《計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用一、課程介紹《計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用》是針對無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)本科學(xué)生開設(shè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，課程性質(zhì)為選修課。結(jié)合無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)本科生的知識結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)實踐環(huán)節(jié)的要求，本課程選擇性地介紹了計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在材料學(xué)中的應(yīng)用。本課程主要內(nèi)容包括：材料學(xué)研究中主要物理場的數(shù)值模擬、材料科學(xué)與行為工藝的計算機(jī)模擬、材料數(shù)據(jù)庫和新材料的設(shè)計、材料數(shù)據(jù)庫和新材料的設(shè)計、計算機(jī)在材料檢測中的應(yīng)用、材料學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理等。使學(xué)生初步掌握專業(yè)領(lǐng)域中更好地應(yīng)用計算機(jī)的思路、方法、原理和相應(yīng)的實踐能力。IntroductionCombinedwiththeknowledgestructuralfeaturesandpracticalrequirementsofthismajor,thiscourseselectivelyintroducestheapplicationofcomputerandnetworktechnologyinmaterialscience,thusenablesstudentstomastertheprinciple,methodandthepracticeabilityinexploitingcomputerintheprofessionalfield.課程基本信息課程名稱計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用課程編碼431225英文名稱Applicationofcomputer-basedtechnologyonmaterialscienceandengineering課程學(xué)時24課程學(xué)分1.5課程類別專業(yè)教育課程課程性質(zhì)選修課開課學(xué)期第7學(xué)期課內(nèi)實驗學(xué)時16適用專業(yè)無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)開課單位材料科學(xué)與工程學(xué)院無機(jī)非金屬材料工程系選用教材《計算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社，許鑫華葉衛(wèi)平主編主要參考書1．《計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用》中南大學(xué)出版社，張朝暉2.《計算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用》重慶大學(xué)出版社，湯愛濤胡紅軍楊明波主編3.《材料加工中的計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，欒貽國主編4.《計算機(jī)在材料和化學(xué)中的應(yīng)用》化學(xué)工業(yè)出版社，張發(fā)愛趙斌編著二、教學(xué)大綱1、課程目標(biāo)本課程的目的在于使學(xué)生掌握專業(yè)領(lǐng)域中更好地應(yīng)用計算機(jī)的思路、方法、原理和相應(yīng)的實踐能力。使學(xué)生初步了解和掌握計算機(jī)知識在材料科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)解決實際問題的能力。1.掌握材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識；2.能夠使用計算機(jī)、信息資源工程工具和專業(yè)軟件設(shè)計滿足特定需求的無機(jī)非金屬材料與工藝流程；3.了解無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域常用的計算機(jī)工具、軟件和網(wǎng)絡(luò)資源，掌握其使用原理和方法，并理解其局限性；4.能夠使用計算機(jī)，信息資源工程工具和專業(yè)模擬軟件，針對無機(jī)非金屬材料復(fù)雜工程問題的特定需求，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算、對專業(yè)問題進(jìn)行預(yù)測和模擬，并能分析其局限性。教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系表覆蓋的指標(biāo)點畢業(yè)要求支撐的指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐理由12341.2指標(biāo)點1.2能夠針對具體的無機(jī)非金屬材料對象，建立數(shù)據(jù)模型并求解?！