《材料專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

《材料專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用》課程教學(xué)大綱一、基本信息中文名稱：材料專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用英文名稱：ApplicationofComputerinMaterialSpecialty課程代碼：19045109課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：1.5總學(xué)時：32（其中理論：24實驗：0上機(jī)：0實踐：8）適用學(xué)院及專業(yè)：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)先修課程：大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)，材料科學(xué)基礎(chǔ)A、無機(jī)材料物理性能、材料現(xiàn)代研究方法開課單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料工程系材料科學(xué)與工程教研室二、課程地位與作用本課程面向基本學(xué)制為四年的本科生，是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)選修課。本課程主要介紹計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用等方面的知識。學(xué)習(xí)本課程前，學(xué)生應(yīng)具有計算機(jī)基礎(chǔ)，材料科學(xué)基礎(chǔ)A、無機(jī)材料物理性能、材料現(xiàn)代研究方法等課程的基礎(chǔ)知識。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生在材料科學(xué)與工程專業(yè)中應(yīng)用計算機(jī)的能力，撰寫科技論文的能力，為畢業(yè)設(shè)計/論文等課程奠定基礎(chǔ)。三、課程教學(xué)目標(biāo)本課程支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、4.3、5.2。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，了解我國及世界眾多科學(xué)家在計算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展和感人案例，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和民族自豪感，樹立學(xué)生的強(qiáng)國意識和為國爭光的社會責(zé)任感。這門課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠運用計算機(jī)分析和處理材料科學(xué)研究中的數(shù)學(xué)建模、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)和圖像以及科學(xué)文獻(xiàn)檢索等問題，并能把實驗結(jié)果、理論分析和文獻(xiàn)研究相結(jié)合，具備使用計算機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究的基本能力；能夠與他人有效地交流學(xué)習(xí)，取長補短，進(jìn)行自我知識更新和自我提升，能夠規(guī)范地撰寫技術(shù)報告和設(shè)計文稿，表達(dá)材料科學(xué)研究中的思想、方法和具體結(jié)果。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以下能力：目標(biāo)1：掌握在計算機(jī)在材料科學(xué)研究領(lǐng)域中應(yīng)用，以及各種軟件的使用思路、原理和方法，加強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基本方法的理解。具備使用計算機(jī)軟件處理材料研究中數(shù)據(jù)與圖像的能力。目標(biāo)2：具備使用計算機(jī)快速處理數(shù)據(jù)的能力，能方便高效地使用計算機(jī)在材料科學(xué)研究中解決實際問題，具備規(guī)范地撰寫技術(shù)報告和設(shè)計文稿的能力，具有良好的溝通能力和終身學(xué)習(xí)的能力。目標(biāo)3：引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣與科學(xué)創(chuàng)新意識，樹立勤奮嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，實事求是的科學(xué)精神，具有良好的團(tuán)隊合作意識。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系矩陣教學(xué)目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點教學(xué)方式考核方式目標(biāo)13.1能夠掌握和綜合運用計算機(jī)的基本知識和技能，對材料專業(yè)的研究和技術(shù)問題進(jìn)行方案設(shè)計，并能夠?qū)?chuàng)新方法與工具應(yīng)用于技術(shù)問題解決方案的確定；4.3能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進(jìn)行處理、分析和解釋，并能把實驗結(jié)果、理論分析和文獻(xiàn)研究相結(jié)合，得出合理有效的結(jié)論。課堂講授、課后答疑、課程作業(yè)課程期末考試，課程作業(yè)目標(biāo)24.3能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進(jìn)行處理、分析和解釋，并能把實驗結(jié)果、理論分析和文獻(xiàn)研究相結(jié)合，得出合理有效的結(jié)論。5.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)难芯抗ぞ吆陀嬎隳M方法獲得有效數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算與設(shè)計；課堂講授、典型案例、上網(wǎng)查閱相關(guān)資料和課程作業(yè)課程期末考試，課程作業(yè)目標(biāo)35.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)难芯抗ぞ吆陀嬎隳M方法獲得有效數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算與設(shè)計。課堂講授、典型案例和課程作業(yè)課程作業(yè)四、主要教學(xué)內(nèi)容1、材料專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用理論教學(xué)第1章緒論（2學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1）本章主要介紹計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展前景；計算機(jī)用于新材料的設(shè)計、材料科學(xué)研究中的計算機(jī)模擬、計算機(jī)用于數(shù)據(jù)和圖像處理以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在材料研究中的應(yīng)用等。通過本單元的學(xué)習(xí)，初步了解材料科學(xué)發(fā)展與計算機(jī)應(yīng)用相結(jié)合的必然性、重要性。通過介紹我國及世界眾多科學(xué)家在計算機(jī)相關(guān)領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展和感人案例，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和為國爭光的社會責(zé)任感。