《材料专业计算机应用》课程教学大纲

《材料专业计算机应用》课程教学大纲一、基本信息中文名称：材料专业计算机应用英文名称：ApplicationofComputerinMaterialSpecialty课程代码：19045109课程性质：专业选修课学分：1.5总学时：32（其中理论：24实验：0上机：0实践：8）适用学院及专业：材料科学与工程学院材料科学与工程专业先修课程：大学计算机基础，材料科学基础A、无机材料物理性能、材料现代研究方法开课单位：材料科学与工程学院材料工程系材料科学与工程教研室二、课程地位与作用本课程面向基本学制为四年的本科生，是材料科学与工程专业的专业选修课。本课程主要介绍计算机在材料科学与工程中的应用等方面的知识。学习本课程前，学生应具有计算机基础，材料科学基础A、无机材料物理性能、材料现代研究方法等课程的基础知识。通过本课程的学习，培养学生在材料科学与工程专业中应用计算机的能力，撰写科技论文的能力，为毕业设计/论文等课程奠定基础。三、课程教学目标本课程支撑毕业要求指标点3.1、4.3、5.2。学生通过该课程的学习，了解我国及世界众多科学家在计算机相关领域取得的突破性进展和感人案例，激发学生的爱国情怀和民族自豪感，树立学生的强国意识和为国争光的社会责任感。这门课程的学习使学生能够运用计算机分析和处理材料科学研究中的数学建模、数值分析、数据和图像以及科学文献检索等问题，并能把实验结果、理论分析和文献研究相结合，具备使用计算机进行科学研究的基本能力；能够与他人有效地交流学习，取长补短，进行自我知识更新和自我提升，能够规范地撰写技术报告和设计文稿，表达材料科学研究中的思想、方法和具体结果。通过本课程的学习，学生应具备以下能力：目标1：掌握在计算机在材料科学研究领域中应用，以及各种软件的使用思路、原理和方法，加强学生对基础知识、基本方法的理解。具备使用计算机软件处理材料研究中数据与图像的能力。目标2：具备使用计算机快速处理数据的能力，能方便高效地使用计算机在材料科学研究中解决实际问题，具备规范地撰写技术报告和设计文稿的能力，具有良好的沟通能力和终身学习的能力。目标3：引导和培养学生的科研兴趣与科学创新意识，树立勤奋严谨的学习态度，实事求是的科学精神，具有良好的团队合作意识。表1课程教学目标与毕业要求的关系矩阵教学目标毕业要求指标点教学方式考核方式目标13.1能够掌握和综合运用计算机的基本知识和技能，对材料专业的研究和技术问题进行方案设计，并能够将创新方法与工具应用于技术问题解决方案的确定；4.3能够对实验结果进行处理、分析和解释，并能把实验结果、理论分析和文献研究相结合，得出合理有效的结论。课堂讲授、课后答疑、课程作业课程期末考试，课程作业目标24.3能够对实验结果进行处理、分析和解释，并能把实验结果、理论分析和文献研究相结合，得出合理有效的结论。5.2能够选择与使用恰当的研究工具和计算模拟方法获得有效数据，进一步利用信息资源、工程工具和专业模拟软件，对复杂工程问题进行分析、计算与设计；课堂讲授、典型案例、上网查阅相关资料和课程作业课程期末考试，课程作业目标35.2能够选择与使用恰当的研究工具和计算模拟方法获得有效数据，进一步利用信息资源、工程工具和专业模拟软件，对复杂工程问题进行分析、计算与设计。课堂讲授、典型案例和课程作业课程作业四、主要教学内容1、材料专业计算机应用理论教学第1章绪论（2学时，支撑毕业要求指标点3.1）本章主要介绍计算机在材料科学与工程中应用的现状和发展前景；计算机用于新材料的设计、材料科学研究中的计算机模拟、计算机用于数据和图像处理以及计算机网络在材料研究中的应用等。通过本单元的学习，初步了解材料科学发展与计算机应用相结合的必然性、重要性。通过介绍我国及世界众多科学家在计算机相关领域取得的突破性进展和感人案例，激发学生的爱国情怀和为国争光的社会责任感。第2章材料科学研究中的数学模型及常用的数值计算方法（4学时，支撑毕业要求指标点3.1、4.3）本章主要介绍数学模型的基本概念，建立数学模型的基本步骤、原则和方法；材料科学研究中常用的数值分析方法等。