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学工程与工艺实验不同于普通的化学实验只重视一个原理的求证,它的目的是为了解决工业中的化工问题,其特点主要有实验时间长、实验规模大和实验数据处理繁杂等。在整个化学工程与工艺实验里数据处理是必不可少的阶段,也是印证化学实验成果是否行之有效的必要手段,但是由于实验数据过于庞大,实验当中相关的参数关系大多是非线性的,单单依靠传统的手工计算不仅速度慢,还容易出现计算失误的情况,根本无法满足实际的需求,因此,将MATLAB软件融入实验数据的处理中刻不容缓,它能有效地将繁琐的计算步骤化解成简单的计算,提高工作效率,让实验数据的准确性达到最高值,避免误差的产生。以下通过研究两个化学工程与工艺实验,分析MATLAB软件在处理实验数据时与传统的手工计算有什么优势和便利。
二化学工程与工艺实验数据处理设计
1数据处理的程序框架
因为每一个化学工程与工艺实验的目的都不相同,因此其处理的步骤以及涉及的化学公式也不尽相同,不可能以一个程序来概括,但是经过大量的实验研究和总结,发现不同的化工实验中都会有其相似之处。
2数据处理的程序编制
2.1数据输入
化学工程与工艺实验的数据输入主要依靠提示的函数input实现,比如以温度为例子,则其输入函数为:t=input(‘请输入实验的温度(摄氏度):’),其中输入函数大多是以矩阵的输入形式为主。
2.2处理和作图
化学工程与工艺实验中得到的数据时常会存在离散的情况,必须经由多种拟合的方法将它们结合成一条或多条连合的曲线,而其中最常用的拟合方式是最小二乘法,因此本实验设计中的拟合方式也采用最小二乘法的方式。设实验的离散数据(x1,y1)通过最小二乘法将其拟合成因变量y,自变量x,输入的函数关系为y=f(x),函数关系的主要思路是让离散数据中的x1的残差平方以及Σ(f(x1)-y1)2达到最小值。因为在得出化工实验数据中多少会因为外界的因素存在着一些误差,因此最小二乘法可以无需使输入函数y=f(x)必须经过全部的离散数据(x1,y1),但是残差平方和必须达到最小值。根据最小二乘法的拟合方法可知,最小二乘法可以满足化工实验数据处理中的拟合应用需求。在化学工程与工艺实验中会涉及到流体的流动阻力研究,研究主要是通过测试流体的流动阻力,在经过特定的计算之后得出摩擦系数(λ)和雷诺准数(Re)的离散数据,再同理,经过最小二乘法拟合出连续的曲线,并根据其画出相对应的图形。因为摩擦系数(λ)和雷诺准数(Re)属于成双对数函数。
2.3建立数据库
因为经过上述的设计,化学工程与工艺实验数据处理只能得知在特定的温度下(比如10℃、20℃以及30℃等)实验的物性数据,但是在实际的生产中,工业生产所涉及的温度多变,不单单只停留在设计好的温度当中,因此,这就需要我们在数据中选择最相近的数据,假设它们属于线性的关系,再利用内插或者外推的方式计算出实验的物性数据常数。在本文的化工实验中,编写的程序已经将实验温度和密度以及实验的温度与黏度进行多次的实验拟合,建立出了一个相对完整的数据库,在工作中只需将温度输入进系统,则程序可以自动跳出在特定温度下的物性数据,提高数据处理效率。
3程序的运行
在编制完成化学工程与工艺实验的数据处理程序,且建立数据库之后,便应该输入数据以验证程序是否能有效地处理实验数据。在化学工程与工艺实验的数据处理中,MATLAB软件的应用是十分重要的,经过实验可知,在化工实验当中会出现大量的离散数据,必须经过拟合的方式进行处理,其处理过程中不仅工作量大,而且十分繁琐,一旦出现差错则必须重新重来,浪费大量的人力物力资源,而且在处理好实验数据之后,在查看实验当中还要将化工实验数据重新计算一次,看结果是否与原先的计算结果相同,工作量十分重,但是如果运用MATLAB软件则大大降低了数据处理难度,只要在MATLAB软件中输入相应的化工实验数据,就可以得到结果,节省了时间,提高了工作效率。
