《计算机在材料学中的应用》教学大纲课程类别（必修/选修）：选修课程名称：计算机在材料学中的应用课程英文名称：ApplicationofComputeronMaterialScience总学时/周学时/学分：24/2/1.5其中实验/实贱学时：0先修课程：高等数学、材料科学基础、有限元方法及软件应用后续课程支撑：毕业设计授课地点：松山湖校区6A402授课时间：1-12，周二，5-6节授课对象：2018级金属材料1班开课学院：材料科学与工程学院任课数师姓名/职称：周洁/讲师答疑时间、地点与方式：1.每次上课课间、课后答疑：2.电子邮件答疑课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：《计算机在材料科学中的应用》作者：许鑫华，叶卫平机械工业出版社课程简介：本课程立足“材料学”这门学科，系统介绍计算机技术在材料科学研究个的应用，使学生初步掌扭在材料科学研究领域中更好应用计算机的思路、方法和原理。在加强学生对基础知识、基本方法的基础上，结合计算科学研究领域的新方法、新技术中计算机的应用，注重培养学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑：毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标1：掌握数学知识，具有较强的数学计算能C1.能够将数学、自然科学、工程基础和金属材料工程专业知识用于解决复杂工程问题。学习数学模型、数学方法、计算方法在材料科学中的基础力：并能将其用于解决金属材料制备、应用，学习计算机在材料学中的应用的理论基础，熟悉经加工领域的复杂工程问题：C2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基1
1 《计算机在材料学中的应用》教学大纲 课程名称： 计算机在材料学中的应用 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Application of Computer on Material Science 总学时/周学时/学分：24/2/1.5 其中实验/实践学时：0 先修课程： 高等数学、材料科学基础、有限元方法及软件应用 后续课程支撑： 毕业设计 授课时间： 1-12，周二，5-6 节 授课地点：松山湖校区 6A402 授课对象： 2018 级金属材料 1 班 开课学院： 材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称： 周洁/讲师 答疑时间、地点与方式：1.每次上课课间、课后答疑；2.电子邮件答疑 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（√）其它（ ） 使用教材：《计算机在材料科学中的应用》作者：许鑫华，叶卫平 机械工业出版社 课程简介：本课程立足“材料学”这门学科，系统介绍计算机技术在材料科学研究个的应用，使学生初步掌握在材料科学研究领域中更好应用计算机的 思路、方法和原理。在加强学生对基础知识、基本方法 的基础上，结合计算科学研究领域的新方法、新技术中计算机的应用，注重培养学生利用计算 机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标 1： 学习数学模型、数学方法、计算方法在材料科学中的基础 应用，学习计算机在材料学中的应用的理论基础，熟悉经 掌握数学知识，具有较强的数学计算能 力；并能将其用于解决金属材料制备、 加工领域的复杂工程问题； C1.能够将数学、自然科学、工程基础和金属 材料工程专业知识用于解决复杂工程问题。 C2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基
本原理，识别、表达、并通过文献研究分析典应用的原理。具有综合运用所学的数学，自然科学和复杂金属材料工程问题，以获得有效结论。工程科学的基本原理分析解决金属材C3.能够设计针对复杂金属材料工程问题的料制备、加工领域的复杂工程问题：解决方案，设计满足特定需求的系统、单元掌握运用专业基础知识分析金属材料（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中工程问题的能力：体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法能够针对金属材料领域的复杂工程问律、文化以及环境等因素。题，设计满足特定需求的解决方案或工艺流程。目标2：掌握自然科学的基本原理及方法，具备C4能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金属材料工程问题进行研究，包括设计实验、分析学会使用常见的计算软件进行材料学的科学计算，学会用实验设计、数据分析和总结规律的能与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结Origin等软件进行数据分析绘图，结合理论知识，学会分力。论。能够应用现代工程工具和信息技术工析计算结果的合理性。C5.能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择具，对金属材料制备、加工领域复杂工与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息程问题进行预测与模拟，并能够理解其技术工具，包括对复杂金属材料工程问题的预测局限性。与模拟，并能够理解其局限性。目标3：正确认识金属材料工程对于客观世界C6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理正确认识当今时代是信息化时代，利用计算机学习工作是和社会的影响：分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案大势所趋，养成利用计算机解决问题的习惯，学会文献检能够正确和客观的评价针对复杂工程对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理索，快速筛选信息，并树立正确的科学道德观念，使学生问题的金属材料工程专业工程实践对解应承担的责任。环境、社会可持续发展的影响。成为善于学习和解决问题的发展型人才C7.能够理解和评价针对复杂金属材料工程间题的2
