《計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用》課程教學(xué)方法研究與實(shí)踐分析論文

　　《計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用技術(shù)》課程是材料專業(yè)的一門重要課程，為更好地學(xué)習(xí)本科專業(yè)課程及以后就業(yè)提供必要的支撐，同時(shí)，也能夠?yàn)橐院蟮纳钤焯峁�幫助。所以，這門課程影響深遠(yuǎn)，有必要更好地探討如何提高學(xué)生的積極性，使其更好地掌握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。課程里面部分章節(jié)比較抽象，數(shù)學(xué)公式比較復(fù)雜，不易理解，學(xué)生感覺比較枯燥，所以如何深入淺出地講授，成為教師必然要掌握的技能。對(duì)當(dāng)前的教學(xué)方法進(jìn)行必要的教學(xué)改革，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更好地、主動(dòng)地領(lǐng)會(huì)課堂知識(shí)，成為教學(xué)工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。

　　《計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用技術(shù)》課程主要由課堂教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)兩部分組成。其中，課堂教學(xué)起著提綱挈領(lǐng)的作用，只有在課堂教學(xué)中，設(shè)計(jì)好教學(xué)方案，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使其認(rèn)識(shí)到各個(gè)軟件的重要性和使用方法，才能在接下來的實(shí)驗(yàn)中，收到更好的效果。

　　《計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)部分主要講授的軟件有:Origin軟件、Annoys軟件、Mat lab軟件、Deform軟件、Process[軟件和Mold flow軟件。由于很多軟件都是基于有限元的，所以在講授這些軟件之前，需要介紹有限元的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到有限元的作用，為其在學(xué)習(xí)有限元分析提供鋪墊。在講授有限元的同時(shí)，需要提及有限差分法，并指出二者的區(qū)別和聯(lián)系，認(rèn)識(shí)到二者的優(yōu)劣，為以后的深造提供必要的感性認(rèn)識(shí)。只有掌握了有限元分析的內(nèi)涵，才能更好地應(yīng)用相應(yīng)的軟件，更好地解決材料實(shí)際問題。但是，由于是初次接觸有限元分析方法，學(xué)生會(huì)感覺比較抽象，難以理解，所以有必要示范Annoys軟件劃分模型，使其有相應(yīng)的感性認(rèn)識(shí)，然后逐漸深入講授有限元方法，講授有限元的作用，這樣才有可能收到較好的教學(xué)效果。

　　1目前本課程面臨的問題。

　　由于很多軟件開發(fā)的初衷是為了解決數(shù)學(xué)問題，而不是材料實(shí)際問題。所以，很多學(xué)生剛接觸這門課程的時(shí)候，感覺不到這門課在材料領(lǐng)域的用途，會(huì)感到迷茫，從而沒有積極性。鑒于這些問題，應(yīng)當(dāng)及時(shí)提供相應(yīng)的材料數(shù)據(jù)，比如在學(xué)習(xí)Origin軟件時(shí)，收集鋼的屈服強(qiáng)度與鋼的厚度、含C量、含Mn量之間的數(shù)據(jù)，然后利用Origin軟件的多元回歸分析方法，處理這些數(shù)據(jù)，從而得出屈服強(qiáng)度與各因素之間的函數(shù)關(guān)系，這樣將軟件與材料實(shí)際問題相結(jié)合，使得學(xué)生認(rèn)識(shí)到Origin軟件的作用，提高其學(xué)習(xí)積極性。

　　2課程教學(xué)改革方案

　　《計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用技術(shù)》課程總共為犯學(xué)時(shí)，其中課堂講授20學(xué)時(shí)，上機(jī)練習(xí)12學(xué)時(shí)。需要講述的軟件比較多，而且部分軟件需要先講授抽象的理論知識(shí)，所以需要將理論與實(shí)際、數(shù)學(xué)問題與材料工程實(shí)際相結(jié)合，在課堂教學(xué)中靈活多樣地講授各個(gè)軟件，在有限的時(shí)間里，抓住要點(diǎn)，詳細(xì)地介紹軟件的應(yīng)用方法與特點(diǎn)，使學(xué)生更好地掌握方法，收到理想的效果。

