《材料專業計算機應用》課程教學大綱一、基本信息中文名稱：材料專業計算機應用英文名稱：ApplicationofComputerinMaterialSpecialty課程代碼：19045109課程性質：專業選修課學分：1.5總學時：32（其中理論：24實驗：0上機：0實踐：8）適用學院及專業：材料科學與工程學院材料科學與工程專業先修課程：大學計算機基礎，材料科學基礎A、無機材料物理性能、材料現代研究方法開課單位：材料科學與工程學院材料工程系材料科學與工程教研室二、課程地位與作用本課程面向基本學制為四年的本科生，是材料科學與工程專業的專業選修課。本課程主要介紹計算機在材料科學與工程中的應用等方面的知識。學習本課程前，學生應具有計算機基礎，材料科學基礎A、無機材料物理性能、材料現代研究方法等課程的基礎知識。通過本課程的學習，培養學生在材料科學與工程專業中應用計算機的能力，撰寫科技論文的能力，為畢業設計/論文等課程奠定基礎。三、課程教學目標本課程支撐畢業要求指標點3.1、4.3、5.2。學生通過該課程的學習，了解我國及世界眾多科學家在計算機相關領域取得的突破性進展和感人案例，激發學生的愛國情懷和民族自豪感，樹立學生的強國意識和為國爭光的社會責任感。這門課程的學習使學生能夠運用計算機分析和處理材料科學研究中的數學建模、數值分析、數據和圖像以及科學文獻檢索等問題，并能把實驗結果、理論分析和文獻研究相結合，具備使用計算機進行科學研究的基本能力；能夠與他人有效地交流學習，取長補短，進行自我知識更新和自我提升，能夠規范地撰寫技術報告和設計文稿，表達材料科學研究中的思想、方法和具體結果。通過本課程的學習，學生應具備以下能力：目標1：掌握在計算機在材料科學研究領域中應用，以及各種軟件的使用思路、原理和方法，加強學生對基礎知識、基本方法的理解。具備使用計算機軟件處理材料研究中數據與圖像的能力。目標2：具備使用計算機快速處理數據的能力，能方便高效地使用計算機在材料科學研究中解決實際問題，具備規范地撰寫技術報告和設計文稿的能力，具有良好的溝通能力和終身學習的能力。目標3：引導和培養學生的科研興趣與科學創新意識，樹立勤奮嚴謹的學習態度，實事求是的科學精神，具有良好的團隊合作意識。表1課程教學目標與畢業要求的關系矩陣教學目標畢業要求指標點教學方式考核方式目標13.1能夠掌握和綜合運用計算機的基本知識和技能，對材料專業的研究和技術問題進行方案設計，并能夠將創新方法與工具應用于技術問題解決方案的確定；4.3能夠對實驗結果進行處理、分析和解釋，并能把實驗結果、理論分析和文獻研究相結合，得出合理有效的結論。課堂講授、課后答疑、課程作業課程期末考試，課程作業目標24.3能夠對實驗結果進行處理、分析和解釋，并能把實驗結果、理論分析和文獻研究相結合，得出合理有效的結論。5.2能夠選擇與使用恰當的研究工具和計算模擬方法獲得有效數據，進一步利用信息資源、工程工具和專業模擬軟件，對復雜工程問題進行分析、計算與設計；課堂講授、典型案例、上網查閱相關資料和課程作業課程期末考試，課程作業目標35.2能夠選擇與使用恰當的研究工具和計算模擬方法獲得有效數據，進一步利用信息資源、工程工具和專業模擬軟件，對復雜工程問題進行分析、計算與設計。課堂講授、典型案例和課程作業課程作業四、主要教學內容1、材料專業計算機應用理論教學第1章緒論（2學時，支撐畢業要求指標點3.1）本章主要介紹計算機在材料科學與工程中應用的現狀和發展前景；計算機用于新材料的設計、材料科學研究中的計算機模擬、計算機用于數據和圖像處理以及計算機網絡在材料研究中的應用等。通過本單元的學習，初步了解材料科學發展與計算機應用相結合的必然性、重要性。通過介紹我國及世界眾多科學家在計算機相關領域取得的突破性進展和感人案例，激發學生的愛國情懷和為國爭光的社會責任感。