计算材料学实验教学大纲

发布人：高级管理员发布日期：2022-04-14

一、课程基本说明

计算材料学实验 Computional Materials Science Laboratory
课程类别	专选	课程编码	MSE417	开课单位	材料科学与工程学院
学分	1.5	授课学时	54	授课年级	2020
面向专业	材料物理Materials Physics,材料化学Materials Chemistry,高分子材料与工程Macromolecular Materials and Engineering
主讲教师（职称）	黄智恒,李继玲,刘书乐,李岩,杨亚斌
先修课程
课程目的与教学基本要求（应与课程思政相结合，体现思政要求）	本课程是MSE415《计算材料科学》配套实验课程，目的是让学生在学习计算材料学理论的同时能在计算机实验室充分实践和探索计算材料科学相关主题和内容。课程涉及的内容与教学要求如下：（1）电子结构、分子键合、能带结构与晶体键合计算（牢固掌握）；（2）分子动力学仿真（牢固掌握）；（3）计算热力学与动力学（牢固掌握）；（4）介观微结构演化计算（一般掌握）；（5）有限元与多物理场耦合模拟与仿真（一般了解）。

二、课程基本内容（要求有一定的字数，不能过于简单）

（一）教学进度表

（含学时分配，学时分配要落实到“章”或“节”，并对各章节的重点、难点内容加以必要的说明，细化到每周）

周次	主要教学内容	学时分配	其他需备注说明的情况
第 1~2 周	1.1 从头算材料模拟 1.2 多体问题	4	黄智恒
第3 周	1.3 密度泛函理论（DFT） 1.4 平面波和赝势	4	黄智恒
第 4 周	1.5 平衡结构 1.6 弹性属性	4	黄智恒
第 5 周	1.7 DFT中的声子	4	黄智恒
第 6 周	1.8 红外光谱和介电常数	4	黄智恒
第 7 周	1.9 能带结构和光谱。	4	刘书乐
第 8 周	2.1 分子动力学模拟的基本原理	4	刘书乐
第 9 周	2.2 分子动力学模拟的工作流	4	刘书乐
第 11 周	2.3 统计力学初步	4	刘书乐
第 12 周	2.4 分子动力学模拟的技术细节	4	刘书乐
第 13 周	2.5 分子动力学模拟的应用	4	刘书乐
第 14 周	2.6 蒙特卡洛模拟	4	黄智恒
第 15 周	3.1 计算热力学与动力学	4	黄智恒
第 16 周	3.2 相场法微结构模拟	4	黄智恒
第 17 周	3.3 多物理场与微结构	4	黄智恒
第 18 周	3.4 材料基因工程	4	黄智恒
第 19 周	期末学生小项目展示	4	黄智恒、刘书乐
第 20 周

（二）教学环节安排

（对各种教学环节的安排如：实验、实习、习题课、作业等以及本课程与其他相关课程的联系、分工等作必要说明，教学环节的安排体现高阶性、创新性、挑战度）

MSE417《计算材料学实验》是36学时MSE415《计算材料科学》的配套实验课程，贯穿整个学期，学生可将理论课知识点在实验课上进行充分实践。因2016级学生未先修《线性代数》课程，故课程设有3学时的线性代数知识补充。本课程按理论课程教学内容共逐步展开各实验部分。第十一周要求学生结合课程内容和个人兴趣上交A4一页期末小项目规划（学生可自愿组成小项目团队），之后五周（第十二周至第十六周）每周需上交A4一页小项目进展报告，第二十周进行期末小项目展示。

（三）教学方法

（包括课堂讲授、提问研讨，课后习题和答疑等情况，要增加团队学习、小组大作业、实验课和理论课的结合、使用信息技术方法、由教师和知识为中心转化为以学生和学习为中心）

采用实验课与理论课相结合模式，实验课充分发挥各授课教师专长。实验课上机指导及相关参考资料课前上传至Blackboard教学平台。在教师简单介绍实验课内容与目的之后，以学生上机实践探索为主，教师答疑指导为辅。学生完成实验内容后需使用MATLAB软件自动生成实验报告。

（四）课程教材（主讲教材尽量使用“马工程”和国家规划教材）

无教材，自编讲义。

（五）主要参考书目

（推荐若干参考书，并注明书名、作者、出版社、版本、出版日期等，每个章节指定一定数量、明确的阅读资料）

《材料学的纳米尺度计算模拟：从基本原理到算法实现》、单斌，陈征征，陈蓉编著、华中科技大学出本社、2015

（六）成绩评定方式

（平时考试考核不少于3次，期末考试分数原则上不超过总评分数的50%）

出勤、课程参与度以及学习态度占10%；实验报告占40%；期末小项目展示占50%。