摘要：本文講述了室內設計的原理，設計依據和方法

關鍵詞：室內設計原理依據

第一章室內設計的含義和基本觀點

人的一生，絕大部分時間是在室內度過的，因此，人們設計創造的室內環境，必然會直接關系到室內生活、生產活動的質量，關系到人們的安全、健康、效率、舒適等等。室內環境的創造，應該把保障安全和有利于人們的身心健康作為室內設計的首要前提。人們對于室內環境除了有使用安排、冷暖光照等物質功能方面的要求之外，還常有與建筑物的類型、性格相適應的室內環境氛圍、風格文脈等精神功能方面的要求。

由于人們長時間半生活活動于室內，因此現代室內設計，或稱室內環境設計，相對地是環境設計系列中和人們關系最為密切的環節。室內設計的總體，包括藝術風格，從宏觀來看，往往能從一個側面反映相應時期社會物質和精神生活的特征。隨著社會發展的歷代的室內設計，總是具有時代的印記，猶如一部無字的史書。這里由于室內設計從設計構思、施工工藝、裝飾材料到內部設施，必須和社會當時的物質生產水平、社會文化和精神生活狀況聯系在一起；在室內空間組織、平面布局和裝飾處理等方面，從總體說來，也還和當時的哲學思想、美學觀點、社會經濟、民俗民風等密切相關。從微觀的、個別的作品來看，室內設計水平的高低、質量的優劣又都與設計者的專業素質和文化藝術素養等聯系在一起。至于各個單項設計最終實施后成果的品位，又和該項工程具體的施工技術、用材質量、設施配置情況，以及與建設者的協調關系密切相關，即設計是具有決定意義的最關鍵的環節和前提，但最終成果的質量有賴于：設計-施工-用材-與業主關系的整體協調。

室內設計的含義

【摘要】色彩作為視覺傳達五要素之一，在室內設計中具有較強的視覺沖擊力，從理論與實踐上闡述了如何利用色彩表現，把室內空間布置得更加合理、美觀，使人們的生活更加舒適、美滿，來滿足人們的消費心理需求，以達到滿足和平衡人們精神與心理的需要。

【關鍵詞】室內設計色彩表現

在科學技術高度發達的今天，建筑物越來越向高密集方向發展，居住在大城市中的人們，整天生活在現代的“鋼筋混凝土森林”中，活動空間越來越小，如何善于設計、利用室內空間，把有限的空間布置更加合理、美觀，使人們的生活更加舒適、美滿，擁有一個健康的生活空間，成為迫切需要解決的問題。色彩無疑是首選的元素，它較之構圖、造型及其它表現語言更具有視覺沖擊力，也更能發揮其誘人的魔力。再者人們對色彩的理解比過去更加理性、個性，并渴望在傳統中尋求全新的色彩刺激。因此，一個成功的室內設計設計師還必須較好地運用色彩設計對室內環境的設計理念進行完整、準確的闡釋。

一、色彩的知覺與情感

色彩本身并沒有知覺與情感，也沒有絕對的美與不美，它的美在色彩之間的相互組合之中體現的，當配色形式反映的情趣與人的情緒產生共鳴時，人就會感到和諧愉悅，這就是色彩的知覺與情感。它會因地理環境、文化背景等差異而不同，不同的時代人們對色彩的愛好也有變化。因此在室內色彩的設計過程中，設計師要充分利用人們對色彩的知覺與情感來支配色彩在室內中的分布。

二、室內色彩的表現

當前，我國的高層建筑外部造型設計多以追求建筑形象的新、奇、特為目標，每棟高層都想表現自己，突出自我，而這樣做的結果只能使整個城市顯得紛繁無序、生硬，建筑個體外部體量失衡，缺乏親近感，拒人于千里之外。造成這種現象的主要原因是缺乏對高層建筑的外部尺度的認真仔細推敲，因此，對高層建筑的外部尺度的研究是很有必要的。

