《固體物理》課程教學(xué)大綱

《固體物理》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱固體物理課程編號(hào)330020052課程性質(zhì)必修課課程類別核心課開課單位無機(jī)材料教研室授課學(xué)期第六學(xué)期學(xué)分/學(xué)時(shí)3.5/60課內(nèi)學(xué)時(shí)60理論授課60上機(jī)學(xué)時(shí)0課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)0課外學(xué)時(shí)72適用專業(yè)新能源材料與器件是否雙語否先修課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、無機(jī)與分析化學(xué)后續(xù)課程薄膜物理與技術(shù)、光電材料與器件、半導(dǎo)體物理與器件二、課程簡介固體物理是新能源材料與器件專業(yè)的一門核心課，通過固體物理學(xué)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)、晶體熱力學(xué)性質(zhì)、電子運(yùn)動(dòng)理論、能帶理論等基本知識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)的一些專業(yè)主干課程奠定必要的理論基礎(chǔ)。在學(xué)校過程中掌握研究固體物理的方法和思維方式，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的科學(xué)思維方式和創(chuàng)新意識(shí)。三、課程目標(biāo)及對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)：課程目標(biāo)1.掌握晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)、晶體熱力學(xué)性質(zhì)、電子運(yùn)動(dòng)理論、能帶理論等基本知識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)的一些專業(yè)主干課程奠定必要的理論基礎(chǔ)。利用固體物理基本理論，分析新能源材料與器件生產(chǎn)過程問題的機(jī)理。能夠查閱和利用基本理論，為生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題尋求和設(shè)計(jì)可靠合理的解決方法，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)操作。課程目標(biāo)2.通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握研究固體物理的方法和思維方式，提高學(xué)生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。課程目標(biāo)3.培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用固體物理基本理論分析問題和解決問題。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使學(xué)生在課題研究中能夠與團(tuán)隊(duì)成員有效溝通，共同解決問題。培養(yǎng)學(xué)生寬廣的學(xué)術(shù)視野，使學(xué)生了解固體物理在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和前景，培育學(xué)生的科學(xué)思維，探索創(chuàng)新的精神、精益求精的工匠精神。（二）課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)1指標(biāo)點(diǎn)：1-2掌握用于解決復(fù)雜工程問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)類基礎(chǔ)知識(shí)，并能用于對(duì)新能源材料與器件生產(chǎn)和加工過程復(fù)雜工程問題進(jìn)行恰當(dāng)?shù)墓奖碚骱陀?jì)算。指標(biāo)點(diǎn)：1-4掌握用于解決復(fù)雜工程問題的新能源材料與器件專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并能用于新能源材料的制備、表征、器件組裝、性能檢測(cè)等，解決新能源材料與器件領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。指標(biāo)點(diǎn)：2-2具有應(yīng)用高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等基本原理對(duì)新能源材料與器件領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、數(shù)學(xué)建模的能力。1-工程知識(shí)2-問題分析課程目標(biāo)2指標(biāo)點(diǎn)：2-3具有應(yīng)用新能源材料與器件的基本原理，并通過文獻(xiàn)研究對(duì)新能源材料與器件工程領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜工程問題進(jìn)行識(shí)別、分析、表達(dá)，以獲得有效結(jié)論的能力。指標(biāo)點(diǎn)：4-1掌握自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理和方法，具備基本的實(shí)驗(yàn)技能。2-問題分析4-研究課程目標(biāo)3指標(biāo)點(diǎn)8-1：具有良好的思想素質(zhì)和社會(huì)道德。指標(biāo)點(diǎn)8-2：具有正確的世界觀和人生觀。指標(biāo)點(diǎn)8-3：具有社會(huì)責(zé)任感。指標(biāo)點(diǎn)8-4：能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行職責(zé)。8-職業(yè)規(guī)范四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元緒論（學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）固體物理的研究對(duì)象、發(fā)展歷程和研究方法；（2）固體物理主要課程內(nèi)容。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：固體物理的研究對(duì)象、發(fā)展歷程和研究方法；難點(diǎn)：固體物理的研究方法。3.教學(xué)方法通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，講述固體物理的研究對(duì)象、發(fā)展歷程和研究方法以及本課程的主要研究內(nèi)容。