劉敬成

[摘 要]隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用越發(fā)普遍和顯著。開設(shè)計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用課程能讓材料科學(xué)專業(yè)學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代新材料研究，融入社會新潮。不同高校由于材料科學(xué)的具體研究方向不一，因而課程內(nèi)容都依據(jù)專業(yè)特色而設(shè)置，結(jié)合自身專業(yè)特點，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及實驗教學(xué)三方面對計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用課程進(jìn)行教改方案的探討。

[關(guān)鍵詞]計算機 材料科學(xué) 虛擬課題 教改方案

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）18-0159-02一、引言

在當(dāng)今社會中，計算機在社會發(fā)展中顯示了其強有力的推動作用。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用也越發(fā)普遍和顯著，如信息檢索、數(shù)據(jù)分析和圖像處理、計算模擬、材料組分和結(jié)構(gòu)分析等等。對大學(xué)高等教育而言，開設(shè)計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用課程是為了讓學(xué)生初步掌握計算機在材料科學(xué)應(yīng)用中的方法、步驟和應(yīng)用領(lǐng)域等，從而促進(jìn)專業(yè)課的學(xué)習(xí)。

結(jié)合我校高分子材料與工程專業(yè)的特點以及畢業(yè)生需進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，在高分子材料科學(xué)的學(xué)習(xí)研究過程中需要涉及多種軟件的應(yīng)用，最基本的包括文獻(xiàn)檢索、實驗方案的設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、圖形處理等等，而這些都離不開計算機技術(shù)。在書本式教育和多媒體PPT教育為基礎(chǔ)的理論教學(xué)模式下，教學(xué)效果并不是十分理想。在往屆的教學(xué)質(zhì)量反饋中，多數(shù)學(xué)生反映單純的理論教學(xué)形式枯燥、效果不良，一旦涉及實際應(yīng)用往往束手無策，其原因是眾多軟件的學(xué)習(xí)除了需要了解基本的理論知識外，更重要的是要反復(fù)的上機練習(xí)以熟悉各種軟件的操作，形成更為扎實的操作意識，而很多學(xué)生做不到這一點。因而如何更好的讓學(xué)生理解、吸收、掌握眾多軟件的基本操作并活用到今后的學(xué)習(xí)、科研或工作中，這是大學(xué)教育所要思考的地方。

教育部頒布的新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出了“提高科學(xué)素養(yǎng)，在課堂中開展探索性學(xué)習(xí)的理念，提倡通過探索式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主科學(xué)探索能力，加強學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識”。

二、教學(xué)方案的設(shè)計

（一）教學(xué)方法設(shè)計

為提高教學(xué)效果，在計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用這門課程中，首先將課堂搬到備有多媒體設(shè)備的機房。多媒體技術(shù)具有良好的直觀性、形象性和趣味性等特點，是教學(xué)的一大幫手，能進(jìn)一步將課堂內(nèi)容的理論教學(xué)與實際操作同步進(jìn)行，更好的讓學(xué)生學(xué)習(xí)、吸收課程內(nèi)容。在課程設(shè)計中，引入虛擬課題作為教學(xué)方案，將多種軟件的使用和課題的研究思路結(jié)合起來，以課題研究思路為教學(xué)的基本大綱路線，按步驟在各個環(huán)節(jié)中引入所需的常用軟件，從而將計算機作為理論教學(xué)和實際應(yīng)用的緩沖結(jié)合點，通過虛擬課題的方法將學(xué)生在課堂所學(xué)的理論知識融會貫通，為實際課題研究以及論文寫作奠定基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

課程規(guī)劃上主要以虛擬課題的相關(guān)文獻(xiàn)為案例，通過探討課題的研究思路和方法，研究過程中所需要處理的問題等，循序漸進(jìn)，逐漸介紹文獻(xiàn)檢索、實驗設(shè)計（chemical office）、數(shù)據(jù)分析（IR，NMR）、圖形處理（Origin，Adobe Photoshop）等等，為畢業(yè)論文的展開做鋪墊。教學(xué)內(nèi)容具體如下：

1.首先確立學(xué)生所感興趣的研究方向或課題，并以此對學(xué)生進(jìn)行簡單的分組，以方便后期進(jìn)行更多的教學(xué)互動。在此過程中向?qū)W生介紹常見搜索引擎，如Google，Yahoo，百度等，這些常用搜索引擎可以較為方便的提供一定的信息。而常用數(shù)據(jù)庫，如中國知網(wǎng)（CNKI），萬方數(shù)據(jù)庫，ScienceDirect，RSC，ACS，Wiley-Blackwell等，借助簡單的檢索字段，包括Any Field（全文）、Title（篇名）、Abstract（文摘）、Author's Name（作者姓名）、Journal Title（期刊名稱）等可以檢索到相關(guān)研究論文文獻(xiàn)，讓學(xué)生帶著自身目的去學(xué)習(xí)、掌握、運用諸多數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。

2.當(dāng)課題資料的收集結(jié)束之后，設(shè)想課題如何進(jìn)行，設(shè)計一定的實驗方案。該過程中利用chemical office是較為普遍的一款應(yīng)用軟件、可以滿足各種分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計、反應(yīng)方程式的設(shè)計、基本示意圖的設(shè)計以及核磁結(jié)構(gòu)的模擬分析。具體教學(xué)內(nèi)容以虛擬課題中的文獻(xiàn)相關(guān)圖譜為案例，通過對文獻(xiàn)圖譜的剖析，讓教學(xué)更為直觀，同時上機模擬作圖，加深印象和增強操作熟練度，并且鼓勵設(shè)計新的設(shè)計路線，如反應(yīng)合成路線、實驗基本示意圖等。

