计算机在材料科学与工程中的应用
（Application of computer in material science &
engineering）
课程编码：0 学 分：2学分 学 时：32学时
先修课程：高等数学、结晶学、 材料科学基础、固体物理 后续课程：
适用专业：材料科学与工程、材料物理 开课部门：材料科学与工程学院
一、课程教学目的和课程性质
本课程是材料科学与工程专业的主要专业技术选修课程。 课程教学所需达到的目的是了解在材料科学领域的需要应用计算机解决的问题。掌握计算机应用中经常采用技术手段的工作原理、性能和特点。掌握材料研究、材料制备、材料工程中可以运用计算机解决问题的的基本方法。在实验中介绍典型、常用的计算机处理软件、数据处理技术，实验方法设计，对一般材料的研究、制造过程中需要计算机技术的环节，具有初步判断并进行简要分析、设计的能力。
课程内容共分四章，第一章材料科学研究中常用的实验设计方法及数据处理，第二章Origin在材料科学与工程中的的应用，第三章计算材料学（第一性原理），第四章材料设计与计算材料学（分子动力学方法）。
本课程的学习与基础理论课的学习方法不同，应注意理论学习与生产实践相结合，注重实验，授课16学时，实验16学时。
二、课程的教学要求
第1单元 材料科学研究中常用的实验设计方法及数据处理 （4学时）
[知 识 点]
正交设计的基本原理，正交试验设计方法，正交试验数据分析技术；曲线拟合及最小二乘法在数据处理中的应用。
[重 点]
正交试验设计方法，最小二乘法的应用。 [难 点]
正交设计的方差分析，最优工艺的确定，最小二乘法数据处理。 [基本要求]
1、识 记：基本名词术语、概念等
2、领 会：正交设计与最小二乘法原理和方法等。
3、简单应用：通过正交方法设计实验，通过曲线拟合或最小二乘法获得相关模型。
4、综合应用：采用正交设计进行试验并对数据进行综合分析，从而得到最有方法或工艺。
[实践与练习]
通过课后习题以及学生参与实验的设计进行数据处理和试验方法设计的综合锻炼
[考核要求]
考核要求需覆盖每章全部教学内容
第2单元 Origin在材料科学与工程中的的应用 （4学时） [知 识 点]
Origin软件的基础知识；origin软件在数据处理中的应用；origin软件图形处理技术；origin软件在科技论文写作中的应用。
[重 点]
origin软件在数据处理中的应用；origin软件图形处理技术。
[难 点]
origin软件图形处理技术 [基本要求]
1、识 记：Origin软件的基础知识。
2、领 会：Origin软件在数据处理中的应用；origin软件图形处理技术；origin软件在科技论文写作中的应用。
3、简单应用：origin软件数据分析，如在峰值的确定和半峰宽的获得方面。
4、综合应用：origin软件在图形处理方面的应用，以及如何建origin应用于论文的写作中。
[实践与练习]
对给定的数据进行数据分析，或者得到规定的图谱并对图谱数据进行处理，获得理想的图谱，并应用于论文的写作之中。 [考核要求] 全部教学内容
第3单元 计算材料学（第一性原理） （4学时） [知 识 点]
材料计算模拟的层次及对应的方法；materials studio软件的安装；利用 Visualizer建立材料模拟中的各种物理模型；密度泛函理论及其在Castep模块中的实现；Castep模块在第一性原理计算模拟中的应用。
[重 点]
Visualizer在材料模拟中建立各种模型如晶体、表面、界面、掺杂等；Castep模块的应用。
[难 点]
密度泛函理论及其实现 [基本要求]
1、识 记：材料计算模拟的层次及对应的方法。
2、领 会：密度泛函理论及其实现。
3、简单应用：应用Visualizer在材料模拟中建立各种模型如晶体、表面、界面、掺杂等。
4、综合应用：利用Castep研究材料的基本物性。 [实践与练习]
利用Castep研究材料的基本物性。 [考核要求] 全部教学内容
第4单元 计算材料学（分子动力学） （4学时） [知 识 点]
分子动力学的基本原理与步骤；分子动力学在MS中的实现； discover及Forcite材料研究中应用。
[重 点]
分子动力学的基本原理与步骤及其实现。 [难 点]
分子动力学的基本原理 [基本要求] 1、识 记：
2、领 会：分子动力学的基本原理。
3、简单应用：应用discover研究材料的各种输运特性。 4、综合应用：利用Forcite研究材料的表面吸附。 [实践与练习]
利用Forcite研究材料的表面吸附。 [考核要求] 全部教学内容
三、学时分配
讲 课 内 容 学 时 1、材料科学研究中常用的实验设计方法 2、Origin在材料科学与工程中的的应用 3、计算材料学（第一性原理） 4、材料设计与计算材料学（分子动力学） 4 4 4 4 四、教学方法与手段
运用多媒体教学手段，理论教学与实验操作相结合的手段进行教学。
五、考核模式与成绩评定办法
成绩评定为百分制。其中实验占总成绩100%。
六、选用教材和主要参考书
教材：
计算机在材料科学与工程中的应用，曾令可，叶卫平，武汉理工大学出版社，2004年3月
主要参考书：
1、许鑫华，叶卫平.计算机在材料科学中的应用.机械工业出版社,2003年第一版
2、邱大年.计算机在材料科学中的应用.北京工业大学出版社,1990年第一版
3、樊新民.材料科学与工程中的计算机技术.中国矿业大学出版社,2000年第一版
六、课程的实验内容与要求
1、实验设计及数据处理方法，四学时 2、origin软件的应用，四学时
3、Catep模块的应用（第一性原理），四学时 模块的应用（分子动力学），四学时
实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。培养学生初步掌握主要的计算机应用技术，具备对材料研究、分析、开发等实际工作的能力。
上机实验要求：具备正确处理实验数据的能力，培养运用所学理论解决实际问题的能力、分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。要求学生以严肃认真的态度、实事求是的作风，完成计算机上机实验课程。
制定人：赖振宇，易勇
审定人： 批准者：
计算机在材料科学与工程中的应用教学大纲
