进一步加深学生的学习印象。

具体教学设计方案如下:

1)科技论文撰写及文献管理软件介绍:主要介绍Microsoft Word以及Endnote两款软件的功能及操作方法,通过教师演示和上机实习的方式,使学生掌握论文撰写和文献管理的方法。

2)数据分析软件介绍:介绍OriginSPSSSigmaPlot等数据分析及绘图软件,教师以一个研究中出现的实际问题为背景,引导学生如何将数据转化成图表,进行数据分析。

3)绘图软件介绍:介绍Auto CAD的使用方法,并教授学生如何将工程设计在该款软件中呈现,并标识尺寸、名称等相关参数。同时通过案例让学生在电脑上实际操作练习,巩固所学的知识。

(4)学生讲解:学生为同学们讲解教师讲授软件以外的软件种类,扩展同学的视野,让学生掌握更多的计算机软件技术手段。

课程考核方式:

本课程期末总评成绩采用过程性的考核方法。总评成绩由三部分组成:

(1)课堂表现、课堂问答、专题发言等,占20%;

(2)实际问题模拟练习及口头汇报,占40%。

(3)利用讲述的化学软件完成课程论文,占40%。    

课程论文要求:

(1)至少应用两种所讲授的软件,完成论文撰写

(2) 总论文字数不少于3000

(3)论文格式应当与科技论文发表格式相同,具体可参照《深圳大学学报》的论文格式要求

评分办法:

    由三位老师共同评分,主要考察软件应用的准确性以及论文是否清晰、翔实,若发现抄袭,直接零分处理。


    本课程在进行过程中开展了“我所知道的学术软件”的学生讲座、小组作业、课堂讨论等活动。即能让学生掌握教师讲授的软件,也能将课堂外学生所会的软件与其他同学分享。扩展了知识范围、增加了学生的学习兴趣,从实际问题出发,通过软件工具,完美解决。

在“我所知道的学术软件”活动中,4位同学分别为同学们讲解了图像处理软件Photoshop、PowerPoint、Publisher以及Visio的应用和操作,并通过实际的示范,给同学们展示了这几款软件的功能 (见图1)。在Photoshop的讲解过程中,主讲同学将若干张电镜照片处理成清晰、整洁的图片,并结合论文的要求,给出了不同的排版方式。在PowerPoint的讲解中,主讲同学以学术会议的口头报告为例,展示了如何利用该款软件做出清晰、美观的PPT,同时该给出了适合于学术会议、课堂演讲、组会报告、面试等不同条件下的PPT模板,供同学下载。在Publisher的讲解过程中,主讲同学以学术会议墙报的一般要求,讲解了如何利用Publisher做出引人入胜的学术墙报或宣传墙报。讲解细致入微,包括了字体的选择、颜色的搭配、排版技巧等。在Visio的讲解过程中,主讲同学给大家展示了学术论文或项目申请书中的流程图做法。并配合一个实际的案列,一步一步的演示相关流程图的制作步骤,并对其进行美化。

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1 “我所知道的学术软件”活动照片

另外,本课程也结合实际需求,让同学进行分组,完成小组作业。例如,在AutoCAD的讲解过程中,教师给同学布置了污水装置的设计作业。要求用AutoCAD设计出不同的污水处理装置。全体同学被分为了4组,一周的时间。4组同学均交出了令人满意的作业(见图2)。

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2 学生完成的AutoCAD作业

    而在数据分析软件Origin的讲解中,教师以实际科研中的数据为背景,要求学生利用该数据做出综合图、箱型图、聚类分析图以及主成分分析图等(见图3)。突破特传统的以线形图、散点图和柱状图为主的单一作图方式,给学生更多的数据分析手段。在Endnote的讲解过程中,教师讲授了文献的管理方法,并要求学生进行课堂讨论和实操,对于不同的期刊要求,给出相对应的文献格式 (见图4)。

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3 利用Origin做出的数据分析图

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4 Endnote内容解析


    在课程教授时,老师思路清晰,循循善诱,三位老师通过重点介绍了三种不同的科研工作软件的几个关键知识点,让我们学生可以尽快对三款软件上手,学习起来没有压力,为以后开展科学研究奠定了理论基础。总而言之,该课程内容丰富、生动有趣、气氛活跃,为学生提供了一个独立思考又合作交流的学术平台。 ——陈超娴


    由于自己本身在现在开展的研究工作中需要用到EndnoteOrigin,所以对这门课感到非常亲切和熟悉。首先我觉得开展这门课无论是对从事研究的学生来说还是对其他专业的理工科学生来说,都是非常必要的,因为这是对我们研究生进入研究工作前是一个很好的补充和拓展。三位老师的授课,深入浅出,能把一个软件中专业性比较强的学术问题用通俗易懂的语言表达给大家。上课的课堂讨论环节既增加课堂气氛又加深了对软件使用的难点的理解。最后,个人对这门课的一个小小建议就是可以布置多一点课程作业和展示,这样就可以让学生更多机会去运用所学到的软件知识。——朱荣芳


    本学期三位老师的上课风格都给我留下的印象很深,老师的教学方式和以往所上课的形式不一样。毛老师上课与学生交流丰富,内容充实。刘老师上课温文尔雅,上着她的课感觉是一种享受。周老师的课则诙谐生动,大家都欢声笑语。感谢这学期三位老师对我们付出,感觉经过这门课的学习,我收获到许多。 ——詹宇婷

 

    这门课是我在这学期学习过程中最喜欢的课程之一,是它开启了我对科研工作的大门。在本门课的学习中,三位老师将相关知识重点都利用多媒体课件以专题的形式呈现,内容丰富,系统性很强。此外,三位老师教我们不要局限在书本上的固定思维,要学会反思,从而使这些软件为我所用,我从中受益匪浅。同时,三位老师幽默风趣,能充分调动同学的积极性,作业量适当,对学生认真负责。紧凑、轻松、活跃课堂学习更激起我们对该课程产生了浓厚的兴趣。——黄春波

 

    这是一门非常好的科研工作入门课,老师讲解的结构很清晰,内容对科研小白的我们来说深入还是比较充实的。老师的讲解深入浅出、洋洋洒洒、点到为止。在上课过程中,师生互动比较多,让学生不会只是在课堂上扮演一名聆听者。——邱海键

 

    虽然每周只有三节课,但是时间感觉过得很快,因为我们都会很认真地跟着老师的步伐走。课堂很活跃,这是在其他的课上所不能常见的,有老师授课和同学们的讨论结合,还有欢笑,能调动每位同学积极性的授课方法很好,因此对我也很受用。——李笛

 

    化学软件及应用对我而言是一门十分新颖的课程,在我本科阶段并未对任何科研或工作类软件进行深入学习。本课程内容十分丰富。教学过程注重教与学的过程,课程中不仅有让同学们学习到文献检、数据分析、制图等,而且老师穿插会讲解如何进行科研工作。这让我们深刻体会到在科研的路途上,还需要走很长的路,但是我相信经过这门课得学习,我又在科研的道路上前进一小步。总的来说这是一门非常赞的课程!——于辛瑶