首先定義一下尺度，所謂的尺度就是在不同空間范圍內，建筑的整體及各構成要素使人產生的感覺，是建筑物的整體或局部給人的大小印象與其真實大小之間的關系問題。它包括建筑形體的長度、寬度、整體與城市、整體與整體、整體與部分、部分與部分之間的比例關系，及對行為主體人產生的心理影響。講到尺度時應注意它與尺寸之間的區別，尺度一般不是指建筑物或要素的真實尺寸，而是表達一種關系及其給人的感覺，尺寸是用度量單位，如：公里、米、尺、厘米等對建筑物或要素的度量，是在量上反映建筑及各構成要素的大小。不同的尺度帶來的感覺是不一樣的，有的尺度使高層建筑顯得挺拔或厚重，有的則使高層建筑顯得龐大或輕飄，它直接影響人的心理感受，由此可見，尺度在高層建筑設計中處于一個至關重要的位置。

高層建筑設計中尺度的確難以把握，因它不同于日常生活用品，日常生活用品很容易根據經驗做出正確的判斷，其主要原因有：一是高層建筑物的體量巨大，遠遠超出人的尺度。二是高層建筑物不同于日常用品，在建筑中有許多要素不是單純根據功能這一方面的因素來決定它們的大小和尺寸的，例如門，本來可以略高于人的尺度就可以了，但有的門出于別的考慮設計得很高，這些都會給辨認尺度帶來困難。

高層建筑設計時，不能只單單重視建筑本身的立面造型的創造，而應以人的尺度為參考系數，充分考慮人觀察視點、視距、視角，和高層建筑使用親近度，從宏觀的城市環境到微觀的材料質感的設計都要創造良好的尺度感，把高層建筑的外部尺度分為五種主要尺度：城市尺度、整體尺度、街道尺度、近人尺度、細部尺度。

1、高層建筑設計中的外部尺度

1.1城市尺度

1本科生畢業論文中存在的問題

1.1圖表不規范。圖表是畢業論文中的重要組成部分。優秀的圖表能夠使復雜和抽象的問題變得直觀、清晰。生動形象、簡潔明了的圖表可以代替大量復雜的文字說明。畢業論文中圖表存在的問題主要表現在以下方面：①軟件生成的圖未加修飾美化，如Excel生成的圖有外框、有黑色背景、有橫線等；②圖的標題不合適，如圖的數字編號不規范、圖的標題位置和大小不合適等；③表格不是規范的三線表，表內字體及大小與正文不協調，如過大或過小等。1.2數據分析不規范。數據分析是指直接利用統計方法或借助軟件使用統計方法對大量數據進行分析，進而形成概括性、對研究結果有用的一種方法。畢業論文中數據分析不規范主要表現在以下方面：①數據分析過程繁復拖沓，如把試驗的原始數據和中間數據放在論文內、同樣的數據結果以表格和圖的形式同時呈現等；②數據分析結果不規范，如把軟件分析結果直接復制粘貼到論文中，導致小數點位數不一致或數字不完整；③數據分析方法應用錯誤，導致錯誤的結果，這種情況較少。1.3有數據無“統計”。由于本科生畢業論文時間和本身知識結構限制，部分本科畢業論文中數據分析及試驗設計不完善。試驗設計基本原則有對照、隨機和重復。就重復來講，本科論文中的個別學生存在的問題：一是沒有重復數據，在試驗中僅測定1次或1個數據；二是雖然測定了2次以上的重復數據，但是對數據分析或描述不夠，多數僅僅是求多個數據的平均數，而缺乏對重復測定可靠性等的描述，沒有充分利用測定的重復數據。類似還有其他重數據、輕統計的現象。1.4軟件應用不熟練。本科生畢業論文中出現以上問題的原因是多方面的，但軟件應用不熟練也是其中的一個原因。當前，數據統計分析基本是依靠軟件來處理的，即便是基本的統計數據（如平均數和總和等）都是通過軟件進行處理的。因此，由于軟件不熟練導致的操作錯誤，可能就會導致錯誤的分析結果。

