计算机类专业模拟电子技术论文

摘要：本文针对电子信息类本科专业的主要专业课程——《电子技术基础（模拟部分）》进行关联性分析，按照课程学习的先后顺序，从先修课程的角度和前后关联性、衔接性出发，旨在为学生建立模拟电子技术课程整体学习的主要思路为目的。下面小编整理了一些《计算机类专业模拟电子技术论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

计算机类专业模拟电子技术论文 篇1：

计算机专业《电路与模拟电子技术》课程改革探索

【摘要】本文分析了本校计算机专业的特点以及本门课程的现状及问题，针对性的对《电路与模拟电子技术》课程进行课堂教学改革。包括优化教学结构，改革教学手段，引入计算机辅助软件、微课、雨课堂，使得教学不再单一，学生能自主有效的学习。 【关键词】教学结构 教学手段 微课 雨课堂

《电路》与《模拟电子技术基础》两门课程是各高等院校及职业院校中电类专业开设的专业基础课。电气、测控类属电类强电专业，电子、电信、自动化等专业属电类弱电专业。以上各专业要求对《电路》、《模拟电子技术基础》能够比较熟练地掌握，熟悉相应的电工、电子技术方法和应用，并能较好的完成相关课程的实习及课程设计。

计算机科学与技术专业对《电路》与《模拟电子技术基础》课程的要求则较低，要求通过本课程的学习使学生获得电路、模拟电子技术必要的基础理论、基础知识和基础技能，了解电路、模拟电子技术的应用及发展，但不要求作深入的研究，但也不同于一般非电类专业只要求了解电工电子技术的概念，它要求学生具备一定的分析与设计电路的基础，以便掌握计算机相关硬件知识和从事计算机接口电路的分析与设计[1]。

一、主要问题

1.课程内容多，课时少

2009年前，本校计算机科学与技术的本科生专业基础课程《电路》与《模拟电子技术基础》均采用两门课教学。两门课总学时144学时（其中《电路》理论课64学时、实验课16学时；《模拟电子技术基础》理论课45学时、实验课16学时）。针对计算机专业的特点，并结合本校计算机专业学科优势及就业特点，本校对计算机专业本科生的《电路》与《模拟电子技术基础》两门课教学进行了改革，将两门课压缩为一门课，在大二第一学期完成教学，总学时48学时，其中理论课教学为40学时，实验课教学为8学时，课程内容做了适当的删减，课时量急剧减少，势必给教学带来一定的难度，如何有效的开展教学，提高教学质量，优化结构成为了本门课程首先需要解決的问题。

2.教学模式单一

对于《电路与模拟电子技术》课程教学，教师在进行传统模式的授课过程中，重教轻学，以教师为中心，授课侧重于把各章节的内容讲清楚，满足于教材上的现成知识，而忽略了学生在教学中的主体地位，造成教与学二者的脱节。例如在对某些电路进行分析，学生往往觉得枯燥、乏味，提不起兴趣，而教师也容易陷入“一头热”的现象，造成学生被动的接受知识，导致课堂效果不好[2]。如何突破传统教学模式，也是急需解决的问题。

二、针对问题，改进教学

1.选取教材，合理分配学时，优化教学结构

计算机专业在实施教学的过程中，既不能按照电类专业那样设置多门课程进行电工电子技术基础教学，又难以套用非电类专业采用电工学教材的模式开展教学。经过多次斟酌，计算机专业的本门课程不再采用高教出版社出版的邱关源主编的《电路》、康华光主编的《电子技术——模拟部分》为学生的教材，而是结合本校本专业的特点，学科发展特点，选取高等教育出版社出版的殷瑞祥主编的《电路与模拟电子技术》为教材。这样无论从知识面和知识深度，都满足了我们的要求。

要在课堂90分钟的教学时间内让学生掌握概念和问题，教师必须抓住所讲内容的内在联系，以多角度、多视角讲授知识，促使学生印象深刻，掌握知识点。电路分析分配18～20学时，模拟电子技术分配20～22学时，结合实验教学，优化教学结构。

