運(yùn)用學(xué)科交叉思維構(gòu)建計(jì)算機(jī)與材料科學(xué)相結(jié)合的課程及其教學(xué)實(shí)踐研究

郭騰 仇海全 閆浩然 訾建平 陳君華

摘?要：在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，學(xué)生的跨學(xué)科復(fù)合型能力要求越來(lái)越被重視，因此如何將學(xué)科交叉融合落到實(shí)處，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)深度融合的理念，進(jìn)而提升其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力方面，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究以地方應(yīng)用型本科院校為研究背景，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況、領(lǐng)悟能力、實(shí)驗(yàn)室硬件條件、教師能力水平等多重因素，結(jié)合先進(jìn)工程類計(jì)算語(yǔ)言環(huán)境（Anaconda?Python）、先進(jìn)材料分析測(cè)試方法、高性能計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)介紹等，重新設(shè)計(jì)了針對(duì)材料工程類專業(yè)的計(jì)算機(jī)與材料科學(xué)跨學(xué)科結(jié)合課程的特色教學(xué)內(nèi)容體系，并進(jìn)行了相關(guān)的教學(xué)改革和探索，以期落實(shí)專業(yè)認(rèn)證背景下人才培養(yǎng)方案中強(qiáng)調(diào)的跨學(xué)科知識(shí)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)并提升學(xué)生的工程應(yīng)用素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：Anaconda?Python；GSASII程序；計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用；工程教育認(rèn)證

中圖分類號(hào)：G642.0??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1?概述

材料是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一，與其對(duì)應(yīng)的材料科學(xué)是以基礎(chǔ)的物理和化學(xué)等學(xué)科為根基，以工程應(yīng)用為落腳點(diǎn)和最終歸宿，主要是研究材料的組織與結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、使用效能以及上述因素之間的相互聯(lián)系的科學(xué)。在目前我國(guó)的本科教育體系下，地方性應(yīng)用型本科院校在材料科學(xué)與工程類專業(yè)自身層面的普遍培養(yǎng)目標(biāo)，是能從事無(wú)機(jī)非金屬材料工程特定行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量監(jiān)控、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)管理等工作，并成為相應(yīng)的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

從大多數(shù)地方性應(yīng)用型本科院校的發(fā)展歷史來(lái)看，它們的材料類專業(yè)往往是從化學(xué)類專業(yè)發(fā)展而來(lái)并依托化學(xué)類專業(yè)開(kāi)展對(duì)應(yīng)的化學(xué)類學(xué)科基礎(chǔ)課的教學(xué)和科研等活動(dòng)，而這也是材料類學(xué)科的學(xué)科交叉特性的最直接體現(xiàn)。在當(dāng)前工程類專業(yè)認(rèn)證的大背景下［12］，重視該特性并針對(duì)它開(kāi)展一系列教學(xué)研究和實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)于提升專業(yè)內(nèi)涵和辦學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而引領(lǐng)這些學(xué)校的相關(guān)專業(yè)達(dá)到認(rèn)證要求并通過(guò)等方面，具有相當(dāng)積極的意義。

2?學(xué)科交叉對(duì)于材料工程類專業(yè)的重要意義

從材料科學(xué)的基礎(chǔ)性學(xué)科任務(wù)來(lái)看，其研究的對(duì)象涉及特定組分物質(zhì)及其組成材料的成分結(jié)構(gòu)、制備工藝和應(yīng)用性能等主要方面。從傳統(tǒng)的專業(yè)學(xué)科視角來(lái)看，其涵蓋了三大化學(xué)、基礎(chǔ)物理學(xué)、晶體學(xué)、機(jī)械工程等學(xué)科，而隨著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，在進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，諸如人工智能與大數(shù)據(jù)、先進(jìn)電子工程、先進(jìn)生物科學(xué)等更多的先進(jìn)學(xué)科的交叉融入，又為材料工程類學(xué)科的良性發(fā)展提供了更多的助力。近年來(lái)伴隨著國(guó)內(nèi)教育界對(duì)于新工科類教育和專業(yè)認(rèn)證的普遍認(rèn)可和相關(guān)工作的不斷開(kāi)展，追求培養(yǎng)素質(zhì)優(yōu)良、知識(shí)結(jié)構(gòu)合理、具備支撐引領(lǐng)能力的工程技術(shù)人才，已經(jīng)成為有志于在工程認(rèn)證方面開(kāi)展工作的教育工作者的一致追求，而這也為體現(xiàn)并強(qiáng)化材料工程類專業(yè)的學(xué)科交叉特性，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)于其學(xué)科交叉的理解，具有非常積極的作用［12］。

