計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用教學(xué)大綱

1、計(jì)算機(jī)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(shí)：32學(xué)時(shí)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(kāi)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(dá)到的目的是了解在材料科學(xué)領(lǐng)域的需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決的問(wèn)題。掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用中經(jīng)常采用技術(shù)手段的工作原理、性能和特點(diǎn)。掌握材料研究、材料制備、材料工程中可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題

2、的的基本方法。在實(shí)驗(yàn)中介紹典型、常用的計(jì)算機(jī)處理軟件、數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，對(duì)一般材料的研究、制造過(guò)程中需要計(jì)算機(jī)技術(shù)的環(huán)節(jié)，具有初步判斷并進(jìn)行簡(jiǎn)要分析、設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)算材料學(xué)（第一性原理），第四章材料設(shè)計(jì)與計(jì)算材料學(xué)（分子動(dòng)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(shí)踐相結(jié)合，注重實(shí)驗(yàn)，授課16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及數(shù)據(jù)處理 （4學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)正交設(shè)計(jì)的基本原理，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方

3、法，正交試驗(yàn)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(diǎn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，最小二乘法的應(yīng)用。難 點(diǎn)正交設(shè)計(jì)的方差分析，最優(yōu)工藝的確定，最小二乘法數(shù)據(jù)處理?；疽?、識(shí) 記：基本名詞術(shù)語(yǔ)、概念等 2、領(lǐng) 會(huì)：正交設(shè)計(jì)與最小二乘法原理和方法等。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：通過(guò)正交方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)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(jì)進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，從而得到最有方法或工藝。 實(shí)踐與練習(xí) 通過(guò)課后習(xí)題以及學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)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)與工程中的的應(yīng)用 （4學(xué)時(shí)）知

4、識(shí) 點(diǎn)Origin軟件的基礎(chǔ)知識(shí)；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(diǎn)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(diǎn)origin軟件圖形處理技術(shù)基本要求1、識(shí) 記：Origin軟件的基礎(chǔ)知識(shí)。2、領(lǐng) 會(huì)：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(jiǎn)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)用于論文的寫作中。實(shí)踐與練習(xí) 對(duì)給定

5、的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，或者得到規(guī)定的圖譜并對(duì)圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算材料學(xué)（第一性原理） （4學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)材料計(jì)算模擬的層次及對(duì)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(shí)現(xiàn)；Castep模塊在第一性原理計(jì)算模擬中的應(yīng)用。重 點(diǎn)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(diǎn)密度泛函理論及其實(shí)現(xiàn)基本要求1、識(shí) 記：材料計(jì)算模擬的層次及對(duì)應(yīng)的方法。2、領(lǐng) 會(huì)：密度泛函

6、理論及其實(shí)現(xiàn)。3、簡(jiǎn)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(shí)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(jì)算材料學(xué)（分子動(dòng)力學(xué)） （4學(xué)時(shí)）知 識(shí) 點(diǎn)分子動(dòng)力學(xué)的基本原理與步驟；分子動(dòng)力學(xué)在MS中的實(shí)現(xiàn)； discover及Forcite材料研究中應(yīng)用。重 點(diǎn)分子動(dòng)力學(xué)的基本原理與步驟及其實(shí)現(xiàn)。難 點(diǎn)分子動(dòng)力學(xué)的基本原理基本要求1、識(shí) 記：2、領(lǐng) 會(huì)：分子動(dòng)力學(xué)的基本原理。3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：應(yīng)用discover研究材料的各種輸運(yùn)特性。 4、綜合應(yīng)用：利用Forcite

7、研究材料的表面吸附。實(shí)踐與練習(xí) 利用Forcite研究材料的表面吸附。考核要求 全部教學(xué)內(nèi)容三、學(xué)時(shí)分配講 課 內(nèi) 容學(xué) 時(shí)1、材料科學(xué)研究中常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法42、Origin在材料科學(xué)與工程中的的應(yīng)用43、計(jì)算材料學(xué)（第一性原理）44、材料設(shè)計(jì)與計(jì)算材料學(xué)（分子動(dòng)力學(xué)）4四、教學(xué)方法與手段運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合的手段進(jìn)行教學(xué)。五、考核模式與成績(jī)?cè)u(píng)定辦法成績(jī)?cè)u(píng)定為百分制。其中實(shí)驗(yàn)占總成績(jī)100%。 六、選用教材和主要參考書教材：計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2003年第一版 2、邱大年.計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù).中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000年第一版六、課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理方法，四學(xué)時(shí)2、origin軟件的應(yīng)用，四學(xué)時(shí)3、Catep模塊的應(yīng)用（第一性原理），四學(xué)時(shí)4.Forcite模塊的應(yīng)用（分子動(dòng)力學(xué)），四學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證、鞏固和補(bǔ)充課堂講授的理論知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生初步掌握主要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，具備對(duì)材料研究、分析、開(kāi)