《计算材料科学导论》课程教学大纲2

《计算材料科学导论》课程教学大纲一、课程简介课程中文名计算材料科学导论课程英文名IntroductiontoComputationalMaterialsScience双语授课□是否课程代码21122029课程学分2总学时数32课程类别□通识教育课程□公共基础课程专业教育课程□综合实践课程□教师教育课程课程性质□必修选修□其他课程形态□线上线下□线上线下混合式□社会实践□虚拟仿真实验教学考核方式□闭卷□开卷课程论文□课程作品□汇报展示□报告课堂表现阶段性测试平时作业□其他（可多选）开课学院材料科学与工程学院开课系

(教研室)材料科学系面向专业材料科学与工程开课学期第5学期先修课程材料科学基础后续课程无选用教材1.费维栋等.计算材料学（第1版）[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2023.参考书目1.单斌，陈征征，陈蓉.材料学的纳米尺度计算模拟：从基本原理到算法实现（第1版）[M].武汉:华中科技大学出版社,2016.2.邹小龙.低维体系的计算材料学（第1版）[M].北京:科学出版社,2018.课程资源/course/JIT-1206412803课程简介《计算材料科学导论》课程属于材料类专业的专业选修课。计算材料学是近年里飞速发展的一门新兴交叉学科。它综合了材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。本学科的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从原子到宏观多个尺度的各类现象与特征。通过该课程的讲述和学习，让学生了解计算机在材料科学与工程领域的应用状况，特别是对第一性原理密度泛函理论计算材料的性质方面有较深入的理解。为今后更好地利用计算模拟工具，在科研或工程中从微观、介观到宏观对材料进行研究和应用打好基础。二、课程目标表1课程目标序号具体课程目标课程目标1能简述计算材料科学中的各种基本理论，能归纳总结计算科学的各种应用领域。课程目标2尝试使用材料计算与设计的基本方法,能进行简单体系的简单计算与分析，为后续进一步学习掌握较为复杂的计算分析方法做准备。课程目标3引导学生了解学科前沿发展，培养自主学习和终身学习能力。课程目标4能够围绕计算材料学的发展，增强中华文化认同，锤炼计算本领，提升计算境界；明确计算材料学对新材料开发的引领性作用；建立通过计算模拟可以有效设计和预测新材料的信念；树立道路自信与文化自信。表2-1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求4：研究【M】4.1能够基于计算材料科学的基本理论采用科学方法对材料诸多应用领域的基本问题进行研究，以及新材料设计作必要的准备1毕业要求5：使用现代工具【H】5.1掌握新材料设计软件、材料制备与结构性能分析仪器以及新材料开发与应用等信息技术工具和工程工具的使用方法并清楚其各自的局限性。2毕业要求8：职业规范【L】8.1能够清楚世界观、人生观的基本意义及影响，认清个人在历史、社会及自然环境中的地位及责任，了解中国国情。4毕业要求12：终身学习【M】12.2能够运用自主学习和终身学习的品质，及时了解功能复合材料及其相关领域最新理论、技术及国际前沿动态。3三、课程学习内容与方法表3-1课程目标、学习内容和教学方法对应关系序号课程模块学习内容学习任务课程目标学习重点难点教学方法学时1计算材料学简介1.什么是计算材料学线上学习：/course/JIT-1206412803/spoc/course/WHUT-1467664166课程目标1重点：1.计算方法分类与适用范围难点：1.各种方法的具体含义讲授法：引导学生了解各种计算方法42.计算方法分类与适用范围课程目标13.量子力学方法简介课程目标14.统计力学方法简介课程目标15.介观方法简介课程目标16.宏观方法简介课程目标12量子力学基础1.早期的量子论1.拓展阅读：周世勋或曾谨言著《量子力学》2.线上学习：/video/videodetail/10854课程目标1重点：1.薛定谔方程2.波函数的统计诠释难点：1.薛定谔方程讲授法：引导学生学习量子力学基本知识42.薛定谔方程课程目标13.波函数的统计诠释课程目标14.氢原子模型课程目标13第一性原理计算1.绝热近似1.拓展阅读：邹小龙，低维体系的计算材料学[M]2.线上学习：https://www.vasp.at//课程目标1重点：1.密度泛函理论2.赝势方法3.计算基本流程难点：1.KS方程、交换关联泛函讲授法：引导学生学习基础理论和软件操作流程上机练习：引导学生上机使用软件82.Hartree-Fock方法课程目标13.密度泛函理论课程目标14.赝势与交换关联泛函课程目标14.计算基本流程课程目标24分子动力学1.基本原理和基本概念1.拓展阅读：严六明等,分子动力学模拟的理论与实践[M]2.线上学习：课程目标1重点：1.分子动力学基本原理2.结果分析讲授法：引导学生学习基础理论和软件操作流程上机练习：引导学生上机使用软件42.计算流程和应用举例课程目标25前沿专题讲座1.电子性质计算专题讲座1.拓展阅读：学术期刊2.线上学习：寇享学术课程目标2课程目标3课程目标4重点：1.了解前沿动向2.结果分析方法讲授法：引导学生了解前沿视频学习：了解前沿动向上机练习：学生自主学习使用相关软件122.光学性质计算专题讲座3.输运性质计算专题讲座4.吸附性质计算专题讲座5.新能源计算专题讲座6.其他专题讲座四、课程考核（一）考核内容与考核方式表4-1课程目标、考核内容与考核方式对应关系课程目标考核内容所属学习模块/项目考核