2針對上述問題的教學改革方法

2.1設定合理的教學目標。根據畢業論文中出現的問題及畢業論文對學生的需求導向，來設定合理的教學目標。一篇合格的畢業論文從構思到最后完成，涉及到試驗設計、數據分析、論文撰寫等各個方面。要完成以上要求，學生至少需要具體以下幾方面的內容：（1）試驗設計能力。在已經選定研究課題或方向的前提下，能夠利用自身能力和知識儲備進行試驗設計，選定合適的試驗設計方法并進行試驗。例如，食品試驗設計中最佳配方和最優工藝的尋求，一般可以選用正交試驗設計。（2）數據分析和處理能力。需要學生能夠根據試驗中得到的數據進行合理的分析，并對分析結果進行合理解釋，得出試驗結論。例如，正交試驗設計試驗結果，一般要進行直觀分析尋求最優工藝和因素影響主次順序，有時為了看影響的程度和差異的顯著性，還要進一步進行方差分析。（3）圖表制作和規范化呈現。一篇合格的畢業論文需具有完整的試驗數據，但大量的試驗數據不能毫無規律地堆砌，需按照論文格式要求進行表、圖等規范處理[2]。圖表是科技論文中的重要組成部分，是在數據分析和處理的基礎上試驗結果的簡潔化和規范化呈現。圖表可以將錯綜復雜的現象以簡明扼要的形式呈現出來，使統計分析結果直觀化。針對畢業論文對本科生的要求，結合教學大綱和實踐經歷，將教學目標設定如下：①對試驗設計和分析方法重點要求掌握其原理；②在理解原理的基礎上，通過實例鍛煉學生的數據分析和處理能力；③對一些常用統計分析和作圖軟件，對學生進行重點培訓，熟練其常用功能和用法。2.2強調圖表制作規范。本科生畢業論文中圖表不規范的情況較多，造成這種情況的原因：一是學生對科技論文圖表繪制標準不熟悉；二是學生計算機繪圖能力不熟練，處理后的圖表不符合科技論文的規范。針對以上情況，“試驗設計與數據處理”課程授課內容中有專門內容講解圖表表示方法的內容。通過這一部分內容的講解能夠將試驗數據有條理、規范地組織在表格內；能夠熟練掌握線圖、散點圖、條形圖和柱狀圖、圓形圖和環形圖等常用二維圖形的作圖方法。另外，還講解了計算機繪圖軟件在圖表繪制中的應用。首先，通過圖表制作規范的講解，使學生明白科技論文中圖表的規范表示方法。其次，通過軟件實例操作和練習，使學生掌握計算機繪圖的方法，從而減少圖表制作中的不規范現象。通過調查表明，選修過該課程的學生，由于掌握了圖表制作的基本規范和方法，在畢業論文寫作中出現不符合科技論文寫作要求的情況較少。2.3簡化理論強調應用。“試驗設計與數據處理”是一門以概率論、數理統計、計算機應用等為理論基礎，結合專業知識和實踐經驗的一門應用型課程[3]，如果從統計基礎講起，包括較多的理論和公式，而且推演過程復雜，內容單調無味，學生理解困難。該課程應更側重學生的應用能力。因此，在講課過程中，應盡量將復雜原理簡單化，能用軟件計算的，學生只需掌握其原理即可；能結合實例講解的，多結合實例講解。例如，講正交設計時、線性回歸時，多輔以例子講解，通過“例子→原理→例子”這樣往復循環模式，通過應用掌握原理，在應用中理解原理。例如，講正交設計內容時，多輔以提取等方面的例子來講解，進而加深學生對理論的理解與應用。在正交設計這一部分內容授課時，如果涉及基本統計的計算方法，則內容復雜難懂。考慮到應用性的要求，對學生的首要要求是了解直觀分析和方差分析的原理，通過軟件能夠熟練地進行正交設計和分析。學習完這部分內容后，學生能夠針對食品中試驗設計要求進行正交設計并進行正確分析，而對于復雜的統計計算方法，只要求學生了解其計算方法和基本原理即可。2.4增強軟件應用能力。現在畢業論文中的數據處理和圖表繪制多是以計算機軟件實現的。“試驗設計與數據處理”課程中大部分計算和設計內容利用Excel和SPSS即可實現。例如，正交設計的直觀分析，了解其原理后，利用Excel即可實現，稍微對Excel再熟悉的人，甚至可以用Excel做成計算模板，反復應用。因此，在平時講課和練習過程中，應注意學生對軟件的熟練和操作能力。另外，要注意對計算機輸出圖形的修飾和應用，如Excel生成的圖表，雖能滿足要求，但直接放在論文中，美觀性和規范性不夠，需要進一步修飾和美化后才能應用。其次，對軟件輸出數據的整理，如SPSS輸出的數據，小數點前面的0是沒有，復制出來后需要補上。輸出小數點位數也要根據實際要求進行取舍等。2.5豐富教學模式，提高學生興趣。由于“試驗設計與數據處理”課時設置均為理論授課，根據當前問題分析，可以豐富課程的教學模式，提高學生的興趣：①增加課程學時，以安排多樣化的教學環節；②增加上機學時，加強學生對軟件的應用和實操能力；③豐富教學模式，由以“教”為主轉向以“學”為主的教學模式，由專一教學模式轉向多樣化教學模式，提高學生的學習興趣和積極性。2.6優化課程的評價體系和考核方式。首先，學生的評價不應僅僅通過考試，平時的練習、作業，甚至課堂的活躍度都可作為評價體系的組成部分。多元化的評價體系，可以全面反映學生的能力，對學生能力進行全面的評估。與評價體系相對應的是考核方式，傳統的考核方式是以紙質試卷為主，重在理論和計算，輔以平時成績。“試驗設計與數據處理”是一門帶有一定應用性的課程，應著重考核學生對知識的理解和應用能力，強調其綜合能力的考核。其次，該課程為開卷考試，難易體現平時和計算機處理數據的能力。所以在考核方式上可以考慮增加平時作業、練習，甚至課堂表現；輔以計算機應用考核，通過計算機并結合具體軟件，對給定事例進行處理，對軟件輸出結果進行整理和解讀，重點考核學生通過計算機解決問題的能力。