2.1?專業(yè)認(rèn)證對(duì)于學(xué)科交叉綜合應(yīng)用的要求分析

目前國(guó)內(nèi)通行的專業(yè)認(rèn)證的最重要的依據(jù)是華盛頓協(xié)議，其也是國(guó)際公認(rèn)的工程科技人才的質(zhì)量認(rèn)證體系標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議是首先從以美國(guó)為主要代表的英語(yǔ)母語(yǔ)系發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)起并簽署，因此其誕生也必然滲透了這些國(guó)家先進(jìn)的教育理念。

美國(guó)是在當(dāng)今世界范圍內(nèi)針對(duì)跨學(xué)科教育開(kāi)展比較早的國(guó)家之一，發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)，基礎(chǔ)雄厚，在20世紀(jì)末美國(guó)國(guó)內(nèi)的一些科學(xué)和教育團(tuán)體都指出，當(dāng)人們面臨現(xiàn)代的諸多的生態(tài)、資源、環(huán)境難題時(shí)，采用單一的學(xué)科知識(shí)和技能往往在面對(duì)這些問(wèn)題時(shí)顯得乏力，因此迫切需要高校培養(yǎng)具有跨學(xué)科知識(shí)和技能的復(fù)合型人才。出于以上的現(xiàn)實(shí)需求，美國(guó)在理論指引和政策驅(qū)動(dòng)等頂層設(shè)計(jì)層面做了很多工作，強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，并設(shè)置完備的跨學(xué)科課程體系，注重學(xué)科交叉研究和教學(xué)相結(jié)合并構(gòu)建復(fù)合型實(shí)踐教育體系，并在科學(xué)構(gòu)建跨學(xué)科師資隊(duì)伍基礎(chǔ)上，完善交叉學(xué)科人才培養(yǎng)質(zhì)量管理制度等［3］。例如，由于發(fā)達(dá)國(guó)家較早地意識(shí)到了典型的社會(huì)工藝生產(chǎn)中的交叉學(xué)科間協(xié)作的要求，從而較早地催生了以問(wèn)題為基礎(chǔ)和導(dǎo)向的跨學(xué)科知識(shí)生產(chǎn)模式和人才培養(yǎng)模式，就例如美國(guó)設(shè)計(jì)一系列相關(guān)項(xiàng)目，其中就有計(jì)算機(jī)工程與材料工程、材料工程與通信技術(shù)等交叉學(xué)科專業(yè)。

上述學(xué)科交叉的特征，在通用的國(guó)際工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)乃至目前國(guó)內(nèi)“新工科”理念的相關(guān)要求中有著明確的體現(xiàn)。例如，目前很多國(guó)內(nèi)院校的材料工程類專業(yè)的工程認(rèn)證類人才培養(yǎng)方案中，同樣也特意強(qiáng)調(diào)了運(yùn)用現(xiàn)代工具進(jìn)行研發(fā)、質(zhì)量監(jiān)控和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理；綜合運(yùn)用數(shù)理、工程基礎(chǔ)知識(shí)和材料工程專業(yè)知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品配方、工藝開(kāi)發(fā)與質(zhì)量監(jiān)控；等等。而目前我們國(guó)內(nèi)公認(rèn)的現(xiàn)代工具的典型代表，即是以計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)為代表的相關(guān)學(xué)科。