占比考核方式课程目标11.基本概念计算材料学简介35%课堂表现阶段性测试2.方法的分类和适用范围计算材料学简介3.量子力学基本原理量子力学基础4.第一性原理中的简化方法第一性原理计算5.电子结构的基本概念和理论第一性原理计算6.分子动力学方法的基本概念和理论分子动力学课程目标21.第一性原理计算流程第一性原理计算25%课堂表现

作业2.分子动力学计算流程和应用举例分子动力学课程目标31.了解前沿发展方向前沿专题讲座35%课程论文2.查阅文献前沿专题讲座3.撰写综述前沿专题讲座课程目标41.了解国内科学家的贡献前沿专题讲座5%课程论文评分依据：1、课程基础知识的考核主要通过课堂表现和阶段性测试完成，主要用于评价课程目标1和课程目标2的达成度。2、课程目标3与课程目标4，主要体现在了解国内外前沿发展情况方面，而课程论文才是体现学生了解学科前沿情况最合适的方式。表4-2课程目标与考核方式矩阵关系课程目标考核方式考核占比课堂表现

18%作业

18%阶段性测验

24%课程论文

40%课程目标161%0%100%0%35%课程目标239%100%0%0%25%课程目标30%0%0%87.5%35%课程目标40%0%0%12.5%5%（二）成绩评定1.平时成绩评定（1）课堂表现（30%）：通过学生在课堂上的表现情况、发言与提问情况，来评价学生相关的能力。（2）作业完成情况（30%）：围绕课程的学习目标进行课下作业的布置。让学生进一步加深对所学知识的理解与认识，考核学生对于概念的掌握情况，帮助学生将定义转化为自己的理解。（3）阶段性测验（40%）：在平时测试、课后小测验中，评测学生掌握课程基础知识的情况。2.期末成绩评定期末成绩通过课程论文的形式考核，主要考察学生对计算材料学中基本概念、基本原理和研究内容的理解，同时兼顾评价学生文献查阅与撰写综述的能力，以及学生对学术规范的掌握情况。课程论文的可针对某个研究方向进行综述，也可以针对某个具体问题进行计算研究与分析。3.总成绩评定总成绩（100%）=平时成绩（60%）+期末成绩（40%）（三）评分标准表5评分标准（非试卷考核项目）考核项目评分标准优秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)课堂表现(1)课堂积极参与回答问题，积极提问、讨论、发言。(2)回答问题准确无误，并能合理解释；讨论、发言观点正确；提问有深度、有创意。(1)课堂积极参与回答问题，积极提问、讨论、发言。(2)回答问题准确无误，并能较好解释；讨论、发言观点正确；提问无深度、无创意。(1)课堂参与回答问题，较少提问、讨论、发言。(2)回答问题大部分正确，部分能找到解释的方向；讨论、发言观点基本正确；提问无深度、无创意。(1)课堂参与回答问题、讨论，较少发言，几乎不提问。(2)回答问题正确率低于介于30%-50%之间，不能给出解释；讨论、发言有部分错误，或逻辑不严密；几乎无提问。(1)几乎不参加回答问题、讨论、发言，完全不提问。(2)回答问题正确率低于30%。作业完成情况(1)答案正确率超过90%（80%）。(2)部分作业完成方法、思路有创新（10%）。(3)书写规范，无抄袭，态度端正（10%）。(1)作业正确率在80~89%（80%）。(2)整个作业完成方法、思路无创新（10%）。(3)书写规范，无抄袭，态度端正（10%）。(1)作业正确率在70-79%（80%）。(2)整个作业完成方法、思路无创新（10%）。(3)书写较规范，无抄袭，态度基本端正（10%）。(1)作业正确率在60-69%（80%）。(2)整个作业完成方法、思路无创新（10%）。(3)书写不够规范，或有少量抄袭痕迹（10%）。(1)作业正确率在60%以下（80%）。(2)整个作业完成方法、思路无创新（10%）。(3)书写不规范，明显抄袭（10%）。未提交作业记0分阶段性测试通过雨课堂、学习通等平台进行课后单元测验。测验题的评分细节，以具体试题评分标准为准。同时，为适当给与学生试错的机会，不会直接使用测试总成绩作为本部分的最终成绩，而是会根据个人及全班总体得分情况进行赋分。课程论文内容（65%）（1）无知识性错误。（2）问题论述的逻辑性和条理性强。（3）问题讨论有一定的深度和广度，结论清晰，具有相当的说服力和解释力。（4）具有一定的独道见解。（5）文章结构合理，组织严密，连贯一致。（6）语言表达准确，叙述清楚，所使用的专业术语规范。（1）无知识性错误。（2）问题论述的逻辑性和条理性较强。（3）问题讨论有一定的深度和广度，结论清晰，具有较好的说服力和解释力。（4）文章结构合理，组织严密，连贯一致。（5）语言表达准确，叙述清楚，所使用的专业术语规范。（1）无知识性错误。（2）问题论述的逻辑性和条理性一般。（3）问题讨论具有一定的具有较好的说服力和解释力。（4）文章结构基本合理连贯。（5）语言表达基本准确，叙述较清楚，所使用专业术语较为规范。（1）有少量知识性错误。（2）问题论述的逻辑性和条理性尚可。（3）问题讨论具有一定的条理和逻辑。（5）语言表达基本准确，所使用术语专业术语基本规范。（1）有重大知识性错误。（2）问题论述毫无逻辑（3）没有明确的结论。（4）绝大数专业术语均不规范。（5）存在严重抄袭现象（重复率>50%）选题

(15%)综述型论文：选题总分值的80%研究型论文：选题总分值的100%完整性（10%）论文结构必须完整，需包括：摘要、研究背景、研究现状、研究内容、总结和参考