本課程共32學時，16講，2專題內容。使用哈工大版教材為主，同時在教材內容的基礎上增加一些新的內容，力求使內容更加生動、豐富。相比往年教學，今年的教學設計體現出以下特色：
① 課堂教學與課外實踐相結合，強化學生運用所學知識解決實際問題的能力；② 課堂講授與師生間的研討相結合，改變了傳統「一言堂」的教學方式，增強了學生自主學習的能力。
本學期的教學設計如下：專題一理論基礎，內容涵蓋緒論、能帶理論、量子化學、數值分析基礎等內容，教學安排10學時，其中研討課0學時。專題二模擬計算方法，為本課程的重點內容，內容涵蓋第一性原理、分子動力學、蒙特卡洛方法等，教學安排20學時，其中研討課4學時。
本課程總結與複習，教學安排2學時。
第一講緒論（2課時）81頁ppt
ⅰ 授課題目
材料設計方法緒論
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解材料設計的產生背景、歷史與現狀；
2. 了解材料設計的內涵與研究內容；
3. 知道材料設計的層次以及主要實現途徑；
4. 知道本課程的內容體系及進度安排。
ⅲ 講授內容
1. 背景、歷史與現狀；
2. 內涵與研究內容；
3. 技術實現途徑。
ⅳ 教學重點與難點
1.教學重點：內涵與研究內容
2.教學難點：層次與技術實現途徑，要求對本課程的框架結構有較為清晰的認識。
v 課堂研討
採用啟發式教學形式，鼓勵學生們參與到課堂教學過程中來。
小問題：
材料科學是什麼時候誕生的？
材料設計思想是什麼時候產生的？
vi 板書
緒論1.背景、歷史與現狀
新材料的發展遇到了挑戰。
1950s ~ 現在
從原子、分子結構上設計材料
2.內涵與研究內容
通過理論設計來「訂做」具有特定效能的新材料。
3.技術實現途徑
第一性原理
計算機模擬（分子動力學、蒙特卡洛法）
人工智慧（資料庫與專家系統）
vii 課外作業
舉幾個近年來材料科學領域取得重大突破的例子。
第二講固體能帶理論i (2課時) 44頁ppt
ⅰ 授課題目（章節）
固體能帶理論i：量子力學概述及金屬電子論
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解能帶理論產生的背景
2. 知道量子力學的作用
3. 理解特魯德模型的優點與不足
ⅲ 教學重點與難點
重點：金屬電子論
難點：量子力學的相關背景知識及其貢獻
ⅳ 講授內容
1. 量子力學概述
2. 特魯德模型
v 課堂研討
採用啟發式教學形式，鼓勵學生們參與到課堂教學過程中來。
小問題：
1. 為什麼金屬中的電子可以看成處在一維無限勢阱中呢？
2. 光電效應是什麼現象？
3. 光電效應是誰給出完美解釋的？
4. 光電效應與費公尺能級的關係？
5. 為什麼經常使用費公尺能級而不是費公尺面、費公尺球呢？
vi 板書
第一篇現代材料設計理論
一、能帶理論基礎
1. 量子力學概述
誕生時間：1900 ~ 1930
集大成者：蒲朗克、波爾、波恩、薛丁格、海森堡、泡利、狄拉克等
作用：描述微觀粒子的運動狀態，能帶理論——半導體物理學；量子化學
2. 金屬電子論
德魯特→索末菲→布洛赫→泡利
第三講固體能帶理論ii (4課時) 44頁ppt
ⅰ 授課題目（章節）
固體能帶理論ii：索末菲理論，能帶思想的初步提出
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解索末菲的個人生平；
2. 理解索末菲模型的基本思想；
3. 理解能帶的形成原因；
4. 了解費公尺能級、空帶、滿帶的概念。
ⅲ 教學重點與難點
重點：索末菲模型的物理思想
難點：能帶的形成原因及費公尺能級的物理概念
ⅳ 講授內容
3. 索末菲理論
① 一維晶體
② 三維晶體
③ 電子能量分布狀態（排布原則）
④ 費公尺能級
ⅴ 課外作業
無vi 板書設計
3. 索末菲模型
① 一維晶體
② 三維晶體
