摘要：本篇文章從低碳經濟的概念、核心以及主要內容方面進行了分析，根據低碳經濟的各項需求，介紹了國內外材料科學技術的應用狀況，并分析了材料科學和加工技術在各種材料領域的應用現狀以及未來發展前景，提出了發展低碳技術和低碳經濟的具體對策。

關鍵詞：低碳經濟；低碳技術；材料科學

低碳經濟是指減少溫室氣體排放量的一種經濟發展方式，特別是有效控制二氧化碳這種主要的溫室氣體的對外排放。低碳經濟的主要目標就是實現排放的最小化以及污染的最小化，實質在于提升資源的利用率并創設新型的清潔能源發展結構，實現技術創新、制度創新和觀念更新。同時，發展低碳經濟涉及到生活、生產方式以及價值觀乃至國家利益等多個范疇。世界氣候變化關乎人類的生產和延續，因此各國都圍繞低碳經濟做出了努力，通過科學技術的研發以及生活方式、生產方式的轉變來減少資源消耗、降低污染排放。實現經濟發展和社會發展的雙贏，在這樣的背景下，材料科學技術的發展逐漸引起世界各國的重視。

一、低碳經濟下材料科學技術的發展概述

在當前低碳經濟環境下，很多國家為了適應經濟全球化發展，踴躍發展科學技術。材料科學技術是其中很重要的一個范疇，很多國家將材料科學技術看作國家發展策略當中重要的構成成分，應當得到重點的扶持。在國際范圍內歐美國家較先發展材料科學技術，并且無論在科學理念還是科學研究成果方面都位居前列。其中美國的材料科技戰略的目的在于保持本國在全球范疇內的領先地位，掌握信息技術以及生命科學、環境科學乃至納米技術的發展，實現能源、信息等重要的部門和領域的要求。歐洲國家的新材料科技戰略的目標在于實現航空材料、電信材料等領域在世界范圍內的領先，在歐洲的一些國家大力發展光電材料，納米技術、超導技術等。通過產品的創新以及技術的創新，在新材料制造裝備、加工以及應用等三個方面來實現低碳經濟的發展。在亞洲國家當中，具有代表性的國家比如日本，重視材料科學技術的實用性，同時也注重產品的先進性，追求產品的高端化發展，爭取在頂尖的領域趕超美國等發達國家。日本對于新材料的研究和傳統材料的優化采用的是齊頭并進的策略，重視對現有材料的性能提升以及對舊產品的回收利用等。在新世紀新材料技術發展籌劃當中，重視環保型以及再生型產品的發展，以資源友好特性和環境保護特性為主要的發展標準，通過開發新的材料科學技術以解決資源匱乏和環境污染的問題。國內對于材料科學技術的發展也十分重視，具體體現在各大國家發展計劃當中，為材料領域提供了可觀的篇幅，在材料科學技術領域我國已經有了比較充分的技術體系，并且在材料領域的研發方面有了明顯的進步，在一些新材料領域的研究上取得了明顯的成效。但是我國缺乏自主創新能力，不夠重視帶有自主知識產權的材料以及技術的發展，嚴重妨礙了新材料以及技術的研究和發展。所以，我國依舊需要努力，改善材料技術的發展現狀，實現低碳經濟的發展。

二、低碳經濟對于材料產業的具體要求

1關于”材料”

能源、信息和材料是現代經濟發展的三大支柱，而材料更是基礎。沒有先進的材料就沒有先進的工業、農業和科學技術．重大的技術革新往往起始于材料的革新。如20世紀50年代鎳基超級合金的出現，將材料使用溫度由原來的700℃提高到900X2從而使得超音速飛機問世。而高溫陶瓷的出現則促進了表面溫度高達1000~2的航天飛機的發展。近代新技術(原子能、計算機、集成電路、航天工業等)的發展又促進了新材料的研制。當前可稱為精密陶瓷時代、復合材料時代、塑料時代或合成材料時代等等。材料可以從不同角度分類．根據材料的組成可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料(聚合物)和復合材料；根據特性和用途可將它分為結構材料和功能材料兩大類。結構材料主要是利用其力學性能，制造需承受一定載荷的設備、零部件、建筑結構等。功能材料主要是利用其特殊物理性能(電學、熱學、磁學、光學性能等)，用于制造各種電子器件、光敏元件、絕緣材料等。根據材料內部原子排列情況分為晶態和非晶態材料；根據材料的熱力學狀態分為穩態和亞穩態材料；根據材料尺寸分為一維(纖維及晶須)、二維(薄膜)和三維(大塊)材料等。

