作为与理论分析和实验观测并列的研究方法，计算材料为材料学提供了新颖、有效的研究手段，弥补理论和实验的不足。随着模型与算法的成熟，通用软件的出现，使得计算材料学的广泛应用成为现实。计算材料学基础知识的掌握已成为现代材料工作者必备的技能之一。

本课程从微观粒子（原子、电子）到宏观连续体等多尺度多层次介绍计算材料学的基本概念、主要研究方法和技术。本课程重点讲授第一性原理从头算法、分子动力学、有限元法等模拟技术在材料科学与工程领域中的应用。

课程内容涵盖从纳观、微观到宏观多种研究层次，帮助学生建立跨时间和跨空间的研究视野；以研究尺度为线索，设计了包括基本原理、计算流程、建模方法等理论内容与材料研究典型算例等实践内容，实现立足于本科专业知识的横向拓宽及面向研究生科研能力的纵向贯通。

课程理论内容聚焦在基本概念，避免过于频繁的关注离散信息和单一技能，保证覆盖足够的知识广度；阐述理论框架下的重要算法、重要概念，没有超量载入内容，适合本科学生及社会学习者；实践算例设计有突出材料研究使用情境，理论与实践环节连贯，应用性目的强烈。

通过学习本课程，学习者应：

①   初步了解计算模拟的有关概念，了解从纳观、微观、介观到宏观的材料相关性质的理论预测方法，了解“中国制造2025”国家战略，提高科技报国的使命感；

②   能够根据材料问题类型和所涉及的尺度，选择适用软件和模块，初步具备用系统论方法来寻求解决复杂问题的思考模式；

③掌握常用计算软件的操作，能够从给定数据出发，利用相关软件建立数学模型及数值计算，掌握模拟分析的基本流程；建立以目标为导向、追求时间成本效率的工程学思想；

④能够利用所学专业知识，对简单专业问题的模拟结果进行分析解释，树立终身学习的理念，增加学习的持续性和自觉性。

材料科学基础

固体物理

材料力学

1. 江建军，缪灵，张宝，计算材料学：设计实践方法，高等教育出版社，2022年4月

2. 里沃斯，计算化学-分子和量子力学理论及应用导论，科学出版社，2010年2月

3. 徐光宪，黎乐民，王德民，量子化学——基本原理和从头计算法（中）（第二版），科学出版社，2007年9月

4. 曹天元，上帝掷骰子吗-量子物理史话，北京联合出版社，2013年9月

5. 罗伯（德）编著，项金钟，吴兴惠译，计算材料学，化学工业出版社，2002年8月

6. 曾攀，有限元基础教程，高等教育出版社，2009年7月

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