浅谈“卓越计划”背景下计算机在材料科学中的应用课程教学改革

欧平 齐亮 邓同生 王和斌 张迎晖

摘 要：根据“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）的人才培养要求，本文针对当前计算机在材料科学中的应用课程教学中存在的问题，从教材建设、教学方法、实践教学以及教师培训等方面探讨了具体的教学改革思路，以期能够不断提高该课程的教学效果。

关键词：卓越计划；计算机；材料科学；教学改革

计算机技术已成为现代材料科学研究中必不可少的有力工具，对推动材料科学的发展产生了深远的影响。计算机在材料科学中的应用是材料类本科生的一门重要的专业课程，对学生后续学习其他专业课程、进行毕业设计或论文以及未来的就业或深造都能提供必要的帮助。因此，在国家“卓越计划”背景下针对该课程当前教学中存在的问题进行改革，将会对实现“卓越计划”旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才的目标具有重要意义。

一、 计算机在材料科学中的应用课程教学当前存在的问题

（一） 课程教材内容建设不足

我校计算机在材料科学中的应用课程总共为32学时，其中课堂教学18学时，上机实验14学时。该课程属于专业技术课，侧重于在材料科学理论的基础上如何应用计算机来解决实际的材料科学问题，要求做到材料科学理论与计算机专业软件之间的有机结合。由于课程属于交叉学科的范畴，涉及的专业领域广泛以及需要讲述的专业软件较多，因此编写一本恰当的教材将会对学生能较好地学习该课程具有非常重要的作用。然而，目前该课程的大部分教材有些过于注重介绍计算机和抽象的数学理论，而且也没能很好地把材料科学、数学以及计算机等多学科的专业知识融合起来，偏离了计算机在材料科学中的“应用”这条主线。这就造成了许多学生在学习课程内容时，感觉一会是在学习数学知识，一会又是在学习材料科学知识，再另一会又是在学习计算机和软件知识，从而不能很好体会到材料科学理论与计算机专业软件之间有机结合的精髓。此外，该课程的大部分教材也没有配套相应的上机实验指导教材，教师在有限的上机实验课时间内往往都是简单介绍一下相关专业软件的应用后出几道题让学生自行摸索练习。但是，许多专业软件功能丰富、操作复杂，没有相应的上机实验指导教材会让学生学习起来感到很费劲和迷茫，容易喪失学习的积极性，同时也不利于学生课后对软件进行自主学习。

（二） 教学方法单一

计算机在材料科学中的应用是应用性和实践性很强的一门课程，需要培养学生独立的思考和动手能力才能真正地理解和掌握材料科学理论与计算机专业软件之间的内在联系。然而，当前的教学模式主要是以教师在讲台上讲解为主，教师根据教材内容利用传统的多媒体教学方式对学生进行“填鸭式”教学，忽略了学生在教学中的主体地位，使得学生只能被动地成为接受知识的机器。这种教学模式没能体现本课程应用性和实践性强的特点，而把大量抽象的基础理论和计算机软件操作知识一味地对学生进行灌输，这样会容易让学生感到枯燥乏味，从而丧失对课程学习的好奇心和兴趣。此外，“填鸭式”的教学模式还会造成学生只知道跟着教师走，缺乏问题意识，不利于培养学生的独立思考和创新能力，这将不能很好适应材料科学研究和工程实践的需要，不利于实现“卓越计划”的人才培养目标。

（三） 专业软件资源不完备

目前，许多学校的机房虽然有足够的计算机供学生进行上机实验，但是却缺乏相应正版的大型专业软件安装资源。这种现状的原因主要是由于许多材料类专业软件如有限元软件ANSYS、热力学计算软件Thermo-calc等价格高昂，在经费有限的情况下，使得学校难以承担其昂贵的购买费用来满足大规模的上机实验教学需求。因而在上机实验教学中，部分专业软件只能使用试用的或者教学的版本，当中有许多重要的软件功能不能实现，极大地影响了教师的软件讲解和学生上机实验的教学效果。而且，专业软件资源的制约也不利于鼓励学生在课后根据自己的兴趣来结合一些专业实践问题到机房来利用软件进行探索，以不断提高对软件的应用水平。