③ 電子排布原則
④ 費公尺能級
第四講固體能帶理論iii (2課時) 44頁ppt
ⅰ 授課題目（章節）
固體能帶理論iii：布洛赫理論
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解能帶理論的建立時間和相關人物生平
2. 理解能帶理論的出發點
3. 理解布洛赫定理、布洛赫函式、布里淵區等概念
4. 了解固體的實際能帶結構
5. 知道如何運用能帶理論判斷金屬、絕緣體和半導體
6. 了解能帶理論的深遠意義
ⅲ 教學重點與難點
重點：能帶理論的框架體系
難點：布洛赫函式、布里淵區
ⅳ 講授內容
1. 布洛赫理論
2. 布里淵區
3. 能帶理論的意義
ⅴ 課外作業
從以前所學的課程、科研訓練甚至日常生活中，舉出1~2個事例說明材料設計思想在材料科學領域的重要意義。
vi 板書
4. 能帶理論
① 布洛赫理論
假設：單電子性質、週期勢場
布洛赫波函式：
布洛赫波的特徵：允帶、禁帶
② 布里淵區
提出時間：2023年
提出者：布里淵
定義：能帶出現間斷點的等能面所包含的空間
特徵：所有的布里淵區中的能態數目均相同（2n）
③ 能帶理論的意義
半導體摻雜
半導體pn結理論
半導體器件
第五講現代化學鍵理論（2課時）61頁ppt
ⅰ 授課題目
現代化學鍵理論
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解量子化學的研究內容與意義；
2. 理解量子化學的研究方法；
3. 知道什麼是價鍵理論、什麼是分子軌道理論，兩者有什麼關聯和區別？
4. 了解量子化學的發展趨勢。
ⅲ 講授內容
1. 量子化學的前世今生；
2. 價鍵理論；
3. 分子軌道理論；
4. 現代量子化學
ⅳ 教學重點與難點
1.教學重點：化學鍵理論——價鍵理論在材料體系的應用及實現方法
2.教學難點：價鍵理論思想
v 課堂研討
採用啟發式教學形式，鼓勵學生們參與到課堂教學過程中來。
vi 板書
二、現代化學鍵理論
1.量子化學的前身今生
背景：量子力學的發展
意義：對化學鍵的解釋，計算化學鍵的鍵能，從而對分子、材料的性質進行**
內容體系：價鍵理論（含雜化軌道理論）、分子軌道理論
2.價鍵理論
創立者：2023年，海特勒、倫敦；2023年，鮑林進一步發展
內容：運用量子力學計算化學鍵，用原子軌道的重組雜化成鍵來理解化學，從而解釋了共價化合物形成的原因
侷限性：氧分子的順磁性；計算量大；離域鍵解釋
3.分子軌道理論
創立者：1927-2023年，馬利肯
內容：運用量子力學計算化學鍵，認為分子中的電子圍繞整個分子運動，從而解釋了共價化合物形成的原因
侷限性：比價鍵理論更完美，但也存在著侷限性，即不能解釋空間結構
4.現代量子化學
特點：計算機為量子化學插上了翅膀。
vii 課外作業
請以你參加的科研訓練計畫、探索性試驗的體會來看，如何進行創新性研究？。
第六講數值模擬基礎i (2課時) 30頁ppt
ⅰ 授課題目
數值模擬基礎i：計算機技術與回歸分析
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解計算機的產生背景；
2. 了解計算機的發展過程；
3. 知道現代計算機發展過程中的關鍵人物
4. 理解線性回歸思想；
5. 知道線性回歸在現代材料設計領域的應用。
ⅲ 講授內容
1. 計算機的誕生背景；
2. 計算機的發展歷程；
3. 計算機發展過程中的關鍵性人物；
4. 線性回歸分析法。
ⅳ 教學重點與難點
1.教學重點：線性回歸分析；
2.教學難點：線性回歸思想在材料設計領域的應用意義。
v 課堂研討
採用啟發式教學形式，鼓勵學生們參與到課堂教學過程中來。
vi 板書
三、數值模擬基礎
1.計算機的發展歷程
電子管計算機→電晶體計算機→積體電路式計算機→大規模積體電路計算機→微機
2.數值模擬的一般過程