第2章材料科學研究中的數學模型及常用的數值計算方法（4學時，支撐畢業要求指標點3.1、4.3）本章主要介紹數學模型的基本概念，建立數學模型的基本步驟、原則和方法；材料科學研究中常用的數值分析方法等。通過本單元的學習，了解材料科學研究中的數學模型與數值分析基礎知識，掌握數值分析在材料領域的應用。重點：數學建模的基本步驟、原則和方法；材料科學研究中常用的數值分析方法。難點：數學建模的基本步驟、原則和方法。第3章材料數據庫和人工智能的應用（2學時，支撐畢業要求指標點3.1、5.2）本章主要介紹材料數據庫的發展；專家系統的工作原理，專家系統的類型；人工神經網絡在材料科學中的應用。通過本單元的學習，了解材料數據庫的發展概況，材料科學研究中的人工神經網絡基礎知識，掌握人工神經網絡在材料領域的應用。重點：專家系統的工作原理，專家系統的類型；人工神經網絡在材料科學中的應用。難點：專家系統的工作原理。第4章計算機在材料科學研究中的數據分析與處理（8學時，支撐畢業要求指標點3.1、4.3、5.2）本章主要介紹計算機在材料科學研究中的數據分析與處理。通過本單元的學習，掌握晶體結構建模分析軟件（JADE、DigitalMicrograph）、Origin軟件等常用軟件用于數據計算、處理及繪圖等方面的知識與技巧，對晶體結構分析軟件進行數據處理有初步的認識和理解。通過舉例對比不同條件下材料物性的變化，培養學生腳踏實地、嚴謹的科研態度。重點：Origin軟件用于數據計算、處理及繪圖等方面的知識與技巧。難點：對繪圖進行修飾，圖像處理方法。第5章計算機在材料科學研究中的圖像分析與處理（2學時，支撐畢業要求指標點3.1、4.3）本章主要介紹計算機在材料科學研究中的圖像分析與處理。通過本單元的學習，掌握采用Photoshop圖像處理軟件進行材料圖像分析與處理的基本方。重點：采用Photoshop圖形處理軟件進行材料圖像分析與處理的基本方法。難點：對圖形進行修飾，圖像處理方法。第6章互聯網在材料科學研究中的應用（6學時，支撐畢業要求指標點3.1、5.2）本章主要介紹互聯網在材料科學研究中的應用。通過本單元的學習，掌握材料科學信息資源的檢索、使用以及材料科學文獻檢索技巧，掌握科技論文寫作中參考文獻的使用和管理，以及Endnote文獻管理軟件的使用。通過介紹互聯網發展在科學研究中的應用，引導學生勇于嘗試、敢于創新的科學精神，鼓勵學生在科研過程中積極探索新方法、新技巧。重點：材料科學信息資源的檢索、使用以及材料科學文獻檢索技巧；Endnote管理軟件在文獻管理方面的操作方法和技巧。2、材料專業計算機應用實踐（8學時，支撐畢業要求指標點3.1、4.3、5.2、）主要內容：（1）數據分析與處理（4學時，支撐畢業要求指標點3.1、4.3、5.2）實踐內容：Origin軟件的使用。目的、要求：通過實踐訓練，掌握利用典型數據處理軟件進行材料科學方面的數據計算、處理及繪圖。（2）文獻檢索與科技論文寫作規范（4學時，支撐畢業要求指標點5.2、10.1）實踐內容：Endnote軟件的使用，畢業論文寫作規范。目的、要求：通過實踐，利用互聯網進行材料科學信息及材料科學文獻的檢索、管理和使用，為畢業論文的撰寫奠定基礎。五、教學方法本課程涉及的教學方法有課堂講授法、討論法、數據分析與計算等，具體根據教學內容和目標不同采取更合適的教學方法。本課程利用現代化的教學手段，采用“多媒體”結合“板書”的教學手段進行授課，“多媒體”可將抽象的內容生動化，“板書”可用于輔助表達，二者充分發揮優勢，揚長避短。通過計算機材料領域的科學前沿介紹，促進學生樹立強國意識，增強社會責任感。六、課程考核和成績評定方式本課程考核由平時作業、實踐和結課大作業三部分組成，內容覆蓋全部課程目標和畢業要求指標點。平時作業占10%，實踐作業占20%，結課大作業成績占70%，以百分制計入總成績。七、教材及參考文獻1．教材張鵬、趙丕琪、侯東帥主編，計算機在材料科學與工程中的應用（第1版），北京，化學工業出版社，20182．主要參考教材和參考文獻[1]葉衛平，