陳　錕，施宇濤，劉克家，陳惠芬

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上?！?01418)

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《計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程教學(xué)改革*

陳錕，施宇濤，劉克家，陳惠芬

(上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海201418)

為了提高《計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用》這門課程的教學(xué)效果，本文對該課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的改革進行了探討。在教學(xué)內(nèi)容方面，開設(shè)了新的實驗項目以強調(diào)本課程的應(yīng)用；在教學(xué)方法方面，提出了課程過程化考核的模式，考核內(nèi)容以知識應(yīng)用為主。該課程的教學(xué)改革取得了一定的效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和動手實踐能力，初步實現(xiàn)了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

教學(xué)改革；計算機應(yīng)用；材料科學(xué)

計算機技術(shù)在材料科學(xué)與工程上的應(yīng)用是當(dāng)前材料研究領(lǐng)域和生產(chǎn)制造行業(yè)的重要前沿之一,也是材料科學(xué)與工程發(fā)展的主流方向[1]。計算機技術(shù)的發(fā)展，為材料科學(xué)研究提供了一種強有力的工具,促進了材料科學(xué)研究的深入發(fā)展[2]。

材料科學(xué)專業(yè)主要是培養(yǎng)新材料開發(fā)研究人才，而計算機是現(xiàn)代材料科學(xué)研究中必不可少的工具[3-4]。應(yīng)用計算機技術(shù)對材料的組織和性能進行預(yù)測，對材料成分和工藝進行優(yōu)化設(shè)計，是21世紀(jì)對材料類專業(yè)人才素質(zhì)的基本要求，掌握計算機技術(shù)已成為材料科學(xué)與工程的學(xué)生必不可少的技能[5]?！队嬎銠C在材料科學(xué)中的應(yīng)用》是材料科學(xué)與工程一級學(xué)科下各專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，開設(shè)本課程是為了培養(yǎng)學(xué)生利用計算機解決材料科學(xué)與工程中實際問題的能力，培養(yǎng)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識，以及了解計算機技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿及其發(fā)展趨勢；再者，這門課程具有很強的專業(yè)綜合性和時代技術(shù)特征。為適應(yīng)時代的發(fā)展潮流，更好的發(fā)揮先進的計算機技術(shù)為材料類專業(yè)教學(xué)改革的必然趨勢。因此，有必要對該課程進行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的改革。本文對我院材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的《計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程的教學(xué)改革進行了探討。

1　課程目標(biāo)

圍繞以應(yīng)用技術(shù)型人才為基礎(chǔ)的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，緊扣當(dāng)前計算機技術(shù)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用的實際，通過各種理論教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié),使學(xué)生了解計算機技術(shù)在材料科學(xué)與工程中的廣泛應(yīng)用領(lǐng)域,初步掌握在材料科學(xué)研究領(lǐng)域中應(yīng)用計算機的思路、方法和原理，并要求學(xué)生動手進行計算機軟、硬件實驗。

2　課程教學(xué)改革的探討

2.1教學(xué)內(nèi)容改革

在當(dāng)前課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引進新的教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)“繼承與發(fā)揚”相結(jié)合。從實驗設(shè)計、性能測試、實驗數(shù)據(jù)的采集和處理以及分析的各個環(huán)節(jié)、過程，構(gòu)建材料研究中計算機應(yīng)用的綜合性實驗：對材料性能測試實驗數(shù)據(jù)(例如，化學(xué)反應(yīng)過程中溫度的變化、多孔材料在液體中質(zhì)量變化的測量等)動態(tài)實時采集的實驗，要求學(xué)生在材料研究的實驗過程中自行采集數(shù)據(jù)，彌補當(dāng)前虛擬實驗數(shù)據(jù)，或?qū)嶒灁?shù)據(jù)由教師給定的不足，并自行完成這些數(shù)據(jù)的處理分析。目的是將材料學(xué)院專業(yè)實驗室中與計算機在材料科學(xué)應(yīng)用有關(guān)的儀器、設(shè)備與本課程實驗環(huán)節(jié)相結(jié)合，拓寬本課程實驗教學(xué)內(nèi)容，使目前單純的上機實習(xí)操作，拓寬為真正由學(xué)生參與設(shè)計的計算機軟、硬件與材料分析測試相關(guān)的綜合性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐動手能力。例如，教師精心設(shè)計了“多孔材料在液體中質(zhì)量變化的實時測量”綜合性實驗，在計算機硬件方面，要求學(xué)生動手搭建材料測試裝置與計算機聯(lián)機，運用計算機實時讀取、自動記錄該裝置的實驗數(shù)據(jù)；再由計算機軟件處理這些數(shù)據(jù)，最終獲得定量的實驗結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)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(zhì)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(xiàn)了計算機軟、硬件與材料科學(xué)的專業(yè)實驗相結(jié)合，動態(tài)實時采集并獲得了第一手實驗數(shù)據(jù)，并為學(xué)生后繼進行數(shù)據(jù)處理及數(shù)學(xué)建模提供了基礎(chǔ)。