电路分析部分，包含第一章电路基本概念和定律、第二章电路分析的基本方法、第三章交流稳态电路分析及第四章暂态电路分析，很多内容学生在“大学物理”、“高等数学”、“复变函数”等课程中都有所接触，是有基础的，因此要求尽量弱化数学，对于一些公式的推导，应该尽量简化，教师在进行现场推导和讲解也要削弱，这部分推导过程尽量由学生在课前预习和课后复习自行完成。例如第四章的暂态电路分析中，一阶微分方程的求解，是“高等数学”必修部分，这部分内容应该由学生自己推导出结论，教师在讲解过程中，只需强调微分方程在电路分析中的应用，不必重复推导求解过程。

模拟电路部分内容，出现了很多学生之前没遇到过的非线性电路元件，涉及到微观粒子的运动、特性曲线以及工程中的近似等效等内容，学生在初次学习时会感到陌生而抽象，因此，需要花较多时间慢慢讲解。同时，在讲解过程中，弱化电子元器件的内部微观粒子的运动特性，注重元器件的应用；弱化分立元件，加强集成器件的讲解及应用。例如，学习三极管特性时，原本需要通过了解半导体中载流子的运动规律由此推导出三极管三极电流的关系，但是结合第一章基尔霍夫电流定律（KCL），就可以很清晰明了的得到结论，因此，可以把这部分内容作省略，直奔结论：IB+IC=IE。

2.改变教学模式，教学手段多样化

计算机专业是软、硬件结合，面向系统开发和应用的一个宽口径专业。作为计算机专业本科毕业生，应该掌握计算机组成与体系结构、程序设计语言、操作系统等计算机科学基本理论的基础上，同时具备电子技术相关的基本知识与基本技能，以获得从事计算机硬件系统开发与设计的基本能力，为计算机专业毕业生就业拓展更宽的范围[3]。本校计算机专业学生，普遍没有认识到电子技术的重要性，学习兴趣低下，没有认真学习的心态和热情。导致后续有关硬件系统开发与设计类的课程教学难度加大，进程缓慢，从而引发整个知识体系的不牢固，影响到学生之后的就业和工作。因此，如何提高计算机专业学生学习兴趣，就必须改革教学模式，教学手段多样化。

（1）传统教学与多媒体教学共存

随着计算机应用和网络技术的发展，多媒体技术以其形象直观、信息量大、交互性强等优势，正逐步成为新型教学模式的重要组成部分[4]。建立以多媒体授课为主、以板书为辅的授课模式。

采用多媒体技术，通过新颖的、多样的的动画、图像等来展现教学内容，使课堂教学更加形象、生动和直观，激发学生学习兴趣、积极性，加强教学效果。例如，讲解正弦量的相量表示法，可以采用Flash的方式，如图一所示：

通过动画，学生可以清楚的看到正弦量与相量之间的联系，从空间域跨到相量域，学生思维的跨跃更简单。

然而实践表明这种单一的教学方法也存在不足。 使用多媒体课件教学时，课件信息量大，教师容易把主要精力和注意力放在PPT内容的变化与解释上，授课速度较快，学生与教师之间的交流互动欠缺，留给学生消化课堂内容时间有限，学生往往处于被动听课状态。

板书与多媒体结合来提高教学质量，增加学生学习兴趣，减少上述单一教学方式存在的弊端。将一些重点和难点知识在应用多媒体技术呈现形态的过程中，通过板书进行归纳和解析，以加深学生的印象。例如，讲解基尔霍夫定律时，结点，回路，网孔等基本概念可以采用多媒体技术，在电路图上清楚的标明并讲解，而例题的讲解可以采用黑板板书的教学模式，在分析、计算时，一步一步的板书，便于学生跟上教师的思路逐步领会。板书与多媒体两者有机结合进行教学，既可节省宝贵的课堂时间，学生又能有效的理解贯通。

