《计算机在材料科学中的应用》课程教学大纲

《计算机在材料科学中的应用》课程教学大纲一、基本信息中文名称:计算机在材料科学中的应用英文名称：ApplicationofComputerinMaterialsScience课程代码：19045305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：8实践：0）适用学院及专业：材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业先修课程：大学计算机基础材料科学基础A无机材料物理性能开课单位：材料科学与工程学院材料工程系无机非金属材料工程教研室二、课程地位与作用本课程是无机非金属材料工程专业的专业选修课之一。本课程介绍材料科学研究中的数学模型及常用的数值分析方法、计算机在材料科学研究中的数据分析与处理、计算机在材料科学研究中的图像分析与处理、材料数据库和专家系统、计算机在材料检测中的应用等。本课程结合材料科学领域中计算机应用的特点，旨在培养学生利用计算机解决材料科学中实际问题的能力和意识，为后续《毕业设计/论文》打好基础。三、课程教学目标本课程支撑无机非金属材料专业毕业要求指标点5.1。学生通过该课程的学习，培养学生爱国主义情怀，树立强国意识，增强社会责任感，强化专业意识和职业道德，达到“立德树人”的总目标。能够针对建筑工程材料制备过程和建筑物修复工程中的实际问题，选择和使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，进行分析处理，能够在实践过程中理解及工具的使用方法。培养学生分析问题、解决问题和创新的能力。通过本课程的学习，学生应具备以下能力：目标1：通过这门课程的学习，使学生能够具有严谨的治学态度和实事求是的科学作风。通过学习，了解我国及世界上众多科学家先辈在这些领域中做出的努力和取得成绩，激发学生的爱国热情、科学精神和民族自豪感。（支撑毕业要求指标点5.1）目标2：使学生能够了解计算机技术及网络技术在材料科学研究中的应用，能够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。（支撑毕业要求指标点5.1）目标3：学生能够具有分析解决一般材料工程模型的能力，具有用计算机软件处理材料科学中的数据文件、图形文件，提高学生应用现代手段解决实际问题的能力，并形成进一步应用于专业领域的基本科学思维。（支撑毕业要求指标点5.1）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1目标2目标35.1能够针对建筑工程材料制备工程和建筑物修复工程的复杂工程问题，选择和使用恰当的技术、资源、现代信息技术工具获得有用信息课堂讲授、课后答疑、课后讨论、上网查阅相关资料。课程大作业，平时考核四、主要教学内容（一）理论第1章绪论（2学时，支撑毕业要求指标点5.1）本章应了解计算机在材料科学中的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及计算机网络在材料研究中的应用等。同时了解材料科学发展与计算机应用相结合的必然性、重要性。通过科学家的案例培养学生的爱国主义精神。重点：计算机在材料科学中的应用的现状和发展前景，材料科学发展与计算机应用相结合的必然性、重要性。第2章材料科学研究中的数学模型及常用的数值分析方法（6学时，支撑毕业要求指标点5.1）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。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。通过材料中的实际问题培养学生实事求是的科学精神。第3章材料科学与工程研究中的数据处理（8学时，支撑毕业要求指标点5.1）本章应掌握绘制各种类型曲线的方法；了解X射线衍射数据分析软件来定性物相分析。了解Origin软件参数介绍及基本操作，掌握Origin在材料科学与工程中的应用实例以及Excel软件在材料科学与工程中的数据处理（计算功能，绘图功能）。培养学生严谨求实的精神。重点：Origin在材料科学与工程中的应用实例以及Excel软件在材料科学与工程中的数据处理。第4章计算机在无机材料科学研究中的图像分析与处理（4学时，支撑毕业要求指标点5.1）本章应掌握采用Photoshop图像处理软件进行材料图像分析与处理；了解粒径大小测定原理、粒径分析中的图像处理方法及算法、粒径数据作图与分析等图像处理在材料研究中的具体应用。重点：图像处理软件对微观形貌图片进行处理。难点：粒径分析中的图像处理方法及算法。第5章材料数据库和专家系统（2学时，支撑毕业要求指标点5.1）本章应了解数据库系统的组成和结构，掌握材料数据库的应用。重点：材料数据库的应用。第6章计算机在材料检测中的应用（2学时，支撑毕业要求指标点5.1）本章应了解计算机在材料检测中的应用。（二）上机（8学时）1.Excel软件的使用（2学时）2.Origin软件的使用（2学时）3.Photoshop软件的使用（2学时）4.jade软件的使用（2学时）上机要求：通过上机，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；利用典型图像处理软件进行材料图像分析与处理；利用jade软件对物相进行定性分析。重点：典型数据处理软件用于数据计算、处理及绘图等方面的知识与技巧；典型图像处理软件进行材料图像分析与处理的基本方法；jade软件对物相进行定性分析。五、教学方法本课程以教师授课为主（多媒体教学和板书教学相结合），仅仅围绕专业培养目标，改革教学方法和教学手段。课下采用线上线下结合的方式解答学生课堂上尚未理解的知识点，并根据学生集中的问题定期进行汇总、答疑。课堂讲授（1）多媒体与板书相结合：通过图片、图表等资料增强直观性，便于掌握，提高教学效果。利用板书进行知识点的梳理和汇总，有助于学生对重点内容的把握。（2）翻转课堂辅助教学：利用“微助教”“雨课堂”、或“学习通”等实现考勤、课堂和课外学习互动、教学效果检测、教学课件上传、作业布置等。2.课外辅导答疑及作业批改每周固定时间辅导答疑，答疑时间每周不少于2小时；根据教学内容和进程布置一定量的作业，对课后作业和学生答疑时的共性问题进行课堂集中讲解。3.上机实践对需要用计算机解决的材料研究和生产中的问题进行上机实践，使学生养成勤恳务实、努力实践的习惯，牢固树立学生的科学精神。六、课程考核和成绩评定方式课程考核采用大作业和平时考核（包括平时作业、课堂小测和出勤情况）相结合的方式，总评成绩中大作业成绩占80%，平时考核成绩占20%，以百分制计入总成绩。七、教材及参考文献1．教材许鑫华、叶卫平主编，计算机在材料科学中的应用（第一版），北京，机械工业出版社，20062．主要参考教材和参考文献[1]张鹏等，计算机在材料科学与工程中的应用，北京，化学工业出版社，2018[2]汤爱涛等，计算机在材料工程中的应用（第一