3結語

“試驗設計與數據處理”課程是食品類專業的一門重要的選修課。對于工科學生來說，是一門工具課，具有較強的實用性。結合課程教學實踐，針對畢業論文中出現的問題，拋磚引玉，提出自己的一點淺見，希望能為其他院校更好地開展該課程提供一點經驗和借鑒。

摘要：發動機原理是能源動力類專業的主要專業課程，本文結合“汽車發動機原理”專業課程，探討了在通識教育模式下如何保證專業課教學質量的問題，強調了科研與教學之間不可或缺的相輔相成關系。在教學方法上由工程案例對比分析加深對基本原理的理解，加強討論環節和實驗課環節等以提高學生的學習興趣。

關鍵詞：通識教育；動機原理；教學改革；教學方法

通識教育是一種新穎的教育觀念，通識教育是指“貫通之意”，即社會人可將多學科知識融會貫通，可運用多學科知識、開放性思維進行思考、合作、資料收集，進而獲得問題的解決方案，并實現多文化、多學科間的交流與合作。近十年來，不少學校都經歷過，或正在經歷著課程改革，試圖改變傳統教育中以專業教育為主的模式，進而實現多學科教育、全面教育，培養具有綜合素質的全面型人才。但是在探索的道路上，如何解決專業教育與通識教育之間的矛盾遇到了較多問題[1]。根據筆者多年教授的《汽車發動機原理》以及教學實施過程中的經驗，在本文中初步探討了本科專業課程教授過程中教學方法與教學內容的改革。

一、專業課程在通識教育模式中的改變

在我國高等院校中，《汽車發動機原理》在車輛工程、能源動力類、機械制造類、交通運輸類等專業中占有重要位置。這門課程中對車用內燃機結構、燃燒方式、功熱轉化、性能改善、內燃機熱力過程、排放物測定與控制等知識與專業技術進行了講述。《發動機原理》對于培養具有良好基礎知識、開闊思維、獲得設計創新能力、深化工程實踐認識的高素質人才具有重要意義。大力倡導通識教育的今天，教育工作者尤其是工科教育工作者經常產生難以解決的課程教育改革的問題[2，3]。這些問題可歸納如下幾點：（1）課時減少。（2）學習內容明顯增加。在專業課時不斷壓縮情況下，學習內容卻顯著增加，表現在三個方面，其一專業基礎理論必須要學，且更加夯實；其二新工程技術不斷涌現，國內外汽車技術，尤其是內燃機技術數年更新一代，教學內容不體現新技術，將被社會發展所淘汰；其三學生渴望學習新生事物，追求新技術，不局限與基礎知識的掌握。（3）《汽車發動機原理》是一門多學科內容集合的課程。（4）《汽車發動機原理》教材更新慢。

