前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的工程教育認證下計算機在材料科學的應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要:《計算機在材料科學中的應用》是一門兼具理論性和實踐性，融合計算機技術和材料科學學科基礎的跨學科的重要專業課程。根據工程教育認證的要求，本文從課程目標設定、教學內容設置、教學過程設計三個方面對該課程的教學進行改革與探索，以期實現課程教學的認知目標與情感目標，提升學生的知識應用能力，培養學生工程綜合素質與實踐創新能力。
材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，已成為國民經濟建設、國防建設和人民生活的重要組成部分。材料科學是研究材料的組織結構、性質、生產流程和使用效能以及它們之間的相互關系，集物理學、化學、冶金學等多學科于一體的科學。材料科學是一門與工程技術密不可分的應用科學。其主要培養從事新型材料的研究和開發、材料的制備、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高級工程技術人才。2016年，中國正式成為華盛頓協議的成員，華盛頓協議是國際公認的工程科技人才質量認證體系。它標志著中國工程教育專業認證體系正式與國際工程教育專業認證體系相結合。“華盛頓協議”旨在建立國際公認的工程教育專業認證體系，推動同等標準，共同提高工程教育專業素質，為國際鑒定專業工程師提供平臺［1－2］。國際工程教育專業認證有助于整合國際工程教育的先進教學理念。推動中國工程教育專業的進一步改革和發展，提高工科院校的教學質量。落實到人才培養的根本任務，工程教育專業認證下的教學改革可以為培養素質優良、結構合理、支撐引領的工程技術人才提供重要支撐與途徑。人工智能、大數據、新材料等技術與產業的發展為工程技術人才提出了更高的創新創業能力和跨學科復合型能力要求［3］。在材料科學與工程學科培養計劃中，課程《計算機在材料科學中的應用》是一門兼具理論性和實踐性，融合計算機技術和材料科學學科基礎的跨學科的重要專業課程。計算機技術已被應用于材料的設計與開發、新工藝方案的設計與優化、材料結構分析、模型構建與計算機模擬、材料數據分析與結果可視化等材料學科領域的諸多方面。本課程的學習可為材料科學與工程專業學生的相關實驗方案設計、實踐環節的鍛煉以及畢業論文或設計的順利進行提供重要基礎。該課程的學習將使學生利用計算機技術解決材料科學理論學習和實際問題。為將來進一步學習深造或進入崗位實踐夯實工具及理論基礎。課程《計算機在材料科學中的應用》要求學生將扎實的理論知識與熟練的計算機應用技能相結合。改革和探索課程的教學過程和方法非常重要［4－5］。因此，迫切需要進一步調整，優化和改革課程的目標定位，教學內容和教學方法。滿足工程教育認證下材料科學與工程人才培養的實際需要。
1精準定位課程目標
作為專業教育的靈魂，培養目標直接決定著人才培養的目標和方向。培養目標總體描述了學生畢業五年左右能夠達到的職業成就。目標的設置要契合就業需求，同時兼顧學生職業生涯的長期可持續發展。天津理工大學功能材料專業是天津市戰略新興產業專業，以顯示材料與光電器件教育部重點實驗室和天津市光電顯示材料與器件重點實驗室為依托。在工程教育專業認證背景下，本專業將人才培養目標定位為適應我國戰略性新興產業中信息與能源相關的功能材料研究和制造業所需應用型高級專門人才需求，具有優良的德法修養與溝通能力、較強的團隊意識、社會責任感、創新意識;掌握專業知識、應用能力和終身學習的意識;能夠運用材料、物理以及光電子信息等多學科交叉基礎知識并借助現代技術工具研究、分析和解決功能材料制備、應用工程問題，從事材料學的科學研究、技術開發、產品開發、工藝設計、材料方案選擇、設備設計與調試、生產與運營管理等工作的優秀應用型人才?！