《計(jì)算材料化學(xué)》教學(xué)大綱

《計(jì)算材料化學(xué)》教學(xué)大綱課程英文名ComputationalMaterialsChemistry課程代碼學(xué)分2總學(xué)時(shí)322總學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)課程類(lèi)別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)任選學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)適用專(zhuān)業(yè)功能材料開(kāi)課學(xué)院材料科學(xué)與學(xué)院一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位MaterialsStudio是專(zhuān)門(mén)為材料科學(xué)領(lǐng)域研究者開(kāi)發(fā)的一款可運(yùn)行在PC上的模擬軟件。它可以幫助你解決當(dāng)今化學(xué)、材料工業(yè)中的一系列重要問(wèn)題。MaterialsStudio使化學(xué)及材料科學(xué)的研究者們能更方便地建立三維結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)各種晶體、無(wú)定型以及高分子材料的性質(zhì)及相關(guān)過(guò)程進(jìn)行深入的研究。多種先進(jìn)算法的綜合應(yīng)用使MaterialsStudio成為一個(gè)強(qiáng)有力的模擬工具。無(wú)論構(gòu)型優(yōu)化、性質(zhì)預(yù)測(cè)和X射線(xiàn)衍射分析，以及復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)模擬和量子力學(xué)計(jì)算，我們都可以通過(guò)一些簡(jiǎn)單易學(xué)的操作來(lái)得到切實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生初步掌握計(jì)算材料化學(xué)軟件MaterialsStudio基礎(chǔ)，掌握軟件的基本功能，熟悉幾種常見(jiàn)的建模和計(jì)算方法，在重點(diǎn)掌握模型建立的基礎(chǔ)上，對(duì)軟件的功能有全面的了解；通過(guò)資料調(diào)研和課堂討論，在重點(diǎn)了解一兩種計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，對(duì)各種類(lèi)型材料的建模、計(jì)算和性能分析有大致的了解。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求能夠使用MaterialsStudio軟件進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)、計(jì)算與分析。（二）課程目標(biāo)1.了解什么是計(jì)算材料化學(xué)，了解計(jì)算材料化學(xué)的應(yīng)用以及操作過(guò)程；2.掌握相關(guān)軟件的常規(guī)操作方法；3.掌握幾種代表模型的建立；4.掌握幾種物理和化學(xué)性質(zhì)的分析。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法《計(jì)算材料化學(xué)》課程教學(xué)以課堂教學(xué)和實(shí)際操作為主，結(jié)合自主學(xué)習(xí)，針對(duì)計(jì)算材料化學(xué)的理論及應(yīng)用實(shí)際，了解計(jì)算材料化學(xué)基本概念，學(xué)習(xí)計(jì)算材料化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握計(jì)算材料化學(xué)的結(jié)構(gòu)特征、特點(diǎn)，了解各種計(jì)算材料化學(xué)的特殊性能，掌握模型材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，掌握常見(jiàn)的材料的物理、化學(xué)性質(zhì)，了解材料化學(xué)在日常生活中的應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用材料科學(xué)理論的基礎(chǔ)知識(shí)和化學(xué)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，分析和解決在科研及工程領(lǐng)域出現(xiàn)的與材料化學(xué)相關(guān)問(wèn)題的能力。（1）課堂教學(xué)主要講述計(jì)算材料化學(xué)的基本概念、基本原理、計(jì)算機(jī)理、材料的物理和化學(xué)性能。并將生產(chǎn)應(yīng)用中的各種應(yīng)用實(shí)例融入理論教學(xué)中，使學(xué)生能夠更加容易理解抽象的理論知識(shí)，提高學(xué)習(xí)計(jì)算材料化學(xué)的興趣，熟悉計(jì)算材料化學(xué)的理論知識(shí)體系，形成良好的思維方式和學(xué)習(xí)方法。在課堂教學(xué)中，充分引入互動(dòng)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)效果。（2）針對(duì)某些較為容易或先期在材料科學(xué)基礎(chǔ)和固體物理中講解較為充分的知識(shí)點(diǎn)，列出部分內(nèi)容作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練、形成良好的專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)和能力。（3）通過(guò)課堂講解和提問(wèn)，培養(yǎng)理論知識(shí)的應(yīng)用能力、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和處理能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力，形成良好的思維習(xí)慣。三、課程主要內(nèi)容與基本要求第一章緒論什么是計(jì)算機(jī)模擬，為什么要使用計(jì)算機(jī)模擬模擬軟件的分類(lèi)計(jì)算材料的應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬的過(guò)程基本要求：了解什么是計(jì)算模擬及其基本過(guò)程和應(yīng)用。第二章MS計(jì)算模塊及基本功能MaterialStudio介紹幾種常見(jiàn)模塊的基本介紹常見(jiàn)的基本操作課堂練習(xí)基本要求：了解MS軟件的基本作用，掌握一些常規(guī)的操作方法。第三章CASTEP模塊基本介紹實(shí)例課堂練習(xí)基本要求：了解CASTEP模塊的基本作用，熟練建立一些計(jì)算模型，并了解一些計(jì)算性質(zhì)。第四章Dmol3模塊基本介紹實(shí)例課堂練習(xí)基本要求：了解DMl3模塊的基本作用，熟練建立一些計(jì)算模型，并了解一些計(jì)算性質(zhì)。第五章其他模塊基本介紹課堂練習(xí)基本要求：了解幾種其他模塊的基本作用，熟練建立一些計(jì)算模型，并了解一些計(jì)算性質(zhì)。四、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第一章緒論（1）什么是計(jì)算機(jī)模擬，為什么要使用計(jì)算機(jī)模擬（2）模擬軟件的分類(lèi)（3）計(jì)算材料的應(yīng)用（4）計(jì)算機(jī)模擬的過(guò)程2完成PPT作業(yè)課程目標(biāo)1第二章MS計(jì)算模塊及基本功能（1）MaterialStudio介紹（2）幾種常見(jiàn)模塊的基本介紹（3）常見(jiàn)的基本操作（4）課堂練習(xí)12完成PPT作業(yè)課程目標(biāo)2，3,4第三章CASTEP模塊（1）基本介紹（2）實(shí)例演示（3）課堂練習(xí)8完成PPT作業(yè)課程目標(biāo)2，3,4第四章Dmol3模塊（1）基本介紹（2）實(shí)例演示（3）課堂練習(xí)8完成PPT作業(yè)課程目標(biāo)2，3,4第五章其他模塊（1）基本介紹（2）實(shí)例演示（3）課堂練習(xí)2完成PPT作業(yè)課程目標(biāo)2，3,4五、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例過(guò)程考核到課率、課堂提問(wèn)、平時(shí)作業(yè)中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)生課程平時(shí)成績(jī)考核細(xì)則20%中期考核課堂練習(xí)中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)生課程平時(shí)成績(jī)考核細(xì)則30%期末考核文獻(xiàn)報(bào)告試卷參考答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)50%考核類(lèi)別考試成績(jī)登記方式百分制六、推薦教材與主要參考書(shū)（一）推薦教材：《MaterialStudio中文版幫助手冊(cè)》（二）主要參考書(shū)：《MaterialsStudio初級(jí)入門(mén)》《Mat