2“材料科學”與“材料科學與工程”

材料科學(MaterialsScience)~科伴隨著生產力發展和科技進步產生與發展。材料的各種性能是其化學成分和組織結構等內部因素在一定外界條件下的行為表現。研究材料主要是為了更有效地使用材料，即了解影響材料性能的各種因素，從而掌握提高其性能的途徑。材料科學是闡明材料的性能和行為與其成分及內部組織結構之間的關系。一般認為，學科間的區別不是絕對的。材料科學是由多種學科分化而產生，而又通過集成走向成熟的。材料科學產生之初，有學者認為：冶金學仍然是一門健全的學科，擁有基本理論、方法和界限，但隨著工程中日益不斷地使用聚合物、陶瓷、玻璃和復合材料，其研究拓展為材料科學(Calvert，1997)。20世紀50年代，材料科學(MaterialsScience)這一新概念，主要源于冶金學，1958至于959年間美國大學教育性質的改變和各種新材料科學研究組織的形成，是材料科學形成的標志。西北大學(NorthWesternUifiversity)是最早將材料科學作為系名的大學(1954年)，并為本科生的研究生開設了相關課程，出版了《材料性能原理(PrinciplesofthePropertiesofMaterials))(1954年)一書，材料科學領域已經發展出多個分支，包括固體物理、冶金學、高分子化學、無機化學、礦物學、玻璃與陶瓷技術。一門學術型學科抽涉及的范圍遠遠大于由大學里院系、學會和專業雜志所構成的群體，它是一所“看不見的學院(hwisiblecollege)”，它們的成員共享某一特定的研究傳統，學者們從中學到了基本的理論框架、操作規范和技術方法。DavidTumbul(1983)~E《對“材料科學”產生和發展的評述》一文中，將材料科學定義為：在超分子水平上表征，認識和控制物質的結構．并建立這一結構與性能(力學、磁、電等)間的關系，即所謂的超分子科學。

MSE(MaterialsScienee&Engineering)的概念最初產生于20世紀50年代，到1960年已經基本穩固建立。在COsMT(1974)的報告中，將MSE定義為：涉及將材料成分、結構和制備與其性能和使用建立關系所形成并應用的知識。1957年美國政府出臺了資助l2個相關實驗室計劃，首批三個材料科學實驗室分別建立在康奈爾大學、賓西法尼亞大學和西北大學。這些實驗室1972年由國家科學基金會(NSF)正式負責。此后各個大學教授的課程，也深受這些材料科學實驗室所從事工作的影響。1958年，為了更好地已經建立的新學科的特征，又在系保后面加上了。與工程，并開始了。材料科學與工程的教育，如牛津大學的材料科學系也簡單地更名為“材料系(DepartmentofMaterials)”。同期還有一批大學，如德克薩斯大學的奧斯分校等沒有設立材料科學系，但已經開始了系間合作，進行了與材料科學相關的研究生教育，通常這種教育也不僅限于在“工程學院”之內。雖然沒有這個系名，但老師的專業知識和研究生的研究工作集中在材料制備、固體化學、高分子工程與科學、X射線晶體學、生物材料、結構材料、材料理論和凝聚態材料及器件等相關領域。1964年麻省理工學院(MIT)也將系名以為“冶金與材料科學系”，1974年正式改名為“材料科學與工程系”。20世紀60年代，材料科學被引入歐洲的大學，如北威爾士大學、蘇賽克大學和伯明翰大學。1956年，中國在西方工作過的科學工作者們制定一份科學技術規劃時，認識當時的中國已經培養了具有金屬材料方面知識的科技人員，但對合金及其熱處理方面的科技人員數量不足，到1980年，已經有l7個院校的金屬物理專業改為材料科學專業。

