《计算材料学》教学大纲课程名称：计算材料学课程类别（必修/选修）：选修课程英文名称：ComputationalMaterialsScience总学时/周学时/学分：32/2/2其中实验/实贱学时：0先修课程：高等数学、概率论与数理统计、材料科学基础、python语言程序设计基础、工程力学后续课程支撑：毕业设计授课地点：松山湖校区6B-304授课时间：1-16，周四，1-2节3-4节授课对象：2021级材科1班、2021级材科2班开课学院：材料科学与工程学院任课教师姓名/职称：付茂青/讲师、秦豹/讲师答疑时间、地点与方式：1.每次上课课间、课后答疑：2.授课群答课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（）使用教材：《计算材料学》作者：坚增运，刘翠假，吕志刚化学工业出版社ISBN：9787122137845课程简介：本课程立足“计算”与“材料学”的结合，系统介绍计算机技术在材料科学研究中的应用，使学生初步掌握在材料科学研究领域中更好应用计算机的思路、方法和原理。在加强学生对基础知识、基本方法的基础上，结合计算材料学研究领域的新方法、新技术中计算机的应用，注重培养学生利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑毕业要求课程教学目标支撑毕业要求指标点目标一指标点4.1能够基于科学原理并采用NO.4研究：能够基于科学原理并采用科学方法对能够基于材料不同尺度下的科学原理并采用科学方法研科学方法对材料科学与工程领域复杂材料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，包括究工程中重要问题，设计实验方案，发现并解决问题。工程问题进行研究，比较和选择研究路设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到线，设计实验方案。合理有效的结论。1
1 《计算材料学》教学大纲 课程名称：计算材料学 课程类别（必修/选修）：选修 课程英文名称：Computational Materials Science 总学时/周学时/学分：32/2/2 其中实验/实践学时：0 先修课程：高等数学、概率论与数理统计、材料科学基础、python 语言程序设计基础、工程力学 后续课程支撑：毕业设计 授课时间： 1-16，周四，1-2 节 3-4 节 授课地点：松山湖校区 6B-304 授课对象： 2021 级材科 1 班、2021 级材科 2 班 开课学院：材料科学与工程学院 任课教师姓名/职称：付茂青/讲师、秦豹/讲师 答疑时间、地点与方式：1.每次上课课间、课后答疑；2.授课群答疑 课程考核方式：开卷（）闭卷（）课程论文（）其它（ ） 使用教材：《计算材料学》作者：坚增运，刘翠霞，吕志刚 化学工业出版社 ISBN：9787122137845 课程简介：本课程立足“计算”与“材料学”的结合，系统介绍计算机技术在材料科学研究中的应用，使学生初步掌握在材料科学研究领域中更好应用 计算机的思路、方法和原理。在加强学生对基础知识、基本方法的基础上，结合计算材料学研究领域的新方法、新技术中计算机的应用，注重培养学生 利用计算机解决实际问题的能力，培养和引导学生的创新意识。 课程教学目标及对毕业要求指标点的支撑： 课程教学目标 支撑毕业要求指标点 毕业要求 目标一： 能够基于材料不同尺度下的科学原理并采用科学方法研 究工程中重要问题，设计实验方案，发现并解决问题。 指标点 4.1 能够基于科学原理并采用 科学方法对材料科学与工程领域复杂 工程问题进行研究，比较和选择研究路 线，设计实验方案。 NO. 4 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对 材料科学与工程领域复杂工程问题进行研究，包括 设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到 合理有效的结论
