《計算機在材料科學中的應用》課程教學改革*

陳　錕，施宇濤，劉克家，陳惠芬

(上海應用技術大學材料科學與工程學院，上海　201418)

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《計算機在材料科學中的應用》課程教學改革*

陳錕，施宇濤，劉克家，陳惠芬

(上海應用技術大學材料科學與工程學院，上海201418)

為了提高《計算機在材料科學中的應用》這門課程的教學效果，本文對該課程教學內容及教學方法的改革進行了探討。在教學內容方面，開設了新的實驗項目以強調本課程的應用；在教學方法方面，提出了課程過程化考核的模式，考核內容以知識應用為主。該課程的教學改革取得了一定的效果，提高了學生學習的主動性和動手實踐能力，初步實現了預期的教學目標。

教學改革；計算機應用；材料科學

計算機技術在材料科學與工程上的應用是當前材料研究領域和生產制造行業的重要前沿之一,也是材料科學與工程發展的主流方向[1]。計算機技術的發展，為材料科學研究提供了一種強有力的工具,促進了材料科學研究的深入發展[2]。

材料科學專業主要是培養新材料開發研究人才，而計算機是現代材料科學研究中必不可少的工具[3-4]。應用計算機技術對材料的組織和性能進行預測，對材料成分和工藝進行優化設計，是21世紀對材料類專業人才素質的基本要求，掌握計算機技術已成為材料科學與工程的學生必不可少的技能[5]。《計算機在材料科學中的應用》是材料科學與工程一級學科下各專業本科生必修的專業基礎課程，開設本課程是為了培養學生利用計算機解決材料科學與工程中實際問題的能力，培養和引導學生的創新意識，以及了解計算機技術在材料科學領域的研究前沿及其發展趨勢；再者，這門課程具有很強的專業綜合性和時代技術特征。為適應時代的發展潮流，更好的發揮先進的計算機技術為材料類專業教學改革的必然趨勢。因此，有必要對該課程進行教學內容、教學方法等方面的改革。本文對我院材料科學與工程專業開設的《計算機在材料科學中的應用》課程的教學改革進行了探討。

1　課程目標

圍繞以應用技術型人才為基礎的專業培養目標，緊扣當前計算機技術在材料科學與工程中應用的實際，通過各種理論教學和實踐教學環節,使學生了解計算機技術在材料科學與工程中的廣泛應用領域,初步掌握在材料科學研究領域中應用計算機的思路、方法和原理，并要求學生動手進行計算機軟、硬件實驗。

2　課程教學改革的探討

2.1教學內容改革

在當前課程教學內容的基礎上，引進新的教學內容，體現“繼承與發揚”相結合。從實驗設計、性能測試、實驗數據的采集和處理以及分析的各個環節、過程，構建材料研究中計算機應用的綜合性實驗：對材料性能測試實驗數據(例如，化學反應過程中溫度的變化、多孔材料在液體中質量變化的測量等)動態實時采集的實驗，要求學生在材料研究的實驗過程中自行采集數據，彌補當前虛擬實驗數據，或實驗數據由教師給定的不足，并自行完成這些數據的處理分析。目的是將材料學院專業實驗室中與計算機在材料科學應用有關的儀器、設備與本課程實驗環節相結合，拓寬本課程實驗教學內容，使目前單純的上機實習操作，拓寬為真正由學生參與設計的計算機軟、硬件與材料分析測試相關的綜合性實驗，培養學生的創新精神和實踐動手能力。例如，教師精心設計了“多孔材料在液體中質量變化的實時測量”綜合性實驗，在計算機硬件方面，要求學生動手搭建材料測試裝置與計算機聯機，運用計算機實時讀取、自動記錄該裝置的實驗數據；再由計算機軟件處理這些數據，最終獲得定量的實驗結果，培養學生的創新意識和動手能力。圖1、圖2分別是搭建的多孔材料在液體中質量變化的實時測量的實驗裝置、實時采集的實驗曲線及其擬合曲線。由此成功實現了計算機軟、硬件與材料科學的專業實驗相結合，動態實時采集并獲得了第一手實驗數據，并為學生后繼進行數據處理及數學建模提供了基礎。

