计算机在材料检测方面的应用论文

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范文题目：关于新工程教育计算机专业离散数学实验教学研究

摘要: 立足新工科对计算机类专业应用实践能力培养的要求，分析了目前离散数学教学存在的关键问题，指明了开展离散数学实验教学的必要性。在此基础上，介绍了实验教学内容的设计思路和设计原则，给出了相应的实验项目，并阐述了实验教学的实施过程和教学效果。

关键词:新工科教育;离散数学;计算机专业;实验教学

引言

新工科教育是以新理念、新模式培养具有可持续竞争力的创新型卓越工程科技人才，既重视前沿知识和交叉知识体系的构建，又强调实践创新创业能力的培养。计算机类是新工科体系中的一个庞大专业类，按照新工科教育的要求，计算机类专业的学生应该有很好的逻辑推理能力和实践创新能力，具有较好的数学基础和数学知识的应用能力。作为计算机类专业的核心基础课，离散数学的教学目标在于培养学生逻辑思维、计算思维能力以及分析问题和解决问题的能力。但长期以来“定义－定理－证明”这种纯数学的教学模式，导致学生意识不到该课程的重要性，从而缺乏学习兴趣，严重影响学生实践能力的培养。因此，打破原有的教学模式，结合计算机学科的应用背景，通过开展实验教学来加深学生对于离散数学知识的深度理解是实现离散数学教学目标的重要手段。

1．实验项目设计

围绕巩固课堂教学知识，培养学生实践创新能力两个目标，遵循实用性和可行性原则，设计了基础性、应用性、研究性和创新性四个层次的实验项目。

(1) 基础性实验

针对离散数学的一些基本问题，如基本的定义、性质、计算方法等设计了7个基础性实验项目，如表1所示。这类实验要求学生利用所学基础知识，完成算法设计并编写程序。通过实验将抽象的离散数学知识与编程结合起来，能激发学生学习离散数学的积极性，提高教学效率，进而培养学生的编程实践能力。

(2) 应用性实验

应用性实验是围绕离散数学主要知识单元在计算机学科领域的应用来设计实验，如表2所示。设计这类实验时充分考虑了学生掌握知识的情况，按照相关知识点的应用方法给出了每个实验的步骤。学生甚至不需要完成全部实验步骤即可达到实验效果。例如，在“等价关系的应用”实验中，按照基于等价类测试用例的设计方法给出了实验步骤，对基础较差的学生只需做完第三步即可达到“巩固等价关系、等价类、划分等相关知识，了解等价关系在软件测试中的应用，培养数学知识的应用能力。”的实验目的。

(3) 研究性实验研究性实验和应用性实验一样

也是围绕离散数学主要知识单元在计算机科学领域中的应用来设计实验，不同之处在于，研究性实验的实验步骤中增加了一些需要学生进一步探讨的问题。这类实验项目一方面为了使学生进一步了解离散数学的重要性，另一方面为了加强学生的创新意识与创新思维，提高计算机专业学生的数学素质和能力。表 3 给出了研究性试验项目。

(4) 创新性实验

在实际教学中还设计了多个难度较高的创新性实验题目，例如，基于prolog语言的简单动物识别

系统、基于最短路径的公交线路查询系统、简单文本信息检索系统的实现等，完成该类实验需要花费较长的时间，用到更多的知识。通过这些实验不仅有利于培养学生分析问题、解决问题的能力和创新设计能力，也有利于培养学生独立思考、敢于创新的能力。

3．实验教学模式的构建

通过实验教学环节无疑可以激发学生对课程的兴趣，提高课程教学效率，培养学生的实践创新能力。但是，近年来，为了突出应用性人才培养，很多地方本科院校对离散数学等基础理论课的课时进行了压缩，加之地方本科院校学生基础较差，使得离散数学课时严重不足，不可能留出足够的实验教学时间。针对这种情况，采用多维度、多层次的教学模式进行离散数学实验教学。

(1) 将实验项目引入课堂教学

在离散数学的教学过程中，将能反映在计算机科学领域典型应用的实验项目引入到课堂教学中，引导学生应用所学知识分析问题、解决问题。例如在讲授主析取范式时，引入加法器、表决器的设计，并用multisim进行仿真演示，让学生理解数理逻辑在计算机硬件设计中的作用。又如讲谓词逻辑推理时，引入前一届学生用Prolog完成的“小型动物识别系统”作为演示实验。这些应用实例能够让学生体会数理逻辑在计算机科学领域的应用价值，不仅激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率，也锻炼了学生的逻辑思维，培养了学生的系统设计能力。