（2）引入辅助分析软件，提供“自主式”的实践氛围

随着电工电子技术的发展，各种计算机辅助分析、设计手段越来越完善，结合本校计算机专业偏向软件，学生更偏向于计算机仿真，引入Multisim等辅助分析软件，Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。例如在分析放大电路失真情况，可以在Multisim 运行电路， 用示波器观察各电流电压波形，改变电路参数，可以直观观察饱和失真和截止失真波形。教师可以根据实际情况布置课后练习，学生课后自主仿真电路，利用开放实验室，弥补课堂上欠缺的实践氛围，提高自主学习的兴趣及能力。

（3）微课、雨课堂的引入，让教与学更明了

微课（Microlecture），是指运用信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源。微课视频时间较短、存储容量小，格式豐富，方便人们利用手机、平板等移动终端设备下载观看，做到随时随地学习[2]。由于课时大幅度删减，课堂时间有限，为了节省课堂时间，教师在授课时，必要时会弱化一些次要的内容，例如，上节中所述，弱化数学讲解，交给学生课后自主推导，这个推导过程教师就可以制作成微课视频，供学生下载观看，帮助学生更有效的学习。

雨课堂由学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发，旨在连接师生的智能终端，将课前-课上-课后的每一个环节都赋予全新的体验，最大限度地释放教与学的能量，推动教学改革。

雨课堂将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，让课堂互动永不下线。使用雨课堂，教师可以将带有MOOC视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机，师生沟通及时反馈；课堂上实时答题、弹幕互动，为传统课堂教学师生互动提供了完美解决方案。雨课堂科学地覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节，为师生提供完整立体的数据支持，个性化报表、自动任务提醒，让教与学更明了。

本文重点分析了本校计算机专业本门课程存在的课时少，内容多；教学模式过于单一；学生基础薄弱，学习兴致不高等问题，对《电路与模拟电子技术》课程进行课堂教学改革。提出优化教学结构，改革教学手段，引入计算机辅助软件、微课、雨课堂，使得教学不再单一，学生能自主有效的学习。

参考文献：

[1]殷瑞祥.电路与模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]林斌.信息技术时代下微课在《电路与模拟电子技术》课程教学中的探讨[J].通讯世界，2015，5：192-193.

[3]喻大华.计算机专业电路与电子技术课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2015，7：61-62.

[4]高玉良.电路与模拟电子技术课程教学改革的实践[J].长江大学学报（自然科学版），2008，9：335-336.

作者简介：

曹灿云（1981—），女，湖南衡阳人，硕士研究生，主要从事电工电子技术教学与研究。

作者：曹灿云

计算机类专业模拟电子技术论文 篇2：

模拟电子技术基础课程的教学问题探讨

摘 要：本文针对电子信息类本科专业的主要专业课程——《电子技术基础（模拟部分）》进行关联性分析，按照课程学习的先后顺序，从先修课程的角度和前后关联性、衔接性出发，旨在为学生建立模拟电子技术课程整体学习的主要思路为目的。探讨这门主要专业课程的学习的重要性、必要性，以及模拟电子技术基础课程设置的知识要求、能力要求，以及学完该课程之后的达成目标要求等问题，指导电子信息类专业的学生更高效地学好模拟电子技术这门专业基础课，更好地掌握模拟电子技术这门学科的核心内容，进而能具备更强的专业技能，并有利于激发学生的学习积极性，也能为该课程的教学带来一些指导性建议。

关键词：电子信息；专业课程；模拟电子技术

1 模拟电子技术基础课程的特点

模拟电子技术基础，又称为电子技术基础模拟部分，与数字电子技术一起统称为电子技术基础。是面向电子信息学科的专业基础必修课。该课程的特点包括：重要性，模拟电子技术是现代化重中之重的技术；非线性，电子放大器是一种非线性元件，需要用非线性分析方法（图解法、微变等效近似等）；工程性，在足够精确的情况下，为了计算方便，常用近似来化简；微观性，深入到原子电子级分析问题；实践性很强，动手性很强，需要很好的实践，不实践学不好；复杂性，易受多种因素影响，如温度，随机性，光照等等影响，参数宜变，参数分散等增加了该课程内容的复杂程度；基础性，是后续电子类课程的基础，也是电子信息类专业考研的课程之一；主干性，是电子信息类本科专业的主干专业课程。本课核心是电子放大器，该课程主要就是讲放大。