淌箤W(xué)生掌握材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識3.2指標(biāo)點1.2能夠設(shè)計滿足特定需求的無機(jī)非金屬材料與工藝流程√是否學(xué)生能夠使用計算機(jī)、信息資源工程工具和專業(yè)軟件設(shè)計滿足特定需求的無機(jī)非金屬材料與工藝流程5.1、5.2指標(biāo)點5.1了解無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域常用的現(xiàn)代儀器，信息技術(shù)工具，工程工具和模擬軟件的使用原理和方法，并理解其局限性；√使學(xué)生了解無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域常用的計算機(jī)工具、軟件和網(wǎng)絡(luò)資源，掌握其使用原理和方法，并理解其局限性指標(biāo)點5.2能夠使用恰當(dāng)儀器，信息資源工程工具和專業(yè)模擬軟件，針對無機(jī)非金屬材料復(fù)雜工程問題的特定需求，開發(fā)或選擇具體的現(xiàn)代工具，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算、設(shè)計，對專業(yè)問題進(jìn)行預(yù)測和模擬，并能分析其局限性。√使學(xué)生能夠使用計算機(jī)，信息資源工程工具和專業(yè)模擬軟件，針對無機(jī)非金屬材料復(fù)雜工程問題的特定需求，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算、對專業(yè)問題進(jìn)行預(yù)測和模擬，并能分析其局限性2、教學(xué)要求1、使學(xué)生了解材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識，了解材料的組織轉(zhuǎn)變的計算機(jī)模擬的基本原理、材料相平衡計算方法2、使學(xué)生了解當(dāng)前材料材料領(lǐng)域常用計算、模擬、繪圖的軟件原理及使用方法，掌握MaterialStudio軟件及其在材料設(shè)計中的應(yīng)用。3、使學(xué)生掌握材料的組織轉(zhuǎn)變的計算機(jī)模擬的基本原理和方法、材料相平衡計算機(jī)計算方法以及當(dāng)前材料相圖計算的專業(yè)軟件。4、使學(xué)生了解計算機(jī)在材料各種性能、組織結(jié)構(gòu)等的檢測和工程過程的控制方面的應(yīng)用，能夠應(yīng)用計算機(jī)解決材料檢測方面的各種實際問題。5、使學(xué)生了解計算機(jī)在數(shù)據(jù)和圖像處理方面的應(yīng)用。6、使學(xué)生了解網(wǎng)絡(luò)上各類材料信息資源，以及檢索和充分利用互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)信息資源的方法，了解當(dāng)今材料學(xué)科中數(shù)據(jù)庫新進(jìn)展。3、預(yù)備知識或先修課程要求本課程的授課對象為材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生。授課對象需要具備一定的數(shù)學(xué)知識、計算機(jī)知識和材料科學(xué)基礎(chǔ)知識。先修課程為：《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》、《高等數(shù)學(xué)》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》等相關(guān)課程。4、教學(xué)方式本課程教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂講授、實驗、學(xué)生自學(xué)、作業(yè)、討論、答疑。具體教學(xué)方式為：（1）課堂講授：教師講授基本理論知識，輔以作業(yè)、答疑等。（2）學(xué)生自學(xué)：在相關(guān)軟件的教學(xué)中，根據(jù)教師布置的課后作業(yè)，學(xué)生自學(xué)軟件，掌握其最基本的使用方法。（3）實驗：在上機(jī)實踐過程中主要通過PBL教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握軟件使用技巧，并鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力。5、實驗環(huán)境和設(shè)備（1）硬件環(huán)境：每人一臺電腦，接入校園網(wǎng)。（2）軟件環(huán)境：WindowsXP或WindowsXP操作系統(tǒng)，MaterialStudio，Jade，Excel，Origin，Photoshop，TG-DTAanalysis，Endnote等軟件。6、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配緒論（講授2學(xué)時）第一章材料學(xué)研究數(shù)據(jù)庫及計算機(jī)模擬（講授4學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）第一節(jié)材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫第二節(jié)常見物理場的模擬與計算第三節(jié)組織轉(zhuǎn)變模擬與相圖計算教學(xué)重點：介紹當(dāng)今材料學(xué)科中數(shù)據(jù)庫新進(jìn)展，MaterialStudio軟件及其在材料設(shè)計中的應(yīng)用，介紹材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識，材料的組織轉(zhuǎn)變的計算機(jī)模擬的基本原理和方法、材料相平衡計算機(jī)計算方法以及當(dāng)前材料相圖計算的專業(yè)軟件。難點：MaterialStudio軟件的使用技巧第二章計算機(jī)在材料檢測中的應(yīng)用（講授4學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）第一節(jié)材料成分的檢測第二節(jié)材料組織結(jié)構(gòu)的檢測第三節(jié)材料力學(xué)性能的檢測第四節(jié)材料物理性能的檢測教學(xué)重點：介紹計算機(jī)在材料各種性能、組織結(jié)構(gòu)等的檢測和工程過程的控制方面的應(yīng)用，重點以Jade軟件、TG-DTA熱分析系統(tǒng)軟件為對象，應(yīng)用計算機(jī)解決材料檢測方面的各種實際問題。