圖1　多孔材料在液體中質(zhì)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(xué)方法改革

本課程是一門應(yīng)用性很強的課程，因此，有必要對傳統(tǒng)的以死記硬背為基礎(chǔ)的考試方式進行改革，重點培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力；再者，近年的教學(xué)實踐表明，實踐教學(xué)極大促進了學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解，提升了他們對本課程和材料專業(yè)的興趣。應(yīng)進一步發(fā)揮實踐教學(xué)的優(yōu)勢，提高教學(xué)效果。由此我們提出課程過程化考核的模式，考核內(nèi)容以知識應(yīng)用為主。通過設(shè)計計算機應(yīng)用實例方面不同層次要求的實驗，相應(yīng)地采用不同的考核形式，例如上機在線考試、大作業(yè)、團隊合作等，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進行多方面、多形式、分階段的考核，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力。“計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)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(jié)性考試。整個過程性考核分為4個階段考核和2個綜合應(yīng)用能力考核,占課程綜合總評成績的50%。

另外，考慮到學(xué)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(xué)形式由“單一的課堂教學(xué)”改變?yōu)椤岸嘈问降幕咏涣鳌保医虒W(xué)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(xué)的歡迎，較大的提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

3　教學(xué)改革的效果

3.1學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高漲

學(xué)生出勤率提高，課堂學(xué)習(xí)氣氛高漲，學(xué)習(xí)的積極性和主動性提高，積極主動參加自習(xí)輔導(dǎo)答疑和微信群答疑，答疑問題的人數(shù)和次數(shù)大幅增加，微信群中答疑記錄數(shù)千條。

3.2促進了教學(xué)相長

教師可以及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而調(diào)整教學(xué)進度與內(nèi)容；引導(dǎo)和帶動教師改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，不斷的更新觀念，不斷的學(xué)習(xí)并掌握新知識，使得教學(xué)與實踐更緊密地結(jié)合。這就促進了教師教育教學(xué)水平的提高和因材施教能力的提升，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.3提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和實踐能力

課程最后綜合總評成績中的優(yōu)良比例有較大提高，綜合應(yīng)用能力考核成績近一半的學(xué)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(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力和創(chuàng)新能力，促進了學(xué)生在知識、能力和素質(zhì)得到全方位的培養(yǎng)和提高。

4　結(jié)　語

《計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程教學(xué)改革的探索與實踐，拓寬了教學(xué)內(nèi)容，改革了教學(xué)方法，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和動手實踐能力。例如，將該課程的理論授課環(huán)節(jié)安排在學(xué)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(chǔ)上，學(xué)生可及時上機進行實踐訓(xùn)練，對所授知識進行理解。這樣的教學(xué)方式，增大了學(xué)生的課堂參與度，受到同學(xué)的歡迎。今后，筆者將不斷繼續(xù)探索，并將好的經(jīng)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(xué)科中的應(yīng)用》課程建設(shè)[J].廣州化工,2013,41(18):163-164.

[2]胡紅軍,楊明波.“計算機在材料學(xué)科中的應(yīng)用”課程教學(xué)設(shè)計[J].鑄造技術(shù),2007,28(7):991-993.

[3]周靜,顧少軒,趙志宏.“計算機在材料學(xué)科中的應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)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(xué)科中的應(yīng)用》新課程建設(shè)的探索過程[J].上海大學(xué)學(xué)報(高教科學(xué)管理版),2008(4):48-49.

[5]葉衛(wèi)平.計算機在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用實驗設(shè)計與指導(dǎo)[M].北京:機械工業(yè)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(yīng)用技術(shù)學(xué)院重點課程項目 (10110M150001)；上海市大學(xué)生科技創(chuàng)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(shù)學(xué)計算與數(shù)值模擬。

G642

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1001-9677(2016)011-0209-02