《计算机在材料科学与工程中的应用》教学大纲课程类别（必修/选修）：选修课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用课程英文名称：ApplicationofComputeronMaterialScienceandEngineering其中实验/实践学时：0总学时/周学时/学分：24/2/1.5先修课程：高等数学、材料科学基础、python语言程序设计基础、工程力学后续课程支撑：毕业设计授课地点：松山湖校区6C201授课时间：1-12，周三，1-2节3-4节授课对象：2020级材料1班、2020级材料2班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：陈文周/讲师、付茂青/讲师、陈佳鹏/副研究员答疑时间、地点与方式：1.每次上课课间、课后答疑：2.授课群答课程考核方式：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ISBN：9787111117735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，使学生初步举掌理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间题的能力，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：支撑毕业要求指标点毕业要求课程教学目标目标1：指标点1.1具备解决材料科学与工程C1工程知识：掌握扎实的数学、自然科学、工程学习数学模型、数学方法、计算方法在材料科学中的基础领域复杂工程问题所需的数学与自然基础和专业知识，并能够用于解决材料科学与工应用，学习计算机在材料学中的应用的理论基础，熟悉经科学知识及应用能力：程领域复杂工程问题。典应用的原理。指标点2.1能够运用数学、自然科学和C2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科1
1 《计算机在材料科学与工程中的应用》教学大纲 课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Application of Computer on Material Science and Engineering 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、python 语言程序设计基础、工程力学 后续课程支撑：毕业设计 授课时间： 1-12，周三，1-2 节 3-4 节 授课地点：松山湖校区 6C201 授课对象： 2020 级材料 1 班、2020 级材料 2 班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：陈文周/讲师、付茂青/讲师、陈佳鹏/副研究员 答疑时间、地点与方式：1.每次上课课间、课后答疑；2.授课群答疑 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 ISBN：9787111117735 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 典应用的原理。 指标点 1.1 具备解决材料科学与工程 领域复杂工程问题所需的数学与自然 科学知识及应用能力； 指标点 2.1 能够运用数学、自然科学和 C1.工程知识：掌握扎实的数学、自然科学、工程 基础和专业知识，并能够用于解决材料科学与工 程领域复杂工程问题。 C2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科
工程科学的基本原理用于识别和判断学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分材料科学与工程领域复杂工程问题的析材料科学与工程领域复杂工程问题，以获得有关键环节：效结论：指标点3.2能够针对材料科学与工程C3.设计/开发解决方案：能够设计针对材料科学与领域复杂问题特定需求、完成单元（部工程领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定件）及系统的设计。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：指标点4.3能够对实验结果进行分析C4.研究：能够基于科学原理并采用科学方法对学会使用常见的计算软件进行材料学的科学计算，学会用和解释，并通过信息综合得到合理、有材料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，包Origin等软件进行数据分析绘图，结合理论知识，学会分效结论：括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合析计算结果的合理性。指标点5.1针对材料科学与工程领域得到合理有效的结论。复杂工程问题，能够选择、使用恰当的C5.