《计算机在材料工程中的应用》课程教学方法研究与实践分析论文

时间:2018-09-27 材料毕业论文 我要投稿

  《计算机在材料工程中的应用技术》课程是材料专业的一门重要课程,为更好地学习本科专业课程及以后就业提供必要的支撑,同时,也能够为以后的深造提供帮助。所以,这门课程影响深远,有必要更好地探讨如何提高学生的积极性,使其更好地掌握各个知识点。课程里面部分章节比较抽象,数学公式比较复杂,不易理解,学生感觉比较枯燥,所以如何深入浅出地讲授,成为教师必然要掌握的技能。对当前的教学方法进行必要的教学改革,使得学生在学习过程中更好地、主动地领会课堂知识,成为教学工作者的一项重要任务。

  《计算机在材料工程中的应用技术》课程主要由课堂教学和上机实验两部分组成。其中,课堂教学起着提纲挈领的作用,只有在课堂教学中,设计好教学方案,充分调动学生的积极性,使其认识到各个软件的重要性和使用方法,才能在接下来的实验中,收到更好的效果。

  《计算机在材料工程中的应用技术》课程教学部分主要讲授的软件有:Origin软件、Annoys软件、Mat lab软件、Deform软件、Process[软件和Mold flow软件。由于很多软件都是基于有限元的,所以在讲授这些软件之前,需要介绍有限元的相关基础知识,使学生认识到有限元的作用,为其在学习有限元分析提供铺垫。在讲授有限元的同时,需要提及有限差分法,并指出二者的区别和联系,认识到二者的优劣,为以后的深造提供必要的感性认识。只有掌握了有限元分析的内涵,才能更好地应用相应的软件,更好地解决材料实际问题。但是,由于是初次接触有限元分析方法,学生会感觉比较抽象,难以理解,所以有必要示范Annoys软件划分模型,使其有相应的感性认识,然后逐渐深入讲授有限元方法,讲授有限元的作用,这样才有可能收到较好的教学效果。

  1目前本课程面临的问题。

  由于很多软件开发的初衷是为了解决数学问题,而不是材料实际问题。所以,很多学生刚接触这门课程的时候,感觉不到这门课在材料领域的用途,会感到迷茫,从而没有积极性。鉴于这些问题,应当及时提供相应的材料数据,比如在学习Origin软件时,收集钢的屈服强度与钢的厚度、含C量、含Mn量之间的数据,然后利用Origin软件的多元回归分析方法,处理这些数据,从而得出屈服强度与各因素之间的函数关系,这样将软件与材料实际问题相结合,使得学生认识到Origin软件的作用,提高其学习积极性。

  2课程教学改革方案

  《计算机在材料工程中的应用技术》课程总共为犯学时,其中课堂讲授20学时,上机练习12学时。需要讲述的软件比较多,而且部分软件需要先讲授抽象的理论知识,所以需要将理论与实际、数学问题与材料工程实际相结合,在课堂教学中灵活多样地讲授各个软件,在有限的时间里,抓住要点,详细地介绍软件的应用方法与特点,使学生更好地掌握方法,收到理想的效果。

  2.1 Origin软件的讲授

  Origin软件是重要的数据处理软件,能高效地解决实际问题,Origin软件的两个重要用途是曲线拟合(和多元线性回归,很多学生在学习过程中往往将曲线拟合和多元线性回归混为一谈,所以需要阐明拟合与多元回归的科学涵义:曲线拟合得到的是一条曲线,而多元回归得到的是方程表达式,这是二者最大的区别,也是二者各自的作用。可以结合具体的实际问题,使其更深刻地认识到二者的区别。在上机练习中结合实际问题,针对性地练习,收到事半功倍的效果。很多学生在曲线拟合过程中,在建立Origin表格的时候,通常将自变量输入到Y列,将变量输入到x列,导致结果错误。这就需要教学工作者阐明各列的含义,并让学生进行必要的练习。Origin曲线拟合做出的曲线需要进行必要的编辑,这需要细心和耐心,才能做出比较美观并且规范的图形,比如:添加x轴和Y轴的单位制,标明图形名称,以及用适当的字体标注,让学生有足够的细心,才能收到更好的教学效果。多元线性回归过程中,会得到很多表达式,以及各种标准差和相关系数,这些都是概率与数理统计的相关知识,比较抽象,需要教师对其举例解释,用具体的概率知识解释科学含义。所有这些,可以锻炼学生研究科学问题的严谨性,在以后的工作和研究中,更精确、有效地解决实际问题。

  2 .2 Mat lab软件的讲授

  Malta软件是基于处理矩阵问题而开发的应用数学软件,经过不断的改进和完善,已经应用到了诸多领域。M atlatl软件具有强大的数据处理和绘制图形功能。由于利用Malta时,需要编程,很多变量、运算符、函数、表达式需要掌握,学生很容易混淆。由于初次基础,输入命令的时候,往往报错,导致学生有挫败感,积极性较低。针对这些问题,教师可以结合C语言,将Malta软件与C语言进行对比,讲授Malta软件在处理数据中独有的灵活性和简洁性,只需要简单的程序语句,就可以处理复杂的数据问题,并能够绘制出对应的图形,这些都是C语言所不具备的,可以结合专业课程《金属学与热处理》中的晶面夹角问题,以及晶带理论相关知识,用Malta软件求解矩阵,求解晶带、晶面夹角,紧密地结合材料实际课程,使得学生同时深刻的掌握这两门课程,收到较好的效果。在讲授神经网络过程中,可以金属元素如C, Cr, Mn, Ni对过冷奥氏体转变的等温转变曲线(TTT曲线)为例,用神经网络方法,建立二者之间的关系,预测转变曲线,并结合《金属学与热处理》课程中的等温转变曲线(CTTT曲线),深入浅出的讲述神经网络的应用,让学生意识到其重要作用和强大功能,从而收到事半功倍的效果。

  2.3 ANSYS软件的讲授

  ANSYS软件通用的有限元软件,在材料工程中有极其广泛的应用,广泛处理于铸造、锻压、焊接、热处理等问题。由于ANSYS软件界面菜单较多,从定义单元类型、定义材料属性、建立几何模型到划分网格到求解,步骤比较多,比较繁琐,通常一步遗漏或者做错,都会导致下面的步骤无法开展。所以建议教师从最简单的问题入手,从一维到二维然后延伸到三维问题,循序渐进,并且从常见的热传导问题入手,因为热传导问题恰好满足一维导热、二维热传导以及三维导热过程,可以将边界设置为绝热,使问题简单化并且连贯,可以与实际问题对比验证,证实计算结果的准确性,简捷易行,收效较好。同时,可以将命令流与GUI两种实现方式进行对比,突出命令流的优势,使得学生养成编程的良好习惯,并不断完善程序的可执行性,结合流场、应力场等具体问题,形象而直观地展现ANSYS软件在处理材料工程实际问题中的优势,不断激发学生对有限元ANSYS软件的兴趣以及解决科学问题的主动性。

  3结束语

  教学改革需要不断的完善,教学工作者应在教学过程中不断探索,不断改进。提高学生的积极性和各项能力,采用各种灵活有效的方法进行课程教学和考核,不断创新,不断总结,在有限的教学时间里,收到最佳的效果。

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