《计算机在材料工程中的应用》课程教学方法研究与实践分析论文.doc

计算机在材料工程中的应用课程教学方法研究与实践分析论文 计算机在材料工程中的应用技术课程是材料专业的一门重要课程，为更好地学习本科专业课程及以后就业提供必要的支撑，同时，也能够为以后的深造提供帮助。所以，这门课程影响深远，有必要更好地探讨如何提高学生的积极性，使其更好地掌握各个知识点。课程里面部分章节比较抽象，数学公式比较复杂，不易理解，学生感觉比较枯燥，所以如何深入浅出地讲授，成为教师必然要掌握的技能。对当前的教学方法进行必要的教学改革，使得学生在学习过程中更好地、主动地领会课堂知识，成为教学工作者的一项重要任务。 计算机在材料工程中的应用技术课程主要由课堂教学和上机实验两部分组成。其中，课堂教学起着提纲挈领的作用，只有在课堂教学中，设计好教学方案，充分调动学生的积极性，使其认识到各个软件的重要性和使用方法，才能在接下来的实验中，收到更好的效果。 计算机在材料工程中的应用技术课程教学部分主要讲授的软件有:Origin软件、Annoys软件、Matlab软件、Deform软件、Process软件和Moldflow软件。由于很多软件都是基于有限元的，所以在讲授这些软件之前，需要介绍有限元的相关基础知识，使学生认识到有限元的作用，为其在学习有限元分析提供铺垫。在讲授有限元的同时，需要提及有限差分法，并指出二者的区别和联系，认识到二者的优劣，为以后的深造提供必要的感性认识。只有掌握了有限元分析的内涵，才能更好地应用相应的软件，更好地解决材料实际问题。但是，由于是初次接触有限元分析方法，学生会感觉比较抽象，难以理解，所以有必要示范Annoys软件划分模型，使其有相应的感性认识，然后逐渐深入讲授有限元方法，讲授有限元的作用，这样才有可能收到较好的教学效果。 1目前本课程面临的问题。 由于很多软件开发的初衷是为了解决数学问题，而不是材料实际问题。所以，很多学生刚接触这门课程的时候，感觉不到这门课在材料领域的用途，会感到迷茫，从而没有积极性。鉴于这些问题，应当及时提供相应的材料数据，比如在学习Origin软件时，收集钢的屈服强度与钢的厚度、含C量、含Mn量之间的数据，然后利用Origin软件的多元回归分析方法，处理这些数据，从而得出屈服强度与各因素之间的函数关系，这样将软件与材料实际问题相结合，使得学生认识到Origin软件的作用，提高其学习积极性。 2课程教学改革方案 计算机在材料工程中的应用技术课程总共为犯学时，其中课堂讲授20学时，上机练习12学时。需要讲述的软件比较多，而且部分软件需要先讲授抽象的理论知识，所以需要将理论与实际、数学问题与材料工程实际相结合，在课堂教学中灵活多样地讲授各个软件，在有限的时间里，抓住要点，详细地介绍软件的应用方法与特点，使学生更好地掌握方法，收到理想的效果。 2.1Origin软件的讲授 Origin软件是重要的数据处理软件，能高效地解决实际问题，Origin软件的两个重要用途是曲线拟合(和多元线性回归，很多学生在学习过程中往往将曲线拟合和多元线性回归混为一谈，所以需要阐明拟合与多元回归的科学涵义:曲线拟合得到的是一条曲线，而多元回归得到的是方程表达式，这是二者最大的区别，也是二者各自的作用。可以结合具体的实际问题，使其更深刻地认识到二者的区别。在上机练习中结合实际问题，针对性地练习，收到事半功倍的效果。很多学生在曲线拟合过程中，在建立Origin表格的时候，通常将自变量输入到Y列，将变量输入到x列，导致结果错误。这就需要教学工作者阐明各列的含义，并让学生进行必要的练习。Origin曲线拟合做出的曲线需要进行必要的，这需要细心和耐心，才能做出比较美观并且规范的图形，比如:添加x轴和Y轴的单位制，标明图形名称，以及用适当的字体标注，让学生有足够的细心，才能收到更好的教学效果。多元线性回归过程中，会得到很多表达式，以及各种标准差和相关系数，这些都是概率与数理统计的相关知识，比较抽象，需要教师对其举例解释，用具体的概率知识解释科学含义。所有这些，可以锻炼学生研究科学问题的严谨性，在以后的工作和研究中，更精确、有效地解决实际问题。 2.2Matlab软件的讲授 Malta软件是基于处理矩阵问题而开发的应用数学软件，经过不断的改进和完善，已经应用到了诸多领域。Matlatl软件具有强大的数据处理和绘制图形功能。由于利用Malta时，需要编程，很多变量、运算符、函数、表达式需要掌握，学生很容易混淆。由于初次基础，输入命令的时候，往往报错，导致学生有挫败感，积极性较低。针对这些问题，教师可以结合C语言，将Malta软件与C语言进行对比，讲授Malta软件在处理数据中独有的灵活性和简洁性，只需要简单的程序语句，就可以处理复杂的数据问题，并能够绘制出对应的图形，这些都是C语言所不具备的，可以结合专业课程金属学与热处理中的晶面夹角问题，以及晶带理论相关知识，用Malta软件求解矩阵，求解晶带、晶面夹角，紧密地结合材料实际课程，使得学生同时深刻的掌握这两门课程，收到较好的效果。在讲授神经网络过程中，可以金属元素如C,Cr,Mn,Ni对过冷奥氏体转变的等温转变曲线(TTT曲线)为例，用神经网络方法，建立二者之间的关系，预测转变曲线，并结合金属学与热处理课程中的等温转变曲线(CTTT曲线)，深入浅出的讲述神经网络的应用，让学生意识到其重要作用和强大功能，从而收到事半功倍的效果。 2.3ANSYS软件的讲授 ANSYS软件通用的有限元软件，在材料工程中有极其广泛的应用，广泛处理于铸造、锻压、焊接、热处理等问题。由于ANSYS软件界面菜单较多，从定义单元类型、定义材料属性、建立几何模型到划分网格到求解，步骤比较多，比较繁琐，通常一步遗漏或者做错，都会导致下面的步骤无法开展。所以建议教师从最简单的问题入手，从一维到二维然后延伸到三维问题，循序渐进，并且从常见的热传导问题入手，因为热传导问题恰好满足一维导热、二维热传导以及三维导热过程，可以将边界设置为绝热，使问题简单化并且连贯，可以与实际问题对比验证，证实计算结果的准确性，简捷易行，收效较好。同时，可以将命令流与GUI两种实现方式进行对比，突出命令流的优势，使得学生养成编程的良好习惯，并不断完善程序的可执行性，结合流场、应力场等具体问题，形象而直观地展现ANSYS软件在处理材料工程实际问题中的优势，