3.隨著課題探討的深入，課堂內(nèi)容會不斷涉及結(jié)構(gòu)分析表征，如IR，NMR等。在此，IR，NMR軟件的常規(guī)使用與分析，包括常見結(jié)構(gòu)的特征峰和化學(xué)位移、峰值面積的積分比較等等都將成為基本的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生盡可能的認(rèn)識到在材料科學(xué)研究中結(jié)構(gòu)分析的重要性。

4.在眾多的數(shù)據(jù)處理中，Origin由于功能強大，被公認(rèn)為是最快、最靈活、使用最容易的工程繪圖軟件。因此教學(xué)中需要重點介紹Origin在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。著重介紹各種圖譜，包括數(shù)據(jù)的調(diào)整、排序、計算，統(tǒng)計和曲線擬合，以及直線圖、散點圖、餅圖、柱狀圖、三維圖表的繪制。以虛擬課題中出現(xiàn)的文獻(xiàn)案例為教學(xué)案例，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生由簡入難，由粗到細(xì)。

5.隨著文獻(xiàn)的閱讀和自我作圖的實踐，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀文獻(xiàn)中的圖譜總是讓人賞心悅目。教學(xué)中通過與優(yōu)秀文獻(xiàn)中圖片處理效果的對比，逐漸提高學(xué)生對數(shù)據(jù)處理的要求。Adobe Photoshop簡稱PS，使用其眾多的編修與繪圖工具，可以有效地進(jìn)行圖片編輯工作。因而學(xué)會將PS的圖片處理功能運用到材料科學(xué)研究領(lǐng)域中則會使圖片效果大大提升，做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)又不失觀賞性。

6.當(dāng)有了出色的研究成果之后，需要的便是如何更好的呈現(xiàn)自身的工作。為此，如何運用PPT技術(shù)制作一份精美的論文報告是展現(xiàn)成果的關(guān)鍵。鑒于計算機課程的普遍性，相信學(xué)生對簡單的PPT制作并不陌生，因而課程內(nèi)容中轉(zhuǎn)為更高層次的PPT技術(shù)講解，包括論文報告型PPT的一般邏輯思路、PPT中的圖形制作、模板的設(shè)計、PPT的美化等等，讓學(xué)生能體會到PPT制作對論文結(jié)果報告的重要性，提高學(xué)生在PPT的制作上的布局和美化意識，為畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的PPT制作提前做準(zhǔn)備。

（三）實驗內(nèi)容設(shè)計

針對常用化學(xué)軟件學(xué)習(xí)的實踐性、應(yīng)用性較強的特點，我們將理論教學(xué)和實際上機操作設(shè)計成同步進(jìn)行。而同步進(jìn)行的教學(xué)模式能讓學(xué)生加深課堂印象，也更有利于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)自身在軟件操作應(yīng)用上的盲區(qū)，因而能更好的將知識講解和動手操作相結(jié)合，起到以點帶面、強化應(yīng)用的作用。如在講解chemical office作圖時，首先可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)模仿，而后鼓勵學(xué)生自行設(shè)計，更深一步的讓學(xué)生去體驗挖掘chemical office中的作圖技巧。

三、教學(xué)方案特色

通過虛擬課題的引入，使得本文所提出的教學(xué)方案的特色在于：1.課程內(nèi)容的確立有學(xué)生的參與，虛擬課題的選定由學(xué)生自主分組確定，逐漸讓學(xué)生主導(dǎo)課堂，教師則成為擺渡護(hù)航的角色；2.教學(xué)內(nèi)容符合學(xué)生所需，為畢業(yè)設(shè)環(huán)節(jié)做鋪墊，課題內(nèi)容設(shè)計上更有針對性；3.教學(xué)過程中時時刻刻充滿師生的互動，學(xué)生在自我的求知欲望下能更好的投入課程學(xué)習(xí)中，從而營造更好的教學(xué)氛圍，以便獲得更優(yōu)的教學(xué)成果。

四、小結(jié)

本文結(jié)合自身專業(yè)特色，提出了基于虛擬課題的教學(xué)方案，目的在于讓教學(xué)更好的觸及學(xué)生所需要和學(xué)生所感興趣的領(lǐng)域，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、專注度，同時將理論多媒體教學(xué)與實際上機操作同步進(jìn)行，進(jìn)一步提高課程教學(xué)的直觀性和趣味性，以期獲得更好的教學(xué)成果?？偟膩碚f，改善計算機在材料科學(xué)的應(yīng)用課程的教學(xué)是一個系統(tǒng)的工程，對于高分子材料專業(yè)的學(xué)生來說，如何將計算機知識和高分子專業(yè)知識，以及自身所需有機地結(jié)合起來具有更加重要的意義。只有將三者有機結(jié)合，才能使學(xué)校教育真正滿足學(xué)生的需求，讓老師教得舒心，學(xué)生學(xué)得開心。再者，除去教學(xué)內(nèi)容的不斷改善之外，教師對教學(xué)的投入度，對學(xué)生的關(guān)愛度也是教學(xué)成功的一個重大因素所在，因而不論是教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)態(tài)度都將是我們應(yīng)改善的地方。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]