2 典应用的原理。 具有综合运用所学的数学，自然科学和 工程科学的基本原理分析解决金属材 料制备、加工领域的复杂工程问题； 掌握运用专业基础知识分析金属材料 工程问题的能力； 能够针对金属材料领域的复杂工程问 题，设计满足特定需求的解决方案或工 艺流程。 本原理，识别、表达、并通过文献研究分析 复杂金属材料工程问题，以获得有效结论。 C3.能够设计针对复杂金属材料工程问题的 解决方案，设计满足特定需求的系统、单元 （部件）或工艺流程，并能够在设计环节中 体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法 律、文化以及环境等因素。 目标 2： 学会使用常见的计算软件进行材料学的科学计算，学会用 Origin 等软件进行数据分析绘图，结合理论知识，学会分 析计算结果的合理性。 掌握自然科学的基本原理及方法，具备 实验设计、数据分析和总结规律的能 力。 能够应用现代工程工具和信息技术工 具，对金属材料制备、加工领域复杂工 程问题进行预测与模拟，并能够理解其 局限性。 C4.能够基于科学原理并采用科学方法对复杂金 属材料工程问题进行研究，包括设计实验、分析 与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结 论。 C5.能够针对复杂金属材料工程问题，开发、选择 与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息 技术工具，包括对复杂金属材料工程问题的预测 与模拟，并能够理解其局限性。 目标 3： 正确认识当今时代是信息化时代，利用计算机学习工作是 大势所趋，养成利用计算机解决问题的习惯，学会文献检 索，快速筛选信息，并树立正确的科学道德观念，使学生 成为善于学习和解决问题的发展型人才 正确认识金属材料工程对于客观世界 和社会的影响； 能够正确和客观的评价针对复杂工程 问题的金属材料工程专业工程实践对 环境、社会可持续发展的影响。 C6.能够基于金属材料工程相关背景知识进行合理 分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案 对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理 解应承担的责任。 C7.能够理解和评价针对复杂金属材料工程问题的
具有一定的国际视野和跨文化的交流、工程实践对环境、社会可持续发展的影响。竞争与合作能力，能够用外语进行信息C10.能够就复杂金属材料工程问题与业界同行及社交流及阅读专业文献资料。会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计具有自主学习和终身学习的意识，有不文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一断学习和适应发展的能力。定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。C12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。理论教学进程表教学模式授课教学时教学内容（重点、难点、课程恩政融入支撑课周次教学主题（线上/混合式作业安排教学方法师数点)程目标/线下计算机在现代科学中的重要性、如何利用网络信息化学习、科学在信息化社会的发展趋势。思政作业：科学书课堂讲授重点：理解计算机在材料学研究中的重目标3籍的思维导图，了周洁2线下与小组讨绪论要作用。解伟大科学家的研论难点：如何正确利用信息化资源。究历史和科学精神课程思政融入点：在计算机网络迅速发展的现代社会，如何正确获取知识和自主学习：引导学生养成自主学习的习惯。3
3 具有一定的国际视野和跨文化的交流、 竞争与合作能力，能够用外语进行信息 交流及阅读专业文献资料。 具有自主学习和终身学习的意识，有不 断学习和适应发展的能力。 工程实践对环境、社会可持续发展的影响。 C10.能够就复杂金属材料工程问题与业界同行及社 会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计 文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一 定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交 流。 C12.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习 和适应发展的能力。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教 师 学时 数 教学内容（重点、难点、课程思政融入 点） 教学模式 （线上/混合式 /线下 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论 周洁 2 计算机在现代科学中的重要性、如何利 用网络信息化学习、科学在信息化社会 的发展趋势。 重点：理解计算机在材料学研究中的重 要作用。 难点：如何正确利用信息化资源。 课程思政融入点：在计算机网络迅速发 展的现代社会，如何正确获取知识和自 主学习，引导学生养成自主学习的习惯。 线下 课堂讲授 与小组讨 论 思政作业：科学书 籍的思维导图，了 解伟大科学家的研 究历史和科学精神 目标 3
