計算機在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用教學(xué)大綱

1、計算機在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用教學(xué)大綱計算機在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用（Application of computer in material science & engineering）課程編碼：113191510學(xué) 分：2學(xué)分學(xué) 時：32學(xué)時先修課程：高等數(shù)學(xué)、結(jié)晶學(xué)、 材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理 后續(xù)課程： 適用專業(yè)：材料科學(xué)與工程、材料物理開課部門：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、課程教學(xué)目的和課程性質(zhì)本課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的主要專業(yè)技術(shù)選修課程。課程教學(xué)所需達到的目的是了解在材料科學(xué)領(lǐng)域的需要應(yīng)用計算機解決的問題。掌握計算機應(yīng)用中經(jīng)常采用技術(shù)手段的工作原理、性能和特點。掌握材料研究、材料制備、材

2、料工程中可以運用計算機解決問題的的基本方法。在實驗中介紹典型、常用的計算機處理軟件、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實驗方法設(shè)計，對一般材料的研究、制造過程中需要計算機技術(shù)的環(huán)節(jié)，具有初步判斷并進行簡要分析、設(shè)計的能力。課程內(nèi)容共分四章，第一章材料科學(xué)研究中常用的實驗設(shè)計方法及數(shù)據(jù)處理，第二章Origin在材料科學(xué)與工程中的的應(yīng)用，第三章計算材料學(xué)（第一性原理），第四章材料設(shè)計與計算材料學(xué)（分子動力學(xué)方法）。本課程的學(xué)習(xí)與基礎(chǔ)理論課的學(xué)習(xí)方法不同，應(yīng)注意理論學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，注重實驗，授課16學(xué)時，實驗16學(xué)時。二、課程的教學(xué)要求第1單元 材料科學(xué)研究中常用的實驗設(shè)計方法及數(shù)據(jù)處理 （4學(xué)時）知 識 點正交

3、設(shè)計的基本原理，正交試驗設(shè)計方法，正交試驗數(shù)據(jù)分析技術(shù)；曲線擬合及最小二乘法在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。重 點正交試驗設(shè)計方法，最小二乘法的應(yīng)用。難 點正交設(shè)計的方差分析，最優(yōu)工藝的確定，最小二乘法數(shù)據(jù)處理。基本要求1、識 記：基本名詞術(shù)語、概念等 2、領(lǐng) 會：正交設(shè)計與最小二乘法原理和方法等。3、簡單應(yīng)用：通過正交方法設(shè)計實驗，通過曲線擬合或最小二乘法獲得相關(guān)模型。4、綜合應(yīng)用：采用正交設(shè)計進行試驗并對數(shù)據(jù)進行綜合分析，從而得到最有方法或工藝。 實踐與練習(xí) 通過課后習(xí)題以及學(xué)生參與實驗的設(shè)計進行數(shù)據(jù)處理和試驗方法設(shè)計的綜合鍛煉考核要求考核要求需覆蓋每章全部教學(xué)內(nèi)容 第2單元 Origin在材料科學(xué)與

4、工程中的的應(yīng)用 （4學(xué)時）知 識 點Origin軟件的基礎(chǔ)知識；origin軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用；origin軟件圖形處理技術(shù)；origin軟件在科技論文寫作中的應(yīng)用。重 點origin軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用；origin軟件圖形處理技術(shù)。難 點origin軟件圖形處理技術(shù)基本要求1、識 記：Origin軟件的基礎(chǔ)知識。2、領(lǐng) 會：Origin軟件在數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用；origin軟件圖形處理技術(shù)；origin軟件在科技論文寫作中的應(yīng)用。3、簡單應(yīng)用：origin軟件數(shù)據(jù)分析，如在峰值的確定和半峰寬的獲得方面。 4、綜合應(yīng)用：origin軟件在圖形處理方面的應(yīng)用，以及如何建origin應(yīng)用于論

5、文的寫作中。實踐與練習(xí) 對給定的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，或者得到規(guī)定的圖譜并對圖譜數(shù)據(jù)進行處理，獲得理想的圖譜，并應(yīng)用于論文的寫作之中?？己艘?全部教學(xué)內(nèi)容第3單元 計算材料學(xué)（第一性原理） （4學(xué)時）知 識 點材料計算模擬的層次及對應(yīng)的方法；materials studio軟件的安裝；利用 Visualizer建立材料模擬中的各種物理模型；密度泛函理論及其在Castep模塊中的實現(xiàn)；Castep模塊在第一性原理計算模擬中的應(yīng)用。重 點Visualizer在材料模擬中建立各種模型如晶體、表面、界面、摻雜等；Castep模塊的應(yīng)用。難 點密度泛函理論及其實現(xiàn)基本要求1、識 記：材料計算模擬的層次及對

6、應(yīng)的方法。2、領(lǐng) 會：密度泛函理論及其實現(xiàn)。3、簡單應(yīng)用：應(yīng)用Visualizer在材料模擬中建立各種模型如晶體、表面、界面、摻雜等。 4、綜合應(yīng)用：利用Castep研究材料的基本物性。實踐與練習(xí) 利用Castep研究材料的基本物性?？己艘?全部教學(xué)內(nèi)容第4單元 計算材料學(xué)（分子動力學(xué)） （4學(xué)時）知 識 點分子動力學(xué)的基本原理與步驟；分子動力學(xué)在MS中的實現(xiàn)； discover及Forcite材料研究中應(yīng)用。重 點分子動力學(xué)的基本原理與步驟及其實現(xiàn)。難 點分子動力學(xué)的基本原理基本要求1、識 記：2、領(lǐng) 會：分子動力學(xué)的基本原理。3、簡單應(yīng)用：應(yīng)用discover研究材料的各種輸運特性。 4

7、、綜合應(yīng)用：利用Forcite研究材料的表面吸附。實踐與練習(xí) 利用Forcite研究材料的表面吸附?？己艘?全部教學(xué)內(nèi)容三、學(xué)時分配講 課 內(nèi) 容學(xué) 時1、材料科學(xué)研究中常用的實驗設(shè)計方法42、Origin在材料科學(xué)與工程中的的應(yīng)用43、計算材料學(xué)（第一性原理）44、材料設(shè)計與計算材料學(xué)（分子動力學(xué)）4四、教學(xué)方法與手段運用多媒體教學(xué)手段，理論教學(xué)與實驗操作相結(jié)合的手段進行教學(xué)。五、考核模式與成績評定辦法成績評定為百分制。其中實驗占總成績100%。 六、選用教材和主要參考書教材：計算機在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用，曾令可，葉衛(wèi)平，武漢理工大學(xué)出版社，2004年3月主要參考書：1、許鑫華，葉衛(wèi)平.計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用.機械工業(yè)出版社,2003年第一版 2、邱大年.計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用.北京工業(yè)大學(xué)出版社,1990年第一版3、樊新民.材料科學(xué)與工程中的計算機技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2000年第一版六、課程的實驗內(nèi)容與要求1、實驗設(shè)計及數(shù)據(jù)處理方法，四學(xué)時2、origin軟件的應(yīng)用，四學(xué)時3、Catep模塊的應(yīng)用（第一性原理），四學(xué)時4.Forcite模塊的應(yīng)用（分子動力學(xué)），四學(xué)時實驗?zāi)康模候炞C、鞏固和補充課堂講授的理論知識。培養(yǎng)學(xué)生初步掌握主要的計算機應(yīng)用技術(shù)，具備對材料研究、分析、開發(fā)等實際工作的能力。上