難點：Jade軟件的使用技巧第三章材料學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理（講授4學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）第一節(jié)材料研究中的數(shù)據(jù)處理第二節(jié)材料研究中的計算機(jī)圖像分析與處理教學(xué)重點：以Excel軟件，Origin軟件和Photoshop軟件為對象，結(jié)合材料科學(xué)研究中的一些具體實例，介紹計算機(jī)在數(shù)據(jù)和圖像處理方面的應(yīng)用。難點：Excel、Origin軟件的使用技巧第四章互聯(lián)網(wǎng)在材料學(xué)研究中的應(yīng)用（講授2學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）第一節(jié)互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)和信息資源的檢索和利用第二節(jié)材料科學(xué)文獻(xiàn)檢索與管理教學(xué)重點：介紹Internet上各類材料信息資源，以及檢索和充分利用互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)信息資源的方法。難點：文件檢索技巧課程內(nèi)容及教學(xué)方式對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系序號課程內(nèi)容教學(xué)方式支持課程目標(biāo)1第一章材料學(xué)研究數(shù)據(jù)庫及計算機(jī)模擬第一節(jié)材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫第二節(jié)常見物理場的模擬與計算第三節(jié)組織轉(zhuǎn)變模擬與相圖計算課堂講授/上機(jī)實驗1,2,32第二章計算機(jī)在材料檢測中的應(yīng)用第一節(jié)材料成分的檢測第二節(jié)材料組織結(jié)構(gòu)的檢測第三節(jié)材料力學(xué)性能的檢測第四節(jié)材料物理性能的檢測課堂講授/上機(jī)實驗33第三章材料學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理第一節(jié)材料研究中的數(shù)據(jù)處理第二節(jié)材料研究中的計算機(jī)圖像分析與處理課堂講授/上機(jī)實驗3,44第四章互聯(lián)網(wǎng)在材料學(xué)研究中的應(yīng)用第一節(jié)互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)和信息資源的檢索和利用第二節(jié)材料科學(xué)文獻(xiàn)檢索與管理課堂講授/上機(jī)實驗37、實驗項目內(nèi)容、學(xué)時分配、實驗小組本實驗課程共計開設(shè)8個實驗，具體內(nèi)容與學(xué)時安排如下：開設(shè)實驗項目一覽表序號實驗項目實驗類型實驗學(xué)時分組人數(shù)實驗地點教學(xué)要求1傳熱學(xué)計算機(jī)分析驗證性必做21材料學(xué)院實驗教學(xué)中心掌握相應(yīng)軟件的操作，并得到預(yù)期分析、模擬和數(shù)據(jù)處理結(jié)果2X-射線粉末衍射數(shù)據(jù)分析驗證性必做213紅外光譜數(shù)據(jù)分析驗證性必做214熱分析數(shù)據(jù)分析驗證性必做215Origin繪圖1：二維圖形的繪制驗證性必做216Origin繪圖2：數(shù)據(jù)操作和分析驗證性必做217照片的處理與分析驗證性必做218科學(xué)文獻(xiàn)檢索與管理驗證性必做218、考核要求、考核方式及成績評定標(biāo)準(zhǔn)（1）成績由期末考試、實驗成績兩部分構(gòu)成。實驗成績占總成績的30~50%，期末考試占總成績的50~70%。(2)期末考試以開卷形式，采用統(tǒng)一評分標(biāo)準(zhǔn)，公正、公平、公開。(3)實驗成績評價采用百分制記載。(4)最終課程考核總評成績采用百分制，滿分100分，60分為及格。考核方式、內(nèi)容、評分標(biāo)準(zhǔn)與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)評價依據(jù)考核方式考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)評價占比（%）1期末考試開卷考試材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫常見物理場的模擬與計算組織轉(zhuǎn)變模擬與相圖計算按采分點評分，以具體試卷的評分標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)50~70實驗成績實驗學(xué)生對軟件的操作規(guī)范模擬與計算結(jié)果對軟件的熟悉程度操作的規(guī)范性、熟練性結(jié)果的準(zhǔn)確性30~502期末考試開卷考試材料成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理性能的檢測原理與結(jié)果分析按采分點評分，以具體試卷的評分標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)50~70實驗成績實驗Jade軟件、TG-DTA熱分析系統(tǒng)軟件的使用對軟件的熟悉程度操作的規(guī)范性、熟練性結(jié)果的準(zhǔn)確性30~503期末考試開卷考試材料研究中的數(shù)據(jù)處理