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）了解固體物理的研究對(duì)象、發(fā)展歷程和研究方法；（2）了解本門課程的主要研究內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)2.通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握研究固體物理的方法和思維方式，提高學(xué)生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。課程目標(biāo)3.培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生能夠運(yùn)用固體物理基本理論分析問題和解決問題。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使學(xué)生在課題研究中能夠與團(tuán)隊(duì)成員有效溝通，共同解決問題。培養(yǎng)學(xué)生寬廣的學(xué)術(shù)視野，使學(xué)生了解固體物理在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和前景，培育學(xué)生的科學(xué)思維，探索創(chuàng)新的精神、精益求精的工匠精神。第二單元晶格靜力學(xué)（學(xué)時(shí)數(shù)：16學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)：晶格周期性、原胞、基矢、單胞、晶向、晶面、密勒指數(shù)以及典型的晶格；（2）倒格子和晶體衍射：倒格子和正格子之間的關(guān)系，第一布里淵區(qū)，布拉格方程以及晶體結(jié)構(gòu)的確認(rèn)方法。（3）晶體結(jié)合理論：離子性結(jié)合，范德瓦爾斯結(jié)合，共價(jià)結(jié)合，金屬結(jié)合，以及晶體結(jié)合的一般規(guī)律。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)，倒格子和晶體衍射。難點(diǎn)：倒格子和晶體衍射。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，講述晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)，倒格子和晶體衍射和晶體結(jié)合理論。（2）通過學(xué)生課下查閱資料，課堂討論，了解晶體結(jié)構(gòu)的確認(rèn)方法，以及目前先進(jìn)的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試表征手段。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）了解晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)，倒格子和正格子之間的關(guān)系，晶體衍射和晶體結(jié)合理論。掌握晶體結(jié)構(gòu)的確認(rèn)方法。（2）在理論知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，掌握合理的建模、假設(shè)、恰當(dāng)?shù)墓奖碚骱陀?jì)算等解決復(fù)雜問題的思維方式。能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決復(fù)雜新能源材料與器件生產(chǎn)和加工過程中工程問題。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.掌握晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)、晶體熱力學(xué)性質(zhì)、電子運(yùn)動(dòng)理論、能帶理論等基本知識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)的一些專業(yè)主干課程奠定必要的理論基礎(chǔ)。利用固體物理基本理論，分析新能源材料與器件生產(chǎn)過程問題的機(jī)理。能夠查閱和利用基本理論，為生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題尋求和設(shè)計(jì)可靠合理的解決方法，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)操作。課程目標(biāo)2.通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握研究固體物理的方法和思維方式，提高學(xué)生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。第三單元晶格振動(dòng)理論（學(xué)時(shí)數(shù)：12學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）一維單原子鏈、一維雙原子鏈和三維晶格振動(dòng)的基本理論；（2）晶格振動(dòng)能量的量子化和聲子的概念；（3）晶體的比熱容理論。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：一維單原子鏈、一維雙原子鏈的晶格振動(dòng)理論；晶格振動(dòng)能量的量子化和聲子；晶體的比熱容理論。難點(diǎn)：一維雙原子鏈的晶格振動(dòng)理論；晶格振動(dòng)能量的量子化和聲子。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，講述一維單原子鏈、一維雙原子鏈和三維晶格振動(dòng)的基本理論，晶格振動(dòng)能量的量子化和聲子的概念。（2）通過學(xué)生課下查閱資料，課堂討論的形式，了解三種晶體比熱容理論以及各理論的缺陷。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）了解一維單原子鏈、一維雙原子鏈和三維晶格振動(dòng)的基本理論，晶格振動(dòng)能量的量子化和聲子的概念。了解三種晶體比熱容理論以及各理論的缺陷。（2）通過對(duì)晶格振動(dòng)數(shù)學(xué)模型的簡歷和計(jì)算方法的學(xué)習(xí)，掌握研究固體物理常用的方法和思維方式，提高分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.掌握晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)、晶體熱力學(xué)性質(zhì)、電子運(yùn)動(dòng)理論、能帶理論等基本知識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)的一些專業(yè)主干課程奠定必要的理論基礎(chǔ)。利用固體物理基本理論，分析新能源材料與器件生產(chǎn)過程問題的機(jī)理。能夠查閱和利用基本理論，為生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題尋求和設(shè)計(jì)可靠合理的解決方法，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)操作。