《计算机在材料科学中的应用》课程教学改革*

陈　锟，施宇涛，刘克家，陈惠芬

(上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海　201418)



《计算机在材料科学中的应用》课程教学改革*

陈锟，施宇涛，刘克家，陈惠芬

(上海应用技术大学材料科学与工程学院，上海201418)

为了提高《计算机在材料科学中的应用》这门课程的教学效果，本文对该课程教学内容及教学方法的改革进行了探讨。在教学内容方面，开设了新的实验项目以强调本课程的应用；在教学方法方面，提出了课程过程化考核的模式，考核内容以知识应用为主。该课程的教学改革取得了一定的效果，提高了学生学习的主动性和动手实践能力，初步实现了预期的教学目标。

教学改革；计算机应用；材料科学

计算机技术在材料科学与工程上的应用是当前材料研究领域和生产制造行业的重要前沿之一,也是材料科学与工程发展的主流方向[1]。计算机技术的发展，为材料科学研究提供了一种强有力的工具,促进了材料科学研究的深入发展[2]。

材料科学专业主要是培养新材料开发研究人才，而计算机是现代材料科学研究中必不可少的工具[3-4]。应用计算机技术对材料的组织和性能进行预测，对材料成分和工艺进行优化设计，是21世纪对材料类专业人才素质的基本要求，掌握计算机技术已成为材料科学与工程的学生必不可少的技能[5]。《计算机在材料科学中的应用》是材料科学与工程一级学科下各专业本科生必修的专业基础课程，开设本课程是为了培养学生利用计算机解决材料科学与工程中实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识，以及了解计算机技术在材料科学领域的研究前沿及其发展趋势；再者，这门课程具有很强的专业综合性和时代技术特征。为适应时代的发展潮流，更好的发挥先进的计算机技术为材料类专业教学改革的必然趋势。因此，有必要对该课程进行教学内容、教学方法等方面的改革。本文对我院材料科学与工程专业开设的《计算机在材料科学中的应用》课程的教学改革进行了探讨。

1　课程目标

围绕以应用技术型人才为基础的专业培养目标，紧扣当前计算机技术在材料科学与工程中应用的实际，通过各种理论教学和实践教学环节,使学生了解计算机技术在材料科学与工程中的广泛应用领域,初步掌握在材料科学研究领域中应用计算机的思路、方法和原理，并要求学生动手进行计算机软、硬件实验。

2　课程教学改革的探讨

2.1教学内容改革

在当前课程教学内容的基础上，引进新的教学内容，体现“继承与发扬”相结合。从实验设计、性能测试、实验数据的采集和处理以及分析的各个环节、过程，构建材料研究中计算机应用的综合性实验：对材料性能测试实验数据(例如，化学反应过程中温度的变化、多孔材料在液体中质量变化的测量等)动态实时采集的实验，要求学生在材料研究的实验过程中自行采集数据，弥补当前虚拟实验数据，或实验数据由教师给定的不足，并自行完成这些数据的处理分析。目的是将材料学院专业实验室中与计算机在材料科学应用有关的仪器、设备与本课程实验环节相结合，拓宽本课程实验教学内容，使目前单纯的上机实习操作，拓宽为真正由学生参与设计的计算机软、硬件与材料分析测试相关的综合性实验，培养学生的创新精神和实践动手能力。例如，教师精心设计了“多孔材料在液体中质量变化的实时测量”综合性实验，在计算机硬件方面，要求学生动手搭建材料测试装置与计算机联机，运用计算机实时读取、自动记录该装置的实验数据；再由计算机软件处理这些数据，最终获得定量的实验结果，培养学生的创新意识和动手能力。图1、图2分别是搭建的多孔材料在液体中质量变化的实时测量的实验装置、实时采集的实验曲线及其拟合曲线。由此成功实现了计算机软、硬件与材料科学的专业实验相结合，动态实时采集并获得了第一手实验数据，并为学生后继进行数据处理及数学建模提供了基础。