2.2?信息技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)融合對(duì)于材料工程類專業(yè)發(fā)展的重要意義

以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家較早意識(shí)到了交叉學(xué)科需求最明顯的領(lǐng)域，是信息技術(shù)、自動(dòng)化與工業(yè)領(lǐng)域的結(jié)合。工科主要應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，也是將基礎(chǔ)科學(xué)的原理與生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)科，而因?yàn)楝F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和相關(guān)系統(tǒng)的日益復(fù)雜化，涉及的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，導(dǎo)致了其產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用維護(hù)乃至報(bào)廢回收等全流程環(huán)節(jié)［45］對(duì)自動(dòng)化和信息處理的要求逐漸提高，因此現(xiàn)代的工科學(xué)科與數(shù)據(jù)、信息處理的聯(lián)系也越來(lái)越緊密［2］，也是現(xiàn)代工業(yè)最突出的特征之一。因此，培養(yǎng)相關(guān)從業(yè)者采用以計(jì)算機(jī)為代表的現(xiàn)代工具進(jìn)行與專業(yè)有關(guān)的一系列計(jì)算活動(dòng)，能夠通過(guò)計(jì)算思維的培養(yǎng)使學(xué)生通過(guò)對(duì)專業(yè)問(wèn)題進(jìn)行思考形成以信息處理與計(jì)算角度解決問(wèn)題的方法［2］，進(jìn)而使學(xué)生更好地理解并掌握現(xiàn)代信息工具與傳統(tǒng)工業(yè)學(xué)科的結(jié)合點(diǎn)，拓展他們的現(xiàn)代交叉學(xué)科知識(shí)面和應(yīng)用技能，更好地適應(yīng)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需要，拓寬他們就業(yè)的適應(yīng)面。

3?課程體系的優(yōu)化目標(biāo)

和傳統(tǒng)工科相結(jié)合的信息技術(shù)類課程不會(huì)像純信息類專業(yè)那樣全面系統(tǒng)，但是卻也要求學(xué)生在具備足夠的計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)基礎(chǔ)的同時(shí)，充分采用以計(jì)算機(jī)為代表的現(xiàn)代工具進(jìn)行相關(guān)專業(yè)問(wèn)題的分析和解決。目前，從材料工程學(xué)科研究的角度，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)較廣泛地應(yīng)用在了新型制備工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、各種層次的材料結(jié)構(gòu)分析、模型構(gòu)建、計(jì)算機(jī)模擬、材料數(shù)據(jù)分析與結(jié)果可視化等等方向，而要充分理解并掌握上述交叉學(xué)科中的任何一種，都需要相當(dāng)時(shí)間的交叉學(xué)科理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的訓(xùn)練。限于國(guó)內(nèi)本科人才培養(yǎng)方案對(duì)于相關(guān)課程結(jié)構(gòu)和學(xué)時(shí)數(shù)量的限制，通過(guò)多年的材料工程類的專業(yè)建設(shè)和專業(yè)課程的教學(xué)工作，我們認(rèn)為針對(duì)上述計(jì)算機(jī)與材料工程的交叉類課程體系在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，應(yīng)做到正式理論和實(shí)踐課程少而精、專業(yè)特色強(qiáng)、繼承性好、能夠反映時(shí)代特色和最新技術(shù)，而輔助的教學(xué)手段應(yīng)做到形式多樣化，充分照顧到不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、接受水平等。其核心目標(biāo)就是，利用有序的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生在良好的計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念，針對(duì)材料工程的待解決問(wèn)題進(jìn)行必要的思維活動(dòng)訓(xùn)練，針對(duì)實(shí)際問(wèn)題選擇或創(chuàng)造合適的數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)而找到利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行解決問(wèn)題的方法，即從材料工程專業(yè)的角度培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)化計(jì)算思維。