队嬎銠C在材料科學中的應用》是天津理工大學功能材料專業學生的專業課程之一。在工程教育認證背景下，本課程以專業培養目標為指導，從服務就業、繼續學習深造兩方面出發，回溯制定了課程目標，為功能材料專業高質量人才培養提供了重要支撐。本課程的課程目標具體設置如下:(1)熟練運用多種材料學相關軟件，將物理學、化學、生物學等多方面的知識聯系起來，為學生開展材料科學畢業論文或設計、進一步學習深造或從事相關崗位工作夯實基礎。(2)了解各類材料、化學、物理相關模擬軟件，運用材料科學基礎知識和物理學、電子及光電子信息科學等多學科交叉知識，為學生解決功能材料的實際應用提供性能預測、結構分析等數據支持，設計/開發滿足特定需求的功能材料，培養學生參與材料學相關工作的實踐應用能力。(3)熟練運用計算機常用軟件和儀器分析測試軟件，為學生參加工作提供良好的實踐平臺。
2導向性教學內容設置
工程教育專業認證體系下，每門課程都需要說明課程學習對人才培養要求達成度的具體作用。本課程的基本教學思路是鞏固基礎，開闊視野，將學科交叉融合落到實處。在教學內容的設置上，以學生就業或深造的需求為導向，結合國際先進的教學體系，合理優化內容體系，課程內容具有明顯的學科交叉性質，包括材料學與物理學、化學、生物學等學科知識。將“材料科學基礎、功能材料概論、無機化學、有機化學、高分子化學、現代分析檢測技術”等相關課程知識與各類材料、化學、物理相關模擬分析軟件應用的知識體系高度融合，體現課程在覆蓋面、關注度和學科交叉性方面的考量，調整優化課程教學大綱，同時調整相應的教學設計，實現課程從目標大綱設計、教學過程到課程考核評價等全過程的深度優化。
3教學過程設計優化
在工程專業教育認證的背景下，以學生職業生涯發展為導向的培養理念要求教學過程以學生的知識學習、技能掌握與素質提升為指引。因此本課程設置與過程設計的根本出發點與落腳點就在于夯實學生理論知識的基礎上，進一步培養學生應用計算機技術進行材料學科實際問題解決的能力，在課程進行過程中啟發其進行知識融合和學科交叉的意識與創新能力。如何有效提高課堂教學效率是教學過程設計優化中必須考慮的問題。其中，如何激發學生的內在動機，促進學生積極學習的主動性，保持學習的連續性和一致性是當務之急。在功能材料學生培養計劃中，《計算機在材料科學中的應用》是一門具有明顯跨學科性質的專業課程，教師在教學設計和教學過程方面進行了一定的改革和探索。
3.1教學設計
《計算機在材料科學中的應用》課程的教學內容主要包括計算機技術在材料選擇與設計、工藝過程設計與優化、材料數學模型的構建與數值模擬計算、材料性能參數設置與對比模擬分析以及材料數據分析于結果可視化等。綜合考慮內容覆蓋面與課時分配的基礎上，本課程立足功能材料專業高質量人才培養要求，從服務就業、繼續學習深造兩方面出發回溯制定的課程目標出發，優化教學設計，具體的，主要包括如下方面:(1)以課程內容教學為藍本，啟發多學科交叉融合的思路。按照教學大綱的調整與優化，加強計算機技術在材料選擇與設計、數學模型構建與數值模擬以及材料數據分析與可視化中的應用等章節知識的教學，融入各類材料、化學、物理相關模擬與分析軟件的應用實例。將本課程與各類材料、化學、物理、計算機等相關學科的關聯關系及各學科交叉融合在材料學科問題解決中的重要作用融入課程教學體系之中，啟發學生解決問題的新思路，進一步培養學生的創新意識。以應用與實踐為導向，提升學生的學習興趣與積極性，讓學生在理論學習和實例分析過程中體味借助計算機模擬與分析技術解決材料學科問題的思路和方法，潛移默化中引導學生通過多學科知識交叉融合以解決材料學科問題的意識與能力。(2)以實際案例為導引，培養學以致用的意識。借助相關實際案例，把功能材料專業的特點融入該課程的教學實踐中，充分調動學生學習知識與應用知識的積極性，培養學生勤謹治學，學以致用的意識。