模拟电子技术基础课程的基本概念、基本分析方法已经渗透到了各行各业各个领域。包括广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机等；互联网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等；工业领域：钢铁、石油化工、机加工、数控机床等；交通方面：飞机、火车、轮船、汽车等；军事领域：雷达、电子导航等；航空航天领域：卫星定位、监测；医学领域：γ刀、CT、B超、微创手术等；消费类电子领域：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统等。电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛。

模拟电子技术基础课程的学习使学生牢固掌握模拟电子电路系统的分析能力和集成电路的创新设计能力，掌握模拟电子信号和系统的基本原理及基本分析方法，深入理解模拟电子电路系统的各个组成部分的基本原理，掌握应用所学典型模拟电子系统解决信号分析问题的方法，掌握集成电路的设计原理和实现方法。为学生进一步学习有关信息、通信方面的课程和今后的科研工作打下良好的理论基础。

2 模拟电子技术基础课程的先修课程

模拟电子技术基础课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路分析基础》，其中最重要的也是衔接最紧密的一门课程就是——《电路分析基础》。简单来说可以将电路分析基础和模拟电子技术基础归为同一类专业课程，从内容上看，《电路分析基础》主要让学生掌握电子电路分析的基本能力，而《模拟电子技术基础》课程则是学习对模拟信号的处理分析，从模拟电子系统的各个组成部分出发，分别学习各种典型的模拟电子电路，给学生建立起模拟系统的基本构架，为后续深入学习信号与系统的分析能力打好基础。

模拟电子技术基础课程在《电路分析基础》学习的基础上，分别从微观和宏观探讨模拟电子电路系统的各个方面。微观深入到电子原子级，讨论半导体材料的神奇，进而分析二极管、三极管和场效应管在微观领域，内部载流子运动的情况，从而让学生深入体会半导体器件的奇妙之处。宏观上从集成电路出发，理解集成电路的奥妙，小到微观电子原子级，大到模拟系统及大型集成电路的设计。学习模拟电子技术基础课程之后，学生有了系统的概念，信号处理的概念，在此基础上再进行数字电子技术的学习，学生更能理解和接受，电路分析基础和模拟电子技术基础两门课虽然内容不同，各有侧重点，但很多分析方法、理论公式都环环相扣，所以可以进行对比学习，提高学习效率。

3 模拟电子技术基础课程设置知识要求

模拟电子技术基础课程是电子信息专业本科生的专业基础主干必修课程，它具有自身的体系，是理论性、实践性都很强的课程，是学习很多后续专业课的基础。为今后深入学习电子技术在专业中的应用（例如在《信号与系统》、《数字信号处理》、《通信与系统》、《通信原理》、《嵌入式系统理论及实践》等后续专业课程中的应用）打好基础，为学生建立系统分析的概念，培养学生自主分析问题和解决问题的能力，帮助学生成功的从中学阶段对电压电流的具体求解，过渡到本科阶段自主进行信号与系统的分析能力的培养。

4 模擬电子技术基础课程设置能力要求

模拟电子技术基础课程设置能力要求以理论基础和实践操作相结合，既保证严谨的理论体系，又结合工程实践的特点。通过模拟电子技术基础课程的学习，应能具备模拟电子电路的系统分析能力、大型集成电路系统的分析计算能力、简单的集成电路设计能力，以及电子技术系统相关专业知识的自学能力。

5 模拟电子技术基础课程达成目标要求

通过模拟电子技术基础课程的学习，掌握模拟电子系统的各个部分，包括电子电路系统与信号、半导体二极管及其基本电路、半导体三极管及放大电路基础、场效应管放大电路及其应用、功率放大电路、集成电路的组成原则、集成电路运算放大器、反馈放大电路、信号的运算与处理电路、信号产生电路、直流稳压电源等典型模拟电子电路系统的分析计算能力及基本集成电路系统的设计能力，培养学生分析问题和解决问题的自主学习能力；学会用所学的典型模拟电子电路系统自主创新设计完整的模拟集成电路系统，辅助实现模拟电子电路系统的各种基本功能；能借助实际电子电路实验箱和软件模拟仿真，实现不同类型模拟电路系统的功能，通过实验环节操作训练具备处理实际工作问题的相关专业技能，理论与实践相结合，更好的理解模拟电子技术这门学科的专业知识，为后续专业课程打好基础。