二、教學與時俱進

摘要：景觀生態學是風景園林專業本科學生的專業核心課程，也是實現我國生態文明建設各類實踐的重要理論。以西華大學風景園林專業為例，通過對景觀生態學課程“理論＋研究性實驗”的教學改革實踐，對風景園林專業本科的生態教育進行了一些探索。實踐表明：以辨析學術論文類別、精讀學術論文、論文寫作3個步驟實施的研究性實驗改革，啟發了學生對科研的興趣，鍛煉了學生的研究性思維，激發了對課程內容學習的主動性，促進了與專業設計類課程的銜接。為景觀生態學課程教學質量的提升提供參考。

關鍵詞：風景園林；景觀生態學；學術論文閱讀；研究性實驗

1引言

中國的風景園林學科是規劃、設計、保護、建設和管理戶外自然和人工境域的學科，是以協調人和自然關系為使命的綜合的、交叉的學科［1］，有6個二級研究方向：風景園林歷史與理論，園林與景觀設計，地景規劃與生態修復，風景園林遺產保護，風景園林植物應用，風景園林技術科學［2］，三大基礎理論：空間與形態營造，景觀生態，風景園林美學［2］。生態是現代風景園林教育的重要內容之一。景觀生態學形成于20世紀70年代的歐洲［3］，為了應對與空間相關的用地及生態問題，以景觀生態學為理論指導的景觀生態規劃自20世紀80年代后大量出現［4］。高校承擔著人才培養和科學研究的雙重任務，在生態文明建設的時代背景下，中國風景園林學科教育承擔著為社會發展培養具備生態意識和生態素養專業人才的責任［3］。通過景觀生態學課程學習，不僅可以對學生進行生態教育、增加其生態知識儲備、使其深入理解生命體之間及它們與所屬環境之間的關系，還可以作為生態規劃應用的理論，滿足生態文明建設的各類實踐需要。西華大學于2012年開設了風景園林本科專業，在專業課程的建設中，參考建筑類院校的專業設置，景觀生態學作為專業核心課程，在第6學期開課，有2個學分32學時，課程教學模式是“理論＋實驗”的結構。本文通過文獻研究法，對景觀生態學教學現狀和問題進行總結，從啟發學生研究興趣的角度出發，提出結合學術論文閱讀的“理論＋研究性實驗”的改革策略和途徑，并通過教學組織應用進行實踐，為改善風景園林本科的景觀生態學教育培養體系和提高教學質量提供參考。

2景觀生態學課程在非生態類專業的教學現狀及問題

2．1教學模式適宜性

畢業論文答辯

計算機畢業論文，答辯過程：1

凡參加答辯的學生必須儀表整齊，口齒流暢簡捷地介紹畢業設計（論文）的名稱、來源、任務內容、可行性分析、方案論證及制定，設計過程、工作原理、試驗情況、設計的難點、創新點、新穎性、應用價值及社會經濟效益、結論等，重點要突出，答辯掛圖必須用0號或1號標準圖紙。時間為15分鐘。以上材料最好要制作Powerpoint幻燈片在多媒體教室進行答辯。

答辯過程：2

根據上述介紹進行實際操作演示（含有硬件系統，不能在現場進行實際演示的課題，各答辯組可另行安排；校外課題不能演示的必須持有單位應用證明或驗收報告等材料）。

答辯過程：3

學術論文或稱為學術論文，簡稱為論文。凡以科學、技術為內容，運用概念、判斷、證明和反駁等邏輯思維手段，進行分析、闡明自然科學的原理、定律和科學技術研究中的各種問題及成果的文章，都屬于學術論文的范疇。

學術論文是一種具創新性的科學研究成果的記錄，是進行成果推廣和交流的手段也是考核科技人員業務能力和學術水平的重要指標。它是人類知識寶庫的基本單元，或為人類精神財富的一部份，并能為科學界有效地利用，對經濟建設和社會進步起推動作用。