圖1　多孔材料在液體中質量變化的實時測量的實驗裝置

圖2　焦炭浮重變化-時間的實驗曲線及擬合曲線

2.2教學方法改革

本課程是一門應用性很強的課程，因此，有必要對傳統的以死記硬背為基礎的考試方式進行改革，重點培養學生分析問題、解決問題的能力；再者，近年的教學實踐表明，實踐教學極大促進了學生對專業理論知識的理解，提升了他們對本課程和材料專業的興趣。應進一步發揮實踐教學的優勢，提高教學效果。由此我們提出課程過程化考核的模式，考核內容以知識應用為主。通過設計計算機應用實例方面不同層次要求的實驗，相應地采用不同的考核形式，例如上機在線考試、大作業、團隊合作等，對學生學習過程進行多方面、多形式、分階段的考核，促進學生自主學習，提高學生的綜合素質與能力。“計算機在材料科學中的應用”課程過程化考核分為兩個部分，一是平時進行的過程性考核，二是期末進行的終結性考試。整個過程性考核分為4個階段考核和2個綜合應用能力考核,占課程綜合總評成績的50%。

另外，考慮到學生在綜合性實驗中會遇到各種各樣的問題，而且有許多問題屬于共性問題，因此，為了提高答疑的效率及答疑的效果，建立了課程答疑微信群，使得教學形式由“單一的課堂教學”改變為“多形式的互動交流”，且教學氛圍也變得更加民主、活躍。授課一輪下來，可以感覺到該答疑方式深受同學的歡迎，較大的提高了學生自主學習的積極性。

3　教學改革的效果

3.1學生學習熱情高漲

學生出勤率提高，課堂學習氣氛高漲，學習的積極性和主動性提高，積極主動參加自習輔導答疑和微信群答疑，答疑問題的人數和次數大幅增加，微信群中答疑記錄數千條。

3.2促進了教學相長

教師可以及時掌握學生的學習情況，從而調整教學進度與內容；引導和帶動教師改革教學方法和教學手段，不斷的更新觀念，不斷的學習并掌握新知識，使得教學與實踐更緊密地結合。這就促進了教師教育教學水平的提高和因材施教能力的提升，提高教學質量。

3.3提升了學生的學習水平和實踐能力

課程最后綜合總評成績中的優良比例有較大提高，綜合應用能力考核成績近一半的學生都在80分以上，有效降低了綜合考評不及格率，而且提高了學生綜合應用知識的能力和創新能力，促進了學生在知識、能力和素質得到全方位的培養和提高。

4　結　語

《計算機在材料科學中的應用》課程教學改革的探索與實踐，拓寬了教學內容，改革了教學方法，提高了學生學習的主動性和動手實踐能力。例如，將該課程的理論授課環節安排在學校計算機中心的多媒體機房完成，是一種有益嘗試。在講授理論知識的基礎上，學生可及時上機進行實踐訓練，對所授知識進行理解。這樣的教學方式，增大了學生的課堂參與度，受到同學的歡迎。今后，筆者將不斷繼續探索，并將好的經驗與同行們一道交流并分享。

[1]薛長國,滕艷華,邱軼兵,等.《計算機在材料學科中的應用》課程建設[J].廣州化工,2013,41(18):163-164.

[2]胡紅軍,楊明波.“計算機在材料學科中的應用”課程教學設計[J].鑄造技術,2007,28(7):991-993.

[3]周靜,顧少軒,趙志宏.“計算機在材料學科中的應用”課程教學內容設計[J].建材高教理論與實踐,2001,20(4):95-96.

[4]楊弋濤.《計算機在材料學科中的應用》新課程建設的探索過程[J].上海大學學報(高教科學管理版),2008(4):48-49.

[5]葉衛平.計算機在材料科學與工程中的應用實驗設計與指導[M].北京:機械工業出版社,2014:1-2.

Teaching Reform of Application of Computer in Material Science*

CHEN Kun,SHI Yu-tao,LIU Ke-jia,CHEN Hui-fen

(School of Material Science and Engineering,Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China)

To improve the teaching effects of Application of Computer in Material Science,the reform of teaching content and teaching method was investigated.According to teaching content,new experiment item was offered to emphasize the application; According to teaching method,process evaluation mode of the curriculum was proposed,testing content was based mainly on knowledge application.Certain effects were obtained in the study,such as the initiative study and the practical abilities of students.The expected teaching target was preliminarily implemented.

teaching reform; computer application; material science

上海應用技術學院重點課程項目 (10110M150001)；上海市大學生科技創新項目(PE2016023)。

陳錕(1978-)，女，副教授，博士，研究方向為材料加工過程的數學計算與數值模擬。

G642

B

1001-9677(2016)011-0209-02