使用现代工具：能够针对材料科学与工程领域技术、资源、现代工程工具和信息技术复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资工具。源、现代工程工具和信息技术工具，包括对材料科学与工程领域复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。目标3：指标点6.3能够基于材料科学与工程C6.工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行正确认识当今时代是信息化时代，利用计算机学习工作是等相关工程实践对社会、健康、安全、合理分析，评价材料科学与工程领域的工程实践和大势所趋，养成利用计算机解决问题的习惯，学会文献检复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律法律以及文化产生的影响，理解应承担的责任；索，快速筛选信息，并树立正确的科学道德观念，使学生以及文化的影响，并理解应承担的责任。成为善于学习和解决问题的发展型人才指标点7.1理解环境、可持续发展的内C7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对材料2
2 工程科学的基本原理用于识别和判断 材料科学与工程领域复杂工程问题的 关键环节； 指标点 3.2 能够针对材料科学与工程 领域复杂问题特定需求、完成单元（部 件）及系统的设计。 学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分 析材料科学与工程领域复杂工程问题，以获得有 效结论。 C3. 设计/开发解决方案：能够设计针对材料科学与 工程领域复杂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。 指标点 4.3 能够对实验结果进行分析 和解释，并通过信息综合得到合理、有 效结论； 指标点 5.1 针对材料科学与工程领域 复杂工程问题，能够选择、使用恰当的 技术、资源、现代工程工具和信息技术 工具。 C4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对 材料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，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. 使用现代工具：能够针对材料科学与工程领域 复杂工程问题，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，包括对材料科 学与工程领域复杂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 指标点 6.3 能够基于材料科学与工程 等相关工程实践对社会、健康、安全、 法律以及文化产生的影响，理解应承担 的责任； 指标点 7.1 理解环境、可持续发展的内 C6. 工程与社会：能够基于工程相关背景知识进行 合理分析，评价材料科学与工程领域的工程实践和 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. 环境和可持续发展：能够理解和评价针对材料
涵，认识材料科学与工程领域等相关工科学与工程领域复杂工程问题的工程实践对环境、程实践对环境、社会可持续发展可能带社会可持续发展的影响。来的影响：C12.终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，指标点12.1能正确认识材料科学与工有不断学习和适应发展的能力。程等相关理论与技术的发展趋势与规律，树立自主学习、终身学习的意识。理论教学进程表教学模式支撑课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）敏学方法作业安排程目标（线上/线下）介绍计算机在材料设计、加工以及各个科学研究中的应用：以及掌握科学的学习方法以更好地利用计算机这一当代最为重要的工具服务社会，创造价值。重点：理解计算机在材料学研究中的重要作用：文线上课堂讲授目标三付茂青21绪论及文献检索献检索方法。难点：文献检索方法。课程思政融入点：结合指标点6.3和7.1，让学生了解可持续发展的重要性以及作为一名材料学科专业的学生所应该有的社会责任与意识。差分方程建立、求解、误差分析付茂青2线下课堂讲授目标一2有限差分法介绍重点：差分方程建立、求解难点：差分方程建立、求解3
3 涵，认识材料科学与工程领域等相关工 程实践对环境、社会可持续发展可能带 来的影响； 指标点 12.1 能正确认识材料科学与工 程等相关理论与技术的发展趋势与规 律，树立自主学习、终身学习的意识。 科学与工程领域复杂工程问题的工程实践对环境、 社会可持续发展的影响。 C12. 终身学习：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/线下） 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论及文献检索 付茂青 2 介绍计算机在材料设计、加工以及各个科学研究中 的应用；以及掌握科学的学习方法以更好地利用计 算机这一当代最为重要的工具服务社会，创造价 值。 重点：理解计算机在材料学研究中的重要作用；文 献检索方法。 难点：文献检索方法。 课程思政融入点：结合指标点 6.3 和 7.1，让学生 了解可持续发展的重要性以及作为一名材料学科 专业的学生所应该有的社会责任与意识。 线上 课堂讲授 目标三 2 有限差分法介绍 付茂青 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 目标一
