《計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用

一、課程介紹

《計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用》是針對無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)本科學(xué)生開設(shè)

的一門學(xué)科基礎(chǔ)課，課程性質(zhì)為選修課。結(jié)合無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)本科生的

知識結(jié)構(gòu)特點和相關(guān)實踐環(huán)節(jié)的要求，本課程選挎性地介紹了計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)在材料學(xué)中的應(yīng)用。本課程主要內(nèi)容包括：材料學(xué)研究中主要物理場的數(shù)值

模擬、材料科學(xué)與行為工藝的計算機(jī)模擬、材料數(shù)據(jù)庫和新材料的設(shè)計、材料數(shù)

據(jù)庫和新材料的設(shè)計、計算機(jī)在材料檢測中的應(yīng)用、材料學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像

處理等。使學(xué)生初步掌握專業(yè)領(lǐng)域中更好地應(yīng)用計算機(jī)的思路、方法、原理和相

應(yīng)的實踐能力。

Introduction

Combinedwiththeknowledgestructuralfeaturesandpracticalrequirementsof

thismajor,thiscourseselectivelyintroducestheapplicationofcomputerandnetwork

technologyinmaterialscience,thusenablesstudentstomastertheprinciple,method

andthepracticeabilityinexploitingcomputerintheprofessionalfield.

課程基本信息

課程名稱計算機(jī)在材料學(xué)中的應(yīng)用課程編碼431225

英文名稱Applicationofcomputer-basedtechnologyonmaterialscienceandengineering

課程學(xué)時24課程學(xué)分1.5

課程類別專業(yè)教育課程課程性質(zhì)選修課

開課學(xué)期第7學(xué)期課內(nèi)實驗學(xué)時16

適用專業(yè)無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)

開課單位材料科學(xué)與工程學(xué)院無機(jī)非金屬材料工程系

選用教材《計算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社，許鑫華葉衛(wèi)平主編

主要參考書1.《計算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用》中南大學(xué)出版社，張朝暉

1

2.《計算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用》重慶大學(xué)出版社，湯愛濤胡紅軍楊明波主

編

3,《材料加工中的計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，欒貽國主編

4,《計算機(jī)在材料和化學(xué)中的應(yīng)用》化學(xué)工業(yè)出版社，張發(fā)愛趙斌編著

二、教學(xué)大綱

1、課程目標(biāo)

本課程的目的在于使學(xué)生掌握專業(yè)領(lǐng)域中更好地應(yīng)用計算機(jī)的思路、方法、

原理和相應(yīng)的實踐能力。使學(xué)生初步了解和掌握計算機(jī)知識在材料科學(xué)領(lǐng)域中的

應(yīng)用思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)解決實際問題的能力。

1.掌握材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識；

2.能夠使用計算機(jī)、信息資源工程工具和專業(yè)軟件設(shè)計滿足特定需求的無

機(jī)非金屬材料與工藝流程；

3.了解無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域常用的計算機(jī)工具、軟件和網(wǎng)絡(luò)資源，掌

握其使用原理和方法，并理解其局限性；

4.能夠使用計算機(jī)，信息資源工程工具和專業(yè)模擬軟件，針對無機(jī)非金屬

材料復(fù)雜工程問題的特定需求，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、計算、對專業(yè)問題進(jìn)

行預(yù)測和模擬，并能分析其局限性。

教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系表

覆蓋的課程目標(biāo)

畢業(yè)要求支撐的指標(biāo)點支撐理由

指標(biāo)點1234

指標(biāo)點1.2使學(xué)生掌握材料學(xué)中的溫

1.2能夠針對具體的無機(jī)非金屬材料度場、應(yīng)力場、濃度場計算

對象，建立數(shù)據(jù)模型并求解。機(jī)數(shù)值模擬的基本知識

是否學(xué)生能夠使用計算機(jī)、

指標(biāo)點1.2信息資源工程工具和專業(yè)

3.2能夠設(shè)計滿足特定需求的無機(jī)非V軟件設(shè)計滿足特定需求的

金屬材料與工藝流程無機(jī)非金屬材料與工藝流

程

使學(xué)生了解無機(jī)非金屬材

指標(biāo)點5.1

了解無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域常料工程領(lǐng)域常用的計算機(jī)

5.1、5.2用的現(xiàn)代儀器，信息技術(shù)工具，工具、軟件和網(wǎng)絡(luò)資源，掌

工程工具和模擬軟件的使用原理握其使用原理和方法，并理

和方法，并理解其局限性；解其局限性

2

使學(xué)生能夠使用計算機(jī)，信

指標(biāo)點5.2

息資源工程工具和專業(yè)模

能夠使用恰當(dāng)儀器，信息資源工

程工具和專業(yè)模擬軟件，針對無擬軟件，針對無機(jī)非金屬材

機(jī)非金屬材料復(fù)雜工程問題的特料復(fù)雜工程問題的特定需

定需求，開發(fā)或選擇具體的現(xiàn)代求，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分

工具，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、析、計算、對專業(yè)問題進(jìn)行

計算、設(shè)計，對專業(yè)問題進(jìn)行預(yù)