一、學術論文的分類

學術論文包括學位論文。學位論文是學位申請者為申請學位而提出的論文。這種論文是考核申請者能否授予學位的重要依據，可分為學士論文、碩士論文及博士論文等三種，其水平由淺而深。學士要求達到具有從事科學研究或擔負專業技術工作的初步能力；碩士要求達到具有獨立從事科學研究工作的初步能力；博士則要求達到具有獨立從事科學研究工作的能力和在科學或專門技術上做出創造性的成果。由字數來看，學士論文約一萬字，碩士論文約五萬字，博士論文則在五萬字以上，有時多達十至廿萬字。茲分述如下：(一)學士論文大學本科畢業生運用在校期間學得的基礎理論和專業知識，進行分析、解決某一不太復雜的科研課題所寫的畢業論文，順利通過簽辨者，均可授予學士學位。其條件如下：

1.能夠較好地掌握本門學科的基礎理論、專門知識和基本技能。

2.具有從事科學研究工作或擔負專門技術工作的初步能力。

［摘要］針對大連海洋大學信息工程學院通信工程專業，以適應國家建設海洋強國的戰略部署和遼寧省經濟社會發展的新需求，增強辦學定位和人才培養目標與國家和區域經濟社會發展需求的適應度為目標，從人才培養目標、課程體系的改革與優化，實踐環節等方面對涉海的通信工程專業人才培養模式進行了探索與實踐。

［關鍵詞］通信工程；培養模式；課程體系；實踐環節

0引言

大連海洋大學是我國北方地區唯一的一所以海洋和水產學科為特色，多學科協調發展的涉海高等院校，為振興遼寧老工業基地，適應遼寧省及全國沿海省市對海洋漁業通信工程發展的需要，發展區域經濟，滿足我國和全省經濟建設對海洋漁業通信工程專業人才的需求，大力發展信息產業建設，通信工程專業自2003年開始招生。在開辦的這十二年時間里，我們下大力氣，狠抓專業建設規范，注重教學質量。隨著本專業師資力量的逐步增強，我們對本專業的發展現狀、發展規律的深入研究把握，對專業定位的認識逐步統一，大連海洋大學通信工程專業的特色目標和人才培養目標逐步清晰明確。

1培養目標

大連海洋大學信息工程學院通信工程專業是從學校的學科專業結構特點和學科特色出發，合理配置學校的教學資源，在電子信息工程、通信工程、自動化、計算機科學與技術、船舶與海洋工程和航海技術的學科交叉基礎上設立的專業。學校以提升人才培養質量為核心，立足遼寧，面向黃、渤海，輻射全國，為區域經濟建設服務，為國家水產和海洋事業服務，致力于培養德、智、體、美全面發展，知識面寬，基礎扎實，綜合素質高，具有創新精神和實踐能力，敬業、專業、樂業、創業的復合性應用型人才的人才培養戰略。在人才培養過程中注重培養學生的自主性、研究性學習的能力和分析問題、解決問題的能力，結合地方經濟社會發展需要確定本專業的培養目標、任務和要求，加強海洋漁業通信方面的特色教育。在多年辦學經驗的基礎上，經多方調研，結合本校實際，制定并逐步完善了通信工程專業的培養目標：以培養德、智、體、美全面發展，熟練掌握通信技術、通信系統和通信網絡的基本理論、基本知識和基本技能與方法，并具備電子和計算機技術等方面知識，具有較強的工程實踐能力，能夠從事固定通信、移動通信及船舶通信等現代通信系統及設備的研究、設計、開發與應用的，具有海洋、漁業科學背景的人才。

20世紀80年代以來，計算機已經成為各個材料領域研究專家的必備工具，并且隨著計算機技術和算法的發展，計算模擬方法也已經成為材料研究新的重要手段．計算模擬技術以物理學、化學等相關的基本理論為基礎，在計算機模擬環境下對宏觀、介觀以及微觀的不同尺度的材料進行多層次的模擬研究，計算材料的力學、熱學、光學、電學和磁學等多方面的物理性質，并進一步探求這些材料的組分、結構和功能之間的本質規律和內在聯系，為實驗制備新材料提供理論支持，變盲目的材料合成為針對材料性能的某類特定需求來主動地、有意識地設計材料的結構．計算模擬在材料科學中的作用已經不僅僅停留在計算機輔助和數據處理上，人們已經認識到計算模擬已經與實驗、理論研究一樣能夠發現新的科學現象、新的科學概念，從而計算模擬已經成為第三條科學發現的途徑．因此，現代材料科學已經不再是單純的實驗科學，計算模擬方法已成為與理論研究和實驗方法同樣重要的研究手段，實驗、理論和計算成為材料研究的3大支柱[4]．而且隨著計算材料科學的進一步發展，計算模擬方法在未來的材料研究中將顯示出越來越大的應用潛力．因此，了解和掌握材料計算和模擬的基本知識已成為現代材料研究工作者必備的技能之一．