　　2.1 Origin軟件的講授

　　Origin軟件是重要的數(shù)據(jù)處理軟件，能高效地解決實(shí)際問題，Origin軟件的兩個(gè)重要用途是曲線擬合(和多元線性回歸，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往將曲線擬合和多元線性回歸混為一談，所以需要闡明擬合與多元回歸的科學(xué)涵義:曲線擬合得到的是一條曲線，而多元回歸得到的是方程表達(dá)式，這是二者最大的區(qū)別，也是二者各自的作用。可以結(jié)合具體的實(shí)際問題，使其更深刻地認(rèn)識(shí)到二者的區(qū)別。在上機(jī)練習(xí)中結(jié)合實(shí)際問題，針對(duì)性地練習(xí)，收到事半功倍的效果。很多學(xué)生在曲線擬合過程中，在建立Origin表格的時(shí)候，通常將自變量輸入到Y(jié)列，將變量輸入到x列，導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤。這就需要教學(xué)工作者闡明各列的含義，并讓學(xué)生進(jìn)行必要的練習(xí)。Origin曲線擬合做出的曲線需要進(jìn)行必要的編輯，這需要細(xì)心和耐心，才能做出比較美觀并且規(guī)范的圖形，比如:添加x軸和Y軸的單位制，標(biāo)明圖形名稱，以及用適當(dāng)?shù)淖煮w標(biāo)注，讓學(xué)生有足夠的細(xì)心，才能收到更好的教學(xué)效果。多元線性回歸過程中，會(huì)得到很多表達(dá)式，以及各種標(biāo)準(zhǔn)差和相關(guān)系數(shù)，這些都是概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，比較抽象，需要教師對(duì)其舉例解釋，用具體的概率知識(shí)解釋科學(xué)含義。所有這些，可以鍛煉學(xué)生研究科學(xué)問題的嚴(yán)謹(jǐn)性，在以后的工作和研究中，更精確、有效地解決實(shí)際問題。

　　2 .2 Mat lab軟件的講授

　　Malta軟件是基于處理矩陣問題而開發(fā)的應(yīng)用數(shù)學(xué)軟件，經(jīng)過不斷的改進(jìn)和完善，已經(jīng)應(yīng)用到了諸多領(lǐng)域。M atlatl軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和繪制圖形功能。由于利用Malta時(shí)，需要編程，很多變量、運(yùn)算符、函數(shù)、表達(dá)式需要掌握，學(xué)生很容易混淆。由于初次基礎(chǔ)，輸入命令的時(shí)候，往往報(bào)錯(cuò)，導(dǎo)致學(xué)生有挫敗感，積極性較低。針對(duì)這些問題，教師可以結(jié)合C語言，將Malta軟件與C語言進(jìn)行對(duì)比，講授Malta軟件在處理數(shù)據(jù)中獨(dú)有的靈活性和簡(jiǎn)潔性，只需要簡(jiǎn)單的程序語句，就可以處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)問題，并能夠繪制出對(duì)應(yīng)的圖形，這些都是C語言所不具備的，可以結(jié)合專業(yè)課程《金屬學(xué)與熱處理》中的晶面夾角問題，以及晶帶理論相關(guān)知識(shí)，用Malta軟件求解矩陣，求解晶帶、晶面夾角，緊密地結(jié)合材料實(shí)際課程，使得學(xué)生同時(shí)深刻的掌握這兩門課程，收到較好的效果。在講授神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過程中，可以金屬元素如C, Cr, Mn, Ni對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線)為例，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，建立二者之間的關(guān)系，預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)變曲線，并結(jié)合《金屬學(xué)與熱處理》課程中的等溫轉(zhuǎn)變曲線(CTTT曲線)，深入淺出的講述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，讓學(xué)生意識(shí)到其重要作用和強(qiáng)大功能，從而收到事半功倍的效果。

　　2.3 ANSYS軟件的講授

　　ANSYS軟件通用的有限元軟件，在材料工程中有極其廣泛的應(yīng)用，廣泛處理于鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等問題。由于ANSYS軟件界面菜單較多，從定義單元類型、定義材料屬性、建立幾何模型到劃分網(wǎng)格到求解，步驟比較多，比較繁瑣，通常一步遺漏或者做錯(cuò)，都會(huì)導(dǎo)致下面的步驟無法開展。所以建議教師從最簡(jiǎn)單的問題入手，從一維到二維然后延伸到三維問題，循序漸進(jìn)，并且從常見的熱傳導(dǎo)問題入手，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)問題恰好滿足一維導(dǎo)熱、二維熱傳導(dǎo)以及三維導(dǎo)熱過程，可以將邊界設(shè)置為絕熱，使問題簡(jiǎn)單化并且連貫，可以與實(shí)際問題對(duì)比驗(yàn)證，證實(shí)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，簡(jiǎn)捷易行，收效較好。同時(shí)，可以將命令流與GUI兩種實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)比，突出命令流的優(yōu)勢(shì)，使得學(xué)生養(yǎng)成編程的良好習(xí)慣，并不斷完善程序的可執(zhí)行性，結(jié)合流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等具體問題，形象而直觀地展現(xiàn)ANSYS軟件在處理材料工程實(shí)際問題中的優(yōu)勢(shì)，不斷激發(fā)學(xué)生對(duì)有限元ANSYS軟件的興趣以及解決科學(xué)問題的主動(dòng)性。

　　3結(jié)束語

　　教學(xué)改革需要不斷的完善，教學(xué)工作者應(yīng)在教學(xué)過程中不斷探索，不斷改進(jìn)。提高學(xué)生的積極性和各項(xiàng)能力，采用各種靈活有效的方法進(jìn)行課程教學(xué)和考核，不斷創(chuàng)新，不斷總結(jié)，在有限的教學(xué)時(shí)間里，收到最佳的效果。

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