目标二：指标点5.2能够使用、开发现代工程工NO.5使用现代工具：能够针对材料科学与工程领学会使用常见的计算软件进行材料学的科学计算，学会用具和信息技术工具预测与模拟材料科域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、Python语言进行数据分析绘图，结合理论知识，学会分析学与工程领域复杂工程问题，并能够理资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对材料计算结果的合理性。解其局限性。科学与工程领域复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性目标三：指标点9.2能够在多学科背景下主动NO.9个人和团队：能够在多学科背景下的团队中学会团队合作，利用自身计算材料学方面的知识在团队合与团队成员合作，完成团队分配的任承担个体、团队成员以及负责人的角色。作中找准自己的定位，能够为多学科问题贡献自己的力务，承担团队成员以及负责人的角色。量。理论教学进程表教学模式支撑课周次学时数教学方法作业安排教学主题授课教师教学内容（重点、难点、课程思政融入点）（线上/线下）程目标介绍计算机在材料多尺度设计中的应用：以及掌握科学的学习方法为社会服务，创造价值。重点：理解计算机在材料学研究中的重要作用。目标一线下课堂讲授绪论及数学模型付茂青2难点：数学模型的建立。目标三课程思政融入点：结合指标点4.1和9.2，让学生了解可持续发展的重要性以及作为一名材料学科专业的学生所应该有的社会责任与意识。2
2 目标二： 学会使用常见的计算软件进行材料学的科学计算，学会用 Python 语言进行数据分析绘图，结合理论知识，学会分析 计算结果的合理性。 指标点 5.2 能够使用、开发现代工程工 具和信息技术工具预测与模拟材料科 学与工程领域复杂工程问题，并能够理 解其局限性。 NO. 5 使用现代工具：能够针对材料科学与工程领 域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、 资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对材料 科学与工程领域复杂工程问题的预测与模拟，并能 够理解其局限性。 目标三： 学会团队合作，利用自身计算材料学方面的知识在团队合 作中找准自己的定位，能够为多学科问题贡献自己的力 量。 指标点 9.2 能够在多学科背景下主动 与团队成员合作，完成团队分配的任 务，承担团队成员以及负责人的角色。 NO. 9 个人和团队：能够在多学科背景下的团队中 承担个体、团队成员以及负责人的角色。 理论教学进程表 周次 教学主题 授课教师 学时数 教学内容（重点、难点、课程思政融入点） 教学模式 （线上/线下） 教学方法 作业安排 支撑课 程目标 1 绪论及数学模型 付茂青 2 介绍计算机在材料多尺度设计中的应用；以及掌握 科学的学习方法为社会服务，创造价值。 重点：理解计算机在材料学研究中的重要作用。 难点：数学模型的建立。 课程思政融入点：结合指标点 4.1 和 9.2，让学生 了解可持续发展的重要性以及作为一名材料学科 专业的学生所应该有的社会责任与意识。 线下 课堂讲授 目标一 目标三
差分方程建立、求解、误差分析22付茂青线下有限差分法介绍重点：差分方程建立、求解课堂讲授目标一难点：差分方程建立、求解有限元法的基本概念和基本理论、有限元程序的结构特点2线下课堂讲授3、5有限元法介绍付茂青目标一重点：有限元法基本理论难点：有限元法基本理论分子动力学方法原理、作用势、算法24.6分子动力学介绍秦豹重点：分子动力学计算基本步骤线下课堂讲授习题目标一难点：原理和算法的理解Python数据类型、NumPy和Matplotlib使用Python与科学计27-8秦豹线下课堂讲授目标二重点：Python数据类型及操作算难点：软件Jupyternotebook的使用材料的热膨胀计算分子动力学软件29秦豹线下课堂讲投目标一重点：掌握计算流程介绍难点：LAMMPS软件的安装及使用波函数及薛定调方程介绍重点：理解量子力学在材料科学方面的应用210秦豹线下量子力学简介课堂讲投目标一难点：对薛定评方程的理解课程恩政融入点：介绍科学家在量子力学方面的贡献，培养学生崇尚科学的精神。2线下秦豹课堂讲授目标一11-12蒙特卡洛方法蒙特卡诺方法原理及其应用3
