金屬材料工程專(zhuān)業(yè)《計(jì)算材料學(xué)》課程教學(xué)大綱

《計(jì)算材料學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼：101145123507課程名稱(chēng)（中/英文）：計(jì)算材料學(xué)/ComputationalMaterialsScience課程類(lèi)別：專(zhuān)業(yè)選修課學(xué)分：2總學(xué)時(shí)：32理論學(xué)時(shí)：32實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：0適用專(zhuān)業(yè)：金屬材料工程適用對(duì)象：本科先修課程：高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，工程力學(xué)，材料科學(xué)與基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境：多媒體教室開(kāi)課學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院二、課程簡(jiǎn)介1.課程任務(wù)與目的《計(jì)算材料學(xué)》是金屬材料工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)選修課之一。本課程是在學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握必備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上，為加深學(xué)生對(duì)材料的認(rèn)知和理解，提升其專(zhuān)業(yè)水平而設(shè)置的選修課程。本課程從微觀(guān)粒子到宏觀(guān)連續(xù)體尺度，基于分子動(dòng)力學(xué)及有限元，重點(diǎn)講授計(jì)算材料學(xué)基本概念和方法，內(nèi)容涵蓋數(shù)值模擬，數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)可視化等相關(guān)技術(shù)和軟件。通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算技能，使其對(duì)材料設(shè)計(jì)更具方向性和前瞻性，推動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程研發(fā)能力。在課程教學(xué)過(guò)程中，注重學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力培養(yǎng)與人格養(yǎng)成，注重立德樹(shù)人，培育學(xué)生的社會(huì)主義核心價(jià)值觀(guān)領(lǐng)，傳承民族精神，恪守職業(yè)道德，激發(fā)學(xué)生工業(yè)興國(guó)、愛(ài)國(guó)熱情。2.對(duì)接培養(yǎng)的崗位能力提高和鍛煉學(xué)生的科研能力，包括文獻(xiàn)調(diào)研、課題選擇、抽象建模、編程能力、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果分析等相關(guān)科學(xué)素養(yǎng)和邏輯能力。課程教學(xué)目標(biāo)1.課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2]能夠綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)以及金屬材料工程的基本原理和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)金屬材料工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行建模。[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)4.3]能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案安全地開(kāi)展金屬材料工程實(shí)驗(yàn)，正確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并利用工程及材料專(zhuān)業(yè)知識(shí)對(duì)金屬材料工程問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋?zhuān)⑼ㄟ^(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。[畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.2]能夠選擇、開(kāi)發(fā)或創(chuàng)造性地應(yīng)用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，對(duì)金屬材料的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。2.課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，具體內(nèi)容如下教學(xué)目標(biāo)1：掌握不同尺度材料模擬計(jì)算軟件的基本原理和操作流程，具備將金屬材料工程問(wèn)題歸結(jié)為典型模型的能力，并能夠利用相關(guān)軟件建立物理模型進(jìn)行初步的科學(xué)研究。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2）教學(xué)目標(biāo)2：能夠利用所學(xué)的計(jì)算材料學(xué)知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬、分析、解釋?zhuān)馨延?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和文獻(xiàn)相結(jié)合，得出合理有效的結(jié)論。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)4.3）教學(xué)目標(biāo)3：能夠熟練使用計(jì)算材料學(xué)常用軟件，對(duì)材料的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.2）四、教學(xué)課時(shí)安排（一）學(xué)時(shí)分配主題或知識(shí)點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)完成課程教學(xué)目標(biāo)講課實(shí)驗(yàn)實(shí)踐主題1計(jì)算材料學(xué)簡(jiǎn)介2201主題2模擬平臺(tái)及工具介紹4401、2、3主題3分子動(dòng)力學(xué)模擬要素8201、2、3主題4分子動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)例101001、2、3主題5第一性原理計(jì)算8801、2、3合計(jì)32320五、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)設(shè)計(jì)主題或知識(shí)點(diǎn)1計(jì)算材料學(xué)簡(jiǎn)介主要介紹計(jì)算材料學(xué)的誕生、計(jì)算材料學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法、計(jì)算材料學(xué)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)、計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展、計(jì)算材料學(xué)的應(yīng)用。