数学模型基本概念、分类与作用，建立课堂讲授材料学中数学模型模型的一般步骤与原则周洁线下2和小组讨目标12基础重点：建模的一般步骤与原则论难点：建模的一般步骤与原则理论分析法、模拟方法、类比分析法、课堂讲授常用的数学建模方数据分析法周洁2线下目标13与小组讨法重点：类比分析法、数据分析法论难点：类比分析法、数据分析法课堂讲授差分方程建立、求解、误差分析2线下周洁与小组讨目标1重点：差分方程建立、求解4有限差分法介绍论难点：差分方程建立、求解有限元法的基本概念和基本理论、有限课堂讲授元程序的结构特点周洁2线下与小组讨目标15有限元法介绍重点：有限元法基本理论论难点：有限元法基本理论课堂讲授常用有限元软件简介及使用演示周洁2线下与小组讨目标26有限元软件简介重点：有限元建模与数值模拟论难点：有限元建模与数值模拟课堂讲授温度场计算、应力场计算、浓度场计算课程大作业：使用材料科学研究中主2线下周洁与小组讨目标2要物理场的数值模计算软件的数值模重点：应力场计算论拟拟难点：应力场计算4
4 2 材料学中数学模型 基础 周洁 2 数学模型基本概念、分类与作用，建立 模型的一般步骤与原则 重点：建模的一般步骤与原则 难点：建模的一般步骤与原则 线下 课堂讲授 和小组讨 论 目标 1 3 常用的数学建模方 法 周洁 2 理论分析法、模拟方法、类比分析法、 数据分析法 重点：类比分析法、数据分析法 难点：类比分析法、数据分析法 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 1 4 有限差分法介绍 周洁 2 差分方程建立、求解、误差分析 重点：差分方程建立、求解 难点：差分方程建立、求解 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 1 5 有限元法介绍 周洁 2 有限元法的基本概念和基本理论、有限 元程序的结构特点 重点：有限元法基本理论 难点：有限元法基本理论 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 1 6 有限元软件简介 周洁 2 常用有限元软件简介及使用演示 重点：有限元建模与数值模拟 难点：有限元建模与数值模拟 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 2 7 材料科学研究中主 要物理场的数值模 拟 周洁 2 温度场计算、应力场计算、浓度场计算 重点：应力场计算 难点：应力场计算 线下 课堂讲授 与小组讨 论 课程大作业：使用 计算软件的数值模 拟 目标 2
组织转变的计算机模拟、相平衡计算方法、相图计算的发展历史和计算软件介绍课堂讲授材料科学与行为工重点：相平衡计算方法与小组讨周洁2线下目标28艺的计算机模拟介难点：相平衡计算方法论绍思政融入点：通过了解相图计算的历史，了解科学发展的常规脉络，树立科学的发展观念。材料数据库管理系统、系统结构、系统课堂讲授特征及应用简介，材料数据库发展历史，与小组讨目标3周洁2线下9材料数据库系统专家系统的发展历史和应用举例论重点：材料数据库管理系统与系统结构难点：材料数据库管理系统与系统结构人工神经网络算法简介、学习方法及规课堂讲授则、误差反传神经网络构成和学习规则、神经网络算法的应周洁线下与小组讨目标1210神经网络算法在材料科科学中的应用用论重点：神经网络算法的学习方法及规则难点：神经网络算法的学习方法及Origin软件的基本功能和使用方法、应课堂讲授材料科学研究中数用举例、其他常用数据与图像处理软件周洁2线下与小组讨目标211据与图像处理重点：Origin的使用论难点：Origin的使用5
5 8 材料科学与行为工 艺的计算机模拟介 绍 周洁 2 组织转变的计算机模拟、相平衡计算方 法、相图计算的发展历史和计算软件介 绍重点：相平衡计算方法 难点：相平衡计算方法 思政融入点：通过了解相图计算的历史， 了解科学发展的常规脉络，树立科学的 发展观念。 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 2 9 材料数据库系统 周洁 2 材料数据库管理系统、系统结构、系统 特征及应用简介，材料数据库发展历史， 专家系统的发展历史和应用举例 重点：材料数据库管理系统与系统结构 难点：材料数据库管理系统与系统结构 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 3 10 神经网络算法的应 用 周洁 2 人工神经网络算法简介、学习方法及规 则、误差反传神经网络构成和学习规则、 神经网络算法在材料科学中的应用 重点：神经网络算法的学习方法及规则 难点：神经网络算法的学习方法及 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 1 11 材料科学研究中数 据与图像处理 周洁 2 Origin 软件的基本功能和使用方法、应 用举例、其他常用数据与图像处理软件 重点：Origin 的使用 难点：Origin 的使用 线下 课堂讲授 与小组讨 论 目标 2