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1、计算机在材料学中的应用一、课程介绍计算机在材料学中的应用是针对无机非金属材料工程专业本科学生开设 的一门学科基础课，课程性质为选修课。结合无机非金属材料工程专业本科生的 知识结构特点和相关实践环节的要求，本课程选择性地介绍了计算机技术及网络 技术在材料学中的应用。本课程主要内容包括：材料学研究中主要物理场的数值 模拟、材料科学与行为工艺的计算机模拟、材料数据库和新材料的设计、材料数 据库和新材料的设计、计算机在材料检测中的应用、材料学研究中的数据与图像 处理等。使学生初步掌握专业领域中更好地应用计算机的思路、方法、原理和相 应的实践能力。IntroductionCombined with th
2、e knowledge structural features and practical requirements of this major, this course selectively introduces the application of computer and network technology in material science, thus enables students to master the principle, method and the practice ability in exploiting computer in the profession
3、al field.课程基本信息1课程名称计算机在材料学中的应用课程编码431225英文名称Application of computer-based technology on material science and engineering课程学时24课程学分1.5课程类别专业教育课程课程性质选修课开课学期第7学期课内实验学时16适用专业无机非金属材料工程专业开课单位材料科学与工程学院无机非金属材料工程系选用教材计算机在材料科学中的应用机械工业出版社，许鑫华 叶卫平 主编主要参考书1.计算机在材料科学与工程中的应用中南大学出版社，张朝晖2.计算机在材料工程中的应用重庆大学出版社，汤爱涛胡红军
4、杨明波主编3,材料加工中的计算机应用基础哈尔滨工业大学出版社，栾贻国主编4,计算机在材料和化学中的应用化学工业出版社，张发爱赵斌编著二、教学大纲1、课程目标本课程的目的在于使学生掌握专业领域中更好地应用计算机的思路、方法、 原理和相应的实践能力。使学生初步了解和掌握计算机知识在材料科学领域中的 应用思路和方法，培养学生利用计算机解决实际问题的能力。1 .掌握材料学中的温度场、应力场、浓度场计算机数值模拟的基本知识；2 .能够使用计算机、信息资源工程工具和专业软件设计满足特定需求的无 机非金属材料与工艺流程；3 . 了解无机非金属材料工程领域常用的计算机工具、软件和网络资源，掌 握其使用原理和方
5、法，并理解其局限性；4 .能够使用计算机，信息资源工程工具和专业模拟软件，针对无机非金属 材料复杂工程问题的特定需求，对复杂工程问题进行分析、计算、对专业问题进 行预测和模拟，并能分析其局限性。教学目标与毕业要求的对应关系表覆盖的指标点毕业要求支撑的指标点课程目标支撑理由12341.2指标点1.2能够针对具体的无机非金属材料 对象，建立数据模型并求解。使学生掌握材料学中的温 度场、应力场、浓度场计算 机数值模拟的基本知识3.2指标点1.2能够设计满足特定需求的无机非 金属材料与工艺流程V是否学生能够使用计算机、 信息资源工程工具和专业 软件设计满足特定需求的 无机非金属材料与工艺流 程5.1、
6、5.2指标点5.1了解无机非金属材料工程领域常 用的现代仪器，信息技术工具， 工程工具和模拟软件的使用原理 和方法，并理解其局限性；V使学生了解无机非金属材 料工程领域常用的计算机 工具、软件和网络资源，掌 握其使用原理和方法，并理 解其局限性2指标点5.2能够使用恰当仪器，信息资源工 程工具和专业模拟软件，针对无 机非金属材料复杂工程问题的特 定需求，开发或选择具体的现代 工具，对复杂工程问题进行分析、 计算、设计，对专业问题进行预 测和模拟，并能分析其局限性。使学生能够使用计算机，信息资源工程工具和专业模拟软件，针对无机非金属材料复杂工程问题的特定需求，对复杂工程问题进行分析、计算、对专业
7、问题进行预测和模拟,并能分析其局限性2、教学要求1、使学生了解材料学中的温度场、应力场、浓度场计算机数值模拟的基本知识，了解 材料的组织转变的计算机模拟的基本原理、材料相平衡计算方法2、使学生了解当前材料材料领域常用计算、模拟、绘图的软件原理及使用方法，掌握 Material Studio软件及其在材料设计中的应用。3、使学生掌握材料的组织转变的计算机模拟的基本原理和方法、材料相平衡计算机计 算方法以及当前材料相图计算的专业软件。4、使学生了解计算机在材料各种性能、组织结构等的检测和工程过程的控制方面的应 用，能够应用计算机解决材料检测方面的各种实际问题。5、使学生了解计算机在数据和图像处理方
8、面的应用。6、使学生了解网络上各类材料信息资源，以及检索和充分利用互联网上材料科学信息 资源的方法，了解当今材料学科中数据库新进展。3、预备知识或先修课程要求本课程的授课对象为材料科学与工程专业本科生。授课对象需要具备一定的 数学知识、计算机知识和材料科学基础知识。先修课程为：大学计算机基础、 高等数学、材料科学基础等相关课程。4、教学方式本课程教学环节包括课堂讲授、实验、学生自学、作业、讨论、答疑。具体 教学方式为：（1）课堂讲授：教师讲授基本理论知识，辅以作业、答疑等。（2）学生自学：在相关软件的教学中，根据教师布置的课后作业，学生自 学软件，掌握其最基本的使用方法。（3）实验：在上机实践
