《計算機在材料科學中的應用》課程的探索研究

宗朔通，郭 琦

(太原科技大學材料科學與工程學院 磁電功能材料及應用山西省重點實驗室山西 太原 030024)

材料科學與工程專業是一級學科專業，設計金屬、非金屬、成型加工、材料物理性能等多個專業。計算機在材料科學中的應用涉及材料領域各個專業，有利于學生熟悉專業綜合需求，同時也會對其他專業知識有所涉獵，并且能初步將理論知識與實驗數據或實驗模擬聯系起來。對于材料學科的整體的發展具有促進作用[1-2]。

該課程設立的主要初衷是為了學生能夠利用計算機順利完成本科畢業設計，并為以后的研究和學習打下堅實的基礎。材料科學以及工程的開展均與計算機有著密切的聯系，從文獻查找、產品調研、實驗設計、實驗操作、實驗結果分析到數據存儲、數據處理、撰寫科技論文或者報告都有計算機的身影。本課程通過計算機基本知識和數據處理軟件Origin、圖像處理軟件、相圖計算軟件Thermo-Calc、物相分析軟件Jade、數值計算軟件Fortran等的學習，以及文獻、專利等信息檢索的講授，讓學生學會如何利用計算機(軟件)解決材料科學與工程領域中遇到的實際問題，并具備對計算機和材料領域的相關知識終身學習的能力。

1 目前《計算機在材料科學中的應用》課程存在的問題

目前，《計算機在材料科學中的應用課程》的課程因為涉及計算機和材料科學的基礎知識，課程為計算機和材料的交叉課程，因此課程本身具有如下特點：(1)知識繁雜，而且脈絡體系較松散，不同研究方向涉及知識差異較大；(2)涉及的軟件較多且各軟件之間相互沒有關聯；(3)實踐性較強，要求學生親自上機操作，需要學校提供機房，但各個學校機房電腦性能差異較大，在軟件安裝操作過程中出現諸多問題；(4)該課程通常為專業選修課程，學生重視程度不夠；(5)學生學習該課程之后后續課程中不涉及專業軟件的應用，隨著時間的流逝，學習內容逐漸遺忘，學習效果較差。這些問題的存在對《計算機在材料科學中的應用》課程的發展起到阻礙的效果。

2 《計算機在材料科學中的應用》課程教學改革

鑒于以上現有的問題，有必要對該門課程實施進行改變，從而更好地全面提升學生的綜合素質。同時，有利于開拓學生的思路和視野，培養學生的創新能力和引導學生的創新意識，使學生對材料專業有一個全面的認識和樹立正確的專業學習思想。

通過對教學的(1)結構優化、(2)目標優化、(3)學的優化、(4)體驗優化、(5)教的優化，五步優化提高課程教學質量。

通過結構優化：讓學生干活，以目標為導向，為每節課設立合理的教學目標，實現目標優化。通過設立合理的教學目標，一方面目標不能過于簡單，太簡單的目標容易失去興趣；另一方面目標設立不能太難，太難會打擊學生的積極性。設立學生“跳一下”可以完成的目標，以“通關”類似于打游戲的模式。將課程目標循序漸進層層展開的形式展現在學生面前。

通過目標優化：學生有目的地干活，通過教學目標的優化讓學生帶著問題帶著好奇心去探索未知的領域，開闊眼界、增長知識。

通過學的優化：讓學生有層次的干活，每一步設立學生“跳一下”可以完成的目標，以“通關”類似于打游戲的模式將課程目標循序漸進層層展開的形式展現在學生面前。通過學生對新知識的學習，熟練，逐步變為舊知識。設立某些實際遇到的問題，利用前面鋪墊的只是引導學生自己解決實際問題。通過學習將新知識轉變為舊知識，并提取利用舊知識解決新的問題，從而提高學生創新思維的能力。

通過體驗優化：讓學生開心地干活，以每一個小目標的完成，到最終整個教學目標的完成，讓學生通過多元的方式反思、討論和辯護等獲得新的知識和技能，使自身切實感受到獲得知識的快樂，學生累積每步目標的成就感和最終目標完成的成就感達到學生開心的學習。

通過以上四步的優化，讓學生充分參與到課程中來，通過每一步學生學習情況的反饋，及時修改教學內容和難度等，實現教的優化。進一步降低講授課程的學時長度，增加課內實驗的課時數量。利用課內實驗，例如通過計算機軟件的學習解決實際生活中面臨的問題等，鍛煉學生實際動手操作的能力，讓學生充分融入到課堂中。學生對完成的實際問題進行反思和討論，通過對自我的肯定實現快樂的學習。

3 結束語

以學生學習為中心，學生產出為導向進行教學實踐環節的設計，通過課程的五步優化調動學生積極主動思考的能動性，培養學生具有利用計算機解決問題的能力，使學生在后續的學習和生活中能夠不斷自我學習、自我進步更新計算機能力，滿足日益發展的社會對人才的要求。