3 2 有限差分法介绍 付茂青 2 差分方程建立、求解、误差分析 重点：差分方程建立、求解 难点：差分方程建立、求解 线下 课堂讲授 目标一 3、5 有限元法介绍 付茂青 2 有限元法的基本概念和基本理论、有限元程序的结 构特点 重点：有限元法基本理论 难点：有限元法基本理论 线下 课堂讲授 目标一 4、6 分子动力学介绍 秦豹 2 分子动力学方法原理、作用势、算法 重点：分子动力学计算基本步骤 难点：原理和算法的理解 线下 课堂讲授 习题 目标一 7-8 Python 与科学计 算 秦豹 2 Python 数据类型、NumPy 和 Matplotlib 使用 重点：Python 数据类型及操作 难点： 软件 Jupyter notebook 的使用 线下 课堂讲授 目标二 9 分子动力学软件 介绍 秦豹 2 材料的热膨胀计算 重点：掌握计算流程 难点：LAMMPS 软件的安装及使用 线下 课堂讲授 目标一 10 量子力学简介 秦豹 2 波函数及薛定谔方程介绍 重点：理解量子力学在材料科学方面的应用 难点：对薛定谔方程的理解 课程思政融入点：介绍科学家在量子力学方面的贡 献，培养学生崇尚科学的精神。 线下 课堂讲授 目标一 11-12 蒙特卡洛方法 秦豹 2 蒙特卡诺方法原理及其应用 线下 课堂讲授 目标一
介绍重点：蒙特卡洛方法原理难点：蒙特卡洛方法的思想蒙特卡罗方法算例及算法实现蒙特卡洛方法算秦豹2线下习题13重点：蒙特卡洛方法程序实现课堂讲授目标二例的Python实现难点：蒙特卡洛方法的程序实现神经网络构成及应用介绍重点：神经网络原理秦豹2线下14-15课堂讲授目标一神经网络介绍难点：神经网络训练的优化算法课程恩政融入点：介绍深度学习和人工智能的兴起，鼓励学生终身学习神经网络求解偏微分方程的原理神经网络求解偏重点：损失函数的构造和训练秦豹2线下课堂讲授习题目标三16微分方程Python难点：程序实现实现课程思政融入点：介绍科学家在求解偏微分方程的贡献，培养学生崇尚科学的精神。合计32课程考核评价依据及成绩比例（%）课程目标支撑毕业要求指标点作业考勤考试指标点1.1目标一指标点2.130440指标点3.24
4 介绍 重点：蒙特卡洛方法原理 难点：蒙特卡洛方法的思想 13 蒙特卡洛方法算 例的 Python 实现 秦豹 2 蒙特卡罗方法算例及算法实现 重点：蒙特卡洛方法程序实现 难点：蒙特卡洛方法的程序实现 线下 课堂讲授 习题 目标二 14-15 神经网络介绍 秦豹 2 神经网络构成及应用介绍 重点：神经网络原理 难点：神经网络训练的优化算法 课程思政融入点：介绍深度学习和人工智能的兴 起，鼓励学生终身学习 线下 课堂讲授 目标一 16 神经网络求解偏 微分方程 Python 实现 秦豹 2 神经网络求解偏微分方程的原理 重点：损失函数的构造和训练 难点：程序实现 课程思政融入点：介绍科学家在求解偏微分方程的 贡献，培养学生崇尚科学的精神。 线下 课堂讲授 习题 目标三 合计 32 课程考核 课程目标 支撑毕业要求指标点 评价依据及成绩比例（%） 作业 考勤 考试 目标一 指标点 1.1 指标点 2.1 指标点 3.2 30 4 40
指标点4.30目标二410指标点5.1指标点6.30210目标三指标点7.1指标点12.1总计301060100各注：1）根据《东莞理工学院考试管理规定》第士二条规定，广课3次（或6课时）学生不得参加该课程的期终考核。2）各项考核标准见附件所示。大纲编写时间：2024年2月28日系（部）审查意见：Q22系（部）主任签名：年3月3日日期：20245
5 目标二 指标点 4.3 指标点 5.1 0 4 10 目标三 指标点 6.3 指标点 7.1 指标点 12.1 0 2 10 总计 30 10 60 100 备注：1）根据《东莞理工学院考试管理规定》第十二条规定：旷课 3 次（或 6 课时）学生不得参加该课程的期终考核。2）各项考核标准见附件所示。 大纲编写时间：2024 年 2 月 28 日 系（部）审查意见： 系（部）主任签名： 日期： 2024 年 3 月 3 日