《计算材料学》课程教学大纲.docx

计算材料学课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：101145123208课程名称（中/英文）：计算材料学/Coiiputationa1.Mnteria1.Science课程类别：个性化选修课程学分：1总学时：16理论学时：16实验/实践学时：0适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：量子力学基础与固体物理学教学环境：多媒体教空开课学院：材料科学与工程学院二、课程茴介1 .课程任务与目的本课程是材料物理专业的个性化选修课程以量子力学基础与固体物理学为前导课程.偏重计算材料学的发展现状、主要理论框架和设计实践方法,是的用高性能计算机进行材料科学研究以及设计的理论基础课程。通过学习要求学生了解掌握计算材料学的基本知识和基础理论，为后继专业课程的学习、将来从把材料学科研以及新材料的设计与开发等技术工作奠定良好葩础,在课程授课过程中,注意结合马克阳主义原理的思想,培养学生的科学思维方式，解决问遨要抓住问题的主要矛盾,先解决主要矛所.再解决次要矛肝,从而培养学生发现问遨.提出问题和解决问题的旎力.2 .对接培养的岗位能力通过本课程的学习和解决科学问胭的训练，培养学生的科学思维方式，理性合理的解淡问逊，为以后在工作中解决实际问时奥定基础.知识:通过本课程的学习，使学生了解计算材料学的基础知识,包括原子间相互作用势、密度泛函理论、分子动力学等常见的计算材料方法.能力：能够比较熟练的使用常见的计算材料软件.对材料的物理性能进行预测并根据缁要设计新材料.素质；提开进行材料科学研究的本能力和捺合素养，形成自主学习的意识，三、课程教学目标1.谭程对毕业聂求的支撑毕业要求指标点1.21能朋针对工程领域的系统或过程，选择或建立相应的数学、物理模型，用于进行太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料领域复杂JC程向Sfi的分析与评价，并利用计算机求解.【毕业要求指标点1.3J能够将工程基础知识、专业知识和数学、物理模型相结合用于进行太阳能光伏和押.禹子电池等新能源材料领域更杂工程问题的推演分析。I毕业央求指标点5.2能够选择与使用恰当的伐器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，针对新能源材料领域的复杂工程问遨进行分析，并迸行计算与设计。2.课程教学目标总目标：本课程要求学生掌握计算材料学的基本概念和基本规律：了解当前计算材料学的主要方法及其应用,掌握基本的计算模拟理念和方法：加深学生对材料组织结构性能本构关系的理解,激发并拓宽学生新的材料研究理念与胆推模式：开擢思路.培养用物理、数学模蟹考虑研究而象的能力和习惯；使其充分了斛材料计算和模拟设是理论和实验方法的融合,又是对两者的虫要补充，是现代材料学不可或缺的研究方法，教学目标1：要求学生掌握计算材料学的鹤本慨念和基本规律，能够根据不同的应用领域建立相应的数学、物理模型,用于进行功能材料领域红杂问题的分析和评价，（支撑毕业要求指标点12教学目标2：注意提高分析和解决实际问题的能力并重视理论与实际案例的结合,能然将工程基础知识、专业知识和数学、物理模型相结合用于进行功能材料材料领域何题的计能。（支推毕业要求指标点1.3>教学目标3：通过本课程的学习，使学生具有计算材料方面的知识素养，以便今后进一步深入学习材料学知识,他幡选择专业模拟软件和H9方法，针对功能材料复杂向超的模拟计算结果进行分析.（支撑毕业要求指标点5.2）四、教学课时安排学时分配主题内容总学时理论学时实脸、实践学时1计算材料学导论44O2密度泛函理论躯础44O3根势平面波方法44O4分子动力学方法I4O合计1616O五、教学内容及教学设计主题1计算材料学导论1 .教学内容了解计算物理历史，计算材料学理论体系，计算材料学研究动态与展望，计能材料设计实践方法.2 .教学重点掌旌计算材料理论体系.了解计算尺度、电子结构'原子分子演化结构：熟悉第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛方法等计徵材料方法。3 .教学难点理解第一性原理、分子动力学和蒙特卡洛等计算方法，4 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式.以展示图片、引用数据等手段结合视颇讲授教材内容,通过介绍计募材料学科的历史发展，肉比我因与发达国家的相关领域的发展现状，培养学生的发国主义精神。5 题2密度泛函理论珈U1 .教学内容第一性原理近似,Hohenberg-Kchn定理、Kohn-Sha定理，交换关联泛函，自治计算.基矢展开,计算方案分类,计算框架分析,计算流程,物理性质分析.2 .教学重点理斛和熟态HOhCnbVnrKUhn定理、Kohn-Sham定理，交换关联泛函，自治计算计算流程，物理性质分析，3 .教学难点理解和掌握Hohenberg-KChn定理、Kohn-ShanI定理,自治计算等.4 .教学方案设计含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式.以展示图片、引用数据等手段结合视版讲授教材内容，通过介绍Hohenbcr*和KOhn等科学家在裕度泛函领域的贡献，培养学生对科学前沿领域探索的兴趣，同时加强学生科技演国的爱国主义思想，主JB3及第平面波方法1 .教学内容平面波展开与截阍能.峡势.模守恒肮势.超软版势,He1.1.