西安交通大学：材料科学与工程专业《计算材料学》课程教学大纲（二）

西安交通大学计算材料学-II课程教学大纲一、课程基本信息计算材料学导论-Part2课程名称Introduction of computational materials science: Part2课程编号MATL501302241.5总学时课程学分理论：24实验：0上机：0课外：8学时分配（课外学时不计入总学时）口通识课程口公共课程课程类型口学科门类基础课口专业大类基础课口\专业选修课口集中实践口专业核心课□1-1□1-2□2-1□2-2□3-1□3-2开课学期□V4-1□4-2□5-1□5-2先修课程Basic knowledge of computer, Fundamentals of materials scienceandengineering,AdvancedMathematics.教材、参考[1] David Sholl, Janice A Steckel."Density Functional Theory:A书及其他Practical Introduction"Wiley,2009.资料[2] Feliciano Giustino. Materials Modelling using DensityFunctional Theory [M]. Oxford University Press, 2014.[3] Richard M. Martin, Electronic Structure: Basic theory andpractical method [M]. Cambridge University Press, 2004二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求This course focuses on the brief introduction of first-principles calculations based onDensityFunctional Theory(DFT)andhowtouseDFTtheoryto solvepracticalproblems by modeling and simulations in materials science. The purpose is to enablestudentstounderstandthebasic conceptsof densityfunctional theory(DFT),tolearnDFT calculations for simple solids, to grasp the basic elements in DFT calculations

西安交通大学计算材料学-II 课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 计算材料学导论-Part2 Introduction of computational materials science: Part2 课程编号 MATL501302 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 24 实验: 0 上机: 0 课外: 8 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 Basic knowledge of computer; Fundamentals of materials science and engineering; Advanced Mathematics. 教材、参考 书 及 其 他 资料 [1] David Sholl, Janice A Steckel. “Density Functional Theory: A Practical Introduction”. Wiley, 2009. [2] Feliciano Giustino. Materials Modelling using Density Functional Theory [M]. Oxford University Press, 2014. [3] Richard M. Martin, Electronic Structure: Basic theory and practical method [M]. Cambridge University Press, 2004 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 This course focuses on the brief introduction of first-principles calculations based on Density Functional Theory (DFT) and how to use DFT theory to solve practical problems by modeling and simulations in materials science. The purpose is to enable students to understand the basic concepts of density functional theory (DFT), to learn DFT calculations for simple solids, to grasp the basic elements in DFT calculations

and to use DFT calculations to get physical properties of solid materials. Meanwhilethis course introduces the applications of high-performance computers in DFTcalculations and computational materials science. It will teach the students to usemodeling and simulations for the design of advanced (new) functional materials.2.2课程的目标及学生应该达到的能力1设计/开发解决方案Students can perform the DFT calculations by using softwares such as VASP andMaterials Studio to solve the problems in materials science.支撑毕业要求指标点3-3：针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料系统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。2沟通与交流Students can communicate in english with collegues smoothly支撑毕业要求指标点10-1：能应用外语在国际化背景下就材料及相关领域问题进行有效沟通和交流。课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要求56891011123427课程目标M课程目标1课程目M标2注：1,2,3·12对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介Teaching timeTitleChapter(hours)1Introductionofcomputational materials science12Basic concepts of DFT andrelated examples33NutsandBoltsofDFTcalculations2

and to use DFT calculations to get physical properties of solid materials. Meanwhile, this course introduces the applications of high-performance computers in DFT calculations and computational materials science. It will teach the students to use modeling and simulations for the design of advanced (new) functional materials. 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 设计/开发解决方案 Students can perform the DFT calculations by using softwares such as VASP and Materials Studio to solve the problems in materials science. 支撑毕业要求指标点 3-3： 针对材料领域的复杂工程问题，寻求合适的材料系 统或工艺流程，在设计环节中体现创新意识，并能考虑社会、健康、安全、法律、 文化及环境等因素。 2 沟通与交流 Students can communicate in english with collegues smoothly. 支撑毕业要求指标点 10-1： 能应用外语在国际化背景下就材料及相关领域问题 进行有效沟通和交流。课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 M 课 程 目 标 2 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 Chapter Title Teaching time (hours) 1 Introduction of computational materials science 1 2 Basic concepts of DFT and related examples 3 3 Nuts and Bolts of DFT calculations 2