3“材料科學”研究的實踐與方向

【摘要】我國材料科學與工程專業近幾年在素質教育改革的推進下不斷發展不斷地發展，材料科學與工程專業的本科教育應符合時展要求，以培養學生創新實踐能力為核心，提高教學質量為目標，材料科學與工程專業課程體系與實驗教學體系建設是材料科學與工程專業能夠正常發展的基礎，為促進我國材料科學與工程專業的進一步發展，筆者以《材料科學與工程專業的課程體系和實驗教學體系建設》為課題，從材料科學與工程專業相關概念解析入手，分別對材料科學與工程專業課程體系建設策略與材料科學與工程專業實驗教學體系建設策略進行了全方位、深層次地解析，并給出了筆者具有代表性的個人建議。希望對推動我國材料科學與工程專業的發展起到一定的促進作用。

【關鍵詞】材料科學與工程；課程體系；實驗教學體系；策略

1材料科學與工程專業相關概念解析

材料科學與工程專業是對材料的制備與加工、性質、使用性能等要素和這些要素間相互關系的規律研究。由于無機非金屬材料、高分子材料等各類材料在科學內涵、研究方法與設備上具有相似或共同的特點。與此同時，科學技術的發展在客觀上需要對不同種類的材料進行全面的了解和研究，材料科學與工程專業正在逐步壯大并迅速發展成為一門獨立的一級學科，體現了大學科一體化。近幾年，我國材料科學與工程教育在素質教育的改革下得到迅速的發展，探究材料科學與工程專業的課程體系和實驗教學體系建設對專業教學質量的提升、學生創新實踐能力的培養具有重要的推動作用。

2材料科學與工程專業課程體系建設策略

材料科學與工程專業課程體系建設是該專業能夠正常發展的基礎，為此首先應該加強該方面的工作。課程體系建設是個大工程，要想讓所建體系既能滿足專業發展的需要，又能符合學生實際需求，就需要做好前期的調研工作。該專業課程體系建設主要涉及四個方向，即材料制作以及加工方法研究、材料成分以及組織結構研究、材料相關物化性質的研究以及所得材料使用性能的研究。當然，在對專業課程體系的建設過程中也要主次分明，能夠根據相關理論知識的實用性對學生所學知識內容做好規劃。2.1教學內容分清主次。為了讓學生在有限的時間內獲得最具實用性的內容，就要求相關課程體系建設負責人在安排教學內容過程中要分清主次，最好能分成像了解、掌握、理解等這種層次分明、要求明確的課程體系。明確而清晰的材料科學與工程專業課程體系不僅能夠為授課教師提供更便捷的教學任務和教學目標，而且還能減輕學生的學業負擔。當然，要保證該專業課程體系建設能夠符合社會發展實際的需要。材料科學與工程專業屬于工科類專業，而工科類專業對學生實踐操作能力有著較高的要求，因此在該課程體系建設過程中應該重點突出對實踐教學的重要性，完善理論教學與實踐教學有機結合的過程，避免學生眼高手低、只會紙上談兵。2.2對相關課程進行合理地定位。對于材料科學與工程專業的學生來說，他們在大學期間要接觸很多不同性質、不同類別的課程，為了能夠讓學生清楚地了解到他們所學課程所屬類別，在對該專業課程體系建設過程中要對相關課程分門別類，對這些課程進行合理地定位。為此，要將所修課程分為公共基礎課程、專業基礎課程、專業重點課程、專業選修課程、公共選修課程、實踐教學課程。這種分類方法不僅有助于學生合理分配他們的業務學習時間，而且還能夠保證所建體系的合理性、科學性，有利于教學過程的高效進行。雖然這些課程對于學生今后的發展都非常重要，“學如初起之苗不見其增，日有所長”，任何一門課程的學習都可能會對他們今后產生影響，所以雖然按照課程的性質對這些課程進行了分類，但是這并不能代表其對學生重要性的大小。