三结语
从上面的教学设计和实施的介绍,可以看出多媒体教学软件在整个教学过程中起到了极其关键的作用,下面简要说明一下软件的各项学习功能的设计。(1)观察结构:设计了“三维结构展示”和“结构分解组合”功能,采用三维立体动画方式,实现学生“全方位、内外”直观、形象地观察认知结构。(2)读懂图纸:设计了“识图学习”─“识图训练”配套功能,先认知后训练,实现读图、识图功能,帮助学生高效率认知图纸。认知装配图时,用鼠标触及图纸上序号则显示其零部件名称并高亮显示其图案轮廓,突破了教材静态图纸的观察方式,容易引发学生认知兴趣;训练时要求学生拖动零部件名称到正确的图示位置,以此训练学生对图纸的认知。(3)认知原理:设计了“原理演示”功能,以直观形象的动画形式展示换热器工作原理,解决了传统教师讲解枯燥难懂的尴尬,有效突破了教学难点。(4)模拟拆装:“模拟演示”功能让学生熟悉基本拆装流程;“拆装仿真”能让学生模拟拆装操作,进行训练;同时,还配以视频便于学生仔细观察实际拆装流程。通过认知和模拟操作的训练,使学生如身临其境,为后续真正的动手实训打下基础。(5)模拟试压:模拟试压是最重要的学习环节,共设计了“壳程试压、管程试压、试压仿真、偷师学艺(视频)”四项功能,使学生能够模拟实际试压操作流程,完成整个试压技术流程的仿真操作,从而掌握换热器试压的专业知识、标准及装配试压技能。在上述五个主体学习功能项中,我们均设计了“我要问”的教师提问,使学生带着问题学习,也便于教师督导检查。学生若对问题感到艰难困惑,可以到软件“加油站”功能中查询学习。(6)“加油站”该功能提供前述五大功能学习模块对应的专业知识。我们改造课程教材陈述方式,内容简洁清晰、针对性强,描述尽可能通俗易懂、生动活泼,容易为高职学生所理解,便于其查阅学习。(7)“过关斩将”为考核测试功能,取意“过五关、斩六将”。通过“五关”测试,将前面所学综合知识进行逐一考核,学生若逐项通关,则取得“实训准入证”,标志着学生具备了实训所应具备的知识和技能基础,学生(团队)可在实训室自行进行实训操作(拆装和试压)。
2教学效果评价
我们对上述“软件辅助的项目教学模式”进行了近三年的教学实践,取得了非常好的教学效果。根据我们的实践与跟踪观察,在知识学习、技能实训、教学组织、难点突破、能力塑造等各个方面,相比传统教学模式,“多媒体教学软件辅助”的项目教学模式都体现出很大的优势,实现了质的提升,具体表现如表1所示。学生通过独立自主地学习实践,其观念意识逐渐改变,比如,学习观念的转变,独立意识的养成等。这些改变促使学生发现了自身潜力,意识到自身素质的提高,从而形成良性循环,其自觉性、自我期许感、自信心等进一步得到发掘,通过反馈效应,将更利于其整体素质的培养和进步。与此同时,学生的综合能力得到显著提升。这里的综合能力表现为很多方面,比如独立行动能力、独立学习能力、团队协作能力、动手实践能力等等。总之,多媒体教学软件成为一把“金钥匙”,通过我们的精心设计和在教学中的配合应用,解决了我们多年传统教学存在的困难和弊端,取得了令人欣喜的效果。从测试和反馈效果来看,学生在知识、技能的学习中切实做到了“深厚扎实”、教学效果、效率大幅提升,同时,学生也逐渐养成了独立自主学习的意识和探索求知的内在动力。需要着重提及的是,多媒体教学软件在此过程中起到了“四两拨千斤”的杠杆作用,成为深受教师和学生喜爱的助教助学的得力助手。
3“软件辅助教学”在素质教育中的作用和意义
除了良好的教学效果,本文更重要的是想说明,利用多媒体教学软件这种信息化教学手段开展的上述教学模式,在素质教育中具有更为深远的示范应用的价值和意义。针对我们的具体教学实例,我们认为有以下两点重要的价值体现。
