《计算材料学课程设计》课程教学大纲

一、课程名称（中英文）

中文名称：计算材料学课程设计

英文名称：Computational Materials Science-based Project Design

二、课程代码及性质

学科基础课

必修

三、学时与学分

总学时：2周，另有 理论课程32学时/2分

学分：2

四、先修课程

量子力学，固体物理，半导体物理，电磁场与电磁波

五、授课对象

本课程面向 电子与科学技术 专业学生开设

六、课程教学目的

结合本课程理论学习部分，结合典型计算实例来掌握相关建模、计算软件，了解材料设计研究方法。针对特定选题，阅读调研文献，了解相关研究中材料计算设计作用。在应用目标牵引下不断拓展到材料基因组与机器学习、计算电磁学、新能源存储与转化、纳电子学等跨领域的科学与技术前沿研究。

教学过程中理论联系实际，课内课外结合，融知识传授、能力培养、素质教育于一体；鼓励学生积极开展相关实践活动，通过实践来加深对所学知识的理解，活用所学理论知识，指导实践活动。

七、教学重点与难点：

课程重点：熟练掌握计算材料学常见软件包使用及结合材料设计案例的前沿应用

课程难点：相关软件中对应关键参数的物理意义、结合固体物理等进行计算结果的分析

八、教学方法与手段：

教学方法：课程设计

教学手段：分组交流讨论

九、教学内容与学时安排

从“大班分群体，群体组团队”主动学习与实践思想出发，面向全体本科生进行跨环节“体-面-线-点”贯通式培养，推行群体合作式学习、环节贯通式实践、项目团队式研修和立体辐射式发展的群体创新人才培养模式探索。

因为每一个研究专题难度广度很大，必须是集体智慧力量来完成，与此同时在团体中既强调个人的能力水平，又强调组织协调，因为专题研究受多环节控制。为此，学生自由组合成立基于团队的研究项目组。然后同学们根据各人能力自由组合，分别承担文献检索与翻译、研究方案制定、算法与编程、计算模拟结果分析等任务。同学们经过齐心努力，分工协作，共同完成课题。为提高口语表达能力，最后要进行集中演讲答辩。

尊重学生不同背景学生的差异性，推进“以学习者为中心”的先进教学改革理念，营造“创造有意义的学习经历”的良好教育环境，融“基础知识、应用、综合、人文维度、学会学习和关心”等教育目标于一体，实现5C5S“五自”计划，即Character & Self-actualization; Community & Self-confidence; Colony & Self-organization; Culture & Self-determination; Club & Self-sufficiency：“个人自励、小组自信、群体自行、文化自主、载体自足”，赋予施展才华与学习交流的舞台，更让学生体会到舞者“十年一剑”的收获！

学生可以自由以4～8人为一个小组进行《计算材料学》课程设计，根据所学的知识，针对材料领域的任一问题进行开放式计算研究得出自己的结论。在课程项目专题研究过程中，要求同学们集体协作共同完成。采取开放的形式进行, 课题是与所学课程相关的理论或者自选题, 没有现成答案, 没有固定的求解方法和结论, 也没有规定的工具、手段或参考书，对课题在内容方面特别要求广度和深度应超越教材, 并力求有所创新。

1、上课期间详细讲述计算材料学基础知识，相关的模拟方法。向学生提供课程设计题目列表，学生自行分组，选择自己感兴趣的方向进行研究。

2、 第2周收集学生的选题，分类归档。

3、 第3周对学生上一堂关于Material Studio软件使用方法的讲座，Material Studio为试验模拟必备软件

4、 第4周，计算材料学中期交流会，交流课程设计中需要注意的问题，解答学生的技术疑问。

5、 第11周周三下午7-8节课，课题结题进展答疑。

6、 第11周日晚上进行课题结题交流。

7、 评分，整理文档。

小组活动

为了保证课程设计的进展，小组组长应该制定详细的工作计划和项目节点，安排适当的小组讨论活动，推动整个项目不断向前发展。在最后的评价时，每个小组需要参加初赛，由CCMS指定专业的成员对提交的论文进行评价。每个学生需要根据自己的实际情况对以百分制自己做评价，此外在小组内部需要各个成员之间以百分制进行互评。

十、教学参考书及文献

教学参考书：

1. 计算材料学设计实践方法，北京：高等教育出版社，江建军，缪灵，梁培，马新国编著，2010年；

2. 计算材料学设计实践方法（第二版），北京：高等教育出版社，江建军，缪灵，张宝编著，2021年待出版；

十一、课程成绩评定与记载

课程成绩构成：

课程成绩=小组整体分 + 个人贡献分 + 额外加分

终结性考试形式：报告

附录：参考典型案例

大纲制定：《计算材料学课程设计》课程组