材料的計算模擬方法介紹

材料的計算模擬研究是近年來飛速發展的一門新興學科和交叉學科．它綜合凝聚態物理學、理論化學、材料物理學和計算機算法等多個相關學科．它的目的是利用現代高速計算機，模擬材料的各種物理化學性質，深入理解材料從微觀到宏觀多個尺度的各類現象與性能，并對材料的結構和物性進行理論預言，從而達到設計和開發新材料的目的．材料的多尺度計算模擬方法主要有以下幾種:

(1)第一性原理計算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理論的第一性原理計算方法是目前研究微觀電子結構最主要的理論方法．第一性原理計算方法只用到普朗克常數(h)，玻爾茲曼常數(kB)，光速(c)，電子靜態質量(m0)和電子電荷電量(e)這5個基本物理變量和研究體系的基本結構．從量子力學出發，通過數值求解薛定諤方程，計算材料的物理性質．在密度泛函理論，局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)框架下的計算已廣泛應用于第一性原理的電子結構研究中，并已經取得很大的成功．結合一些能帶結構計算的方法，對于半導體和一些金屬基態性質，如晶格常數，晶體結合能，晶體力學性質都能夠給出與實驗符合得很好的結果，同時能夠比較精確地描述很多體系的電子結構(如能帶結構、電子態密度、電荷密度、差分電荷密度和鍵布局等)、光學性質(介電函數、復折射率、光吸收系數、反射光譜及光電導等)和磁性質，從微觀理論角度分析和揭示材料物理性質的起源，使實驗者主動對材料進行結構和功能的控制，以便按照需求制備新材料．

(2)分子動力學方法(MolecularDynamicsMethods)分子動力學是一種確定性方法，是按照該體系內部的內稟動力學規律來確定位形的轉變，跟蹤系統中每個粒子的個體運動，然后根據統計物理規律，給出微觀量(分子的坐標、速度)與宏觀可觀測量(壓力、溫度、比熱容、彈性模量等)的關系來研究材料性能的一種方法[5]．分子動力學方法首先需要建立系統內一組分子的運動方程，通過求解所有分子的運動方程，來研究該體系與微觀量相關的基本過程．對于這種多體問題的嚴格求解，需要建立并求解體系的薛定諤方程．根據波恩－奧本海默近似，將電子的運動與原子核的運動分開來處理，電子的運動利用量子力學的方法處理，而原子核的運動則使用經典動力學方法處理．此時原子核的運動滿足經典力學規律，用牛頓定律來描述，這對于大多數材料來說是一個很好的近似．只有處理一些較輕的原子和分子的平動、轉動或振動頻率γ滿足hγ＞kBT時，才需要考慮量子效應．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在簡單的理論準則基礎上(如簡單的物質與物質或者物質與環境相互作用)，采用反復隨機抽樣的手段，解決復雜系統的問題．該方法采用隨機抽樣的手法，可以模擬對象的概率與統計的問題．通過設計適當的概率模型，該方法還可以解決確定性問題，如定積分等．隨著計算機的迅速發展，蒙特卡洛方法已在材料、固體物理、應用物理、化學等領域得到廣泛的應用[6]．蒙特卡洛方法可以通過隨機抽樣的方法模擬材料構成基本粒子原子和分子的狀態，省去量子力學和分子動力學的復雜計算，可以模擬很大的體系．結合統計物理的方法，蒙特卡洛方法能夠建立基本粒子的狀態與材料宏觀性能的關系，是研究材料性能及其影響因素的本質的重要手段．