如在講授計算機在新材料中的設計時，材料與性能之間存在必然的聯系，如果將各種材料單元結合設計出性能優良的材料，需要學生了解材料各單元的基本性能，建立合理的材料模型，并對不同材料選擇與設計方案進行參數模擬與性質對比，這對于材料的設計、開發與應用具有重要價值。(3)教學學術一體，授之以漁。在融入實例演示教學的基礎上，追蹤學科前沿，結合已有研究成果和研究計劃，選取與課程大綱緊密貼合的內容融入課堂，將教學與學術有機融合，激發學生在掌握課程內容和課程學科交叉特點的基礎上深入探索材料科學問題并挖掘嶄新可行解決方案的興趣與潛力。并將發現問題、分析問題、借助計算機模擬與分析技術進行問題解決的全過程進行一定的示范與講解，讓學生在掌握課程知識的同時，體味發現問題、分析問題和解決問題的樂趣，啟發思路，鞏固知識，熟練技能。
3.2教學方法
《計算機在材料科學中的應用》課程具有很強的應用性和實用性，結合理論基礎，強調實際案例教學與演示，將知識學習、技能培養和素質提升有機融合，調動學生學習的積極性和主動性，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的意識與能力，激發學生的創新意識和創新能力。具體的教學方法舉例如下:(1)以學生就業或深造需求為導向，將個人簡歷的設計與完善與基礎計算機軟件應用相結合，從課堂典型案例演示與點評到課下簡歷制作，以及模擬面試個人簡介、師生評述在學生主動參與、積極展示的過程中，引入本課程的其他理論知識講述和應用環節。結合功能材料專業特點，將計算機技術在材料的選擇與設計、工藝的設計與優化、數學模型的構建與數值模擬、材料方案的參數對比與模擬分析、材料數據的分析與可視化等方面的應用通過實際案例的引入，使學習內容的應用與價值具象化，激發學生的學習熱情和動力，提高學生的學習效率。結合案例分析與應用，在激發學生解決實際問題的興趣的基礎上，引導學生的學科交叉意識與實踐創新能力。(2)在多媒體教學中，結合貼近課程內容的數據、文本、影像等資料形式，插入一些具體案例，以動畫形式，從多平面教學方法向立體化教學方法轉變，使學生身臨其境，體會到學習的樂趣，使學生從被動學習向主動學習轉變。在教學實踐中，學生普遍反映講授內容有趣、實用性強，《計算機在材料科學中的應用》課程的學習興趣濃厚，學以致用，用以促學，教學相長，教學質量與效果得到了明顯的提升。
4結語
《計算機在材料科學中的應用》課程融合了材料學科、物理學、化學、生物學以及計算機技術和數值模擬技術，學科交叉的特征明顯。工程教育認證體系下，進行該課程的教學改革與探索，提升其教學質量與效果顯得尤為重要。具體的，在本課程的教學過程中，以材料科學專業學生培養目標為指引，融入從材料選擇與設計、工藝過程設計與優化、材料性能測試與對比、數據模型構建與數值模擬以及材料數據分析與可視化等計算機技術在材料科學中的實際應用案例，在教學內容設計與組織、教學過程實踐與創新方面進行了一定的改革與探索，讓學生學以致用，用以促學，教與學有機統一，相輔相成。讓學生在知識學習和實踐應用中體會發現問題、分析問題與解決問題的樂趣，實現材料學科知識鞏固與計算機技術應用能力的提升，進而為培養材料學專業學生的創新意識與實踐能力打下良好基礎。
參考文獻
［1］樊一陽，易靜怡.《華盛頓協議》對我國高等工程教育的啟示［J］.中國高教研究，2014(8):45－49.
［2］王孫禺，孔鋼城，雷環.華盛頓協育的借鑒意義［J］.高等工程教育研究，2007(1):10－15.
［3］陸國棟，李拓宇.新工科建設與發展的路徑思考［J］.高等工程教育研究，2017(3):20－26.
［4］陳錕，劉克家，施宇濤，等.計算機在材料科學中的應用課程改革與實踐［J］.廣州化工，2019(1):125－127.
［5］張甲甲，李園園，鐘煜，等.計算機在材料科學中的應用課程教學技巧和創新［J］.廣州化工，2019(2):243.
作者:張強 單位:天津理工大學材料科學與工程學院