6 教学方法建议

和众多电子信息类专业基础课一样，模拟电子技术基础课程以理论讲授与实践操作相结合，理论部分也是以教师讲授为主，课程内容繁多，有时候为了在有限的学时内完成全部的课程内容讲授，很多教师会全程进行讲授，学生被动的接受知识，犹如过眼云烟，没有足够的消化理解相关知识点的时间，真正理解领会的知识点非常有限，不懂的内容还需要教师花更多的时间来反复讲解，其实这样的教学模式，教师辛苦不说，教学效果还会极差。理论部分的讲授应该着重抓课前预习及课后复习，上课前十分钟用来对前一次课的内容及要求预习的内容做提问，以这种方式督促学生进行课前预习和课后复习，对知识点进行巩固。

综上所述，《模拟电子技术基础》这门课程对电子信息类专业的本科生非常重要，另外电子信息类本科专业基础课程还有很多，不仅仅是模拟电子技术基础，每门不同的专业课程都有其特点和用途，学生只要从宏观的角度，理解其中的关联性和衔接性，教师也可适当让学生了解每门课程设置的知识要求、课程设置的能力要求，以及课程的达成目标要求等，只为每一位学生能学好每一门专业课，真正具备电子信息的相关专业技能。

参考文献

[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社.

[2]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].高等教育出版社.

作者简介：杨小玲（1982-），女，湖北武汉人，湖北工业大学，讲师，博士学历，研究方向：电子信息自动化。

作者：杨小玲

计算机类专业模拟电子技术论文 篇3：

全国统编教材“计算机在材料科学与工程中的应用”编写指导思想及特点

【摘要】为适应材料科学与工程专业的教学需要,教材的内容在针对性的选择材料科学与工程中计算机应用的共性,兼顾材料科学与研究领域的广泛性、前瞻性和多学科渗透的特殊性,选择有代表性的应用领域进行介绍。内容包括:数值模拟中应用基础有限差分法和有限元法,物理场分析中的温度场及浓度扩散场分析,计算机在材料科学与工程控制中的应用从直接控制、模糊控制、多变量复杂控制、集散控制、控制管理一体化到虚拟仪表以及计算机在企业管理中的应用,计算机辅助设计、人工神经网络在材料设计、无机材料工业、有机材料工业、金属材料及复合材料应用实例及专家系统等。

【关键词】材料科学与工程 全国统编教材 计算机应用

1 前言

材料科学的发展是人类对客观物质世界的认识不断深化的结果。长期以来,人们一直按照材料的化学属性将其分为金属、无机和有机材料三大类。各类材料具有不同的化学键,因而具有不同的结构和特性。随着与材料性能和结构有关的学科的出现和现代测试技术的发展,使人类对材料的认识深入到了原子－电子层次,从而揭示了材料的组织、结构和性能之间的关系,为材料科学的建立奠定了基础。在此基础上,发现具有不同化学属性的材料之间仍存在着共同或相似的基础理论和规律。于是,金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料已不再是孤立存在的学科,相互间的联系更趋密切,相互渗透更趋明显。人们不仅仅从原子、分子性能、化学键性来区分材料,更注重对大量材料性能与结构、制备工艺等关系的了解,因而既可以由材料的组成和结构来解释或推测其具有的性能,也可以通过改变材料的组成和结构来改变其性能,还可能根据对材料性能的预定要求来设计材料的组成和结构。这也使得原来可以比较容易区分的材料属性变得模糊起来。材料的宏观性能、材料的微观结构状态和材料的制备工艺技术及计算机在材料学科中的应用等均表现出相互联系、交叉和渗透的趋势。在材料科学的形成和发展过程中,理论上的新概念、技术上的新构思、工艺上的新方法不断涌现,各分支学科彼此间的交叉渗透更加普遍,这就从客观上对材料学科专业的人才培养以及对计算机在材料科学中的应用提出了更高的要求,不仅需要掌握本专业的基础理论和工业控制技术,还需要了解相邻专业的有关知识,即拓宽专业口径,以材料科学为基础研究和开发新材料、控制新材料的工业工程。与此相适应,材料科学与工程教育也处在不断改革和发展之中,专业口径拓宽和共同基础的加强以及更好的发挥先进的计算机技术为材料类专业教学改革的必然趋势。从材料类专业设置的原则及发展趋势来看,从窄口径向宽口径发展,从“小材料”或“中材料”向“大材料”过渡,从二级学科专业向一级学科专业发展是必然的方向,与此相应的教材也一定要适应这种发展的需要。

