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《材料设计计算基础》课程教学大纲

大纲主撰人：xxx大纲审核人：xxx

一、课程基本情况

课程代码：101145223318

课程名称（中/英文）：材料设计计算基础/Fundamentalsofmaterialdesigncalculation

课程类别：个性化选修课程

学分：2

总学时：32

理论学时：24

实验/实践学时：8

适用专业：材料成型与控制工程

适用对象：本科

先修课程：高等数学、材料科学基础、程序设计基础

教学环境：多媒体教室

开课学院：材料科学与工程学院

二、课程简介

1.课程任务与目的

为适应经济与社会发展需要，培养德智体美劳全面发展，人文与工程素养并重，掌握扎实的自然科学基础理论和材料设计与加工基本能力；具有获得材料成型及控制工程及相关领域的执业（职业）资格的能力；具有工程创新潜质和终身学习能力的高素质应用型人才。在本课程MaterialsStudio软件实操环节，介绍我国在信息化制造业2025中的发展目标，让学生深刻意识到在科技飞速发展的今天，创新是第一生产力，激发学生勇于创新、服务祖国的理想。

2.对接培养的岗位能力

经过本课程的学习，为社会培养具有良好的人文与科学素养、社会责任感、职业道德品质和敬业爱国精神的人才。并使其具备坚实的自然科学基础和工程理论，掌握材料设计的相关知识，提升实践能力，能够在建筑型材、机械装备制造、汽车等行业从事相关领域的生产工艺、材料设计、新产品研发与质量控制等工作；增强学生的国际视野、创新思维、多渠道自主学习和终身学习能力，持续自我完善，能够快速适应职业发展与岗位变迁。

三、课程教学目标

1.课程对毕业要求的支撑

[毕业要求指标点1.3]综合运用数学、自然科学、工程基础和材料科学基础专业知识分析选择材料、制定合理的材料组成，揭示不同元素对材料性能的影响。

[毕业要求指标点2.3]能够借助文献检索、数据分析等多种手段解决材料设计过程中的实际工程问题，以获得有效结论。

[毕业要求指标点4.3]能够根据研究方案，利用实验平台或装置，安全的开展科学实验，分析和解释材料设计的结果，并通过信息综合得到合理有效的结论。

2.课程教学目标

对应毕业要求指标点，具体内容如下

教学目标1：熟悉第一性原理计算、分子动力学模拟、linux系统运行的基本原理及运行规律，了解计算机模拟在材料设计方面的应用实例及发展前景。（支撑毕业要求指标点1.3）

教学目标2：提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，具备基本的抽象思维基本能力，培养学生整体思维、融会贯通、学会学习的能力。（支撑毕业要求指标点2.3）

教学目标3：要求掌握材料在VESTA软件中晶体结构与电子结构可视化操作，掌握将cif格式的晶体结构文件转换为POSCAR的形式，编辑、获取各类晶体结构信息及二维切面等。了解MaterialsStudio软件的出现背景、软件概况，掌握MaterialsStudio软件中提供搭建分子、晶体及高分子材料结构模型的方法。了解Origin软件的应用场景，掌握折线图、柱状图、曲线图的绘制方法及归一化图谱的拟合方法。（支撑毕业要求指标点4.3）

四、教学课时安排

（一）学时分配

知识点

教学内容

总学时

学时

完成课程

教学目标

讲课

实验

实践

知识点1

第一性原理计算的起源与发展

4

4

-

-

1、2

知识点2

分子动力学模拟

4

4

-

-

1、2

知识点3

linux系统

6

6

-

-

1、2

知识点4

3种计算材料科学中常用的计算软件

6

6

-

-

1、2、3

合计

20

20

-

-

1、2、3

（二）实践教学安排（指含有实验或实践内容的课程）

序号

实验/实践项目名称

实验学时

实验类型

实验要求

每组

人数

备注

1

linux系统的上机实操

2

综合性

选做

4

2

VESTA软件实操

2

综合性

必做

4

3

MaterialsStudio软件实操

4

设计性

选做

2

4

Origin软件操作

4

创新性

必做

2

五、教学内容及教学设计

知识点1第一性原理计算的起源与发展

1.教学内容

了解第一性原理计算的起源及在国内外的发展现状；熟悉第一性原理计算在材料科学中的主要研究内容；了解第一性原理计算在材料科学中的应用。介绍材料设计技术在现代信息技术制造中的地位及现代工业体系中的应用，激发学生的民族自豪感和专业学习的兴趣，投身祖国建设的理想。

2.教学重点

第一性原理计算在材料科学中的主要研究内容。

3.教学难点

第一性原理计算在材料科学中的基本应用。

4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）

多媒体教学，课堂互动式教学及课堂讨论。

知识点2分子动力学模拟

1.教学内容

熟悉分子动力学模拟的基本概念及原理；了解分子动