預(yù)測和模擬,并能分析其局

測和模擬，并能分析其局限性。

限性

2、教學(xué)要求

1、使學(xué)生了解材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識，了解

材料的組織轉(zhuǎn)變的計算機(jī)模擬的基本原理、材料相平衡計算方法

2、使學(xué)生了解當(dāng)前材料材料領(lǐng)域常用計算、模擬、繪圖的軟件原理及使用方法，掌握

MaterialStudio軟件及其在材料設(shè)計中的應(yīng)用。

3、使學(xué)生掌握材料的組織轉(zhuǎn)變的訂算機(jī)模擬的基本原理和方法、材料相平衡訂算機(jī)il

算方法以及當(dāng)前材料相圖計算的專業(yè)軟件。

4、使學(xué)生了解計算機(jī)在材料各種性能、組織結(jié)構(gòu)等的檢測和工程過程的控制方面的應(yīng)

用，能夠應(yīng)用計算機(jī)解決材料檢測方面的各種實際問題。

5、使學(xué)生了解計算機(jī)在數(shù)據(jù)和圖像處理方面的應(yīng)用。

6、使學(xué)生了解網(wǎng)絡(luò)上各類材料信息資源，以及檢索和充分利用互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)信息

資源的方法，了解當(dāng)今材料學(xué)科中數(shù)據(jù)庫新進(jìn)展。

3、預(yù)備知識或先修課程要求

本課程的授課對象為材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生。授課對象需要具備一定的

數(shù)學(xué)知識、計算機(jī)知識和材料科學(xué)基礎(chǔ)知識。先修課程為：《大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)》、

《高等數(shù)學(xué)》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》等相關(guān)課程。

4、教學(xué)方式

本課程教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂講授、實驗、學(xué)生自學(xué)、作業(yè)、討論、答疑。具體

教學(xué)方式為：

（1）課堂講授：教師講授基本理論知識，輔以作業(yè)、答疑等。

（2）學(xué)生自學(xué)：在相關(guān)軟件的教學(xué)中，根據(jù)教師布置的課后作業(yè)，學(xué)生自

學(xué)軟件，掌握其最基本的使用方法。

（3）實驗：在上機(jī)實踐過程中主要通過PBL教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握軟

3

件使用技巧，并鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力。

5、實驗環(huán)境和設(shè)備

（1）硬件環(huán)境：每人一臺電腦，接入校園網(wǎng)。

（2）軟件環(huán)境：WindowsXP或WindowsXP操作系統(tǒng)，MaterialStudio,

Jade,Excel,Origin,Photoshop,TG-DTAanalysis,Endnote等軟件。

6、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配

緒論（講授2學(xué)時）

第一章材料學(xué)研究數(shù)據(jù)庫及計算機(jī)模擬（講授4學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）

第一節(jié)材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫

第二節(jié)常見物理場的模擬與計算

第三節(jié)組織轉(zhuǎn)變模擬與相圖計算

教學(xué)重點：介紹當(dāng)今材料學(xué)科中數(shù)據(jù)庫新進(jìn)展，MaterialSludi。軟件及其在材料設(shè)

計中的應(yīng)用，介紹材料學(xué)中的溫度場、應(yīng)力場、濃度場計算機(jī)數(shù)值模擬的基本知識，材料

的組織轉(zhuǎn)變的計算機(jī)模擬的基本原理和方法、材料相平衡計算機(jī)計算方法以及當(dāng)前材料相

圖計算的專業(yè)軟件。

難點：MaterialStudio軟件的使用技巧

第二章計算機(jī)在材料檢測中的應(yīng)用（講授4學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）

第一節(jié)材料成分的檢測

第二節(jié)材料組織結(jié)構(gòu)的檢測

第二節(jié)材料力學(xué)性能的檢測

第四節(jié)材料物理性能的檢測

教學(xué)重點：介紹計算機(jī)在材料各種性能、組織結(jié)構(gòu)等的檢測和工程過程的控制方面

的應(yīng)用，重點以Jade軟件、TG-DTA熱分析系統(tǒng)軟件為對象，應(yīng)用計算機(jī)解決材料檢測

方面的各種實際問題。

難點：Jade軟件的使用技巧

第三章材料學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理（講授4學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）