2 材料类各学科计算机应用课程设置的现状

由于过去各高等院校对材料类专业均是设立二级学科与专业方向。故各院校均采用根据本校的专业特点开设各有关的计算机应用课程,如原来华东理工大学干大川编著、孙承绪审校的“计算机在玻璃工艺计算中的应用” (由《玻璃》编辑部出版,1988年); 原武汉理工大学吴锡琪、李立华编著的《玻璃工业计算机应用技术》(武汉工业大学出版社出版,1989年);张钦柟 、甘潮元编译的《硅酸盐工业电子计算机应用》(中国建筑工业出版社出版,1982年);由原山东轻工业学院胡昌盛、刘永杰编著的?计算机在无机材料学与工程中的应用》(山东科技出版社出版,1994年);由黄稳山编著的《水泥厂中央控制室微机及仪表》(武汉理工大学出版社,1995年);郭献军主编的《微机在硅酸盐工业中的应用》(武汉理工大学出版社,1997年), 凡此种种都是针对某一小专业方向或某一应用对象要求而编写的,在内容编排上均有所偏重,这样的小专业教材已经无法适应大专业教材的要求.

由于计算机在现代工业中应用日益普遍并取得明显的成效.随着现代化建设的需要,原有计算机应用课程与专业的教育的联系显得很不适应,而在某些院校的专业设置中有的尚未有与专业直接相关的计算机应用课程更缺乏适用的教材。随着科学技术的发展,计算机软硬件技术的不断更新换代,计算机的应用技术也向深层次发展,应用的范围越来越广,应用的技术水平也越来越多。鉴于此,1988年5月在 武汉召开全国无机非金属材料类专业教材编审委员会,并决定统编“计算机在硅酸盐工业中的应用”教材。继而在1998年6月在广州华南理工大学召开的会议上编审小组确定了该书的编写要求和编审人员。由华东理工大学孙承绪主编、本人等参与编写硅酸盐类统编教材问世。然而由于专业范围也只是针对硅酸盐类专业如陶瓷、水泥、玻璃类适用更谈不上涵盖有机高分子材料、金属材料及复合材料等专业内容,故无法适应现在形势发展对大材料专业课程内容的需求。

3 新教材编写的指导思想

本课程的教学目的是使材料科学与工程类本科生或低年级硕士生对计算机应用于材料科学与工程方面有一定的认识,了解计算机应用于材料工程的思路、方法和手段。通过本课程的学习,使学生提高对计算机应用领域的了解,以及应用的理论水平和能力。为了适应材料科学与工程大专业发展的趋势、针对性的选择材料科学与工程中计算机应用的共性、兼顾材料科学与研究领域的广泛性、前瞻性和多学科渗透的特殊性,选择有代表性的应用领域进行介绍。具体编写中应体现如下:

(1)立足“材料科学与工程”大专业,加强学生对计算机应用的基础知识、基本方法的掌握,重在应用的思路和效果。既要考虑材料专业各研究方向的共性,又要兼顾材料科学研究领域的广泛性和与多学科的相互渗透性给计算机在材料科学中应用带来的复杂性和特殊性。