4DFT packages and high performance computing65DFTcalculationsformaterials sciences12四、教学安排详表

4 DFT packages and high performance computing 6 5 DFT calculations for materials sciences 12 四、教学安排详表

教学方式学时（授课、教学要求对课程目标序号教学内容分配实验、上的支撑关系（知识要求及能力要求）机、讨论）OverviewofcomputationalmaterialsThebriefintroductionofcomputational课程目标1science;Introduction of some第一章I授课materials science and some usual methods at课程目标2approaches in computational materialsdifferent time/length scales.scienceThe history and basic conceptsofIntroduction about DFT and what DFT can do,课程目标1density functional theory, The process第二章3授课Some examples for DFT calculations solving课程目标2ofperformingDFTcalculations,Somerealproblems.examples of DFT calculationsAtomistic structures (models)andThe details for DFT calculations including课程目标12第三章授课related concepts; Parameters for DFTatomic models and parameters for DFT课程目标2calculationscalculations (using VASP as a example)课程目标1High performancecomputingfor DFTThe knowledge of HPC computing, introduction6第四章授课about theDFT software packages such as VASP课程目标2calculations; DFT software packages:

序号 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、 实验、上 机、讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标 的支撑关系 第一章 Overview of computational materials science；Introduction of some approaches in computational materials science 1 授课 The brief introduction of computational materials science and some usual methods at different time/length scales. 课程目标 1 课程目标 2 第二章 The history and basic concepts of density functional theory; The process of performing DFT calculations; Some examples of DFT calculations. 3 授课 Introduction about DFT and what DFT can do; Some examples for DFT calculations solving real problems. 课程目标 1 课程目标 2 第三章 Atomistic structures (models) and related concepts; Parameters for DFT calculations 2 授课 The details for DFT calculations including atomic models and parameters for DFT calculations (using VASP as a example) 课程目标 1 课程目标 2 第四章 High performance computing for DFT calculations; DFT software packages: 6 授课 The knowledge of HPC computing; introduction about the DFT software packages such as VASP 课程目标 1 课程目标 2

and MS.VASP and Materials Studio; in-classexercise: using of HPC and LinuxDFT Calculations for Simple Solids;DFT Calculations for surfaceofmaterials; In-class exercise: using DFTto calculate the mechanical properties ofThe introduction about the applications of DFT课程目标1第五章授课metal;DFT calculations for nanoscale12calculations solving real problems in materials课程目标2materials, DFT calculations for electricscience,and magnetic properties of materialsin-class exercise: using DFT to calculatethe physical properties of graphene

VASP and Materials Studio; in-class exercise: using of HPC and Linux and MS. 第五章 DFT Calculations for Simple Solids; DFT Calculations for surface of materials; In-class exercise: using DFT to calculate the mechanical properties of metal; DFT calculations for nanoscale materials; DFT calculations for electric and magnetic properties of materials; in-class exercise: using DFT to calculate the physical properties of graphene. 12 授课 The introduction about the applications of DFT calculations solving real problems in materials science; 课程目标 1 课程目标 2

五、课外学时分配对课程目标的序号内容参考学时支撑关系81课程目标2Reading somereferences六、考核方式及成绩构成6.1考核成绩构成平时：50%，（包含：平时作业，课内练习）期末：50%（PPT报告）6.2课程目标的考核环节与评分标准1课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总课程考核采取过程考核与期末考核相结合的方式。过程考核包括平时作业、课堂练习的表现成绩，期末考核采用开卷PPT报告的考核方式。具体如表6-1所示。表6-1课程各教学环节与课程目标达成计算的比例考核与评价方式课内练习平时作业PPT报告（100分）（100分）(100分）0课程目标1（3-3）50%100%050%100%课程目标2(10-1)注明：1）表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。2平时作业与课内练习的评分标准（1）平时作业及评价标准主讲教师为学生布置一道较为综合的大作业题目，学生通过课后自学、查阅文献，完成大作业，由教师根据评分标准给出分数。表6-2平时作业评分标准评价标准中优良及格不及格（90-100分）（80-89分）（70-79分）（60-69分）（0-59分）按时交作按时交作按时交作按时交作不能按时交课程目业；基本概业；基本概业；基本概业；基本概作业；有抄