(2) 改变课后作业形式，在课后作业中增加上机实验题目

由于课时有限，将实验内容以课后作业的形式布置下去，让学生在课余时间完成实验任务。例如讲完数理逻辑内容后，布置作业: 编写 C语言程序，实现如下功能: 给定两个命题变元 P、Q，给它们赋予一定的真值，并计算P、P∧Q、P∨Q的真值。通过完成，使学生掌握命题联结词的定义和真值的确定方法，了解逻辑运算在计算机中的实现方法。又如，把“偏序关系的应用”实验作为“二元关系”这一章的课后作业，给定某专业开设的课程以及课程之间的先后关系，要求学生画出课程关系的哈斯图，安排该专业课程开设顺序，并编写程序实现拓扑排序算法。通过该实验学生不仅巩固了偏序关系、哈斯图等知识，而且了解到偏序关系在计算机程序设计算法中的应用和实现方法。

(3) 布置阅读材料

在教学中，通常选取典型应用和相关的背景知识作为课前或课后阅读材料，通过课堂提问抽查学生的阅读情况。这样，不仅使学生预习或复习了课程内容，同时也使他们对相关知识点在计算机学科领域的应用有了一定的了解。例如，在讲解等价关系后，将“基于等价类的软件测试用例设计方法”作为课后阅读材料; 在讲解图的基本概念之前，将“图在网络爬虫技术中的应用”作为课前阅读材料; 货郎担问题和中国邮路问题作为特殊图的课后阅读材料。通过这些阅读材料极大地调动学生学习的积极性，取得了非常好的教学效果。

(4) 设置开放性实验项目

在离散数学教学中，通常选择一两个创新性实验项目作为课外开放性实验，供学有余力的学生学习并完成，图1给出了学生完成的“基于最短路径公交查询系统”界面图。同时，又将学生完成的实验系统用于日后的课堂教学演示，取得了比较好的反响。

(5) 利用网络教学平台

为了拓展学生学习的空间和时间，建立了离散数学学习网站，学习网站主要包括资源下载、在线视频、在线测试、知识拓展和站内论坛五个部分模块，其中知识拓展模块包含背景知识、应用案例和实验教学三部分内容。通过学习网站，学生不仅可以了解离散数学各知识点的典型应用，还可以根据自己的兴趣选择并完成一些实验项目。在教学实践中，规定学生至少完成1－2个应用性实验项目并纳入期中或平时考试成绩中，从而激发学生的学习兴趣。

4．结束语

针对新工科教育对计算机类专业实践创新能力的要求，在离散数学教学实践中进行了多方位、多层次的实验教学，使学生了解到离散数学的重要

性，激发了学生的学习兴趣，提高了学生程序设计能力和创新能力，取得了较好的教学效果。教学团队将进一步挖掘离散数学的相关知识点在计算机学科领域的应用，完善离散数学实验教学体系，使学生实践能力和创新思维得以协同培养，适应未来工程需要。

