《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程的探索研究

宗朔通，郭 琦

(太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 磁電功能材料及應(yīng)用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室山西 太原 030024)

材料科學(xué)與工程專業(yè)是一級(jí)學(xué)科專業(yè)，設(shè)計(jì)金屬、非金屬、成型加工、材料物理性能等多個(gè)專業(yè)。計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用涉及材料領(lǐng)域各個(gè)專業(yè)，有利于學(xué)生熟悉專業(yè)綜合需求，同時(shí)也會(huì)對(duì)其他專業(yè)知識(shí)有所涉獵，并且能初步將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)?zāi)M聯(lián)系起來(lái)。對(duì)于材料學(xué)科的整體的發(fā)展具有促進(jìn)作用[1-2]。

該課程設(shè)立的主要初衷是為了學(xué)生能夠利用計(jì)算機(jī)順利完成本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，并為以后的研究和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。材料科學(xué)以及工程的開(kāi)展均與計(jì)算機(jī)有著密切的聯(lián)系，從文獻(xiàn)查找、產(chǎn)品調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、撰寫(xiě)科技論文或者報(bào)告都有計(jì)算機(jī)的身影。本課程通過(guò)計(jì)算機(jī)基本知識(shí)和數(shù)據(jù)處理軟件Origin、圖像處理軟件、相圖計(jì)算軟件Thermo-Calc、物相分析軟件Jade、數(shù)值計(jì)算軟件Fortran等的學(xué)習(xí)，以及文獻(xiàn)、專利等信息檢索的講授，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何利用計(jì)算機(jī)(軟件)解決材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中遇到的實(shí)際問(wèn)題，并具備對(duì)計(jì)算機(jī)和材料領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)終身學(xué)習(xí)的能力。

1 目前《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程存在的問(wèn)題

目前，《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用課程》的課程因?yàn)樯婕坝?jì)算機(jī)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，課程為計(jì)算機(jī)和材料的交叉課程，因此課程本身具有如下特點(diǎn)：(1)知識(shí)繁雜，而且脈絡(luò)體系較松散，不同研究方向涉及知識(shí)差異較大；(2)涉及的軟件較多且各軟件之間相互沒(méi)有關(guān)聯(lián)；(3)實(shí)踐性較強(qiáng)，要求學(xué)生親自上機(jī)操作，需要學(xué)校提供機(jī)房，但各個(gè)學(xué)校機(jī)房電腦性能差異較大，在軟件安裝操作過(guò)程中出現(xiàn)諸多問(wèn)題；(4)該課程通常為專業(yè)選修課程，學(xué)生重視程度不夠；(5)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程之后后續(xù)課程中不涉及專業(yè)軟件的應(yīng)用，隨著時(shí)間的流逝，學(xué)習(xí)內(nèi)容逐漸遺忘，學(xué)習(xí)效果較差。這些問(wèn)題的存在對(duì)《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程的發(fā)展起到阻礙的效果。

2 《計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》課程教學(xué)改革

鑒于以上現(xiàn)有的問(wèn)題，有必要對(duì)該門(mén)課程實(shí)施進(jìn)行改變，從而更好地全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。同時(shí)，有利于開(kāi)拓學(xué)生的思路和視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生對(duì)材料專業(yè)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和樹(shù)立正確的專業(yè)學(xué)習(xí)思想。

通過(guò)對(duì)教學(xué)的(1)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、(2)目標(biāo)優(yōu)化、(3)學(xué)的優(yōu)化、(4)體驗(yàn)優(yōu)化、(5)教的優(yōu)化，五步優(yōu)化提高課程教學(xué)質(zhì)量。

通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：讓學(xué)生干活，以目標(biāo)為導(dǎo)向，為每節(jié)課設(shè)立合理的教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)優(yōu)化。通過(guò)設(shè)立合理的教學(xué)目標(biāo)，一方面目標(biāo)不能過(guò)于簡(jiǎn)單，太簡(jiǎn)單的目標(biāo)容易失去興趣；另一方面目標(biāo)設(shè)立不能太難，太難會(huì)打擊學(xué)生的積極性。設(shè)立學(xué)生“跳一下”可以完成的目標(biāo)，以“通關(guān)”類似于打游戲的模式。將課程目標(biāo)循序漸進(jìn)層層展開(kāi)的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。

通過(guò)目標(biāo)優(yōu)化：學(xué)生有目的地干活，通過(guò)教學(xué)目標(biāo)的優(yōu)化讓學(xué)生帶著問(wèn)題帶著好奇心去探索未知的領(lǐng)域，開(kāi)闊眼界、增長(zhǎng)知識(shí)。

通過(guò)學(xué)的優(yōu)化：讓學(xué)生有層次的干活，每一步設(shè)立學(xué)生“跳一下”可以完成的目標(biāo)，以“通關(guān)”類似于打游戲的模式將課程目標(biāo)循序漸進(jìn)層層展開(kāi)的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。通過(guò)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)，熟練，逐步變?yōu)榕f知識(shí)。設(shè)立某些實(shí)際遇到的問(wèn)題，利用前面鋪墊的只是引導(dǎo)學(xué)生自己解決實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)學(xué)習(xí)將新知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕f知識(shí)，并提取利用舊知識(shí)解決新的問(wèn)題，從而提高學(xué)生創(chuàng)新思維的能力。

通過(guò)體驗(yàn)優(yōu)化：讓學(xué)生開(kāi)心地干活，以每一個(gè)小目標(biāo)的完成，到最終整個(gè)教學(xué)目標(biāo)的完成，讓學(xué)生通過(guò)多元的方式反思、討論和辯護(hù)等獲得新的知識(shí)和技能，使自身切實(shí)感受到獲得知識(shí)的快樂(lè)，學(xué)生累積每步目標(biāo)的成就感和最終目標(biāo)完成的成就感達(dá)到學(xué)生開(kāi)心的學(xué)習(xí)。

通過(guò)以上四步的優(yōu)化，讓學(xué)生充分參與到課程中來(lái)，通過(guò)每一步學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，及時(shí)修改教學(xué)內(nèi)容和難度等，實(shí)現(xiàn)教的優(yōu)化。進(jìn)一步降低講授課程的學(xué)時(shí)長(zhǎng)度，增加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的課時(shí)數(shù)量。利用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，例如通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的學(xué)習(xí)解決實(shí)際生活中面臨的問(wèn)題等，鍛煉學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作的能力，讓學(xué)生充分融入到課堂中。學(xué)生對(duì)完成的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行反思和討論，通過(guò)對(duì)自我的肯定實(shí)現(xiàn)快樂(lè)的學(xué)習(xí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，學(xué)生產(chǎn)出為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，通過(guò)課程的五步優(yōu)化調(diào)動(dòng)學(xué)生積極主動(dòng)思考的能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生具有利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)和生活中能夠不斷自我學(xué)習(xí)、自我進(jìn)步更新計(jì)算機(jī)能力，滿足日益發(fā)展的社會(huì)對(duì)人才的要求。