五、课外学时分配 序号 内容 参考学时 对课程目标的 支撑关系 1 Reading some references 8 课程目标 2 六、考核方式及成绩构成 6.1 考核成绩构成 平时： 50 %，（包含：平时作业，课内练习） 期末： 50 % （PPT 报告） 6.2 课程目标的考核环节与评分标准 1 课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课程考核采取过程考核与期末考核相结合的方式。 过程考核包括平时作业、课 堂练习的表现成绩，期末考核采用开卷 PPT 报告的考核方式。 具体如表 6-1 所示。 表 6-1 课程各教学环节与课程目标达成计算的比例 考核与评价方式 平时作业 （100 分） 课内练习 （100 分） PPT 报告 （100 分） 课程目标 1（3-3） 50% 100% 0 课程目标 2 (10-1) 50% 0 100% 注明：1）表格中的百分数是各考核环节对课程目标的贡献比例。 2 平时作业与课内练习的评分标准 （1） 平时作业及评价标准 主讲教师为学生布置一道较为综合的大作业题目，学生通过课后自学、查阅 文献，完成大作业，由教师根据评分标准给出分数。 表 6-2 平时作业评分标准 评价标准 优 （90-100分） 良 （80-89 分） 中 （70-79 分） 及格 （60-69 分） 不及格 （0-59 分） 课程目 按 时 交 作 业；基本概 按 时 交 作 业；基本概 按 时 交 作 业；基本概 按 时 交 作 业；基本概 不能按时交 作业；有抄

袭现象，或念正确；论念正确；论念正确；论念正确；存标1述逻辑清述清楚、语述清楚，存在一些错存在一些基晰、层次分言较规范。在少量错误，论述比本概念方面明、语言规误，语言较较清楚。的错误，论范。规范。述混乱。具有很强的具有较强的具有一定的能够查阅相不能自主查课程目自学能力，自学能力，自学能力，关文献，初阅相关文标2能够自主查能够自主查能够查阅相步了解本领献，对本领阅文献，了阅文献，了关文献，初域的发展趋域的发展趋解本领域的解本领域的步了解本领势，探索意势无探索意域的发展趋发展趋势和发展趋势和识较为薄识，且兴趣科学前沿，科学前沿，势和科学前弱，对最新薄弱。探索意识探索意识较沿，具有一研究成果有强，对最新强，对最新定的探索意兴趣。研究成果的研究成果的识，对最新兴趣浓厚。兴趣较为浓研究成果有厚。一定兴趣。（2）课内练习评分标准主讲教师布置特定题目，随堂进行课内上机实验的练习，并检验练习结果，对标正确的实验结果。表6-3课内练习评分标准评价标准优良中及格不及格(90-100(80-89(70-79(60-69(0-59分）分)分)分)分)能够通过能够通过能够通过能够通过无法使用计课程目标所学知识，所学知识，所学知识，所学知识，算机相关软1或文献查或文献查或文献查或文献查件，不会进阅，熟练的阅，熟练的阅，简单使阅，简单使行计算实计算机相计算机相用计算机用计算机验。关软件，开关软件，开相关软件，相关软件。展计算机展计算机并尝试进行计算机实验，并得实验，可以到正确的获得部分实验。实验结果。试验结果。（3）PPT报告的评分标准表6-4PPT报告评分标准