三annFeynman力.超原胞方法.自洽电子地豫方法,几何结构优化方法,快速傅里叶变换k空间取样规则几何结构的忸建，计算操作方法。2 .教学正点平面波展开马戏断能，曝势,HeI1.mann-Feynman力，出原胞方法，自治电子弛f方法，几何结构优化方法,k空间取样规则，几何结构的构建.3 .教学难点平面波展开与故断能，I佻势，He1.1.mann-Feynman力，几何结构的构建等。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式，以展示图片、引用数据等手段结合视领讲授教材内容.同时通过介绍我国科学家在计算材料学相关领域的前沿科学成果使学生了解我国科研工作者为国家科学发展做舟的重要贡戕.培养学生的家国情怀.主J1.4分子动力学方法1 .教学内容分子动力学法本原理，分子动力学范本框架，系综，分子动力学研究流程，计算结果的解析方法，计算关键技术.2 .教学重点分子动力学基本原理，分子动力学基本框架，系煤，分子动力学研究流程。3 .教学难点掌握分子动力学基木框架，系综等。4 .教学方案设计（含教学方法、教学手段）主要是讲授法，通过板书和多媒体结合的方式，以展示图片、引用数据等手段结合视领评授教材内容.讲解分子动力学方法的过程中,结合当前我国和世界各国在该领域的研究成果、科学成就以及在材料科学的相关应用介绍，斓强学生的蜜国情怀，树立科学世界观，同时培养学生不畏艰辛的探索精神。六、学生成绩讦定1 .课程考核方式及比例木课程考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等：考核方式采用出勤、作业评测、课堂表现、平时阶段测脸等多种形式、多个阶段等全过程的考核,使学生成绩评定更加合理多样,优化课程评价体系,进一步提升本课程教学效果.学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出物作业课党表现阶段测验项目小论文其他成绩比例%2030IOW2 .课程考核方式评价权工本课程教学F1.标与考核方式评价权由如表所示:课程教学目标支撵毕业要求指标点考核评价方式权曳（%过程性考核期末考试合计出勒及课安友现作业教学目标I指标点1.210IO11-163"36教学目标2指标点1.310IO11-1631-36教学目标3指标点5.210IO11-1631-36合计303040I(X)3.课程成W饰标准平时成绩评定及考核标准考核环书考核结果及标准评估项目及权理优秀处100分良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（60分）出勤及深堂表现（30%）无迟到、早退、旷课现象.积极金加课堂讳论，并有自己独到的见解.能够准确回答问题,并有自己独到的见解.偶尔有迟到、早退现象较为积极参Jjii课堂讨论,能够准确回答问题,并提出自己的见解。有迟到、早退现象.能师主动参加课堂讨论,能够回答问即,有迟到、早退、偶尔有旷课现象，参与课堂讨论，基本能回答相关问题.迟到、早退、r深较多.不能有依参加课堂讨论,回答不出所有网趣.作业(30%)能膨独立完成作业.作业完成质最优秀，能的灵活运用所学知识和理论解决阿题，并获得正确结论.能的独立完成作业,完成质St较高，能够运用所学知识和理论解决问题,并获得正确结论。能修独立先成作业,完成质做符合要求，能绊运用所学知识和埋论解决问题.并获汨彳j效结论。底本能够独立完成作业.部分题“解答存在抄袭现象,运用所学知识和理论解决问SS的能力基本符合要求.不能独立完成作业,存在明显抄装现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力.课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90100分）良好（8089分）中等（7079分）及格（6069分）不及格（60分）教学目标I熟练掌握计算材料学的基本概念和基本加律.能峪根据不同的应用领准确掌握计算材料学的基本概念和基本加津.能酩根据不同的应用领掌握计算材料学的域本概念和基本现律，能够根据不同的应用领域建基本掌握计算材科学的基本概念和基本规律.能够根据不同的应用领域建立相应不能掌握计算材料学的基本收念和基本规津,无法根据不同的应用领域建立相应的教学、物理模型，熟练的将其用于进行功能材料领域班余问区的分析和评价。域建立相应的数学、物理模型.较好的物其用于进行功能材料领域笑杂问逊的分析和评价。立相应的数学、物理模型，能够格其用于进行功能材料领域复杂同明的分析和评Vr.的数学、物理模里，塞本能够将其用于进行功能材料领域复杂问题的分析和评Vr.域建立相应的数学、物理模型，无法将其用于进行功能材料领域复杂问题的分析和ISFffr.具有她练的分具有分析和解具有一定的分基本具有分析和不具有分析和析和解决实际决实际问题的析和解决实际解决实际问鹿的解决实际问题问遨能力，并能力，井曳视问题的能力,能力，并更视理的能力，并的重视理论与实理论与实际案并重视理论与论与实际案例的视理论与实际际案例的结例的结合，能实际案例的结结合,基本上能案例的结合，教学目标合，能铭熟练的将工程基础够准确的将工程基础知识、合，能膨将工程基础知识、将工程基础如识、专业知识和无法将工程基础知识、专业*知识、专业知专业知识和数专业知识和数数学、物理模型知识和数学、识和数学、物学、物理模型学、物理模型相结合用于进行物理模型相结理模型相结合相结合用于进相结合用于进功能材料材料额合用于进行功用于进行功能行功能材料材行功能材料材域问卷的计算.