通过本单元的学习，了解材料科学研究中的数学模型与数值分析基础知识，掌握数值分析在材料领域的应用。重点：数学建模的基本步骤、原则和方法；材料科学研究中常用的数值分析方法。难点：数学建模的基本步骤、原则和方法。第3章材料数据库和人工智能的应用（2学时，支撑毕业要求指标点3.1、5.2）本章主要介绍材料数据库的发展；专家系统的工作原理，专家系统的类型；人工神经网络在材料科学中的应用。通过本单元的学习，了解材料数据库的发展概况，材料科学研究中的人工神经网络基础知识，掌握人工神经网络在材料领域的应用。重点：专家系统的工作原理，专家系统的类型；人工神经网络在材料科学中的应用。难点：专家系统的工作原理。第4章计算机在材料科学研究中的数据分析与处理（8学时，支撑毕业要求指标点3.1、4.3、5.2）本章主要介绍计算机在材料科学研究中的数据分析与处理。通过本单元的学习，掌握晶体结构建模分析软件（JADE、DigitalMicrograph）、Origin软件等常用软件用于数据计算、处理及绘图等方面的知识与技巧，对晶体结构分析软件进行数据处理有初步的认识和理解。通过举例对比不同条件下材料物性的变化，培养学生脚踏实地、严谨的科研态度。重点：Origin软件用于数据计算、处理及绘图等方面的知识与技巧。难点：对绘图进行修饰，图像处理方法。第5章计算机在材料科学研究中的图像分析与处理（2学时，支撑毕业要求指标点3.1、4.3）本章主要介绍计算机在材料科学研究中的图像分析与处理。通过本单元的学习，掌握采用Photoshop图像处理软件进行材料图像分析与处理的基本方。重点：采用Photoshop图形处理软件进行材料图像分析与处理的基本方法。难点：对图形进行修饰，图像处理方法。第6章互联网在材料科学研究中的应用（6学时，支撑毕业要求指标点3.1、5.2）本章主要介绍互联网在材料科学研究中的应用。通过本单元的学习，掌握材料科学信息资源的检索、使用以及材料科学文献检索技巧，掌握科技论文写作中参考文献的使用和管理，以及Endnote文献管理软件的使用。通过介绍互联网发展在科学研究中的应用，引导学生勇于尝试、敢于创新的科学精神，鼓励学生在科研过程中积极探索新方法、新技巧。重点：材料科学信息资源的检索、使用以及材料科学文献检索技巧；Endnote管理软件在文献管理方面的操作方法和技巧。2、材料专业计算机应用实践（8学时，支撑毕业要求指标点3.1、4.3、5.2、）主要内容：（1）数据分析与处理（4学时，支撑毕业要求指标点3.1、4.3、5.2）实践内容：Origin软件的使用。目的、要求：通过实践训练，掌握利用典型数据处理软件进行材料科学方面的数据计算、处理及绘图。（2）文献检索与科技论文写作规范（4学时，支撑毕业要求指标点5.2、10.1）实践内容：Endnote软件的使用，毕业论文写作规范。目的、要求：通过实践，利用互联网进行材料科学信息及材料科学文献的检索、管理和使用，为毕业论文的撰写奠定基础。五、教学方法本课程涉及的教学方法有课堂讲授法、讨论法、数据分析与计算等，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。本课程利用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可将抽象的内容生动化，“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥优势，扬长避短。通过计算机材料领域的科学前沿介绍，促进学生树立强国意识，增强社会责任感。六、课程考核和成绩评定方式本课程考核由平时作业、实践和结课大作业三部分组成，内容覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。平时作业占10%，实践作业占20%，结课大作业成绩占70%，以百分制计入总成绩。七、教材及参考文献1．教材张鹏、赵丕琪、侯东帅主编，计算机在材料科学与工程中的应用（第1版），北京，化学工业出版社，20182．主要参考教材和参考文献[1]叶卫平，