(2)要加强解决实际应用中出现问题能力的培养,让学生通过本课程的学习了解怎样将计算机技术用于解决材料科学与工程领域中的实际问题并使之能初步将计算机应用于后续专业课程学习和专业设计中去,培养学生应用计算机的动手能力。

(3)要体现计算机技术在材料领域取得的最新成果和最新动向。通过学习计算机技术这一强有力的工具在材料学科的应用,促进学生们对学习的兴趣,培养和引导学生的创新意识,为学生们在以后的工作中应用计算机解决实际问题打下一定的基础。

4 需要解决的问题

(1)本课程为材料类专业学生学习计算机应用的入门教材,故编写时应避免过多过深,尽量不出现电路、原理、结构类的详细分析和介绍。

(2)本书因涉及内容广泛,既要保持本书的完整性和系统性,又要避免与有关课程如计算机语言及操作、计算机应用基础、电工与电子技术、化工仪表与自动化、模拟电子技术、超导材料、计算机专业应用(高分子材料与工程)与计算机辅助设计、实验数据课等内容的重复。

(3)书中涉及计算机应用的例子应尽量提供各小专业中使用的共性例子,以适应个别院校小专业作为教材应用。

(4)各章节要求附上相关的思考题以便加深学生对各章节内容的复习和理解。

5 课程内容安排

全书共分6章,各章的内容分别如下:

①常用计算方法和数值模拟基础

②材料科学与工程中的物理场计算机分析

③计算机在材料科学与工程控制中的应用

④计算机在企业管理中的应用

⑤计算机辅助设计

⑥神经网络和专家系统在材料科学与工程中的应用

5.1 第一章

在第一章中重点介绍正交试验和数据处理技术,在实验设计中优选法主要用于只存在一个固定影响(决定)某一事物的特性或性能。而一般材料领域中的每一组分的变化都可能影响其变化即影响材料的性能的因素有多个,解决这些问题的最好方法是正交设计。通过正交设计的基本原理、基本方法、分析方法、水平不同的正交试验设计及有交互作用的正交试验设计和正交试验设计方差分析方法。正交试验设计的插值法和曲线拟合与最小二乘法、高斯消去法解线性方程组等学习,使学生对正交设计方法有比较全面的认识,对提供的有关程序编写可大大简化正交设计过程。

5.2 第二章

在第二章中介绍了材料科学与工程中都会接触到的有关温度场的概念,通过对导热方程的推导确定了求解一切导热问题的出发点并对导热微分方程初始条件和三边界条件进行了主要的介绍,并对平面稳态温度场和非稳态导热的有限差分求解方法进行分析和比较。在浓度场的内容中对扩散方程及用数值方法求解扩散方程的基本过程进行分析,并用生产中低碳钢渗碳过程作为例子对求解过程和实验结果进行对比。

5.3 第三章

在第三章中介绍了计算机控制系统的基本概念,包括在线控制和离线控制、实时控制、闭环控制和开环控制、直接数字控制和监督控制。从计算机的参数结构分析计算机作为工业控制所具备的特点。输入输出过程通道及抑制通道所产生干扰的方法。从材料工业应用比较多的PID控制、串级控制、前馈控制、模糊控制、多变量控制、集散控制到新型的控制管理一体化,虚拟仪器是指关于具有虚拟仪器面板的个人计算机,它由通用的个人计算机、模块化功能硬件和控制软件组成。操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器的运行,完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。在虚拟仪器系统中,硬件仅仅是为了解决信号的输入、输出,软件才是整个仪表的关键。操作者可以通过修改软件的方法,方便地改变、增减仪器系统的功能和规模,所以NI (National Instruments)提出了:“软件即仪器”(The Software is the Instruments.”)的口号也不足为奇。

虚拟仪器的出现,彻底打破传统仪器由厂家定义,用户无法改变的模式。虚拟仪器给用户一个充分发挥自己才能、想象力的空间,设计自己的仪器系统,满足多种多样的应用要求,所需要的只是一些必要的硬件、软件和个人计算机。