無(wú)機(jī)非金屬材料工程專業(yè)是安徽科技學(xué)院材料工程類專業(yè)集群中歷史比較悠久、辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累比較豐富的專業(yè)，現(xiàn)擁有安徽省一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、安徽省一流（品牌）專業(yè)、安徽省卓越工程師人才培養(yǎng)計(jì)劃專業(yè)等資格。從2020年后開(kāi)始，我院開(kāi)始引入專業(yè)認(rèn)證的思路修訂并完善人才培養(yǎng)方案，以期從較高層次標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，進(jìn)一步提升辦學(xué)質(zhì)量和水平，為爭(zhēng)取升級(jí)為大學(xué)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在新近的人才培養(yǎng)方案中，涉及典型的多學(xué)科交叉的課程包括基礎(chǔ)課程類“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”“Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”、專業(yè)核心課程“材料分析與測(cè)試技術(shù)”以及專業(yè)方向課程“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”等。上述課程的階段性設(shè)計(jì)遵守了“計(jì)算機(jī)理論與應(yīng)用基礎(chǔ)強(qiáng)化→在合適的結(jié)合點(diǎn)引入信息技術(shù)與本學(xué)科相結(jié)合的理念→訓(xùn)練計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的高級(jí)應(yīng)用技能”的思路，突出并強(qiáng)化了與材料科學(xué)與工程科學(xué)進(jìn)行同步進(jìn)行的信息技術(shù)課程與實(shí)踐能力教育與訓(xùn)練過(guò)程。

4?典型代表性課程教學(xué)體系設(shè)計(jì)與教學(xué)改革

在前面所示的多學(xué)科交叉課程的教學(xué)思路中，“材料分析與測(cè)試技術(shù)”課程重點(diǎn)介紹各種先進(jìn)的材料分析與測(cè)試方法及其分析手段；而如前面所示，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試結(jié)果的分析是計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于材料科學(xué)與工程學(xué)科最重要的分支之一，因此在本課程中占有重要地位。盡管如此，由于理論和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，很多涉及較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)應(yīng)用理論的相關(guān)內(nèi)容無(wú)法在相關(guān)的教學(xué)環(huán)節(jié)講授完整，因此為了進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能，強(qiáng)化他們運(yùn)用計(jì)算思維解決材料工程復(fù)雜問(wèn)題的能力，進(jìn)一步落實(shí)專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)要求，我們?cè)诳偨Y(jié)了上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”課程的教學(xué)體系，并在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中取得了良好的效果。

4.1?本課程設(shè)立的意義、課程培養(yǎng)目標(biāo)

顧名思義，“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”課程主要著眼點(diǎn)在于講授計(jì)算機(jī)運(yùn)用到材料科學(xué)與工程，并解決其中關(guān)鍵問(wèn)題的案例內(nèi)容。但是如果從專業(yè)認(rèn)證中學(xué)科交叉的角度看，其重點(diǎn)就是通過(guò)對(duì)交叉學(xué)科的培養(yǎng)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，利用信息技術(shù)與材料科學(xué)交叉的典型案例，訓(xùn)練學(xué)生針對(duì)專業(yè)問(wèn)題的計(jì)算和系統(tǒng)工程方面的思維，學(xué)習(xí)采用多學(xué)科交叉理念解決問(wèn)題的思路和方法。