3.1有效实现“任务驱动、学生主体”的行动导向教学的实施
首先,软件紧密契合课程教学内容和目标,设计了完整丰富的“学习─训练─答问─测试”一体化教学功能,充分有效地实现了“运筹电脑荧屏,决胜课程学习”的功能,形成了“学习助推力”;其次,通过五个教学功能模块,借助教师“我要问”─学生“加油站”功能创意,有效引导学生的知识学习,实现了“学习驱动力”;再次,结合高职学生身心特点,界面简洁实用、活泼有趣,文字图片卡通化、幽默有趣,通过“过关斩将”的功能创意,摆脱呆板单一的考核功能,将测试考核“过关游戏化”,寓学于乐,大大激发了学生的学习兴趣和动力,形成了“学习吸引力”。总之,作为替代教师功能的媒介,软件有效激发了学生学习兴趣,引导、驱动学生独立自主地按照任务程序进行课程的专业综合学习(“先期学习”),成功实现了“行动导向─任务驱动”教学模式的开展,改变了原来教师讲解、讲授造成的“教师主动、主体,学生被动、客体”的学习模式。这为学生素质培养奠定了坚实基础──素质教育必须以人为本,将学生提升到主体地位。
3.2改善传统实训模式,塑造学生“知行合一”的学习品质
传统的实训模式有很多弊端,如效率低、效果差:学生在实训室不易组织,教师需要讲解和示范,耗费时间和精力,效果反而并不好。而更严重的缺陷是“知、行脱离”:学生在实训室仅仅是动手操作,没有将知识和技能紧密衔接,形成了盲目动手,“手、脑分离”的不良学习品质,这对学生素质教育目标背道而驰。而采用如上所述的“实训准入制”模式,通过多媒体软件中的模拟仿真功能设计,可以模拟实训现场中实训装置的技能操作,同时和专业知识紧密融合。学生通过仿真训练后通过过关测试,在知识和技能综合考核合格的情况下,再进入实训室独立操作,既解决了“执行脱离”的弊端,同时也培养了学生的“能力迁移”──从电脑荧屏上的“仿真模拟”到现实装置上的“动手操作”之间的行为转换,这一行为转换本身就是对学生能力素质的一种培养和锻炼。
4小结──启示和思考:通过信息化教学手段实现素质教育的途径
高职院校的主要任务通常是满足本土化人才需求,旨在向学校所在省市输出人才,满足当地中小企业的需求。而随着中小企业的发展,电算化会计人才的需求也与日俱增,从日益增多的会计培训机构及会计教材便可窥视一二,市场决定了会计教育的蓬勃发展。从外部来看,高职院校根据当前会计市场人才需求情况划分会计教育模块,以培养适应本区经济发展需要的基层会计人才为目标,不断提升其人才培养质量。在进行会计电算化课程设置时,学校应与行业、企业人员联合开发课程,避免出现理论学习与实践应用相脱节的情况。在选择教学内容时,除传统的总账、工资、固定资产、报表等财务模块外,还要适当增加一些采购、销售、存储等模块内容,不断丰富学生的知识面,强化学生的财务业务一体化概念,以有效提升学生的学习质量。从内部来看,目前高职院校在自身建设中存在着普遍的局限性,主要表现在:一是资金不足。选择适合中小企业应用的会计电算化软件不仅价格相对便宜,而且可以满足教学需求。二是学生的学习能力相对薄弱,学习主动性有所欠缺,过于复杂的软件对于他们来说操作较为困难。三是需要实现自身的会计从业资格考试过关率目标,从而提升学生的就业率以及自身的职业教育地位。因此高职院校会计电算化课程软件的选择需要考虑诸多因素,本文通过对相关软件行业及会计从业电算化考试软件的研究,探讨高职院校会计电算化课程软件的选择策略。
2我国软件行业的发展及市场需求分析
