《计算机在材料科学中的应用》课程的探索研究

宗朔通，郭 琦

(太原科技大学材料科学与工程学院 磁电功能材料及应用山西省重点实验室山西 太原 030024)

材料科学与工程专业是一级学科专业，设计金属、非金属、成型加工、材料物理性能等多个专业。计算机在材料科学中的应用涉及材料领域各个专业，有利于学生熟悉专业综合需求，同时也会对其他专业知识有所涉猎，并且能初步将理论知识与实验数据或实验模拟联系起来。对于材料学科的整体的发展具有促进作用[1-2]。

该课程设立的主要初衷是为了学生能够利用计算机顺利完成本科毕业设计，并为以后的研究和学习打下坚实的基础。材料科学以及工程的开展均与计算机有着密切的联系，从文献查找、产品调研、实验设计、实验操作、实验结果分析到数据存储、数据处理、撰写科技论文或者报告都有计算机的身影。本课程通过计算机基本知识和数据处理软件Origin、图像处理软件、相图计算软件Thermo-Calc、物相分析软件Jade、数值计算软件Fortran等的学习，以及文献、专利等信息检索的讲授，让学生学会如何利用计算机(软件)解决材料科学与工程领域中遇到的实际问题，并具备对计算机和材料领域的相关知识终身学习的能力。

1 目前《计算机在材料科学中的应用》课程存在的问题

目前，《计算机在材料科学中的应用课程》的课程因为涉及计算机和材料科学的基础知识，课程为计算机和材料的交叉课程，因此课程本身具有如下特点：(1)知识繁杂，而且脉络体系较松散，不同研究方向涉及知识差异较大；(2)涉及的软件较多且各软件之间相互没有关联；(3)实践性较强，要求学生亲自上机操作，需要学校提供机房，但各个学校机房电脑性能差异较大，在软件安装操作过程中出现诸多问题；(4)该课程通常为专业选修课程，学生重视程度不够；(5)学生学习该课程之后后续课程中不涉及专业软件的应用，随着时间的流逝，学习内容逐渐遗忘，学习效果较差。这些问题的存在对《计算机在材料科学中的应用》课程的发展起到阻碍的效果。

2 《计算机在材料科学中的应用》课程教学改革

鉴于以上现有的问题，有必要对该门课程实施进行改变，从而更好地全面提升学生的综合素质。同时，有利于开拓学生的思路和视野，培养学生的创新能力和引导学生的创新意识，使学生对材料专业有一个全面的认识和树立正确的专业学习思想。

通过对教学的(1)结构优化、(2)目标优化、(3)学的优化、(4)体验优化、(5)教的优化，五步优化提高课程教学质量。

通过结构优化：让学生干活，以目标为导向，为每节课设立合理的教学目标，实现目标优化。通过设立合理的教学目标，一方面目标不能过于简单，太简单的目标容易失去兴趣；另一方面目标设立不能太难，太难会打击学生的积极性。设立学生“跳一下”可以完成的目标，以“通关”类似于打游戏的模式。将课程目标循序渐进层层展开的形式展现在学生面前。

通过目标优化：学生有目的地干活，通过教学目标的优化让学生带着问题带着好奇心去探索未知的领域，开阔眼界、增长知识。

通过学的优化：让学生有层次的干活，每一步设立学生“跳一下”可以完成的目标，以“通关”类似于打游戏的模式将课程目标循序渐进层层展开的形式展现在学生面前。通过学生对新知识的学习，熟练，逐步变为旧知识。设立某些实际遇到的问题，利用前面铺垫的只是引导学生自己解决实际问题。通过学习将新知识转变为旧知识，并提取利用旧知识解决新的问题，从而提高学生创新思维的能力。

通过体验优化：让学生开心地干活，以每一个小目标的完成，到最终整个教学目标的完成，让学生通过多元的方式反思、讨论和辩护等获得新的知识和技能，使自身切实感受到获得知识的快乐，学生累积每步目标的成就感和最终目标完成的成就感达到学生开心的学习。

通过以上四步的优化，让学生充分参与到课程中来，通过每一步学生学习情况的反馈，及时修改教学内容和难度等，实现教的优化。进一步降低讲授课程的学时长度，增加课内实验的课时数量。利用课内实验，例如通过计算机软件的学习解决实际生活中面临的问题等，锻炼学生实际动手操作的能力，让学生充分融入到课堂中。学生对完成的实际问题进行反思和讨论，通过对自我的肯定实现快乐的学习。

3 结束语

以学生学习为中心，学生产出为导向进行教学实践环节的设计，通过课程的五步优化调动学生积极主动思考的能动性，培养学生具有利用计算机解决问题的能力，使学生在后续的学习和生活中能够不断自我学习、自我进步更新计算机能力，满足日益发展的社会对人才的要求。