图1　多孔材料在液体中质量变化的实时测量的实验装置

图2　焦炭浮重变化-时间的实验曲线及拟合曲线

2.2教学方法改革

本课程是一门应用性很强的课程，因此，有必要对传统的以死记硬背为基础的考试方式进行改革，重点培养学生分析问题、解决问题的能力；再者，近年的教学实践表明，实践教学极大促进了学生对专业理论知识的理解，提升了他们对本课程和材料专业的兴趣。应进一步发挥实践教学的优势，提高教学效果。由此我们提出课程过程化考核的模式，考核内容以知识应用为主。通过设计计算机应用实例方面不同层次要求的实验，相应地采用不同的考核形式，例如上机在线考试、大作业、团队合作等，对学生学习过程进行多方面、多形式、分阶段的考核，促进学生自主学习，提高学生的综合素质与能力。“计算机在材料科学中的应用”课程过程化考核分为两个部分，一是平时进行的过程性考核，二是期末进行的终结性考试。整个过程性考核分为4个阶段考核和2个综合应用能力考核,占课程综合总评成绩的50%。

另外，考虑到学生在综合性实验中会遇到各种各样的问题，而且有许多问题属于共性问题，因此，为了提高答疑的效率及答疑的效果，建立了课程答疑微信群，使得教学形式由“单一的课堂教学”改变为“多形式的互动交流”，且教学氛围也变得更加民主、活跃。授课一轮下来，可以感觉到该答疑方式深受同学的欢迎，较大的提高了学生自主学习的积极性。

3　教学改革的效果

3.1学生学习热情高涨

学生出勤率提高，课堂学习气氛高涨，学习的积极性和主动性提高，积极主动参加自习辅导答疑和微信群答疑，答疑问题的人数和次数大幅增加，微信群中答疑记录数千条。

3.2促进了教学相长

教师可以及时掌握学生的学习情况，从而调整教学进度与内容；引导和带动教师改革教学方法和教学手段，不断的更新观念，不断的学习并掌握新知识，使得教学与实践更紧密地结合。这就促进了教师教育教学水平的提高和因材施教能力的提升，提高教学质量。

3.3提升了学生的学习水平和实践能力

课程最后综合总评成绩中的优良比例有较大提高，综合应用能力考核成绩近一半的学生都在80分以上，有效降低了综合考评不及格率，而且提高了学生综合应用知识的能力和创新能力，促进了学生在知识、能力和素质得到全方位的培养和提高。

4　结　语

《计算机在材料科学中的应用》课程教学改革的探索与实践，拓宽了教学内容，改革了教学方法，提高了学生学习的主动性和动手实践能力。例如，将该课程的理论授课环节安排在学校计算机中心的多媒体机房完成，是一种有益尝试。在讲授理论知识的基础上，学生可及时上机进行实践训练，对所授知识进行理解。这样的教学方式，增大了学生的课堂参与度，受到同学的欢迎。今后，笔者将不断继续探索，并将好的经验与同行们一道交流并分享。

[1]薛长国,滕艳华,邱轶兵,等.《计算机在材料学科中的应用》课程建设[J].广州化工,2013,41(18):163-164.

[2]胡红军,杨明波.“计算机在材料学科中的应用”课程教学设计[J].铸造技术,2007,28(7):991-993.

[3]周静,顾少轩,赵志宏.“计算机在材料学科中的应用”课程教学内容设计[J].建材高教理论与实践,2001,20(4):95-96.

[4]杨弋涛.《计算机在材料学科中的应用》新课程建设的探索过程[J].上海大学学报(高教科学管理版),2008(4):48-49.

[5]叶卫平.计算机在材料科学与工程中的应用实验设计与指导[M].北京:机械工业出版社,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

上海应用技术学院重点课程项目 (10110M150001)；上海市大学生科技创新项目(PE2016023)。

陈锟(1978-)，女，副教授，博士，研究方向为材料加工过程的数学计算与数值模拟。

G642

B

1001-9677(2016)011-0209-02