1123S02024-计算材料学-教学大纲.docxVIP

PAGE5

ADDINCNKISM.UserStyle《计算材料学》课程教学大纲

（理论课程）

一、课程基本信息

课程号

1123S02024

开课单位

化学与环境科学学院

课程名称

（中文）计算材料学

（英文）ComputationalMaterialsScience

课程性质

必修/选修

考核类型

考试

课程学分

2

课程学时

34

课程类别

专业发展课程（专业拓展课（学术研究））

先修课程

无机化学，量子化学

适用专业（类）

材料化学

二、课程描述及目标

（一）课程简介

《计算材料学》课程是本专业（类）的一门专业发展课程，是一门正在快速发展的新兴学科，是利用计算对材料的组成，结构，性能等进行计算机模拟与设计的学科，是连接材料学理论与实验的桥梁。《计算材料学》课程旨在通过理论教学与实践操作训练，使学生掌握计算材料学不同理论模型和方法所涉及的基础知识、原理，具备应用通用计算材料软件的基本能力，为学生从事科学研究和材料领域的相关工作打下基础。

（二）教学目标

通过本课程，学生将初步掌握材料研究过程中常用的基本计算机模拟方法和原理，了解计算机模拟技术在材料学中的应用。针对材料研究领域的特点，结合学习材料科学基础和计算机技术，了解模拟方法研究材料问题的一般步骤和方法。

课程目标1：掌握计算材料学所涉及的不同理论模型和方法，学会针对不同的材料体系和计算要求选择对应的理论模型和方法。

课程目标2：掌握计算材料学分子动力学方法，理解立场，势能面，过渡态等概念，理解分子动力学的基本思想和基本原理。

课程目标3：掌握第一性原理方法，了解其他常用的量子力学方法，使用MaterialStudio等通用软件计算材料的电子结构和力学，光学等材料性能。掌握Linux系统的基本使用命令。

课程目标4：掌握(MonteCarlo)蒙特卡洛方法，理解随机型问题的蒙特卡洛模拟蒙特卡洛方法在统计物理和材料模拟中的应用。

课程目标5：了解计算材料学前沿发展方向，了解结构有哪些信誉好的足球投注网站和预测方法和相关软件。

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

权重

1-1：掌握数学、物理、化学、材料等方面的基本理论和基本知识；

课程目标1

0.3

1-2：掌握材料制备（或合成）技术、材料加工和改性技术、材料结构与性能的分析方法；

课程目标2

0.2

2-2：具有一定的科学研究和实际工作能力，具有一定的批判性思维；

课程目标3

0.2

2-3：具有一定的运用计算机的能力和用英语进行交流的能力；

课程目标4

0.15

3-2：具有良好的科学文化素养，掌握科学的方法论；

课程目标5

0.15

四、教学方式与方法

计算材料学课程采用课堂讲解、并辅以主流计算软件操作联系，通过设置作业任务，以启发、讨论等多种形式，使学生积极参与课堂教学活动，调动他们学习的主动性，激发他们学习的兴趣。同时注重理论联系实际、强化学生对知识的理解和记忆。利用自制的多媒体课件丰富教学内容，拓展教学空间，形象、生动、直观地向学生展示难于理解的理论模型和科学实验、科学成果。

五、教学重点与难点

（一）教学重点

本课程的教学重点：分子动力学中的涉及力场、势能面、能量最小化、过渡态概念、分子动力学的基本思想和基本原理、分子动力学的计算流程、数值求解方法；第一性原理方法涉及的重点概念包括Hartree-Fock方法、分子轨道理论、基函数组、能带理论、能带计算方法、密度泛函理论、交换和关联、局域密度近似、赝势方法、密度泛函计算流程、以及相关软件的介绍和使用；蒙特卡洛方法涉及的重点是随机数、随机变量抽样、Metropolis抽样、确定性问题的蒙特卡洛方法求解，随机型问题的蒙特卡洛模拟、蒙特卡洛方法在统计物理和材料模拟中的应用。

该课程除了理论和方法学习之外，要求学生学会使用相关的通用软件，理论结合实践。同时培养学生利用有哪些信誉好的足球投注网站引擎，专业网站，参考资料等方面的能力。培养学生进行独立思考和解决问题的能力。

（二）教学难点

教学难点在于本课程涉及量子力学，分子动力学等大量的基本理论知识，尤其是分子结构、晶体结构、力场、分子轨道理论、数学中泛函的概念、能带理论、随机变量等抽象概念。考虑的学生在前期的教学中没有开设固体物理课程，需要在本课程中对相关的知识进行讲解，在教学过程中结合学生的接受情况，动态调整课程深度和难度。

六、教学内容、基本要求与学时分配

序号

教学内容

基本要求

学时

教学

方式

对应课程目标

1

第1章计算材料学简介

掌握计算材料学的研究内容和研究目的；理解计算材料学涉及的学科；掌握计算材料的特征时间和空间尺度；掌握计算材料的理论方法；了解常用计算材料学软件。

4

讲授

课程目标1

2

第2章分子动力学

掌握势能面的定义；掌握能量最低原理；掌握力场的定义和作用项；理解力场的势函数形式