笫一節(jié)材料研究中的數(shù)據(jù)處理

第二節(jié)材料研究中的計算機(jī)圖像分析與處理

教學(xué)重點：以Excel軟件，Origin軟件和Photoshop軟件為對象，結(jié)合材料科學(xué)研究

中的一些具體實例，介紹計算機(jī)在數(shù)據(jù)和圖像處理方面的應(yīng)用。

難點：ExceROrigin軟件的使用技巧

第四章互聯(lián)網(wǎng)在材料學(xué)研究中的應(yīng)用（講授2學(xué)時，上機(jī)4學(xué)時）

第一節(jié)互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)和信息資源的檢索和利用

第二節(jié)材料科學(xué)文獻(xiàn)檢索與管理

教學(xué)重點：介紹Internet上各類材料信息資源，以及檢索和充分利用互聯(lián)網(wǎng)上材料

科學(xué)信息資源的方法。

難點：文件檢索技巧

課程內(nèi)容及教學(xué)方式對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系

支持

序

課程內(nèi)容教學(xué)方式課程

號

目標(biāo)

第一章材料學(xué)研究數(shù)據(jù)庫及計算機(jī)模擬

第一節(jié)材料科學(xué)與工程數(shù)據(jù)庫

1第二節(jié)常見物理場的模擬與計算課堂講授/上機(jī)實驗1,2,3

第三節(jié)組織轉(zhuǎn)變模擬與相圖計算

第二章計算機(jī)在材料檢測中的應(yīng)用

第一節(jié)材料成分的檢測

第二節(jié)材料組織結(jié)構(gòu)的檢測

2課堂講授/上機(jī)文臉3

第三節(jié)材料力學(xué)性能的檢測

第四節(jié)材料物理性能的檢測

第三章材料學(xué)研究中的數(shù)據(jù)與圖像處理

第一節(jié)材料研究中的數(shù)據(jù)處理

3課堂講授/上機(jī)實驗3.4

第二節(jié)材料研究中的L算機(jī)圖像分析與處理

第四章互聯(lián)網(wǎng)在材料學(xué)研究中的應(yīng)用

第一節(jié)互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)和信息資源的檢索和

4利用課堂講授/上機(jī)實驗3

第二節(jié)材料科學(xué)文獻(xiàn)檢索與管理

7、實驗項目內(nèi)容、學(xué)時分配、實驗小組

本實驗課程共計開設(shè)8個實驗，具體內(nèi)容與學(xué)時安排如卜.:

開設(shè)實驗項目一覽表

分

組

實驗教學(xué)

序號實驗項目實驗類型實驗學(xué)時人

數(shù)地點要求

驗證性

1傳熱學(xué)計算機(jī)分析21材料掌握相應(yīng)軟

必做

驗證性學(xué)院件的操作，并

2X-射線粉末衍射數(shù)據(jù)分析21

必做

實驗得到預(yù)期分

驗證性

3紅外光譜數(shù)據(jù)分析21

必做教學(xué)析、模擬和數(shù)

5

驗證性

4熱分析數(shù)據(jù)分析21中心據(jù)處理結(jié)果

必做

驗證性

5Origin繪圖1：二維圖形的繪制21

必做

驗證性

6Origin繪圖2：數(shù)據(jù)操作和分析21

必做

驗證性

7照片的處理與分析21

必做

驗證性

8科學(xué)文獻(xiàn)檢索與管理21

必做

8、考核要求、考核方式及成績評定標(biāo)準(zhǔn)

(1)成績由期末考試、實驗成績兩部分構(gòu)成。實驗成績占總成績的30~50%,期末考試

占總成績的50'70%?

(2)期末考試以開卷形式，采用統(tǒng)一評分標(biāo)準(zhǔn)，公：E、公平、公開。

(3)實驗成績評價采用百分制記載。

(4)最終課程考核總評成績采用百分制，滿分100分，60分為及格。

考核方式、內(nèi)容、評分標(biāo)準(zhǔn)與課程目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系

課程評價占比

評價依據(jù)考核方式考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)

目標(biāo)(%)

材料科學(xué)叮工程數(shù)據(jù)庫

按采分點評分，以具體試

期末考試開卷考試常見物理場的模擬與計算50-70

卷的評分標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)

組織轉(zhuǎn)變模擬與相圖計算

1

刻軟件的熟悉程度

學(xué)生對軟件的操作規(guī)范

實驗成績實蛤操作的規(guī)范性、熟練性30-50

模擬與計算結(jié)果

結(jié)果的準(zhǔn)確性

材料成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)

按采分點評分，以具體試

期末考試開卷考試性能、物理性能的檢測原理50-70

卷的評分標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)

與結(jié)果分析

2

對軟件的熟悉程度

Jade軟件、TG-DTA熱分析

實驗成績實驗操作的規(guī)范性、熟練性30-50

系統(tǒng)軟件的使用

結(jié)果的準(zhǔn)確性

材料研究中的數(shù)據(jù)處理方按采分點評分，以具體試

期末考試開卷考試