《计算机在材料科学中的应用》课程教学探索

张健　龙春光　毛聪　华熳煜　罗奕兵　余小峰

摘 要：《计算机在材料科学中的应用》是我校材料成型及控制工程本科专业的一门专业课。该文结合本专业培养目标及该课程的教学大纲要求，对其理论、实践教学内容及教学方法进行了初步探索与设计，力争提高该课程的教学质量与效果。

关键词：计算机在材料科学中的应用 课程教学 教学质量 教学效果

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0102-01

作为一种现代工具，计算机技术在材料科学中的应用日益广泛，并在很大程度上促进了材料科学研究的深入发展。《计算机在材料科学中的应用》作为我校材料成型及控制工程本科专业的一门专业课，在整个课程体系中占有重要地位。为培养学生利用计算机分析和解决材料科学领域相关实际问题的能力，笔者对该课程的教学内容与教学方法进行了初步探索与设计，力争提高该课程的教学质量与效果。

1 课程教学大纲要求

《计算机在材料科学中的应用》课程共32学时，其中，理论教学16学时，上机实践16学时。本课程教学大纲要求：通过理论与实践教学环节，使学生了解计算机技术在材料科学领域的应用现状，初步掌握利用计算机进行数据处理、材料设计、材料成型过程模拟以及利用计算机网络技术对材料科学领域相关资料进行检索等，以培养学生利用计算机分析和解决材料科学与工程领域相关实际问题的能力，以期到达本专业对学生的培养目标。

2 理论与实践教学内容设计

结合材料成型及控制工程本科专业的培养目标以及课程教学大纲要求，本课程的理论教学内容主要包括四大模块，即：计算机用于数据处理、计算机用于材料设计、计算机用于材料成型过程模拟、计算机用于文献检索。

根据理论教学内容，与之配套的上机实践内容同样包括四大模块，即：数据处理模块，主要包括Origin、Excel软件的操作与使用；材料设计模块，主要包括Thermal-Calc相图计算软件、Materials Studio材料计算软件的操作与使用；材料成型过程模拟模块，主要包括ProCast铸造模拟软件、Deform金属塑性变形模拟软件、Moldflow塑料注塑成型模拟软件的操作与使用；文献检索模块，主要包括中国知网、维普、万方、ScienceDirect、SpringerLINK等中外文数据库的操作与使用。

3 教学方法设计

由于本课程是一门实践性很强的课程，因此，在实际教学过程中，我们采取软件介绍与操练为主、理论知识讲解为辅的教学思路，具体教学方式如下。

（1）充分利用多媒体技术，立体展现计算机在材料科学领域的应用功能

《计算机在材料科学中的应用》课程涉及了较多的计算软件及其在材料科学领域应用的具体案例，如果以单纯的口头述说方式或者在黑板上简单地画些示意图，来给学生介绍这些软件及其功能，则会让学生感觉到抽象乏味，达不到学习的效果。我们应该充分利用集声、光、电于一体的多媒体辅助教学手段[1]，尽可能多地搜集计算机技术在材料科学领域应用的相关图片、视频、动画等，尤其在上第一堂课的绪论部分时，让学生更为清楚地了解各种软件的具体功能及其应用，则有助于增学生的感性认识，提高学生对该课程的学习兴趣。

（2） 结合具体案例，介绍软件的使用功能及其操作步骤

在课堂教学中，教师除讲解基础知识外，应结合材料科学研究中的具体案例，对相关软件的使用功能及其具体操作步骤加以介绍。如针对数据处理模块，我们可将学生熟悉的应力—— 应变曲线、X射线衍射图谱等作为案例，利用Origin、Excel软件对其图形绘制、样式编辑、图形导出等功能进行详细介绍；针对材料设计模块，我们可将学生熟悉的铝合金强韧化设计作为案例，利用Materials Studio软件对铝合金及其强韧化理论模型的构建、计算参数的设置、计算运行及结果分析等进行详细介绍；针对材料成型过程模拟模块，我们可将学生日常生活中经常见到的肥皂盒、钢管等作为案例，结合学生此前学过的《塑料成型工艺及模具设计》[2]与《金属塑性成型原理与工艺》[3]课程理论知识，利用Moldflow、Deform软件分别对其成型过程进行模拟与分析；针对文献检索模块，我们可将“计算机在材料科学中的应用”作为主题，让学生在了解文献数据库的基础上，查阅与该主题相关的国内外文献。通过结合具体案例对软件及其功能加以介绍，一方面使学生更易于掌握软件的操作与使用功能，另一方面，将实际问题引入到理论教学中来，更有助于增强学生的创新思维与创新意识。

（3）注重上机操练，培养学生分析与解决问题的实践能力

学生仅凭课堂上倾听或观看教师的软件操作过程，显然达不到软件学习的效果，必须经过一定的上机操练。教师可根据每一堂理论课所讲的内容，给学生布置相应的上机任务，具体任务可以是理论课所讲的具体案例操练，也可以增加与之相近案例的操练，一方面可以使学生对课堂讲解内容加以掌握，另一方面还有助于培养学生独立思考问题、利用计算机分析和解决材料科学领域相关实际问题的能力。此外，教师还应注重学生上机任务完成情况的考核，将每堂上机课学生完成任务情况作为平时成绩，即可以及时了解学生对软件知识的掌握程度，还可以督促学生充分利用宝贵的上机操练时间，提高软件的学习效果。

4 结语

在材料科学领域，计算机技术的应用日益广泛。对《计算机在材料科学中的应用》课程的理论、实践教学内容及教学方法进行合理设计，将有助于培养学生利用计算机解决材料科学领域相关实际问题的能力，进而达到我校材料成型及控制工程本科专业的培养目标。

参考文献

[1] 张健，龙春光，华熳煜，等.多媒体技术在《金属塑性成型原理与工艺》课程教学中的应用与思考[J].中国科教创新导刊，2011（20）：165.

[2] 叶久新，王群.塑料成型工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 彭大暑.金属塑性加工原理[M].长沙：中南大学出版社，2004.endprint