摘要：材料科學涉及的內容比較多，屬于一門綜合性比較強的學科，在發展的過程中融入計算機技術在很大程度上提升了材料科學的發展水平。例如，鋼鐵行業的發展和經營及煉鋼過程中溫度和流體運動的監測等，這些精細化的活動都需要計算機技術作為必要的支持。如今，人們對材料提出了更高的需求，這也為計算機在材料科學中的發展奠定了現實基礎。因此，文章結合具體的應用方式及其注意事項進行更為細致的論述，旨在為促進材料科學的發展提供支持。

關鍵詞：計算機；材料科學；具體運用

現階段，計算機在材料科學領域得到了非常廣泛的應用，尤其在材料液態成型、連接成型和塑性成型的過程中，借助計算機技術的先進性可以對材料成型工藝進行升級和優化，運用定量預測的方式代替傳統模式中的動向描述。有關技術人員能夠借助這種方式來提升自身的工作效率，同時防止人工誤差對材料、工藝和環節造成的影響[1]。如今，經驗試錯法已經不適于當今時代的發展趨勢，在計算機的協助之下，工作人員能夠以更加便捷可靠的操作形式進行試驗。將計算機技術運用到材料科學中，有助于形成質量好、實用性強的材料。

1計算機技術在材料科學中的應用

1.1在新材料設計中的應用

在分析材料設計的具體方式和尺寸測量等知識的過程中，應該將人工智能和大數據技術等當下比較火熱的新技術運用到新材料設計工作中，這樣能夠拓展研究人員的思維，讓他們在實際工作中加入更多的創新理念。利用傳統模式進行工作的過程中需要運用復雜的化學理論和物理理論，計算機技術能夠將這些雜亂的試驗資料進行整合，并且衍生出全新的材料研發形式，從而有效提升工作效率，也提高了材料設計的整體質量[2]。

【論文課程建設教學改革材料科學基礎

【論文摘要本文根據上海工程技術大學材料科學和工程專業教學培養目標的特征,從課程體系和內容,教學理念,教學方法及手段,實踐教學環節改革,考核評價方式,師資隊伍建設等方面討論了“材料科學基礎”課程教改中的一些熱點新問題及教改實踐。根據我校培養優秀工程師的辦學定位,結合材料學科的發展方向,初步建立了居于“基礎適度、口徑寬廣、應用為先”標準的“材料科學基礎”課程的新教學體系,從中取得了一些較好的教改效果和經驗。

上海工程技術大學是一所以培養優秀工程師為主要目標的教學型大學。根據我校的辦學定位和特色,作為材料科學和工程學科重要基礎課程之一,“材料科學基礎”有必要在加強基礎、拓寬專業知識面和加強實踐練習等方面進行課程改革。

1課程的性質

材料科學是一門揭示探究固體材料性質規律、設計及控制材料性能的科學,其目的在于揭示材料的結構和性能之間的基本關系。探究表明,材料結構是決定材料性能的核心要素,而材料的顯微結構和材料的加工過程有密切的關系。因此,材料科學也需要探究材料在各種過程中的行為,這些過程包括加熱過程、冷卻過程、反應過程、界面過程、擴散過程、相變過程等。

“材料科學基礎”是材料科學和工程學科的主干基礎課程和核心課程,是材料科學和工程學科人才的基本知識和基本能力的重要組成部分,是本學科專業人才的整體知識結構、能力結構、素質結構的重要基石。根據我校的教學培養目標,本門課程的教學實踐必須著眼于培養未來的材料工程師,緊貼上海市發展先進制造業的需求,結合本校材料科學重點學科的發展方向,在進行材料科學基礎理論和基本技術教育的基礎上,側重進行材料開發應用、材料改性和材料加工的工程教育。

摘要：材料科學技術對航空航天領域的發展具有重要的支撐作用。“工程材料學”是航空主機類專業學生學習掌握材料知識的主要渠道。本文以相關專業實施“卓越工程師”教育培養計劃為背景，研究了航空類不同專業對材料知識的需求，探討了在不增加總課時的前提下改善課程教學效果、提高教學質量的途徑。