課程目標(biāo)2.通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握研究固體物理的方法和思維方式，提高學(xué)生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。第四單元電子運(yùn)動(dòng)理論（學(xué)時(shí)數(shù)：30學(xué)時(shí)）1.課程主要內(nèi)容（1）金屬電子論：自由電子氣經(jīng)典理論，自由電子氣量子理論，電導(dǎo)率和霍爾效應(yīng)；（2）能帶理論：Bloch定理，能帶及其對(duì)稱性，近自由電子近似，緊束縛近似，Bloch電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)，能帶的計(jì)算方法和密度泛函理論；（3）金屬和半導(dǎo)體。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：自由電子氣量子理論，Bloch定理，能帶及其對(duì)稱性，近自由電子近似，緊束縛近似，Bloch電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)，能帶的計(jì)算方法。難點(diǎn)：緊束縛近似，Bloch電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)，能帶的計(jì)算。3.教學(xué)方法（1）通過多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，講述金屬電子論和能帶理論。（2）通過學(xué)生課下查閱資料，課堂討論的形式，了解金屬和半導(dǎo)體性質(zhì)，以及使用能帶理論解釋這些性質(zhì)。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果（1）了解自由電子氣經(jīng)典理論，自由電子氣量子理論，電導(dǎo)率和霍爾效應(yīng)和能帶理論相關(guān)知識(shí)，能夠進(jìn)行能帶計(jì)算。（2）能夠利用能帶理論解釋固體的性質(zhì)。（3）掌握研究固體物理常用的方法和思維方式，提高分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新意識(shí)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.掌握晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動(dòng)、晶體熱力學(xué)性質(zhì)、電子運(yùn)動(dòng)理論、能帶理論等基本知識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)的一些專業(yè)主干課程奠定必要的理論基礎(chǔ)。利用固體物理基本理論，分析新能源材料與器件生產(chǎn)過程問題的機(jī)理。能夠查閱和利用基本理論，為生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題尋求和設(shè)計(jì)可靠合理的解決方法，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)操作。課程目標(biāo)2.通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握研究固體物理的方法和思維方式，提高學(xué)生分析問題和解決問題能力，培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識(shí)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時(shí)安排課內(nèi)課外學(xué)時(shí)比例第一單元：緒論講授法課程目標(biāo)2、321:1.2第二單元：晶格靜力學(xué)講授法、查閱資料、課堂討論課程目標(biāo)1、2161:1.2第三單元：晶格振動(dòng)理論講授法、查閱資料、課堂討論課程目標(biāo)1、2121:1.2第四單元：電子運(yùn)動(dòng)理論講授法、查閱資料、課堂討論課程目標(biāo)1、2301:1.2合計(jì)60五、課程考核及對(duì)課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則平時(shí)成績40%作業(yè)（百分制）60本門課程4-5次作業(yè)，考核內(nèi)容：晶體結(jié)構(gòu)，倒格子和正格子之間的關(guān)系，布拉格方程和晶體結(jié)構(gòu)確認(rèn)，晶體結(jié)合，晶格振動(dòng)和比熱容理論，電子運(yùn)動(dòng)理論，能帶理論等。目標(biāo)分值=0.6*作業(yè)平均成績課堂表現(xiàn)（百分制）40考核內(nèi)容：（1）出勤情況，無故缺勤一次扣10%；（2）課堂上是否與教師互動(dòng)，是否主動(dòng)回答問題以及問題回答的正確性；分別占比50%期末考試60%知識(shí)40考核內(nèi)容：晶體結(jié)構(gòu)，倒格子和正格子之間的關(guān)系，布拉格方程和晶體結(jié)構(gòu)確認(rèn)，晶體結(jié)合，晶格振動(dòng)和比熱容理論，電子運(yùn)動(dòng)理論，能帶理論等?？荚囶}型：名詞解釋，判斷題，選擇題，簡答題，計(jì)算題等。評(píng)價(jià)細(xì)則：名詞解釋占15%、判斷題占10%、選擇題占10%，簡答題占25%，計(jì)算題占40%。能力30綜合應(yīng)用20創(chuàng)新10（二）課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元：緒論1-1固體物理的研究對(duì)象和研究方法。作業(yè)、期末考試課程目標(biāo)1、3第二單元：晶格靜力學(xué)2-1晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)；2-2倒格子和晶體衍射；2-3晶體結(jié)合理論。作業(yè)，課堂討論，期末考試課程目標(biāo)1、2第三單元：晶格振動(dòng)理論3-1一維單原子鏈、一維雙原子鏈和三維晶格振動(dòng)的基本理論；3-2晶格振動(dòng)能量的量子化和聲子的概念；3-3晶體的比熱容理論。作業(yè)，課堂討論，期末考試課程目標(biāo)1、2第四單元：電子運(yùn)動(dòng)理論4-1金屬電子論：自由電子氣經(jīng)典理論，自由電子氣量子理論，電導(dǎo)率和霍爾效應(yīng)；4-2能帶理論：Bloch定理，能帶及其對(duì)稱性，近自由電子近似，緊束縛近似，Bloch電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動(dòng)，能帶的計(jì)算方法和密度泛函理論；4-3金屬和半導(dǎo)體。作業(yè)，課堂討論，期末考試課程目標(biāo)1、2六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材吳代鳴.《固體物理基礎(chǔ)（第2版）》.高等教育出版社，2015