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电子计算机在热处理行业的应用 热处理生产过程的计算机网络控制 在建立数学模型对热处理工艺过程进行数值模拟的基础上，辅以热处理生产中各种物理量参数的传感器检测装置以及热处理生产工序运动的程序控制软件，就组成了热处理工艺过程控制系统(控制软件和设备、传感器、仪表的结合体)。八十年代初国内已开展热处理生产过程计算机控制的研究，至今，碳势控制技术、炉温控制系统、真空热处理控制系统等已逐步实用化，已具备推广的条件。PID自整定、模糊数学与PID混合算法、多因素碳势精确控制等己得到比较广泛的应用口。计算机技术的发展要求将单独控制或管理的单元用计算机通讯系统联成网络，并由一台主计算机负责管理和控制，各独立单元除了可完成各自的控制和管理功能外，还可和主计算机交换信息和完成主计算机分配的工作，这就构成了计算机网络，热处理计算机网络系统是近些年计算机控制技术发展的热点。当前的热处理计算机网络除包括主计算机和各单元外，一般还包括功能强大的数据库和专家系统，可以为网络的各个终端提供更多的服务，具有更多的功能，其作用已远远超出了最初的控制和管理功能。 热处理数据库与辅助决策系统 数据库系统是数据处理的核心机构，成为现代计算机十分重要的应用领域。热处理领域需要利用信息处理技术处理大量的数据，热处理技术的信息与管理需在操作系统的支持下，通过应用软件建立数据库来完成。热处理数据库依工作领域大体可分为金属材料数据库、热处理原理数据库、热处理工艺数据库、典型零件热处理数据库、热处理设备数据库等。热处理数据也是一项基础科研技术，诸如热处理计算机模拟技术，热处理计算机辅助设计技术和计算机辅助工艺设计技术，人工智能热处理技术的开发应用以及热处理集成制造系统的发展都需要有强大的热处理数据的支持。我国十分重视热处理数据库的建立和开发应用工作，许多单位作出了积极的努力并取得进展。另外，基于数据库技术开发的辅助决策系统提供了良好的数据查询、合理选材、工艺参数设计优化等功能，是热处理专业人员的得力工具。 智能热处理技术与计算机智能化仪表 热处理智能技术是用信息技术改造热处理的结果，使热处理由基于经验的技术向基于知识的技术转化，在这一发展过程中，除了信息技术的发展和普及使热处理的面貌不断改观之外，还应特别注重热处理知识的应用和知识的创新。热处理智能控制技术由现代控制理论、热处理CAE／CAM一体化系统、智能化传感与测试技术、生产记录的管理和利用等子系统所组成，其中热处理CAE／CAM具有自动生成优化的热处理工艺，自动实现生产过程的自动控制，自动处理各种因素的影响和在生产过程中自动补偿偏差对热处理质量的影响等功能，例如动态碳势控制和动态可控渗氮技术已在生产中推广应用。将计算机和微电子技术与传感器、测试仪表技术相结合构成智能化仪表，这是传感器和测试仪表技术发展的必然趋势。我国自80年代在这一领域开始起步，已经研制和开发出许多热处理智能化仪表，如TAS图像分析仪，JST-900型淬火介质冷速测定仪，个人仪器冷却介质测试仪，微机控制真空仪，便携式微机硬度计，微机控制氧探头碳控系统，智能化温控仪，微机控制气氛控制器，便携式智能化测振仪，涂层测厚仪，粗糙度仪，渗碳工艺控制仪和气体渗碳／碳氮共渗微机控制仪等。 热处理生产的计算机管理 国内一些工厂热处理生产管理软件大多是用户自行开发的，用于生产统计、工时定额管理、财务管理、能源管理和工艺资料管理等，大幅度降低管理和统计人员的工作量，减少乃至消除报表中的抄写错误，提高统计精确性，便于存储和调用等。然而，我国热处理生产计算机管理的水平还很低，用于热处理的经营决策软件、优化生产计划软件、管理与生产过程自动化及物流自动化相结合的软件等高级管理软件几近空白。热处理生产的计算机管理在节能减耗、降低成本、提高效率以及适应机械工业向多品种少批量发展等方面有着巨大的潜力，组织力量抓紧开发各种商品化的热处理生产管理软件乃当务之急。1.5 计算机模拟技术 加热和冷却过程中温度场、组织转变和应力场的计算机模拟对热处理技术的发展有极其重大的意义，并且是多学科交叉，难度很大的研究项目。基于偏微分方程数值解、计算传热学、相变动力学定量计算温度一相变一应力三者之间的耦合、其流动力学计算软件、热处理数据库等一系列基础工作的进展，热处理计算机模拟在近些年得到迅速发展。从加热过程、淬火冷却、感应加热及高能密度热处理等计算机模拟的成果可以看出，它具有高效、逼真、全面地反映热处理过程中各种变化规律的优点。随着计算机模拟技术的进一步发展和推广应用，热处理技术必将摆脱凭经验进行生产的落后状态，实现热处理过程的精确预测和严格定量控制。热处理计算机工艺管理系统概述 一直以来，工厂工艺编制采用的是一种传统的工艺过程设计方法，即由工艺人员以手工方式进行的个体劳动，工艺过程设计的质量完全取决于人的技术水平和经验。生产实践表明，不同的工艺人员为同一零件设计工艺过程往往会产生不同的方案，甚至同一个人几次为同样零件设计的工艺过程也会有所差别。