《計算機在材料科學中的應用》課程教學探索

張健　龍春光　毛聰　華熳煜　羅奕兵　余小峰

摘 要：《計算機在材料科學中的應用》是我校材料成型及控制工程本科專業的一門專業課。該文結合本專業培養目標及該課程的教學大綱要求，對其理論、實踐教學內容及教學方法進行了初步探索與設計，力爭提高該課程的教學質量與效果。

關鍵詞：計算機在材料科學中的應用 課程教學 教學質量 教學效果

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）03（b）-0102-01

作為一種現代工具，計算機技術在材料科學中的應用日益廣泛，并在很大程度上促進了材料科學研究的深入發展。《計算機在材料科學中的應用》作為我校材料成型及控制工程本科專業的一門專業課，在整個課程體系中占有重要地位。為培養學生利用計算機分析和解決材料科學領域相關實際問題的能力，筆者對該課程的教學內容與教學方法進行了初步探索與設計，力爭提高該課程的教學質量與效果。

1 課程教學大綱要求

《計算機在材料科學中的應用》課程共32學時，其中，理論教學16學時，上機實踐16學時。本課程教學大綱要求：通過理論與實踐教學環節，使學生了解計算機技術在材料科學領域的應用現狀，初步掌握利用計算機進行數據處理、材料設計、材料成型過程模擬以及利用計算機網絡技術對材料科學領域相關資料進行檢索等，以培養學生利用計算機分析和解決材料科學與工程領域相關實際問題的能力，以期到達本專業對學生的培養目標。

2 理論與實踐教學內容設計

結合材料成型及控制工程本科專業的培養目標以及課程教學大綱要求，本課程的理論教學內容主要包括四大模塊，即：計算機用于數據處理、計算機用于材料設計、計算機用于材料成型過程模擬、計算機用于文獻檢索。

根據理論教學內容，與之配套的上機實踐內容同樣包括四大模塊，即：數據處理模塊，主要包括Origin、Excel軟件的操作與使用；材料設計模塊，主要包括Thermal-Calc相圖計算軟件、Materials Studio材料計算軟件的操作與使用；材料成型過程模擬模塊，主要包括ProCast鑄造模擬軟件、Deform金屬塑性變形模擬軟件、Moldflow塑料注塑成型模擬軟件的操作與使用；文獻檢索模塊，主要包括中國知網、維普、萬方、ScienceDirect、SpringerLINK等中外文數據庫的操作與使用。

3 教學方法設計

由于本課程是一門實踐性很強的課程，因此，在實際教學過程中，我們采取軟件介紹與操練為主、理論知識講解為輔的教學思路，具體教學方式如下。

（1）充分利用多媒體技術，立體展現計算機在材料科學領域的應用功能

《計算機在材料科學中的應用》課程涉及了較多的計算軟件及其在材料科學領域應用的具體案例，如果以單純的口頭述說方式或者在黑板上簡單地畫些示意圖，來給學生介紹這些軟件及其功能，則會讓學生感覺到抽象乏味，達不到學習的效果。我們應該充分利用集聲、光、電于一體的多媒體輔助教學手段[1]，盡可能多地搜集計算機技術在材料科學領域應用的相關圖片、視頻、動畫等，尤其在上第一堂課的緒論部分時，讓學生更為清楚地了解各種軟件的具體功能及其應用，則有助于增學生的感性認識，提高學生對該課程的學習興趣。

（2） 結合具體案例，介紹軟件的使用功能及其操作步驟

在課堂教學中，教師除講解基礎知識外，應結合材料科學研究中的具體案例，對相關軟件的使用功能及其具體操作步驟加以介紹。如針對數據處理模塊，我們可將學生熟悉的應力—— 應變曲線、X射線衍射圖譜等作為案例，利用Origin、Excel軟件對其圖形繪制、樣式編輯、圖形導出等功能進行詳細介紹；針對材料設計模塊，我們可將學生熟悉的鋁合金強韌化設計作為案例，利用Materials Studio軟件對鋁合金及其強韌化理論模型的構建、計算參數的設置、計算運行及結果分析等進行詳細介紹；針對材料成型過程模擬模塊，我們可將學生日常生活中經常見到的肥皂盒、鋼管等作為案例，結合學生此前學過的《塑料成型工藝及模具設計》[2]與《金屬塑性成型原理與工藝》[3]課程理論知識，利用Moldflow、Deform軟件分別對其成型過程進行模擬與分析；針對文獻檢索模塊，我們可將“計算機在材料科學中的應用”作為主題，讓學生在了解文獻數據庫的基礎上，查閱與該主題相關的國內外文獻。通過結合具體案例對軟件及其功能加以介紹，一方面使學生更易于掌握軟件的操作與使用功能，另一方面，將實際問題引入到理論教學中來，更有助于增強學生的創新思維與創新意識。

（3）注重上機操練，培養學生分析與解決問題的實踐能力

學生僅憑課堂上傾聽或觀看教師的軟件操作過程，顯然達不到軟件學習的效果，必須經過一定的上機操練。教師可根據每一堂理論課所講的內容，給學生布置相應的上機任務，具體任務可以是理論課所講的具體案例操練，也可以增加與之相近案例的操練，一方面可以使學生對課堂講解內容加以掌握，另一方面還有助于培養學生獨立思考問題、利用計算機分析和解決材料科學領域相關實際問題的能力。此外，教師還應注重學生上機任務完成情況的考核，將每堂上機課學生完成任務情況作為平時成績，即可以及時了解學生對軟件知識的掌握程度，還可以督促學生充分利用寶貴的上機操練時間，提高軟件的學習效果。

4 結語

在材料科學領域，計算機技術的應用日益廣泛。對《計算機在材料科學中的應用》課程的理論、實踐教學內容及教學方法進行合理設計，將有助于培養學生利用計算機解決材料科學領域相關實際問題的能力，進而達到我校材料成型及控制工程本科專業的培養目標。

參考文獻

[1] 張健，龍春光，華熳煜，等.多媒體技術在《金屬塑性成型原理與工藝》課程教學中的應用與思考[J].中國科教創新導刊，2011（20）：165.

[2] 葉久新，王群.塑料成型工藝及模具設計[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 彭大暑.金屬塑性加工原理[M].長沙：中南大學出版社，2004.endprint