摘  要：党的十九大报告为学校教育提出了人才培养的指导方向。计算材料学作为专业课程，也积极响应号召，围绕几个方面进行改革和创新：将社会主义核心价值观贯穿于教学的全过程，紧扣国家标准，让每个学生掌握基础的学科知识和概念,全员参与式课堂，研究性教学模式的实践和多元化成绩评价方式。在高等教育中培养每位学生的品德素养、专业技能和创新能力，为社会输送可持续学习型人才。
关键词：计算材料学；全员参与课堂；研究性教学；分子动力学
党的十九大报告为新时代中国特色社会主义发展做出了战略部署，开启了全面建设社会主义现代化国家的新征程。十九大报告指出，要“落实立德树人根本任务”“培育和践行社会主义核心价值观”“发挥社会主义核心价值观对国民教育的引领作用”“培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才，科技领军人才，青年科技人才和高水平创新团队”“建设教育强国是中华名族伟大复兴的基础工程”。为学校教育提出了“培养什么人，如何培养人，为谁培养人”的指导方向。《计算材料学》课程涉及材料科学、物理学、计算科学、数学、化学以及机械工程等多学科的基础知识，可以对材料从微观尺度到宏观尺度的组成、结构、性能以及服役性能进行模拟与设计。计算材料学是材料科学研究里的“计算机实验”，针对设计材料对性能的不同需求，有不同尺度的材料计算方法，如量子力学，分子动力学，蒙特卡洛方法，有限元方法等。本文将十九大精神贯彻落实到《计算材料学》本科生课程的教学中，提出以下几点设计方案。
一、将社会主义核心价值观贯穿于教育教学的全过程
从课程目标，课程内容到课程实施和课程评价，每一个环节都围绕育人目标实施，立足核心素养，落实学生的全面发展。如在课堂教学的自然情景中增强学生的民族文化身份认同，培养学生对中国价值和中国文化的认同感，让学生通过理性认知和切身体验养成社会主义核心价值观。
二、紧扣国家课程标准，让每个学生掌握基础的学科知识和概念
未来科学技术和社会文化的发展创新都必须建立在基础的知识和基本概念的掌握之上，且随着社会的发展进步，社会对专业基础知识的要求会越来越高，因此，基础知识和基本概念在课堂教学中显得非常重要。以分子动力学模拟方法为例，在课堂教学中，发挥教师教学的主动性，使学生理解分子动力学模拟是按照体系内部每个微粒的运动均遵从牛顿第二运动定律，确定位形的转变，然后根据统计物理规律，给出微观量和宏观可观测量的关系。掌握牛顿方程组求解的离散方法，粒子之间相互作用的势函数和时间步长的选取等几个关键技术。了解分子动力学模拟的主要过程：建立初始模型，解牛顿运动方程，输出结构轨迹，分析性质。
三、全员参与式课堂
全员参与式课堂让每个学生都能主动并持续地参与到课堂教学活动中来，承认每个学生都是课堂的建设者与贡献者，在调动学生的积极性和主观能动性同时，还让每个学生都享有公平而有质量的教育。计算材料学是材料科学研究里的“计算机实验”，课程中有一半的学时分配到计算机课堂上进行实验操作，使每个学生都能参与进来，非常适合全员参与式讲学。在计算材料学实验课上，教师介绍各个方法软件和基本操作，计算模型构思思路，计算技术中参数选择依据等，让学生了解软件中各个模块功能，掌握模型的构建，计算和性能分析的方法，引导学生将理论知识与实验相结合，理解实验-理论-计算-实验的思想，巩固学生的专业基础知识，激发学生学习新理论知识的欲望。在全员参与实验的课堂中，教师要时刻关注学生学习的氛围，实现教学个别差异化，期望每个学生都能体验成功。
四、研究性教学模式的实践
研究性教学是培养大学生学习能力，研究能力和创新能力的行之有效的手段。计算材料学是科学研究的热点领域，特别适合研究性教学。研究性教学的基础是问题设计，结合我们学院三个系的研究背景：土木工程材料，无机材料和高分子材料进行实验设计，各专业的学生以小组的形式进行学习、讨论和实验。使用Materials Studio软件进行计算机模拟。以近年来各专业学生使用分子动力学模拟方法的选题情况为例：土木工程系的学生围绕水泥水化产物C-S-H凝胶的结构模型进行初探。C-S-H凝胶的结构有几十种，类托贝莫来石结构和羟基硅钙石的层状结构作为主要探讨构型，进行建模，图a为托贝莫来石晶体结构。选取COMPASS力场函数进行分子动力学模拟，计算平衡结构的力学性能，获得各结构的弹性模量，剪切模量和体积模量等力学参数。无机材料系金属方向的学生模拟单晶或多晶金属的力学变形，如，钛铝合金的拉伸变形，初始模型见图b，采用Universal力场函数进行x方向轴向拉伸的分子动力系模拟，对结果进行数据分析，获得弹性模量，屈服强度，拉伸强度等。高分子材料系的学生对聚合物的构型进行初探或者力学变形进行模拟。如质子交换膜的分子模型和相应物理性质的探索，全氟磺酸聚合物膜是目前商业成功用膜，有Nafion系列膜和Dow膜。图c为Nafion膜的分子结构。选取dreiding力场函数进行分子动力学模拟，对平衡体系分析，获得密度，能量与链长等结构参数的关系。

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（c）
图：（a）层间距为11埃的托贝莫来石晶体结构；（b）γ相TiAl合金；（c）Nafion 117分子模型，图中共有32条单链，每条链是5个单体。
在进行模拟计算之前，需要学生大量地阅读文献，以及实验模拟完成后对结果数据整理分析，最后以规范科研论文形式撰写报告。这样的实验报告接近一篇学术论文，对学生们来说这是一个挑战但是重要的学习环节。通过教学与研究相结合，激发学生探索新知识的兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力。
五、多元化成绩评价方式
传统的评价学生成绩的方法主要是根据课程结束后的考试成绩或者实验报告成绩来评价。基于计算材料学课程的特点，根据期末考试、实验操作和实验报告三方面给出成绩，全面体现了学生对基本知识的掌握，对实验操作的熟练程度和进行研究性学习的能力。
体会十九大精神，依据以上几点对计算材料学课程进行实践和改革，提高人才培养的质量，向社会输送高素质的专业型人才。社会成员需要具有持续学习的能力，具备独立思考解决问题的能力，与他人团结合作的精神，这样，我们国家才能在世界竞争中崛起并屹立不倒。
作者简介：冯聪（1981.10-）女，博士，讲师，研究方向：计算材料学，材料的变形与破坏。
资助基金：国家自然科学基金-青年项目（1150020325）。
参考文献
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Implementing the Spirit of the 19th CPC National Congress
-to practice the reform and innovation of the undergraduate course of computational materials science
FENG Cong
(Tongji University,School of Materials Science and Engineering,Shanghai  201804,China)
Abstract:The 19th report of CPC National Congress has put forward the guiding direction of talent training for school education.As a special course,computational materials science responds to the call for reform and innovation according to the five aspects:carrying out the whole process of teaching under the thoughts on the socialist core values,grasping the national standards and making each student master the basic knowledge and concept of the subject,practicing the full-participation class,the research teaching model and the evaluation method of the pluralistic achievement.This course aims to cultivate the moral quality,professional skills and innovative ability of each student in higher education,and to conveying sustainable learning talents for the society.
Key words:Computational materials science;Full-participation class;Research teaching;Molecular dynamics