标 1 念正确；论 述 逻 辑 清 晰、层次分 明、语言规 范。 念正确；论 述清楚、语 言较规范。 念正确；论 述清楚，存 在 少 量 错 误，语言较 规范。 念正确；存 在 一 些 错 误，论述比 较清楚。 袭现象，或 存在一些基 本概念方面 的错误，论 述混乱。 课程目 标 2 具有很强的 自学能力， 能够自主查 阅文献，了 解本领域的 发展趋势和 科学前沿， 探 索 意 识 强，对最新 研究成果的 兴趣浓厚。 具有较强的 自学能力， 能够自主查 阅文献，了 解本领域的 发展趋势和 科学前沿， 探索意识较 强，对最新 研究成果的 兴趣较为浓 厚。 具有一定的 自学能力， 能够查阅相 关文献，初 步了解本领 域的发展趋 势和科学前 沿，具有一 定的探索意 识，对最新 研究成果有 一定兴趣。 能够查阅相 关文献，初 步了解本领 域的发展趋 势，探索意 识 较 为 薄 弱，对最新 研究成果有 兴趣。 不能自主查 阅 相 关 文 献，对本领 域的发展趋 势无探索意 识，且兴趣 薄弱。 （2）课内练习评分标准 主讲教师布置特定题目，随堂进行课内上机实验的练习，并检验练习结果， 对标正确的实验结果。 表 6-3 课内练习评分标准 评价标准 优 （90-100 分） 良 （80-89 分） 中 （70-79 分） 及格 （60-69 分） 不及格 （0-59 分） 课程目标 1 能 够 通 过 所学知识， 或 文 献 查 阅，熟练的 计 算 机 相 关软件，开 展 计 算 机 实验，并得 到 正 确 的 实验结果。 能 够 通 过 所学知识， 或 文 献 查 阅，熟练的 计 算 机 相 关软件，开 展 计 算 机 实验，可以 获 得 部 分 试验结果。 能 够 通 过 所学知识， 或 文 献 查 阅，简单使 用 计 算 机 相关软件， 并 尝 试 进 行 计 算 机 实验。 能 够 通 过 所学知识， 或 文 献 查 阅，简单使 用 计 算 机 相关软件。 无法使用计 算机相关软 件，不会进 行 计 算 实 验。 （3） PPT 报告的评分标准 表 6-4 PPT 报告评分标准

评价标准优良中及格不及格(60-69(90-100(80-89(70-79（0-59分）分)分)分)分)能够整理能够整理能够整理能够整理和能够整理课程目标和制作PPT和制作PPT和制作PPT和制作PPT制作PPT科2科学报告；科学报告；科学报告：科学报告；学报告；格格式标准，格式不够格式标准，格式不够式不够标形式规范；形式规范；标准，形式标准，形式准，形式缺英语表达缺乏规范；缺乏规范；乏规范：英英语表达流利；汇报较为流利；英语表达英语表达语表达不流科学内容汇报科学较为流利；不流利：汇利：汇报科正确；回答内容基本汇报科学报科学内学内容不正问题正确。正确；回答内容基本容基本正确：回答问问题正确。正确：回答确；回答问题不正确。问题基本题不正确。正确。邓俊楷大纲制定者：孙巧艳大纲审核者：最后修订时间：：2019年9月10日

评价标准 优 （90-100 分） 良 （80-89 分） 中 （70-79 分） 及格 （60-69 分） 不及格 （0-59 分） 课程目标 2 能 够 整 理 和制作 PPT 科学报告； 格式标准， 形式规范； 英 语 表 达 流利；汇报 科 学 内 容 正确；回答 问题正确。 能 够 整 理 和制作 PPT 科学报告； 格式标准， 形式规范； 英 语 表 达 较为流利； 汇 报 科 学 内 容 基 本 正确；回答 问题正确。 能 够 整 理 和制作 PPT 科学报告； 格 式 不 够 标准，形式 缺乏规范； 英 语 表 达 较为流利； 汇 报 科 学 内 容 基 本 正确；回答 问 题 基 本 正确。 能 够 整 理 和制作 PPT 科学报告； 格 式 不 够 标准，形式 缺乏规范； 英 语 表 达 不流利；汇 报 科 学 内 容 基 本 正 确；回答问 题不正确。 能够整理和 制作 PPT 科 学报告；格 式 不 够 标 准，形式缺 乏规范；英 语表达不流 利；汇报科 学内容不正 确；回答问 题不正确。 大纲制定者： 邓俊楷 大纲审核者： 孙巧艳 最后修订时间： 2019 年 9 月 10 日