引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立工匠精神，培養(yǎng)他們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)技能。計(jì)算材料學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法、計(jì)算材料學(xué)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)、計(jì)算材料學(xué)的應(yīng)用。計(jì)算材料學(xué)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)、計(jì)算材料學(xué)的應(yīng)用。計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書(shū)相結(jié)合。主題或知識(shí)點(diǎn)2模擬平臺(tái)及工具介紹linux操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介、linux基本命令、python語(yǔ)法、python編程基礎(chǔ)。引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立工匠精神，培養(yǎng)他們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)技能。linux基本命令、python語(yǔ)法、python編程基礎(chǔ)。python語(yǔ)法。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書(shū)相結(jié)合。主題或知識(shí)點(diǎn)3分子動(dòng)力學(xué)模擬要素分子動(dòng)力學(xué)方法簡(jiǎn)介、分子動(dòng)力學(xué)方法局限性、常見(jiàn)的分子動(dòng)力學(xué)軟件、原子間相互作用勢(shì)、系綜和邊界條件、運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法、積分時(shí)間步、積分及優(yōu)化算法。引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立工匠精神，培養(yǎng)他們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)技能。原子間相互作用勢(shì)、系綜和邊界條件、運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法。運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法、積分及優(yōu)化算法。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書(shū)相結(jié)合。主題或知識(shí)點(diǎn)4分子動(dòng)力學(xué)模擬實(shí)例計(jì)算材料的平衡晶格常數(shù)、計(jì)算材料的結(jié)合能和體彈性模量、計(jì)算材料的體積比熱和熔點(diǎn)、計(jì)算材料的空位形成能、計(jì)算材料的表面能、計(jì)算材料的熱導(dǎo)率。引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立工匠精神，培養(yǎng)他們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)技能。計(jì)算材料的結(jié)合能和體彈性模量、計(jì)算材料的空位形成能、計(jì)算材料的表面能。計(jì)算材料的空位形成能、計(jì)算材料的表面能。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書(shū)相結(jié)合。主題或知識(shí)點(diǎn)5第一性原理計(jì)算密度泛函理論、能帶計(jì)算方法、常見(jiàn)計(jì)算軟件及功能、計(jì)算固體能帶的基本過(guò)程。引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立工匠精神，培養(yǎng)他們?cè)趯W(xué)習(xí)和工作中精益求精的態(tài)度，不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)技能。密度泛函理論、能帶計(jì)算方法、計(jì)算固體能帶的基本過(guò)程。密度泛函理論、能帶計(jì)算方法。（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）授課、啟發(fā)式教學(xué)，采用多媒體和板書(shū)相結(jié)合。六、學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定1.課程考核方式及比例本課程考核學(xué)生獲取知識(shí)的能力、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力等；考核方式采用出勤、作業(yè)評(píng)測(cè)、課堂表現(xiàn)、期末論文等多種形式、多個(gè)階段的全過(guò)程考核，使學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定更加合理多樣，優(yōu)化課程評(píng)價(jià)體系，進(jìn)一步提升本課程教學(xué)效果。學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定表考核方式平時(shí)成績(jī)期中考試期末論文出勤作業(yè)課堂表現(xiàn)階段測(cè)驗(yàn)答辯項(xiàng)目小論文實(shí)驗(yàn)√√√成績(jī)比例%5305602.課程目標(biāo)考核方式評(píng)價(jià)權(quán)重課程教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)考核評(píng)價(jià)方式權(quán)重（%）過(guò)程性考核實(shí)驗(yàn)期末論文合計(jì)出勤及課堂表現(xiàn)作業(yè)及階段測(cè)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)2.251002035教學(xué)目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)4.351002035教學(xué)目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)5.201002030合計(jì)10300601003.