《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程教學(xué)探索

張健　龍春光　毛聰　華熳煜　羅奕兵　余小峰

摘 要：《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》是我校材料成型及控制工程本科專業(yè)的一門專業(yè)課。該文結(jié)合本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及該課程的教學(xué)大綱要求，對其理論、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行了初步探索與設(shè)計(jì)，力爭提高該課程的教學(xué)質(zhì)量與效果。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用 課程教學(xué) 教學(xué)質(zhì)量 教學(xué)效果

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

作為一種現(xiàn)代工具，計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛，并在很大程度上促進(jìn)了材料科學(xué)研究的深入發(fā)展?！队?jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》作為我校材料成型及控制工程本科專業(yè)的一門專業(yè)課，在整個課程體系中占有重要地位。為培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)分析和解決材料科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的能力，筆者對該課程的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法進(jìn)行了初步探索與設(shè)計(jì)，力爭提高該課程的教學(xué)質(zhì)量與效果。

1 課程教學(xué)大綱要求

《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程共32學(xué)時(shí)，其中，理論教學(xué)16學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)踐16學(xué)時(shí)。本課程教學(xué)大綱要求：通過理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，初步掌握利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、材料設(shè)計(jì)、材料成型過程模擬以及利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對材料科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)資料進(jìn)行檢索等，以培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)分析和解決材料科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的能力，以期到達(dá)本專業(yè)對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

結(jié)合材料成型及控制工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)以及課程教學(xué)大綱要求，本課程的理論教學(xué)內(nèi)容主要包括四大模塊，即：計(jì)算機(jī)用于數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)用于材料設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)用于材料成型過程模擬、計(jì)算機(jī)用于文獻(xiàn)檢索。

根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容，與之配套的上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容同樣包括四大模塊，即：數(shù)據(jù)處理模塊，主要包括Origin、Excel軟件的操作與使用；材料設(shè)計(jì)模塊，主要包括Thermal-Calc相圖計(jì)算軟件、Materials Studio材料計(jì)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(xiàn)檢索模塊，主要包括中國知網(wǎng)、維普、萬方、ScienceDirect、SpringerLINK等中外文數(shù)據(jù)庫的操作與使用。

3 教學(xué)方法設(shè)計(jì)

由于本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此，在實(shí)際教學(xué)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(xué)思路，具體教學(xué)方式如下。

（1）充分利用多媒體技術(shù)，立體展現(xiàn)計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用功能

《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程涉及了較多的計(jì)算軟件及其在材料科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)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(xué)生介紹這些軟件及其功能，則會讓學(xué)生感覺到抽象乏味，達(dá)不到學(xué)習(xí)的效果。我們應(yīng)該充分利用集聲、光、電于一體的多媒體輔助教學(xué)手段[1]，盡可能多地搜集計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)圖片、視頻、動畫等，尤其在上第一堂課的緒論部分時(shí)，讓學(xué)生更為清楚地了解各種軟件的具體功能及其應(yīng)用，則有助于增學(xué)生的感性認(rèn)識，提高學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣。

（2） 結(jié)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(xué)中，教師除講解基礎(chǔ)知識外，應(yīng)結(jié)合材料科學(xué)研究中的具體案例，對相關(guān)軟件的使用功能及其具體操作步驟加以介紹。如針對數(shù)據(jù)處理模塊，我們可將學(xué)生熟悉的應(yīng)力—— 應(yīng)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(dǎo)出等功能進(jìn)行詳細(xì)介紹；針對材料設(shè)計(jì)模塊，我們可將學(xué)生熟悉的鋁合金強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)作為案例，利用Materials Studio軟件對鋁合金及其強(qiáng)韌化理論模型的構(gòu)建、計(jì)算參數(shù)的設(shè)置、計(jì)算運(yùn)行及結(jié)果分析等進(jìn)行詳細(xì)介紹；針對材料成型過程模擬模塊，我們可將學(xué)生日常生活中經(jīng)常見到的肥皂盒、鋼管等作為案例，結(jié)合學(xué)生此前學(xué)過的《塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)》[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(jìn)行模擬與分析；針對文獻(xiàn)檢索模塊，我們可將“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”作為主題，讓學(xué)生在了解文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，查閱與該主題相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)。通過結(jié)合具體案例對軟件及其功能加以介紹，一方面使學(xué)生更易于掌握軟件的操作與使用功能，另一方面，將實(shí)際問題引入到理論教學(xué)中來，更有助于增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識。

（3）注重上機(jī)操練，培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問題的實(shí)踐能力

學(xué)生僅憑課堂上傾聽或觀看教師的軟件操作過程，顯然達(dá)不到軟件學(xué)習(xí)的效果，必須經(jīng)過一定的上機(jī)操練。教師可根據(jù)每一堂理論課所講的內(nèi)容，給學(xué)生布置相應(yīng)的上機(jī)任務(wù)，具體任務(wù)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(xué)生對課堂講解內(nèi)容加以掌握，另一方面還有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題、利用計(jì)算機(jī)分析和解決材料科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的能力。此外，教師還應(yīng)注重學(xué)生上機(jī)任務(wù)完成情況的考核，將每堂上機(jī)課學(xué)生完成任務(wù)情況作為平時(shí)成績，即可以及時(shí)了解學(xué)生對軟件知識的掌握程度，還可以督促學(xué)生充分利用寶貴的上機(jī)操練時(shí)間，提高軟件的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語

在材料科學(xué)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。對《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程的理論、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，將有助于培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決材料科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)實(shí)際問題的能力，進(jìn)而達(dá)到我校材料成型及控制工程本科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張健，龍春光，華熳煜，等.多媒體技術(shù)在《金屬塑性成型原理與工藝》課程教學(xué)中的應(yīng)用與思考[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011（20）：165.

[2] 葉久新，王群.塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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