《计算材料学——设计实践方法》课程建设介绍

深耕二十年的教学改革实践，已构建了《计算材料学与材料设计》本科生研究性教学理论与实践有机融合的课程。

近年来，随着材料科学与计算机技术的飞速发展，多尺度、高通量的材料计算与设计在构筑新型功能材料上发挥了重要的作用。美国、日本、欧洲以及中国都相继组织实施了一系列相关研究计划和项目。诸如Materials Projects、AFLOW、OQMD等许多优秀的高通量计算平台和材料数据库不断涌现出来，通过高通量的计算和材料数据挖掘不断缩短新材料研发周期，对节约新材料研发成本具有非常积极的意义。此外，今年来机器学习的飞速发展也极大地促进了材料数据挖掘的算法效率，国外高通量计算方法、计算软件以及机器学习在材料计算和设计中的应用等研究如火如荼，变革新材料及其研发行业正在进行一场革新！为主动引领计算材料学理论与算法研究，关注基础科学前沿问题，突破功能基元系统设计新理念，构建科学研究新范式，完善系统级集成材料智能设计新环境，实乃大势所趋。因此，映射这一新动态，在听取多方意见和建议后，商定对《计算材料学—设计实践方法学》修订，顺势推出《计算材料学—设计实践方法学》（第二版）。

该书编著者匠心独运，从一门专业核心课程建设出发，探索了面向大班面上教学的创新教育模式，构建学习共同体的课程教学范式和实践方法，营造人文情怀根植于课程素质教育环节和以学生为中心的教育创新环境，解决了大班教学中制约群体创新实践教育的瓶颈。2005年“计算材料学与新材料设计跨学科虚拟基地建设”获得湖北省高等学校教学成果一等奖。2007年全面负责“面向群体创新人才互动式培养实验区”国家人才培养模式创新实验区的建设工作。2009年“理工科本科生研究性教学改革和实践模式”，获得国家级教学成果二等奖。《计算材料学与材料设计基础》2010年获得省级精品课程。2013年“面向群体创新学习共同体的课程教学范式和实践方法”获得湖北省教学成果一等奖，已逐步形成“基于课程、面向群体、学术创新、交叉融合、实践育人”的创新特色。

该系列教育教学成果，具有引领和示范推广效果，已应用于指导华中科技大学光电信息国家试点学院18门主干课程建设，引起广泛媒体报道，起到了良好的示范辐射作用。特别值得一提的是，共同支持申报2018年教改课题 《融合产业学科优势，基于“一课三化”，推进光电类专业创新人才的群体培养模式》获得国家级教学成果一等奖。

本教材在第一版的理论计算框架上进行再版修订，新增了紧束缚密度泛函方法、有限元方法在电磁计算中的应用以及机器学习与材料智能设计。在设计实践方法中，介绍了相关高通量计算平台以及数据库，并结合前沿低维材料作为典型计算实例来阐述计算材料的应用。修订版全书共分11章，包括计算材料学导论、密度泛函理论基础、赝势平面波方法（I）、赝势平面波方法（II）、全势线性缀加平面波方法、紧束缚密度泛函方法、分子动力学方法、第一性原理分子动力学方法、蒙特卡罗方法、有限元方法在电磁计算中的应用以及机器学习与材料智能设计。主要修订了以下内容：（1）结合科学前沿，新增了基于功能基元系构的频率选择表面电磁计算与雷达散射截面RCS计算。在第10章中介绍有限元分析的基本原理，并结合频率选择表面与雷达散射截面的基本理论，讲述材料电磁计算方法，并给出了几个典型算例。（2）新增了第6章和第11章，讲述了紧束缚密度泛函理论，机器学习的理论基础与材料智能设计。（3）对全书的案例部分进行了修订，以低维纳米材料为研究对象，在案例中介绍了关于其电、磁、电化学储能、电催化等方面计算实例。并在附录E和附录F中给出了大量实践专题和研究实例。