二、 计算机在材料科学中的应用课程教学改革方案

（一） 加强课程教材内容建设

首先，学校在编写课程教材时，应紧抓计算机在材料科学中的“应用”这条主线，立足于培养学生利用计算机来解决材料科学实际问题的能力以及创新能力。从方法论的角度出发，在介绍必要的计算机和数学等基础理论知识之上，应加强与材料科学研究中的典型案例相结合，把材料科学、数学以及计算机等专业知识融合起来，坚持“内容精炼，思路清晰”的原则，淘汰现有教材中知识陈旧的部分，注重对计算机专业软件在材料科学领域应用的介绍。其次，由于材料类专业具体又可以细分为金属材料工程、材料成型及控制工程以及无机非金属材料工程等专业，不同专业甚至在不同学校的同一专业之间对该课程教学的侧重点都可能会有所不同，因此要根据各自的专业特点有针对性的编写教材。最后，编写与理论教学相配套的上机实验指导教材，内容应侧重于计算机专业软件功能和操作的说明以及典型的上机练习案例，作为学生上机实验操作和课后自主上机学习的指导教材。

（二） 优化课程教学方法

在教学中应运用启发式、问题式以及讨论式等多种教学方法，将以学生为主体的教学理念贯穿于整个教学过程当中，加强教师与学生之间的交流互动，克服在传统的“填鸭式”教学模式中学生只能被动接受知识的弊端。如在课堂教学过程要加强对材料科学研究与工程实践中典型案例的运用，把抽象、难懂的理论知识与计算机专业软件有机结合起来，以典型案例为载体，在教师的引导下适时启发学生、向学生提出问题以及组织学生进行课堂讨论，从而激发学生的学习兴趣，让学生学习由被动变为主动，真正成为课堂的主体，从而提升课程的教学效果。此外，该课程教学内容繁多且课堂教学学时相对有限，学生在学习过程中必然会遇到各种各样的问题，因而可以建立本课程的微信答疑讨论群，增强课后教师与学生以及学生与学生之间的交流互动，把课程的课堂教学延伸到课堂之外，鼓励学生利用网络等资源进一步学习和了解相关的研究前沿和计算机专业软件知识，不断拓宽视野和提升自主学习的积极性。

（三） 努力拓展实践教学

根据计算机在材料科学中的应用课程应用性和实践性强的特点，只有努力拓展该课程的实践教学才能提高学生的计算机专业软件应用能力和创新意识。因此，学校有关部门应有计划的加大对学校机房教学条件的投入，逐步改善某些专业软件资源缺乏的问题，为学生创造一个完备的上机实验条件。针对上机实验时间有限的问题，应开放学校机房的上机时间，让感兴趣的学生课后也能够利用机房进行上机练习。此外，可以鼓励和支持学生课后加入各类科研课题组充当助手，利用各个课题组的实验条件参与到科研实际中来，达到以科研促进教学发展的目的。同时，教师在课程的成绩评定方式上应注重对学生上机实践完成情况（包括课堂上机实验和课后的实践）的考核，这样就可以督促学生认真对待上机实践锻炼，不断提高分析和解决材料科学相关领域实际问题的能力。

（四） 制订教师业务能力培训计划

计算机在材料科学中的应用课程所涉及的专业领域广泛以及需要讲述的专业软件较多，要做好该课程的教学工作，就要求教师必须具有深厚且宽广的基础理论功底和较强的专业软件应用能力。尤其是该课程需要讲述的专业软件较多，虽然许多教师本身在硕博求学阶段掌握了较为扎实的专业理论基础，然而由于个人的研究方向所限，很难对各类专业软件都能做到样样精通。因此，学校要制订相应的教师业务能力培训计划，大力开展教师教学能力培训，举办各类跨学科跨专业的交流学习，鼓励和支持教师参加各类校内外的学术交流和软件培训活动。如鼓励和支持教师参加全国材料热力学与动力学研讨会对提升教师Thermo-calc软件的应用能力大有帮助等等。同时，还要加强教师职业道德建设，努力培养一支业务能力强和爱岗敬业的教师队伍。

总体而言，為了适应国家“卓越计划”的人才培养要求，就必须对计算机在材料科学中的应用课程的教学内容和方法等方面进行改革，把教与学有机统一起来，突出学生在教学中的主体地位，激发学生的学习动力和兴趣，以不断提高本课程的教学效果，从而有利于培养符合“卓越计划”要求的高素质人才。

参考文献：

[1]刘欣梅，刘雪暖，丁传芹等.“卓越工程师教育培养计划”的实施[J].石油教育，2011（5）：68-70.

作者简介：

欧平，齐亮，邓同生，王和斌，张迎晖，江西省赣州市，江西理工大学材料科学与工程学院。