成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定及考核標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估項(xiàng)目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及課堂表現(xiàn)（10%）無(wú)遲到、早退、曠課現(xiàn)象。積極參加課堂討論，能夠準(zhǔn)確回答問(wèn)題，并有自己獨(dú)到的見(jiàn)解。偶爾有遲到、早退現(xiàn)象。較為積極參加課堂討論，能夠準(zhǔn)確回答問(wèn)題，并提出自己的見(jiàn)解。有遲到、早退現(xiàn)象。能夠主動(dòng)參加課堂討論，能夠回答問(wèn)題。有遲到、早退現(xiàn)象，偶爾有曠課現(xiàn)象。參與課堂討論，基本能回答相關(guān)問(wèn)題。遲到、早退、曠課較多。不能有效參加課堂討論，回答不出所有問(wèn)題。作業(yè)（30%）能夠獨(dú)立完成作業(yè)，作業(yè)完成質(zhì)量?jī)?yōu)秀，能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論解決問(wèn)題，并獲得正確結(jié)論能夠獨(dú)立完成作業(yè)，完成質(zhì)量較高，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論解決問(wèn)題，并獲得正確結(jié)論能夠獨(dú)立完成作業(yè)，完成質(zhì)量符合要求，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論解決問(wèn)題，并獲得有效結(jié)論基本能夠獨(dú)立完成作業(yè)，部分題目解答存在抄襲現(xiàn)象，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論解決問(wèn)題的能力基本符合要求不能獨(dú)立完成作業(yè)，存在明顯抄襲現(xiàn)象，不具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和理論解決問(wèn)題的能力課程教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估項(xiàng)目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教學(xué)目標(biāo)1非常熟練掌握不同尺度材料模擬計(jì)算軟件的基本原理和操作流程，很好地具備將金屬材料工程問(wèn)題歸結(jié)為典型模型的能力，并能夠很好地利用相關(guān)軟件建立物理模型進(jìn)行初步的科學(xué)研究。熟練掌握不同尺度材料模擬計(jì)算軟件的基本原理和操作流程，較好地具備將金屬材料工程問(wèn)題歸結(jié)為典型模型的能力，并能夠較好地利用相關(guān)軟件建立物理模型進(jìn)行初步的科學(xué)研究。掌握不同尺度材料模擬計(jì)算軟件的基本原理和操作流程，具備將金屬材料工程問(wèn)題歸結(jié)為典型模型的能力，并能夠利用相關(guān)軟件建立物理模型進(jìn)行初步的科學(xué)研究?；菊莆詹煌叨炔牧夏M計(jì)算軟件的基本原理和操作流程，基本具備將金屬材料工程問(wèn)題歸結(jié)為典型模型的能力，并基本能夠利用相關(guān)軟件建立物理模型進(jìn)行初步的科學(xué)研究。不能掌握不同尺度材料模擬計(jì)算軟件的基本原理和操作流程，不具備將金屬材料工程問(wèn)題歸結(jié)為典型模型的能力，不能利用相關(guān)軟件建立物理模型進(jìn)行初步的科學(xué)研究。教學(xué)目標(biāo)2非常熟練地運(yùn)用所學(xué)的計(jì)算材料學(xué)知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬、分析、解釋?zhuān)芎芎玫匕延?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和文獻(xiàn)相結(jié)合，得出合理有效的結(jié)論。熟練地運(yùn)用所學(xué)的計(jì)算材料學(xué)知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬、分析、解釋?zhuān)茌^好地把計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和文獻(xiàn)相結(jié)合，得出合理有效的結(jié)論。能夠運(yùn)用所學(xué)的計(jì)算材料學(xué)知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬、分析、解釋?zhuān)馨延?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和文獻(xiàn)相結(jié)合，得出合理的結(jié)論?；灸軌蜻\(yùn)用所學(xué)的計(jì)算材料學(xué)知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬、分析、解釋?zhuān)灸馨延?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和文獻(xiàn)相結(jié)合，得出結(jié)論。不能運(yùn)用所學(xué)的計(jì)算材料學(xué)知識(shí)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行模擬、分析、解釋?zhuān)荒馨延?jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和文獻(xiàn)相結(jié)合，不能得出結(jié)論。教學(xué)目標(biāo)3能夠非常熟練地使用計(jì)算材料學(xué)常用軟件，對(duì)材料的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。能夠熟練地使用計(jì)算材料學(xué)常用軟件，對(duì)材料的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。能夠使用計(jì)算材料學(xué)常用軟件，對(duì)材料的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬?；灸軌蚴褂糜?jì)算材料學(xué)常用軟件，對(duì)材料的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。不能使用計(jì)算材料學(xué)常用軟件對(duì)材料的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬。七、教材、參考書(shū)目、重要文獻(xiàn)以及課程網(wǎng)絡(luò)資源建議教材：堅(jiān)增運(yùn)等主編.計(jì)算材料學(xué).化學(xué)工業(yè)出版社,2022主要參考書(shū)：