關鍵詞：“工程材料學”；航空航天專業；教學改革

“工程材料學”是航空主機類專業（包括飛行器設計與工程、飛行器動力工程、飛行器制造工程和機械工程等專業）的學科基礎課程。該課程雖然僅有48學時，但承擔著為未來的航空工程師構建材料知識體系的重任，對學生今后的發展起著重要作用。本文結合近年的工作實踐，對該課程在教學要求、教學內容和教學方法等方面的改革進行研討。

一、高度重視航空和材料領域發展對“工程材料學”課程教學的影響

材料學既是基礎科學，也是應用科學。材料科學與技術的發展，解決了很多工程領域的關鍵問題，有力地推進了相關科學和技術的進步，使得材料科學成為最活躍的科學領域，材料產業也成為國民經濟發展的重要支柱產業。“工程材料學”以物理學、化學等理論為知識基礎，系統介紹材料科學的基礎理論和實驗技能，著重培養學生把這些知識應用于解決工程實際中提出的對材料結構、性能等方面問題的能力。作為一門重要的學科基礎課程，“工程材料學”具有較長的開設歷史，在人才培養中發揮了重要的作用。航空航天領域的發展對工程技術人員的能力素質提出了更高的要求，特別是“卓越工程師”教育培養計劃的實施，對工程類課程建設的需求更加迫切，有必要以新的形勢為背景反思該課程的教學改革。航空以眾多學科知識、先進研究成果為基礎，已發展成為一個由多個分系統組成的大系統，需要工程技術人員采用系統工程的方法進行綜合設計。現代航空技術一百多年的發展，使得人們可以在更大的范圍內探索天空，也使得飛行器的工作條件更加惡劣，工作環境更加嚴苛。現代飛行器不僅要具有速度快、航程大、載重多等特點，還要滿足節能低碳等要求。材料科學技術的發展，為解決航空航天領域的諸多難題提供了可能，“一代材料，一代飛機”已成為飛行器發展公認的規律。這對航空航天工程技術人員的材料知識提出了更高的要求。在飛行器及其主要部件的設計、制造和維護工作中，要全面認識材料的性質和特點，才能挖掘材料的潛能，充分利用材料的特性，滿足工作需要。面對航空航天迅猛的發展形勢，僅了解和掌握已有材料的知識是不夠的。具有創新素質的工程技術人員，要了解材料科學與工程的發展方向和趨勢，分析材料領域的發展對航空航天領域的影響，同時要認真研究具體工作對新材料、新工藝的要求，明確材料發展的需求。在新型飛行器的研發過程中，要綜合考慮用戶對飛行器總體性能的多種要求，對各項技術參數進行統一的優化。在落實對飛行器性能的要求時可以發現，很多要求是相互矛盾的，比如飛機的航程和機動性就存在著較大的矛盾。為了獲得較好的綜合性能，需要對飛機進行一體化設計，要及時掌握各種設計方案對飛機主要材料和工藝的要求，對飛機整體結構進行綜合優化。在此過程中，各部門工程師都需要和材料系統密切配合，才能實現信息和資源共享，降低全系統的風險，提高系統的可靠性和綜合性能。材料科學技術的迅速發展也對課程教學提出了新的要求。材料科學與技術是研究材料成分、結構、加工工藝與其性能和應用的學科。在現代科學技術中，材料科學是發展最快速的學科之一，在金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、耐磨材料、表面強化、材料加工工程等主要方向上的發展日新月異，促使“工程材料學”課程內容的不斷充實。“工程材料學”課程要系統講授材料科學與技術的基礎理論和實驗技能，使得學生掌握工程材料的合成、制備、結構、性能、應用等方面的知識。早期的航空工程結構以自然材料為主，如在美國萊特兄弟制造出第一架飛機上，木材占47%，普通鋼占35%，布占18%。隨后，以德國科學家發明具有時效強化功能的硬鋁為代表，很多優質金屬材料被開發出來，使得大量采用金屬材料制造飛機結構成為可能，也使得研究者們投入了更多的精力于金屬材料的探索。相應地，這一時期“工程材料學”課程內容也以金屬材料為主。上世紀70年代以后，復合材料開始在航空領域應用。復合材料具有較高比強度和比剛度的優點使得工程技術人員對其抱有很大的希望。航空工程師首先采用復合材料制造艙門、整流罩、安定面等次承力結構，而現在復合材料已廣泛應用于機翼、機身等部位，向主承力結構過渡。復合材料因其良好的制造性能被大量應用在復雜曲面構件上。復合材料構件共固化、整體成型工藝能夠成型大型整體部件，減少零件、緊固件和模具的數量，降低成本，減少裝配，減輕重量。復合材料的用量已成為先進飛行器的重要標志。相應地，復合材料必然要在“工程材料學”課程中占重要地位。鈦合金的開發和應用使得飛行器具有更好的耐熱能力，提高了發動機、蒙皮等結構的性能，有效解決了防熱問題。“工程材料學”課程的教學內容應該及時反映材料科學在提高飛行器性能方面的新應用與新進展。與此同時，其他相關學科也取得了長足的發展，使得主機專業教學內容大幅度增加，“工程材料學”課程的教學內容和學時之間的矛盾愈加突出。