第2章材料科學(xué)研究中的數(shù)學(xué)模型及常用的數(shù)值計算方法（4學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、4.3）本章主要介紹數(shù)學(xué)模型的基本概念，建立數(shù)學(xué)模型的基本步驟、原則和方法；材料科學(xué)研究中常用的數(shù)值分析方法等。通過本單元的學(xué)習(xí)，了解材料科學(xué)研究中的數(shù)學(xué)模型與數(shù)值分析基礎(chǔ)知識，掌握數(shù)值分析在材料領(lǐng)域的應(yīng)用。重點：數(shù)學(xué)建模的基本步驟、原則和方法；材料科學(xué)研究中常用的數(shù)值分析方法。難點：數(shù)學(xué)建模的基本步驟、原則和方法。第3章材料數(shù)據(jù)庫和人工智能的應(yīng)用（2學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、5.2）本章主要介紹材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展；專家系統(tǒng)的工作原理，專家系統(tǒng)的類型；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)中的應(yīng)用。通過本單元的學(xué)習(xí)，了解材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展概況，材料科學(xué)研究中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識，掌握人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料領(lǐng)域的應(yīng)用。重點：專家系統(tǒng)的工作原理，專家系統(tǒng)的類型；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在材料科學(xué)中的應(yīng)用。難點：專家系統(tǒng)的工作原理。第4章計算機(jī)在材料科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)分析與處理（8學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、4.3、5.2）本章主要介紹計算機(jī)在材料科學(xué)研究中的數(shù)據(jù)分析與處理。通過本單元的學(xué)習(xí)，掌握晶體結(jié)構(gòu)建模分析軟件（JADE、DigitalMicrograph）、Origin軟件等常用軟件用于數(shù)據(jù)計算、處理及繪圖等方面的知識與技巧，對晶體結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理有初步的認(rèn)識和理解。通過舉例對比不同條件下材料物性的變化，培養(yǎng)學(xué)生腳踏實地、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度。重點：Origin軟件用于數(shù)據(jù)計算、處理及繪圖等方面的知識與技巧。難點：對繪圖進(jìn)行修飾，圖像處理方法。第5章計算機(jī)在材料科學(xué)研究中的圖像分析與處理（2學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、4.3）本章主要介紹計算機(jī)在材料科學(xué)研究中的圖像分析與處理。通過本單元的學(xué)習(xí)，掌握采用Photoshop圖像處理軟件進(jìn)行材料圖像分析與處理的基本方。重點：采用Photoshop圖形處理軟件進(jìn)行材料圖像分析與處理的基本方法。難點：對圖形進(jìn)行修飾，圖像處理方法。第6章互聯(lián)網(wǎng)在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用（6學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、5.2）本章主要介紹互聯(lián)網(wǎng)在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用。通過本單元的學(xué)習(xí)，掌握材料科學(xué)信息資源的檢索、使用以及材料科學(xué)文獻(xiàn)檢索技巧，掌握科技論文寫作中參考文獻(xiàn)的使用和管理，以及Endnote文獻(xiàn)管理軟件的使用。通過介紹互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展在科學(xué)研究中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生勇于嘗試、敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神，鼓勵學(xué)生在科研過程中積極探索新方法、新技巧。重點：材料科學(xué)信息資源的檢索、使用以及材料科學(xué)文獻(xiàn)檢索技巧；Endnote管理軟件在文獻(xiàn)管理方面的操作方法和技巧。2、材料專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用實踐（8學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、4.3、5.2、）主要內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)分析與處理（4學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點3.1、4.3、5.2）實踐內(nèi)容：Origin軟件的使用。目的、要求：通過實踐訓(xùn)練，掌握利用典型數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行材料科學(xué)方面的數(shù)據(jù)計算、處理及繪圖。（2）文獻(xiàn)檢索與科技論文寫作規(guī)范（4學(xué)時，支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點5.2、10.1）實踐內(nèi)容：Endnote軟件的使用，畢業(yè)論文寫作規(guī)范。目的、要求：通過實踐，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行材料科學(xué)信息及材料科學(xué)文獻(xiàn)的檢索、管理和使用，為畢業(yè)論文的撰寫奠定基礎(chǔ)。五、教學(xué)方法本課程涉及的教學(xué)方法有課堂講授法、討論法、數(shù)據(jù)分析與計算等，具體根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)不同采取更合適的教學(xué)方法。本課程利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，采用“多媒體”結(jié)合“板書”的教學(xué)手段進(jìn)行授課，“多媒體”可將抽象的內(nèi)容生動化，“板書”可用于輔助表達(dá)，二者充分發(fā)揮優(yōu)勢，揚長避短。通過計算機(jī)材料領(lǐng)域的科學(xué)前沿介紹，促進(jìn)學(xué)生樹立強(qiáng)國意識，增強(qiáng)社會責(zé)任感。六、課程考核和成績評定方式本課程考核由平時作業(yè)、實踐和結(jié)課大作業(yè)三部分組成，內(nèi)容覆蓋全部課程目標(biāo)和畢業(yè)要求指標(biāo)點。平時作業(yè)占10%，實踐作業(yè)占20%，結(jié)課大作業(yè)成績占70%，以百分制計入總成績。七、教材及參考文獻(xiàn)1．教材張鵬、趙丕琪、侯東帥主編，計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用（第1版），北京，化學(xué)工業(yè)出版社，20182．主要參考教材和參考文獻(xiàn)[1]葉衛(wèi)平，