1023S06018-计算材料学上机-2023版人才培养方案教学大纲.docxVIP

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ADDINCNKISM.UserStyle《计算材料学上机》课程教学大纲

（实验课程·2023版）

课程基本信息

课程号

1023S06018

开课单位

物理科学与技术学院

课程名称

（中文）计算材料学上机

（英文）ExperimentofComputationalMaterialsScience

课程性质

选修

考核类型

考查

课程学分

1

课程学时

34

课程类别

专业拓展课（学术研究）

适用专业（类）

新能源材料与器件

二、课程描述及目标

（一）课程简介

《计算材料学上机》课程是新能源材料与器件专业（类）的一门专业拓展课程，在初步掌握材料计算的基本原理基础上通过对材料的构建以及对材料性质的计算来理解物质的微观结构、物理化学性质；并能够运用第一性原理知识通过材料计算软件进行简单材料的物理化学性质的计算工作。

（二）教学目标

通过本课程，使学生掌握基本的计算模拟理念和方法，激发并拓宽学生新的材料研究理念与思维模式，使其充分了解材料计算和模拟既是理论和实验方法的融合，又是对两者的重要补充，是现代材料学不可或缺的新的研究方法。

课程目标1：知道材料计算的基本理论框架，能够正确地设计材料计算的理论方法。

课程目标2：会对简单结构的材料进行建模并进行几何结构优化计算，会对材料的相关物理性质（如：总能量，能带结构，态密度等）进行计算，会分析材料的能带结构，态密度等物理性质。

课程目标3：通过科学思维方法的训练，培养学生运用科学原理解决实际问题的工程能力，为将来从事材料设计及研发工作奠定必要的基础。

三、课程目标对毕业要求的支撑关系

毕业要求指标点

课程目标

2.工程知识：具有从事新能源材料与器件专业相关工作所需要的数学，自然科学，工程基础和专业知识，能够将其用于解决新能源材料与器件相关领域的复杂工程问题。

课程目标1

3．问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理、专业知识和技术方法，识别、表达材料结构与性能的关系，分析并解决新能源材料与器件制备过程出现的问题，并综合文献研究分析具体的新能源材料与器件相关领域的复杂工程问题，以获得有效结论。

课程目标2

4.设计/开发解决方案：在考虑安全、环保、法律法规等相关标准，以及社会、健康、文化等制约因素的前提下，能够具备根据特定的需求对新能源材料与器件设计、制备配方、生产设备及工艺流程等进行设计及制定开发解决方案的能力，并在设计和开发环节中体现创新意识。

课程目标3

****

……

四、教学方式与方法

以实验教学为主，借鉴问题导向的教学模式，实施启发式教学。加强教学中课堂以外的自学环节和编程练习，使学生能做到预习、课堂听课和自学有机统一。结合课堂对编程作业的讲评，加深学生对计算材料学基本概念、基本方法和编程技巧的理解和掌握。

五、教学重点与难点

(一)教学重点

微分方程的常用数值计算，蒙特卡罗方法，分子动力学方法，量子力学第一性原理。

(二)教学难点

蒙特卡洛方法的原理及应用，分子动力学运动方程中势函数（力）的求解，并根据边界条件和约束获取感兴趣的系统宏观物理量。，物质的能带结构及其计算。

六、实验内容、基本要求与学时分配

序号

实验项目名称

实验内容与要求

学时

类型

对应课程目标

1

MATLAB语言基础

了解MATLAB语言的变量、表达式以及程序结构与控制。掌握绘图函数、数据拟合等技术

4

验证性

课程目标1

2

蒙特卡罗方法在材料科学中的应用

薄膜生长初期形貌、多晶材料正常晶粒生长和减反射镀膜玻璃反射率的蒙特卡罗模拟方法。

6

验证性

课程目标1

3

分子动力学方法

分子动力学方法编程模拟一维谐振子运动

8

验证性

课程目标1

4

第一性原理

会计算半导体材料的能带结构和态密度，掌握有关设置参数的含义，会分析能带结构，理解总的态密度，会利用态密度对材料的性质进行分析。

14

验证性

课程目标2

5

有限元方法

会使用有限元软件分析简单的材料相关的工程问题

4

设计性

课程目标2

合计

34

注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括“验证性”、“设计性”、“……”等。

七、学业评价和课程考核

（一）考核类型：?考试?考查

（二）考核方式：?实验报告?实验作品

?其它：程序运行结果（填写具体考核方式）

（三）成绩评定：

考核

依据

建议分值

（百分比）

考核/评价细则

对应课程目标

平时

考核

70%

预习

10%

各次预习报告的平均分

课程目标1

操作

20%

各次实验操作与实验结果的平均分

课程目标2

报告

40%

各次实验运行结果

课程目标3

期末

考核

30%

期末考试成绩

课程目标1

课程目标2

课程目标3

八、课程目标达成评价

课程目标的实际达成效果计算方式如下，达成值越高，教学效果越好。

课程目