一般過程：實際問題→數學模型→數值計算方法→程式設計→上機計算求出結果
3.線性回歸分析
一元線性回歸
多元線性回歸
vii 課外作業
無第七講數值模擬基礎ii (2課時) 30頁ppt
ⅰ 授課題目
數值模擬基礎ii：分子動力學基礎
ⅱ 教學目的與要求：
1. 知道分子動力學的基本思想；
2. 了解分子動力學模型的物理基礎；
3. 理解分子動力學常用的演算法；
4. 了解分子動力學在計算機上的實現途徑。
ⅲ 講授內容
1．數學模型的確立；
2．數值演算法；
3. 在計算機上的實現。
ⅳ 教學重點與難點
1.教學重點：數值演算法；
2.教學難點：數值演算法。
v 課堂研討
採用啟發式教學形式，鼓勵學生們參與到課堂教學過程中來。
vi 板書
三、數值模擬基礎
5.分子動力學基礎
① 數學模型的確立
② 數值演算法
③ 上機模擬
④ 結果分析
vii 課外作業
研討實踐課組織。
第八講第一性原理i (2課時) 48頁ppt
ⅰ 授課題目
第一性原理i：概述與計算方法
ⅱ 教學目的與要求：
1. 弄清楚第一性原理的含義；
2. 了解第一性原理計算的原則；
3. 了解第一性原理計算所採用的近似方法；
4. 了解密度泛函思想、侷限性及其提出者；
5. 知道局域密度近似思想及其與第一原理、密度泛函等概念的關係。
ⅲ 講授內容
1. 上篇內容回顧
2. 第一性原理概述；
3. 密度泛函思想；
4. 局域密度近似。
ⅳ 教學重點與難點
1.教學重點：第一性原理的含義；
2.教學難點：密度泛函思想、局域密度近似理論。
v 課堂研討
採用啟發式教學形式，鼓勵學生們參與到課堂教學過程中來。
設計問題：
1. 你想過物質存在的本質了嗎？
2. 你能夠找到一把揭開物質之謎的鑰匙嗎？
3. 材料的效能是否完全取決於它們的電子狀態？
vi 板書
第2篇現代材料設計與計算方法
一、第一性原理
1.概述
合理的近似，運用薛丁格方程對實際問題進行求解。
2.密度泛函計算原則
物件：能量、電子密度
近似處理：總能量是電子密度的唯一泛函。
3.近似方法
密度泛函思想——局域密度近似
準粒子方程
第一性原理分子動力學方法
4.在計算機上的實現
計算軟體：高斯、ms、adf等。
vii 課外作業
研討實踐課組織。
第九講第一性原理ii (2課時) 51頁ppt
ⅰ 授課題目
第一性原理ii：實現途徑與應用
ⅱ 教學目的與要求：
1. 了解第一性原理計算軟體的功能與作用；
2. 知道第一性原理計算的一般過程；
3. 了解一些基本概念，如能態密度、帶隙、佈居數等；
4. 知道如何對第一性原理計算結果進行分析。
ⅲ 講授內容
1.計算軟體；
2.能帶計算。
ⅳ 教學重點與難點
1.教學重點：第一性原理計算的一般過程；
2.教學難點：運算結果分析。
材料力學電子教案
mechannincs of materials strength of materials introduction 材料力學是固體力學的乙個基礎分支，是工科重要的技術基礎課，只有學好材料力學才能學好與本專業有關的後續課程 例如 機械零件等 材料力學與工程的關係 材料力學廣泛應用於各個工程領域中，...
電子測量電子教案
第一章電子測量和儀器的基本知識 教學要求 了解電子測量的意義和特點 熟悉測量方法的分類 掌握測量誤差的概念及誤差的表示方法。教學重點 誤差的表示方法 教學難點 誤差的表示方法 教學方法 講授法 教學時間 6課時 教學過程 1 2課時 一 匯入新課 簡述電子測量的重要性 二 新授 1 測量及意義 1 ...
組織作文材料教案設計
教學目標 1 初步認識作文中選材的基本方法。2 認識好的素材對於寫好一篇作文的重要性。3 了解好的作文素材的 做學習 生活中的有心人。教學方法 分析法 法歸納法 教材分析 作文教學博大精深，包括的範圍廣。如何組材是現在作文教學的一大難題，好的素材會讓文章增色不少，所以本次就如何組材進行師生交流。學情...