《计算机在材料学中的应用》课程教学大纲

计算机在材料学中的应用

一、课程介绍

《计算机在材料学中的应用》是针对无机非金属材料工程专业本科学生开设

的一门学科基础课，课程性质为选修课。结合无机非金属材料工程专业本科生的

知识结构特点和相关实践环节的要求，本课程选挎性地介绍了计算机技术及网络

技术在材料学中的应用。本课程主要内容包括：材料学研究中主要物理场的数值

模拟、材料科学与行为工艺的计算机模拟、材料数据库和新材料的设计、材料数

据库和新材料的设计、计算机在材料检测中的应用、材料学研究中的数据与图像

处理等。使学生初步掌握专业领域中更好地应用计算机的思路、方法、原理和相

应的实践能力。

Introduction

Combinedwiththeknowledgestructuralfeaturesandpracticalrequirementsof

thismajor,thiscourseselectivelyintroducestheapplicationofcomputerandnetwork

technologyinmaterialscience,thusenablesstudentstomastertheprinciple,method

andthepracticeabilityinexploitingcomputerintheprofessionalfield.

课程基本信息

课程名称计算机在材料学中的应用课程编码431225

英文名称Applicationofcomputer-basedtechnologyonmaterialscienceandengineering

课程学时24课程学分1.5

课程类别专业教育课程课程性质选修课

开课学期第7学期课内实验学时16

适用专业无机非金属材料工程专业

开课单位材料科学与工程学院无机非金属材料工程系

选用教材《计算机在材料科学中的应用》机械工业出版社，许鑫华叶卫平主编

主要参考书1.《计算机在材料科学与工程中的应用》中南大学出版社，张朝晖

1

2.《计算机在材料工程中的应用》重庆大学出版社，汤爱涛胡红军杨明波主

编

3,《材料加工中的计算机应用基础》哈尔滨工业大学出版社，栾贻国主编

4,《计算机在材料和化学中的应用》化学工业出版社，张发爱赵斌编著

二、教学大纲

1、课程目标

本课程的目的在于使学生掌握专业领域中更好地应用计算机的思路、方法、

原理和相应的实践能力。使学生初步了解和掌握计算机知识在材料科学领域中的

应用思路和方法，培养学生利用计算机解决实际问题的能力。

1.掌握材料学中的温度场、应力场、浓度场计算机数值模拟的基本知识；

2.能够使用计算机、信息资源工程工具和专业软件设计满足特定需求的无

机非金属材料与工艺流程；

3.了解无机非金属材料工程领域常用的计算机工具、软件和网络资源，掌

握其使用原理和方法，并理解其局限性；

4.能够使用计算机，信息资源工程工具和专业模拟软件，针对无机非金属

材料复杂工程问题的特定需求，对复杂工程问题进行分析、计算、对专业问题进

行预测和模拟，并能分析其局限性。

教学目标与毕业要求的对应关系表

覆盖的课程目标

毕业要求支撑的指标点支撑理由

指标点1234

指标点1.2使学生掌握材料学中的温

1.2能够针对具体的无机非金属材料度场、应力场、浓度场计算

对象，建立数据模型并求解。机数值模拟的基本知识

是否学生能够使用计算机、

指标点1.2信息资源工程工具和专业

3.2能够设计满足特定需求的无机非V软件设计满足特定需求的

金属材料与工艺流程无机非金属材料与工艺流

程

使学生了解无机非金属材

指标点5.1

了解无机非金属材料工程领域常料工程领域常用的计算机

5.1、5.2用的现代仪器，信息技术工具，工具、软件和网络资源，掌

工程工具和模拟软件的使用原理握其使用原理和方法，并理

和方法，并理解其局限性；解其局限性

2

使学生能够使用计算机，信

指标点5.2

息资源工程工具和专业模

能够使用恰当仪器，信息资源工

程工具和专业模拟软件，针对无拟软件，针对无机非金属材

机非金属材料复杂工程问题的特料复杂工程问题的特定需

定需求，开发或选择具体的现代求，对复杂工程问题进行分

工具，对复杂工程问题进行分析、析、计算、对专业问题进行

计算、设计，对专业问题进行预

预测和模拟,并能分析其局

测和模拟，并能分析其局限性。

限性

2、教学要求

1、使学生了解材料学中的温度场、应力场、浓度场计算机数值模拟的基本知识，了解

材料的组织转变的计算机模拟的基本原理、材料相平衡计算方法

2、使学生了解当前材料材料领域常用计算、模拟、绘图的软件原理及使用方法，掌握

MaterialStudio软件及其在材料设计中的应用。

3、使学生掌握材料的组织转变的订算机模拟的基本原理和方法、材料相平衡订算机il

算方法以及当前材料相图计算的专业软件。

4、使学生了解计算机在材料各种性能、组织结构等的检测和工程过程的控制方面的应

用，能够应用计算机解决材料检测方面的各种实际问题。

5、使学生了解计算机在数据和图像处理方面的应用。

6、使学生了解网络上各类材料信息资源，以及检索和充分利用互联网上材料科学信息

资源的方法，了解当今材料学科中数据库新进展。

3、预备知识或先修课程要求

本课程的授课对象为材料科学与工程专业本科生。授课对象需要具备一定的

数学知识、计算机知识和材料科学基础知识。先修课程为：《大学计算机基础》、

《高等数学》、《材料科学基础》等相关课程。

4、教学方式