因此，完全依靠人的技术和经验来设计工艺过程，不可能保证工艺方案的优化和标准化，计算机辅助工艺设计(CAPP)技术的应用将改变传统工艺编制方法的落后面貌，是实现工艺设计现代化、工艺过程最优化和标准化的必由之路。 热处理计算机工艺管理系统是将数据库技术、计算机辅助设计、计算机作图等功能整合起来的综合系统。数据库系统及计算机辅助设计系统的有机结合是系统设计与程序设计的关键。数据库管理功能的实施，即对数据记录的添加、删除、更新、文件报表的打印，数据文件与记录的查询、显示等功能的实施，实现了热处理车间产品工艺与设备的计算机管理、与车间技术服务有关的各类基础技术数据及常用数据的管理、国内外信息的管理。为弥补经验数据的不足，依据热处理原理、公式及手册数据等建立常规工艺计算机辅助设计程序。在计算机软件系统中收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，通过应用各种工艺决策逻辑规则，根据输入的零件图形和加工信息，模仿工艺人员，自动生成零件的工艺规程。 通过完善的技术文件和质量记录管理，为热处理过程提供证据。按热处理要求规范有效保存热处理生产执行情况和质量情况的原始记录，热处理工艺过程参数记录尽量采用自动记录的数据，并作好标识。这些资料是质量管理必不可少的根据，作为设备、工艺、工序过程有效运行，内部班组信息有效传递，设备、工艺有效调整的原始依据，是提高和改进质量的信息来源，一旦发生质量事故，可以据此进行质量跟踪。 热处理计算机过程控制系统概述 随着微电子技术的发展，智能仪表功能更强大，技术更成熟，价格也逐渐下降，质优价廉的智能化控制系统已受到广大用户喜爱和选用。加热炉实行计算机集散控制是必然趋势，尤其对控温区域众多、控温精度要求较高的加热炉控制十分适宜，如连续式加热炉、化学热处理炉、大型退火炉等。对于现代化热处理车间全部加热设备均采用计算机集中管理，分散控制，不仅可提高加热炉的自动化控制水平，也为提高加工产品质量提供了可靠保障。 在Windows系统下采用面向对象的语言，设计系统监控机上的监控模块实现工业现场运行状态的实时监控与系统调节，通过鼠标直接点击操作，具有直观、操作方便等特点。其功能包括：定时巡回与下位智能温控仪表和高精度智能温度采集模块通信，读取现场炉温和状态数据；对现场数据进行数字滤波、错误判定等一系列处理，实时在线显示所有工业现场的炉温、控制阶段标志、运行状态，并可以绘制、显示实时运行的控温曲线和工艺曲线，各个控制曲线用不同的颜色进行区别；对设定的工艺曲线和实时工艺曲线进行显示、打印、保存，对故障进行报警、保存和紧急停止等。 4 课题研究的内容及意义4.1 课题研究的内容 本文按照ISO 9000系列质量体系标准，根据热处理企业生产特点，利用Visual Basic语言和SQL Server 2000数据库开发系统开发一套适用于热处理生产工艺管理和过程控制的计算机应用软件系统。本系统的开发可显著降低生产过程中工作人员的工作量，保证热处理工艺实施的准确性和热处理质量的可控性，实现热处理生产过程的全面质量管理。 工厂的热处理生产过程主要分为两大部分：①热处理厂接收生产任务，由工艺设计人员根据待处理工件的信息和技术要求设计热处理工艺；②热处理工人根据设计的热处理工艺对零件进行热处理，获得符合实际性能要求的零件。因此，分别针对热处理生产过程中上述的两个过程，将本系统分为热处理工艺管理和热处理过程控制两部分。(1)热处理工艺管理子系统涉及大量的数据信息：接收到的生产任务信息，零件的成分信息，临界点及过冷奥氏体转变曲线等信息，各种钢的热处理工艺规范信息(各种技术指标及热处理温度等数据)，设计的工艺曲线数据(包括温度、时间及冷却介质等数据)等等。对于处理大量的数据信息，采用数据库技术是最为高效、便捷的方法，不但能够降低数据处理的复杂度、而且易于实现对各种数据的有效管理。热处理过程控制子系统能够连接数据库，直接导入热处理数据库中的工艺数据；实现与控制仪表的通讯，将工艺曲线的“温度一时间”数据输入到仪表的控制模块中，执行热处理工艺时实时采集、显示和保存该过程的“温度一时间”数据，大大提高了生产过程的自动化程度和控制精度。4.2 课题研究的意义 热处理过程控制系统利用AI工业调节器的先进算法与计算机技术提高热处理生产过程的温度控制精度，根本上保证了热处理质量，同时改善了工作环境，减轻了工人的劳动强度。并且如果工件出现质量问题，可以根据计算机中存储的热处理生产过程数据记录，查出问题根源，确定解决及补救方案。热处理工艺管理系统利用计算机编程和数据库技术实现热处理工艺的计算机制定及大量热处理数据的储存、调用等等。通过计算机对热处理数据的管理使生产效率及标准化程度大大提高，避免了工艺过程的随意性，使热处理过程具有良好的回溯性。热处理工艺管理与过程控制系统是热处理工业生产技术进步的必然产物，通常热处理工艺管理系统和热处理过程控制系统相辅相成。热处理工艺管理与过程控制系统生成并保存的工艺参数和处理质量以及操作过程的记录为我们进行质量和过程分析提供依据。总而言之，计算机、数据库技术及工控智能设备的结合使热处理凭经验进行生产的落后状态向着正确预测工艺结果的基础上实施精确控制的方向飞跃。