筆者與我系內(nèi)相關(guān)教師在利用計(jì)算機(jī)與材料科學(xué)與工程專業(yè)結(jié)合的教學(xué)和科研方面有著多年的積累。考慮到近年內(nèi)地方應(yīng)用型高校中學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)、相關(guān)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)接受的難易程度、在相關(guān)行業(yè)屆中對(duì)應(yīng)技術(shù)的熱門程度等因素，我們最后選擇了計(jì)算機(jī)在材料分析數(shù)據(jù)分析方面的典型結(jié)合并將其作為主要的教學(xué)案例，但是在設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中，我們充分地意識(shí)到了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的重要性，并且也考慮到了目前由于智能手機(jī)的普及的現(xiàn)狀，導(dǎo)致目前年輕人普遍都是將精力放在了手機(jī)上，而忽視了自身的電腦應(yīng)用技能。因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，充分強(qiáng)化“計(jì)算機(jī)本質(zhì)上是生產(chǎn)力工具”的意識(shí)，我們盡管將計(jì)算機(jī)在材料分析數(shù)據(jù)分析方面的案例設(shè)定為了教學(xué)內(nèi)容主體，但是課程的整體的設(shè)計(jì)思路也并不是簡(jiǎn)單的“材料分析與測(cè)試技術(shù)”課程的相關(guān)理念的補(bǔ)充。

4.2?教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

在新設(shè)計(jì)的“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”課程中，筆者選擇了利用基于Anaconda?Python科學(xué)計(jì)算環(huán)境的GSASII（General?Structure?Analysis?System?II）程序進(jìn)行X射線粉末衍射圖譜的精修計(jì)算作為主要的教學(xué)案例，而相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也圍繞該案例進(jìn)行展開(kāi)。

Python是一種優(yōu)秀的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，作為當(dāng)前在大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域最流行的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，其目前也在我校的人才培養(yǎng)方案中具備重要的地位。而選擇基于該語(yǔ)言的分析軟件為主體進(jìn)行教學(xué)，其首要目的也是在人才培養(yǎng)方案中構(gòu)建出前后銜接的計(jì)算機(jī)類交叉學(xué)科課程，能夠使學(xué)生充分地認(rèn)識(shí)到先進(jìn)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與自身所學(xué)專業(yè)之間的重要聯(lián)系。我們?cè)谠O(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)的另外一個(gè)重要原則，就是需要充分考慮相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性和前瞻性。在以往的很多設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)與材料工程結(jié)合教學(xué)的先例中［67］，為了照顧學(xué)生的編程經(jīng)驗(yàn)欠缺的現(xiàn)狀，一般都只能設(shè)計(jì)那些解決成分、配方計(jì)算等的專用程序，其與那些先進(jìn)的應(yīng)用方向（模型構(gòu)建、圖形可視化、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合等）相比尚有一定的距離，并且這類普通的編程也限制了學(xué)生眼界的拓展，因此我們選擇了該案例的同時(shí)，也主要考慮到了應(yīng)用方向的先進(jìn)性。作為當(dāng)前最流行的基于Python語(yǔ)言的科學(xué)計(jì)算平臺(tái)，Anaconda以強(qiáng)大的包管理和環(huán)境管理能力，使其目前已經(jīng)成為人工智能等應(yīng)用方向上最流行的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在相關(guān)的內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，筆者側(cè)重了針對(duì)Python發(fā)行版的概念和內(nèi)涵的介紹、包管理與環(huán)境管理的概念、核心功能庫(kù)組件功能介紹等。

另外，由于Anaconda平臺(tái)對(duì)于計(jì)算機(jī)CPU的算力、系統(tǒng)硬盤的性能等都有較高的要求，因此還要附帶介紹微機(jī)系統(tǒng)原理、主要硬件結(jié)構(gòu)與性能等內(nèi)容。

在前面的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入科學(xué)計(jì)算的概念與內(nèi)涵，并在這個(gè)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹針對(duì)粉末衍射圖譜的Rietveld精修擬合的主要特性、基本數(shù)學(xué)原理與算法公式、精修判定指標(biāo)、實(shí)現(xiàn)手段等。