由于虚拟仪器不但在全世界的几十个国家和地方广泛的用来测量和控制电压-电流,功率等电信号,以及温度、压力、速度和扰动等物理现象,特别是在工厂自动化、通暖控制、通讯及空调监控系统、油田探测监视系统、柴油机生产的监控系统及实验室监控系统等均有广泛应用,已成为计算机应用的一大主流,其已经在国内很多高等院校及研究机构广泛地使用,故在本章也介绍了虚拟仪器系统及其广泛应用。

5.4 第四章

第四章结合材料行业大量使用的计算机技术现代管理信息系统,介绍管理信息系统的概念。结构组成及其在企业不同管理层次的应用情况、信息系统所涉及的技术。在此基础上重点介绍数据库技术的构成、结构、数据库管理系统和数据库设计的步骤,并结合材料科学与工程专业的特点,给出了材料数据库、生产、技术管理数据库的应用实例以及完整地开发一个企业管理信息系统所需的具体阶段和步骤,并给出了具体的开发实例。

5.5 第五章

在材料领域,以前的CAD(计算机辅助设计)主要集中在金属材料领域,现在高分子材料和无机非金属材料领域的应用也在不断加深。从造型、模具、工艺设备、相图以及微观结构模拟,CAD应用的层次也在不断深化。在第五章中以大量实例介绍了CAD技术在材料领域中的应用及其发展趋势,对材料设计、相图设计、工业过程设计、设备设计、陶瓷工业热工设备辅助设计、材料微观结构设计及模拟进行了专题讨论,并简要介绍了材料模拟软件及其在材料学中的应用,包括晶体结构研究、液晶态研究、分子链构型的研究、薄膜的研究、高分子溶液研究、三维定量构效关系研究及吸附性能研究等。

5.6 第六章

人工神经网络和专家系统是被引入材料研究中的两种先进的计算机应用技术。人工神经网络具有自学习自适应能力很强,能够模拟一切线性或非线性函数,容错性好,具有较强的预测功能等优点;目前材料研究的专家系统已朝建立大型数据库发展,具有综合性知识、功能强大、研究水平较高等特点。两种技术的应用范围已经涉及到材料的组成、结构与性能,制备工艺的优化,材料性能预测等材料研究的各个方面。

本章简要介绍人工神经网络的概念、发展史、模型结构及学习算法;着重介绍使用广泛的BP人工神经网络的设计,以及神经网络在材料的结构、性能、设计、预测等方面的应用。详细讨论了BP神经网络设计中影响因素的选取如网络的层数、初始值的选取、学习的速度等。简单介绍专家系统的概念、特征、类型以及构成,较详细的介绍专家系统如材料设计专家系统、焊接专家系统、合金材料设计专家系统、陶瓷产品质量分析专家系统、化学合成专家系统、纤维增强树脂基复合材料设计专家系统的开发,对几种专家系统的应用实例进行详细的分析。

6 结语

由于计算机技术的发展日新月异,材料科学的应用范围很广泛,新的应用不断出现,这给我们编写本书带来了一定的困难,虽然作者力求把多年来积累的数学经验及科研成果、最新的应用知识和信息奉献给读者,但本书所介绍的内容和信息还远不能函盖计算机在材料科学中所有方面的应用领域,加上参编者自身的教学实践和工作经验有限,本书难免存在许多不足之处,只能在教学实践中不断积累、不断更新、不断完善以弥补本书之不足,也希望广大同行读者不吝指正。

参考文献

[1] 曾令可.计算机在材料科学与工程中的应用.武汉理工大学出版社.2004.

[2] 孙承绪.计算机在硅酸盐工业中的应用.华东理工大学出版社.1994.

[3] 郭献军.微机在硅酸盐工业中的应用.武汉工业大学出版社.1999.

[4] 王世峰等.陶瓷工业热工设备CAD系统开发及应用.硅酸盐通报.1997(6):71-74.

[5] 李英君等.计算机在材料热工领域中的应用.机械工业出版社.2001.6.

作者：曾令可　王　慧　税安泽　刘平安