为满足企业的高效运行及会计工作的顺利进行,市场催生了各种财务会计软件,可见会计电算化是企业会计工作的必然发展趋势。如今,软件行业蓬勃发展,财务管理软件层出不穷,各大软件公司针对不同行业、不同规模的企业开发出了适用于公司各主要流程的信息集成软件。2014年1-7月,我国软件和信息技术服务业实现软件业务收入19991亿元,同比增长21.4%。其中,数据处理和存储服务继续领先全行业发展,实现收入3616亿元,集成电路设计行业发展明显加快,实现收入585亿元,软件产品、信息系统集成服务和信息技术咨询服务增长均有所放缓,完成收入6254、4022和2129亿元,嵌入式系统软件实现收入3385亿元。就地域而言,2014年1-7月,中部地区完成软件业务收入776亿元,同比增长30.8%,增速高出全国平均水平9.4个百分点,其中湖北、安徽增长超过35%,湖南、江西等省增幅都比去年有较大提高。由上述经济指标可见,我国软件业仍在迅猛发展,中部地区软件及相关服务的需求也正在迅速提高,而这恰恰预示着企业的软件需求在不断提升。各企业为实现自身的可持续发展及竞争力,必须加速自身的信息集成,提高自身的反应速度,运用各种软件加强自身管理、提高自身软实力,从而企业的运营环境对高职院校提出了更高的要求,即输出具备一定软件操作能力的毕业生,而在会计工作上,企业急需的是全面发展的电算会计人才,因此高职院校会计专业需要推出面向本土中小企业会计岗位的会计电算化课程。会计电算化课程需要与企业对接,而当下,各省高职院校都在努力与本土企业达成合作,建立实训基地,邀请企业参与人才培养方案,最终适应人才和市场的需求,因此会计电算化课程选取的软件需要与本土市场覆盖面较广的会计软件相一致。从会计从业资格考试的情况来看,会计电算化考试软件的选择也体现了这一趋势。
3会计从业电算化考试软件分析
就目前而言,各省的会计从业资格考试中,会计电算化考试的软件不尽相同,比如,湖南省会计从业电算化考试软件为用友畅捷通T3,湖北省则采用金蝶KIS专业版软件,各省的从业考试软件并没有达成统一。从2014年会计从业资格考试简章来看,包括北京、深圳、上海、湖南、安徽等13个省/直辖市选用用友T3软件作为会计电算化考试内容;河南、重庆、广东为考生提供了两种软件选择,包括用友T3和金蝶KIS专业版;广西、湖北、贵州、四川及海南5省选用金蝶KIS专业版软件;中央国家机关、宁波、浙江3省选择了天顿;江西、福建2省选择了思诺;吉林选择了金算盘;甘肃选择了用友通。因此高职院校也应当根据本省的特殊情况选择会计电算化课程软件,提升自身的会计从业资格考试过关率,为学生的就业做好充分准备。整体而言,在会计从业资格考试中,将用友T3作为会计电算化考试软件的省市最多,金蝶专业版软件紧随其后。用友T3软件是用友旗下的畅捷通信息技术股份有限公司推出的T系列企业管理软件,顾客定位为中小企业,而金蝶KIS专业版是金蝶国际软件集团推出的一款面向中小企业的企业管理软件。两款软件都覆盖了中小型企业管理的五大关键环节:采购管理、销售管理、生产管理、仓存管理、财务管理,都实现了财务与业务的一体化,同时,两者界面都比较简单直白、易于操作,价格也相对便宜。现如今,用友与金蝶是当下市场占有率最高的两大财务软件开发商。用友公司连续多年被评定为国家“规划布局内重点软件企业”,中国及亚太地区180万家企业与机构通过使用用友软件和企业云服务,实现精细管理、敏捷经营。由用友公司2013年的年度报表可见,其市场覆盖率持续提升,小型微型商贸企业的新增客户数量也逐渐在增加。金蝶国际软件集团以管理信息化产品服务为核心,为超过400万家企业和政府组织提供云管理产品及服务,同时连续十年位居中国中小企业市场占有率第一。可见,大型软件开发商已经延伸到会计信息化的各个角落,而旨在与企业对接的高职院校也纷纷与之合作。除会计软件本身外,高职院校还需要通过对应软件的教考系统来考核学生的知识掌握程度,这就对高职院校的教师及软件开发公司提出了更高的要求,进而软件公司需推出相应教考系统及教师软件培训服务,从各方面来看,大型的财务软件开发公司才能满足企业与高职院校的种种需求。由此可见,会计从业电算化考试内容以及软件公司的实力决定了高职院校会计电算化课程软件的选择。
4结论