此時(shí)，即可進(jìn)一步介紹GSASII軟件系統(tǒng)的組成模塊結(jié)構(gòu)、界面風(fēng)格與安裝方式等，并在前面材料分析與測(cè)試課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化展開(kāi)相關(guān)的X射線衍射圖譜分析測(cè)試方法、樣品制備方法、晶體結(jié)構(gòu)模型文件和儀器參數(shù)文件獲取辦法等，以這些內(nèi)容為基礎(chǔ)，即可開(kāi)展精修計(jì)算方法的教學(xué)，其核心技能是各種精修參數(shù)的釋放順序和背后的原因（如相互關(guān)聯(lián)參數(shù)的辨別和處理等），另外也涉及結(jié)果可視化、復(fù)雜的Origin圖形繪制等，具體可參考相應(yīng)的技術(shù)文獻(xiàn)［89］。因此，本課程的體系結(jié)構(gòu)可如下圖所示：

典型的計(jì)算機(jī)與材料科學(xué)與工程學(xué)科交叉課程結(jié)構(gòu)圖解

4.3?實(shí)踐效果

在計(jì)算機(jī)科學(xué)層面，我們所設(shè)計(jì)的課程包括先進(jìn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、先進(jìn)人工智能計(jì)算開(kāi)發(fā)環(huán)境、先進(jìn)硬件介紹等，而在其與材料科學(xué)的結(jié)合層面，該案例整合了結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建、模擬計(jì)算圖譜與結(jié)果可視化等熱門的應(yīng)用方向。其具備鮮明的時(shí)代特色，并且我們所講授內(nèi)容與當(dāng)下熱門的人工智能和大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)，因此在相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生普遍反映講授內(nèi)容有意義，實(shí)用性強(qiáng)，因此上述教學(xué)設(shè)計(jì)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)以致用、用以促學(xué)的意識(shí)和學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)質(zhì)量得到了明顯的提升。并且，學(xué)生在后繼的實(shí)踐周環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，也能夠自主從多學(xué)科交叉應(yīng)用的角度自主尋找并選擇合適的程序以解決相關(guān)的復(fù)雜工程問(wèn)題，大大強(qiáng)化了學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

結(jié)語(yǔ)

以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為代表的信息技術(shù)學(xué)科的融入，對(duì)材料科學(xué)與工程相關(guān)學(xué)科的科研和教學(xué)有著革命性的意義。這其中相關(guān)的教學(xué)涉及的主要思路是以解決問(wèn)題為目標(biāo)導(dǎo)向的多學(xué)科交叉融合思維，并以此為基礎(chǔ)性思維組織并設(shè)計(jì)相關(guān)課程與教學(xué)體系。盡管上述的課程設(shè)計(jì)思路在新設(shè)計(jì)的“計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用”課程中被證明是有益的，但是相關(guān)的實(shí)踐也給我們提出了新的問(wèn)題，例如受限于相應(yīng)的學(xué)時(shí)等客觀因素，導(dǎo)致很多必要的信息技術(shù)理論和應(yīng)用內(nèi)容（例如與微機(jī)系統(tǒng)與接口技術(shù)、操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、系統(tǒng)工程概論等有關(guān)的導(dǎo)論型內(nèi)容）無(wú)法展開(kāi)，而這些在未來(lái)涉及的遠(yuǎn)期課程需要通過(guò)多種教學(xué)形式進(jìn)行，例如線上線下混合式教學(xué)等。

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課題項(xiàng)目：安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2020?jyxm0410，2021xsxxkc056）；2020年度安徽省教育廳省級(jí)教學(xué)示范課程建設(shè)項(xiàng)目（“材料分析與測(cè)試技術(shù)”課程）；安徽科技學(xué)院校級(jí)“四新”研究與改革實(shí)踐項(xiàng)目（Xj2022011）；安徽科技學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程重大項(xiàng)目（X2021006）；安徽科技學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程重點(diǎn)項(xiàng)目（X2021019）

作者簡(jiǎn)介：郭騰（1981—?），男，漢族，河北饒陽(yáng)人，博士，副教授，主要從事新型微波介質(zhì)陶瓷材料、新型發(fā)光材料的晶體結(jié)構(gòu)與物理性能的關(guān)系、新型功能玻璃與陶瓷的產(chǎn)業(yè)化等方面的研究。