二、認真分析專業教學對“工程材料學”課程的不同要求

隨著我國經濟的高速發展，中國加入WTO和經濟全球化時代的到來，加之科學技術的飛速發展，各學科知識體系不斷交叉融合。為了縮短與他國的信息交流距離，盡快與世界接軌，我國迫切需要既有很強的專業知識又精通外語的復合型高素質人才。雙語教學已經成適應時代需要的教學改革的必然趨勢，成為當前高校教學改革的一個熱點。2001年9月教育部高等教育司頒發了《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》，明確提出要在高校積極推動使用英語等外語進行教學，其中“本科教育要創造條件使用英語等外語進行公共課和專業課教學”，還特別強調“高新技術領域的生物技術、信息技術、新材料技術等專業，更要先行一步，力爭三年內，外語教學課程要達到所開課程的5％至10％”。這份文件的頒發，不僅使高校開展雙語教學的目的、意義、必要性和重要性得以升華，而且對推動全國高校開展雙語教學提高教學質量將發揮重要的指導價值J。國內的一流院校已率先引進國外先進的原版教材，在研究生和本科生中推行雙語教學。而地方院校也應該積極科學地應對高等教育的國際化趨勢，根據自身的條件和特點，選擇合適的學科和模式，積極探索和開展雙語教學。

一、制約材料科學與工程導論雙語教學開展的現狀

長期以來，我國高等院校理工專業課程教學一般僅使用母語授課，只在有限的公共英語課和專業英語課上采用英語教學。造成這種局面的主要原因一方面是高校對雙語教學重視不夠，另一方面是專業課教師的英語水平有限。盡管理工專業課教師多數具備很強的專業知識背景，并且在長期跟蹤領域前沿的過程中形成了較優秀的英語讀寫能力，但由于缺乏英語交流環境，其英語口語能力普遍較弱，甚至有的發音還不夠標準。這就導致了教師在授課時不敢或是不愿說英語，從而限制了雙語教學的開展。另外，學生們長期以來普遍重視讀寫，忽略聽說，一定程度上給雙語教學帶來了困難此外，相關外文課外參考資料也不夠豐富，雖然互聯網上知識繁多，但是內容散亂，無法形成系統的教學資料。盡管可以采用引進國外優秀教材的方式彌補這一缺陷，但是由于地方院校的學生英語水平參差不齊，若直接使用引進的原版教材，大部分的學生都會感覺理解困難，甚至失去學習的信心和興趣。這樣不僅難以達到提高學生英語能力的目的，而且會導致學生失去本該輕松掌握的專業知識。因此，編寫結構合理、詳略得當、有所側重的中英文對照教材顯得尤為重要。

綜上所述，傳統的教法、學法和教材都制約了雙語教學的開展，但開展材料科學與工程導論雙語教學仍勢在必行。材料科學與工程導論是湖南科技大學金屬材料工程專業本科生的必修學位課，于大三第一學期開設，在金屬材料專業(本科)的教學中，材料科學與工程導論既涉及到材料的發展和各種材料的特點，又需要講述材料科學與材料工程的基礎知識。其主要特點如下：