9、过程中主要通过PBL教学法，引导学生熟练掌握软件使用技巧，并锻炼学生解决实际问题的能力。5、实验环境和设备（1）硬件环境：每人一台电脑，接入校园网。（2）软件环境：Windows XP 或 Windows XP 操作系统，Material Studio, Jade, Excel, Origin, Photoshop, TG-DTA analysis, Endnote 等软件。6、课程教学内容及学时分配绪论（讲授2学时）第一章材料学研究数据库及计算机模拟（讲授4学时，上机4学时）第一节材料科学与工程数据库第二节常见物理场的模拟与计算第三节组织转变模拟与相图计算教学重点：介绍当今材料学科中数据库新
10、进展，Material Sludio软件及其在材料设 计中的应用，介绍材料学中的温度场、应力场、浓度场计算机数值模拟的基本知识，材料 的组织转变的计算机模拟的基本原理和方法、材料相平衡计算机计算方法以及当前材料相 图计算的专业软件。难点：Material Sludio软件的使用技巧第二章计算机在材料检测中的应用（讲授4学时，上机4学时）第一节材料成分的检测第二节材料组织结构的检测第三节材料力学性能的检测第四节材料物理性能的检测教学重点：介绍计算机在材料各种性能、组织结构等的检测和工程过程的控制方面 的应用，重点以Jade软件、TG-DTA热分析系统软件为对象，应用计算机解决材料检测 方面的各种
11、实际问题。难点：Jade软件的使用技巧第三章材料学研究中的数据与图像处理（讲授4学时，上机4学时）第一节材料研究中的数据处理第二节材料研究中的计算机图像分析与处理教学重点：以Excel软件，Origin软件和Photoshop软件为对象，结合材料科学研究 中的一些具体实例，介绍计算机在数据和图像处理方面的应用。难点：Excel. Origin软件的使用技巧第四章互联网在材料学研究中的应用（讲授2学时，上机4学时）第一节互联网上材料科学和信息资源的检索和利用第二节材料科学文献检索与管理教学重点：介绍Internet上各类材料信息资源，以及检索和充分利用互联网上材料 科学信息资源的方法。难点：文件
12、检索技巧课程内容及教学方式对课程目标的支撑关系序 号课程内容教学方式支持 课程 目标1第一章材料学研究数据库及计算机模拟 第一节材料科学与工程数据库 第二节常见物理场的模拟与计算 第三节组织转变模拟与相图计算课堂讲授/上机实验1232第二章计算机在材料检测中的应用 第一节材料成分的检测 第二节材料组织结构的检测 第三节材料力学性能的检测 第四节材料物理性能的检测课堂讲授儿实验33第三章材料学研究中的数据与图像处理 第一节材料研究中的数据处理 第二节材料研究中的计算机图像分析与处理课堂讲授/上机实验3,44第四章互联网在材料学研究中的应用 第一节互联网上材料科学和信息资源的检索和 利用第二节材料
13、科学文献检索与管理课堂讲授/上机实验37、实验项目内容、学时分配、实验小组本实验课程共计开设8个实验，具体内容与学时安排如下:开设实验项目一览表序号实验项目实验类型实验学时分组人数实验地点教学要求1传热学计算机分析验证性 必做21材料 学院 实验 教学掌握相应软 件的操作，并 得到预期分 析、模拟和数2X-射线粉末衍射数据分析验证性 必做213红外光谱数据分析验证性 必做2154热分析数据分析验证性 必做21中心据处理结果5Origin绘图1：二维图形的绘制验证性 必做216Origin绘图2：数据操作和分析验证性 必做217照片的处理与分析验证性 必做218科学文献检索与管理验证性 必做21
14、8、考核要求、考核方式及成绩评定标准(1)成绩由期末考试、实验成绩两部分构成。实验成绩占总成绩的3050%,期末考试 占总成绩的5070%。(2)期末考试以开卷形式，采用统一评分标准，公正、公平、公开。(3)实验成绩评价采用百分制记载。(4)最终课程考核总评成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。考核方式、内容、评分标准与课程目标的对应关系课程目标评价依据考核方式考核内容评分标准评价占比 (%)1期末考试开卷考试材料科学与工程数据库 常见物理场的模拟与计算 组织转变模拟与相图计算按采分点评分，以具体试 卷的评分标准为准50-70实验成绩实验学生对软件的操作规范 模拟与计算结果刻软件的熟悉程
15、度 操作的规范性、熟练性 结果的准确性30502期末考试开卷考试材料成分、组织结构、力学 性能、物理性能的检测原理 与结果分析按采分点评分，以具体试 卷的评分标准为准5070实验成绩实验Jade软件、TG-DTA热分析 系统软件的使用对软件的熟悉程度 操作的规范性、熟练性 结果的准确性30-503期末考试开卷考试材料研究中的数据处理方 法,计算机图像分析与处理按采分点评分，以具体试 卷的评分标准为准50-70实验成绩实验Excel软件，Origin软件 和Photoshop软件对软件的熟悉程度 操作的规范性、熟练性 结果的准确性30504期末考试开卷考试互联网匕材料科学和信息资 源的检索和利用方法，材料 科学文献检索与管理方法按采分点评分，以具体试 卷的评分标准为准50-70实验成绩实验网络上各类材料信息资源的 获取与管理对数据库、材料信息资源 的熟悉程度 操作的规范性、熟练性30506结果的准确性