本课程教学环节包括课堂讲授、实验、学生自学、作业、讨论、答疑。具体

教学方式为：

（1）课堂讲授：教师讲授基本理论知识，辅以作业、答疑等。

（2）学生自学：在相关软件的教学中，根据教师布置的课后作业，学生自

学软件，掌握其最基本的使用方法。

（3）实验：在上机实践过程中主要通过PBL教学法，引导学生熟练掌握软

3

件使用技巧，并锻炼学生解决实际问题的能力。

5、实验环境和设备

（1）硬件环境：每人一台电脑，接入校园网。

（2）软件环境：WindowsXP或WindowsXP操作系统，MaterialStudio,

Jade,Excel,Origin,Photoshop,TG-DTAanalysis,Endnote等软件。

6、课程教学内容及学时分配

绪论（讲授2学时）

第一章材料学研究数据库及计算机模拟（讲授4学时，上机4学时）

第一节材料科学与工程数据库

第二节常见物理场的模拟与计算

第三节组织转变模拟与相图计算

教学重点：介绍当今材料学科中数据库新进展，MaterialSludi。软件及其在材料设

计中的应用，介绍材料学中的温度场、应力场、浓度场计算机数值模拟的基本知识，材料

的组织转变的计算机模拟的基本原理和方法、材料相平衡计算机计算方法以及当前材料相

图计算的专业软件。

难点：MaterialStudio软件的使用技巧

第二章计算机在材料检测中的应用（讲授4学时，上机4学时）

第一节材料成分的检测

第二节材料组织结构的检测

第二节材料力学性能的检测

第四节材料物理性能的检测

教学重点：介绍计算机在材料各种性能、组织结构等的检测和工程过程的控制方面

的应用，重点以Jade软件、TG-DTA热分析系统软件为对象，应用计算机解决材料检测

方面的各种实际问题。

难点：Jade软件的使用技巧

第三章材料学研究中的数据与图像处理（讲授4学时，上机4学时）

笫一节材料研究中的数据处理

第二节材料研究中的计算机图像分析与处理

教学重点：以Excel软件，Origin软件和Photoshop软件为对象，结合材料科学研究

中的一些具体实例，介绍计算机在数据和图像处理方面的应用。

难点：ExceROrigin软件的使用技巧

第四章互联网在材料学研究中的应用（讲授2学时，上机4学时）

第一节互联网上材料科学和信息资源的检索和利用

第二节材料科学文献检索与管理

教学重点：介绍Internet上各类材料信息资源，以及检索和充分利用互联网上材料

科学信息资源的方法。

难点：文件检索技巧

课程内容及教学方式对课程目标的支撑关系

支持

序

课程内容教学方式课程

号

目标

第一章材料学研究数据库及计算机模拟

第一节材料科学与工程数据库

1第二节常见物理场的模拟与计算课堂讲授/上机实验1,2,3

第三节组织转变模拟与相图计算

第二章计算机在材料检测中的应用

第一节材料成分的检测

第二节材料组织结构的检测

2课堂讲授/上机文脸3

第三节材料力学性能的检测

第四节材料物理性能的检测

第三章材料学研究中的数据与图像处理

第一节材料研究中的数据处理

3课堂讲授/上机实验3.4

第二节材料研究中的L算机图像分析与处理

第四章互联网在材料学研究中的应用

第一节互联网上材料科学和信息资源的检索和

4利用课堂讲授/上机实验3

第二节材料科学文献检索与管理

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

本实验课程共计开设8个实验，具体内容与学时安排如卜.:

开设实验项目一览表

分

组

实验教学

序号实验项目实验类型实验学时人

数地点要求

验证性

1传热学计算机分析21材料掌握相应软

必做

验证性学院件的操作，并

2X-射线粉末衍射数据分析21

必做

实验得到预期分

验证性

3红外光谱数据分析21

必做教学析、模拟和数

5

验证性

4热分析数据分析21中心据处理结果

必做

验证性

5Origin绘图1：二维图形的绘制21

必做

验证性

6Origin绘图2：数据操作和分析21

必做

验证性

7照片的处理与分析21

必做

验证性

8科学文献检索与管理21

必做

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

(1)成绩由期末考试、实验成绩两部分构成。实验成绩占总成绩的30~50%,期末考试

占总成绩的50'70%«

(2)期末考试以开卷形式，采用统一评分标准，公：E、公平、公开。

(3)实验成绩评价采用百分制记载。

(4)最终课程考核总评成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。

考核方式、内容、评分标准与课程目标的对应关系

课程评价占比

评价依据考核方式考核内容评分标准

目标(%)

材料科学叮工程数据库

按采分点评分，以具体试

期末考试开卷考试常见物理场的模拟与计算50-70

卷的评分标准为准

组织转变模拟与相图计算

1

刻软件的熟悉程度

学生对软件的操作规范

实验成绩实蛤操作的规范性、熟练性30-50

模拟与计算结果

结果的准确性

材料成分、组织结构、力学

按采分点评分，以具体试

期末考试开卷考试性能、物理性能的检测原理50-70

卷的评分标准为准

与结果分析

2

对软件的熟悉程度

Jade软件、TG-DTA热分析

实验成绩实验操作的规范性、熟练性30-50

系统软件的使用

结果的准确性

材料研究中的数据处理方按采分点评分，以具体试

期末考试开卷考试