(1)覆蓋面廣——涉及史學、物理學、化學、材料學、工程學等多種學科知識的綜合；

(2)內容新——盡管人類使用材料已有幾百萬年的歷史，但材料科學與工程在2O世紀五六十年代才形成一門完整的學科，目前仍處在高新技術的前沿領域，內容日新月異；

摘要:本文針對高校課程改革的迫切需求及該課程在教學中存在的現實問題，嘗試對“計算機在材料科學中的應用”這門課程的教學進行改革，提出“四位一體”教學模式和該模式的具體實施策略。將研究型探究式教學、線上線下體驗教學、前沿知識教學和課程思政教學四個方面在教學實施中進行有機整合，使該課程在教學中實現教、學、做、評的融合，有利于學生厚植理論基礎、啟發創新思維、拓展學科視野、樹立文化自信，助力應用研究型人才培養。

關鍵詞:計算機;材料科學;四位一體;教學模式

隨著計算機模擬技術的快速發展，材料科學研究已經從傳統的試錯法逐步走向多元化、多尺度化研究［1-2］，材料研發模式的變革對人才培養提出了新的挑戰。因此，國內各高等院校認識到“計算機在材料科學中的應用”課程的重要性［3-4］。該課程是材料類專業本科生的一門專業必修課程，其目的是為了培養學生運用計算機進行材料科學研究和解決材料工程領域實際問題的能力，提升學生創新精神和科技探索能力。然而，在教學過程中存在重理論輕實踐、教學模式單一、前沿性不足、思政育人單調等問題。在新工科背景下，迫切需要進行教育教學改革，不斷提升學生利用計算機技術工具分析和解決問題的能力，進而提高課程教學效果。

一、當下“計算機在材料科學中的應用”課程教學存在的問題

“計算機在材料科學中的應用”課程涉及的理論知識面較廣，是融合計算機技術和材料科學學科基礎的跨學科課程。課程對該專業學生的發展具有重要奠基作用，因此這門課程的教學質量日益受到重視。但因各個高校學科設置和師資力量不同，該課程教學主要采用傳統的理論授課的形式進行，通過對這門課程教學過程的調研，發現在教學中還存在以下問題。

(一)教學觀念上重理論輕實踐

全球氣候變暖對人類的生存和發展具有嚴峻挑戰，由此提出“低碳經濟”。所謂低碳經濟，是指在可持續發展理念指導下，通過技術創新、制度創新、新能源開發等多種手段，盡可能地減少高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，[1l達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。低碳經濟實質是能源高效利用、清潔利用和低碳或無碳能源開發；核心是能源技術創新、制度創新以及人類生存發展觀念的根本性轉變。低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，是人類社會繼農業文明、工業文明之后的又一次重大進步。在談到減排時，不少人首先想到的是可再生資源和清潔能源供應，但這是不完全正確的。減排最大的潛力在于人們開發新材料新技術，如綠色制造技術，納米材料和納米技術，碳捕捉及封存技術(CCS)，12]新型電子信息技術，新的鋼鐵生產方法，清潔煤技術等，這些才是人們應該廣泛關注的問題。