有限元法的基本概念和基本理论、有限元程序的结构特点付茂青2线下课堂讲授目标一m有限元法介绍重点：有限元法基本理论难点：有限元法基本理论常用有限元软件简介及使用演示付茂青2线下课堂讲投目标一4有限元软件介绍重点：有限元建模与数值模拟难点：有限元建模与数值模拟材料学相关数学模型的建立及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数学模型及数据2线下陈佳鹏课堂讲投目标二n处理软件图像处理重点：材料学相关数学模型的建立及Origin的使用难点：材料学相关数学模型的建立及Origin的使用材料科学研究中温度场计算、应力场计算线下付茂青2课堂讲投目标一6主要物理场的数重点：应力场计算值模拟难点：应力场计算平衡空位浓度的计算和晶体类型的判断。Python程序设计重点：平衡空位浓度的计算和品体类型的判断。2线下课堂讲授目标一陈文周7在材料科学基础难点：计算平衡空位浓度和判断晶体类型的程序实的应用实例现。Python程序设计布拉格衍射的条件及其程序实现。2线下习题目标一陈文周课堂讲授8重点：发生布拉格衍射的条件：循环语句在判断布拉格衍射方面难点：布拉格衍射的程序实现。4
4 3 有限元法介绍 付茂青 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 目标一 4 有限元软件介绍 付茂青 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 目标一 5 数学模型及数据 图像处理 陈佳鹏 2 材料学相关数学模型的建立及 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：材料学相关数学模型的建立及 Origin 的使用 难点：材料学相关数学模型的建立及 Origin 的使用 线下 课堂讲授 目标二 6 材料科学研究中 主要物理场的数 值模拟 付茂青 2 温度场计算、应力场计算 重点：应力场计算 难点：应力场计算 线下 课堂讲授 目标一 7 Python 程序设计 在材料科学基础 的应用实例 陈文周 2 平衡空位浓度的计算和晶体类型的判断。 重点：平衡空位浓度的计算和晶体类型的判断。 难点：计算平衡空位浓度和判断晶体类型的程序实 现。 线下 课堂讲授 目标一 8 Python 程序设计 循环语句在判断 布拉格衍射方面 陈文周 2 布拉格衍射的条件及其程序实现。 重点：发生布拉格衍射的条件； 难点：布拉格衍射的程序实现。 线下 课堂讲授 习题 目标一
的应用Python程序设计求根方法的思想及其应用。线下陈文周2课堂讲授目标一9在求根方面的应重点：求根方法的思想：用难点：求根方法的程序实现。蒙特卡罗方法的定义及其应用。重点：蒙特卡洛方法的思想：Python程序设计陈文周2线下课堂讲投目标一基于蒙特卡洛方习题10难点：蒙特卡洛方法的程序实现。法的应用课程思政融入点：介绍科学家运用蒙特卡洛方法求解圆周率方面的贡献，培养学生崇尚科学的精神。积分方法的定义及其应用，Python程序设计重点：积分方法的思想；2线下课堂讲投目标一陈文周11数值求解积分方难点：积分方法的程序实现。程的应用课程思政融入点：介绍科学家在积分方面的贡献，培养学生崇尚科学的精神。微分方法的定义及其应用。Python程序设计重点：微分方法的思想：陈文周2线下课堂讲授目标一12数值求解微分方习题难点：微分方法的程序实现。程的应用课程思政融入点：介绍科学家在微分方面的贡献培养学生崇尚科学的精神。合计245
5 的应用 9 Python 程序设计 在求根方面的应 用 陈文周 2 求根方法的思想及其应用。 重点：求根方法的思想； 难点：求根方法的程序实现。 线下 课堂讲授 目标一 10 Python 程序设计 基于蒙特卡洛方 法的应用 陈文周 2 蒙特卡罗方法的定义及其应用。 重点：蒙特卡洛方法的思想； 难点：蒙特卡洛方法的程序实现。 课程思政融入点：介绍科学家运用蒙特卡洛方法求 解圆周率方面的贡献，培养学生崇尚科学的精神。 线下 课堂讲授 习题 目标一 11 Python 程序设计 数值求解积分方 程的应用 陈文周 2 积分方法的定义及其应用。 重点：积分方法的思想； 难点：积分方法的程序实现。 课程思政融入点：介绍科学家在积分方面的贡献， 培养学生崇尚科学的精神。 线下 课堂讲授 目标一 12 Python 程序设计 数值求解微分方 程的应用 陈文周 2 微分方法的定义及其应用。 重点：微分方法的思想； 难点：微分方法的程序实现。 课程思政融入点：介绍科学家在微分方面的贡献， 培养学生崇尚科学的精神。 线下 课堂讲授 习题 目标一 合计 24