一、低碳經濟形勢下國內外材料科學技術的發展現狀

在低碳經濟形勢下，為爭取其經濟和科技的領先地位，世界各國都十分重視材料科學技術的應用和發展，把新材料新技術作為科技發展戰略的重要組成部分，予以重點支持。美國新材料科技戰略目標是保持本領域在全球的領導地位，支撐信息技術、生命科學、環境科學和納米技術等發展，滿足能源、信息等重要部門和領域的需求。美國氫燃料研發主要集中在生產、儲存和氫的配送技術及驅動汽車的幾乎無空氣污染物和溫室氣體排放的燃料電池技術開發上，研制的高效堆積式多結砷化鎵太陽能電池的轉換效率達到31％。通過在宇航發動機中增加先進結構材料，把發動機的推重比提高到20，大大降低飛機的重量，節約能源。歐盟新材料科技戰略目標是，在航空航天材料、電子信息材料等領域競爭領先優勢。歐盟科研公司大力發展光學材料、磁性材料、燃料電池技術、納米技術、超導體、信息存儲技術、鈦基復合材料等。通過產品創新和技術創新，在新材料制造裝備、加工和應用三個方面來發展低碳經濟，并計劃到2020年溫室效應氣體在1990年的基礎上至少減少20％。H1日本新材料科技戰略目標是保持產品的國際競爭力，注重實用性，在尖端領域趕超歐美。日本對新材料的研發與傳統材料的改進采取并進的策略，注重已有材料性能的提高及回收再生。15]在21世紀新材料發展規劃中將研究開發與資源、環境協調的材料以及減輕環境污染且有利于再生利用的材料作為主要考核指標。通過開發新的材料科學技術以解決資源短缺和環境污染問題。我國歷來重視材料科學技術的發展，在各項國家計劃中都給予了材料領域重點支持，如973、863、科技攻關計劃等。在低碳經濟形勢下，我國已形成了比較完善的材料科技體系，在材料領域的研發方面取得了長足進步，某些新材料領域具有明顯的資源優勢和技術優勢，如納米碳管、有機發光材料、稀土永磁材料等方面進入國際先進行列。但我國自主創新能力弱，缺乏有自主知識產權的新材料產品及技術，嚴重阻礙新材料新技術的研究發展。因此，我國正通過各方面的不斷努力，改進材料的加工制備技術、工藝及裝備，大踏步向低碳經濟邁進。

二、低碳經濟對新材料產業的發展要求

展望世界經濟的未來，低碳經濟要帶動實體經濟的發展，必須借助新材料新技術的支撐。低碳經濟對新材料產業提…的總體要求是：為推動經濟向低消耗、低碳排放的轉提供物質基礎。具體包括：

1產業結構調整升級。低碳經濟形勢下，根據傳統產業的低碳升級改造和新興戰略性產業發展的需要，新材料產業需要加速調整產業結構，壓縮初級材料加工：[業產能，推動產業鏈向精深升級發展，優化產業結構和區域布局。

材料科學與工程學院作為西部地區材料科學與工程人才的培養基地和科學研究基地，長期以來緊密結合西部，特別是甘肅省區域經濟和地方資源特色，立足有色金屬新材料及其加工成型的新技術、新工藝的開發研究，形成了健全的本科、碩士、博士的多層次材料、冶金學科高級專業人才培養體系。多年來，學院依據國家、地方、區域經濟發展需要，形成了自己獨特的科研特色，培養出了一支具有較強科研實力的研究隊伍，在基礎理論研究，應用開發研究，新產品開發方面做出了一定成績，取得了一系列研究成果，培養出了一批優秀的高級專門人才，為國家尤其是西部地區經濟社會發展做出了一定貢獻。

學院現從事科研工作教師及技術服務人員92人。其中正高級職稱27人，副高級職稱31人。具有博士學位36人，碩士學位41人。入選教育部“新世紀優秀人才計劃”1人，甘肅省特聘科技專家2人，國家級專家及國務院特殊津貼獲得者12人，省部級專家13人。

近年來，在學校黨委、行政的正確領導下，在各職能部門的具體指導下，在兄弟院系的大力支持下，學院全體教師的共同努力，我院科研工作取得了很大成績。

一、學科建設成績斐然

根據學校學科建設與發展總體要求和學院學科建設的實際，學院認真落實學科建設與發展規劃，實現了學院材料與冶金學科發展并舉，并突出學科特色的目標。

2005年，學院成功獲得了材料科學與工程一級學科博士學位授權點，突破了我校無一級學科博士點的歷史，提高了學校與學院的辦學層次。同時，材料科學與工程一級學科碩士授權點也獲得認定。目前學院已擁有材料科學與工程一級學科博士授權點及材料科學與工程一級學科博士后科研流動站，材料科學與工程一級學科碩士授權點、冶金物理化學與有色金屬冶金2個二級學科碩士授權點、材料工程領域工程碩士授權點、材料加工工程高校教師攻讀碩士學位授權點，從而形成了學士、碩士、博士及博士后培養的完備的人才培養體系。