纳米材料与技术专业培养方案

纳米材料与技术专业一、专业概述纳米材料与技术学科近年来发展迅速，已逐步进入国内一流学科行列。2010年北京工业大学纳米科学与技术方向增列为北京市重点学科交叉学科，在纳米材料结构、纳米表征、纳米能源、纳米药物合成及纳米光学方面已形成自己的特色与优势。依托我校国家级重点学科“材料学”、北京市重点学科“材料科学与工程”、“凝聚态物理”与“纳米科学与技术”等成立的新型交叉与特色明显的学科专业，北京工业大学纳米材料与技术本科专业2018年获批设立，所设立的“纳米材料与技术”专业整合了多学科的优质教师与平台资源，依托国家重点学科和工业大数据国家工程实验室、新型功能材料教育部重点实验室、固体微结构与性能北京市重点实验室、碳基纳米材料北京市国际科技合作基地、北京高等学校市级校外人才培养基地（金隅）等实践平台，拥有院士牵头的材料科学与工程国家级教学团队、国家自然科学基金创新研究群体、教育部/科技部/北京市创新团队，紧密围绕国家纳米产业对人才的紧迫需求，重点培养在信息、能源与环境等应用领域的纳米材料与技术高级专门人才。在超大规模集成电路及半导体芯片的关键技术为纳米材料与技术，新一代能源材料与技术的发展离不开纳米材料与技术，这些都是我国目前的高科技产业发展瓶颈。本专业将基于北京工业大学在纳米半导体材料、纳米新型能源材料等方面的教师人才优势，重点发展纳米半导体、新型能源等材料设计、制备与器件应用方面的专业特色，致力于培养适应国家，特别是京津冀地区的新一代信息与能源材料与技术的发展需要，信念执着、品德优良、基础宽厚、专业精深、视野开阔、实践能力突出、可持续发展能力强的高素质创新型人才。二、培养目标本专业围绕战略新兴产业与先进制造方面的人才需求与发展定位，培养具有高尚道德情怀、社会责任感、国际化视野和独立创新能力、具备学科交叉优势并适应国家经济发展的高素质创新型人才。本专业培养的学生具备良好的人文素养,具有扎实的数学、物理与计算机基础，掌握先进纳米材料与器件的设计、制备与应用的专门技术与业务能力，适应信息、能源与环境等重点领域的发展需求。培养出适应国家，特别是京津冀地区的新一代信息与能源材料与技术的发展需要，信念执着、品德优良、基础宽厚、专业精深、视野开阔、实践能力突出、可持续发展能力强的高素质创新型工程人才。本专业培养能在信息、能源与环境等领域从事纳米材料设计预测、合成制备、表征分析、器件应用及工程化技术的研发、教学以及管理等方面工作的高级工程技术人才。本专业毕业生就业领域为信息、能源和环境，也可在生物、医药、航空航天及国家安全等行业就业，从事纳米材料设计、制备和应用及技术管理等方面的工作。经过5年左右实践，能胜任技术主管工程师、研发团队骨干或项目管理工程师。具体细化为以下5个方面:（1）能在工业界、学术界与教育界成功地开展与专业职业及创新性技术研发相关的工作，适应独立和团队工作环境，并能以服务社会、忠诚担当的责任意识，在一个团队中发挥骨干作用；（2）能够在社会与科技大发展的背景下迅速理解和解决纳米材料与技术工程实践的问题，并能选择合适的技术或工具针对性地解决工程问题；（3）能够通过终身学习并适应职业可持续发展，并在纳米材料与技术专业领域具有职场竞争力，能够进一步深造成为相关行业高级人才；（4）能够严谨治学、实事求是，使自己的工程行为符合道德伦理要求；（5）能够胜任材料相关专业的国际项目谈判和市场开拓；三、毕业要求及实现矩阵1.毕业要求学生毕业时，应该具有扎实的数学、物理与计算机基础，掌握先进纳米材料与器件的设计、制备与应用的专门技术与业务能力，适应信息、能源与环境等重点领域的发展需求。并具有良好的文化素质、科学修养和社会责任感，具有适应社会及人际交往的能力。同时，学生应具有所如下基本能力要求：（1）工程知识：能用数学、物理、化学及相关专业知识描述工程实践中纳米材料设计、制备及器件应用之间的复杂关系，并能够将数学、物理、化学及工程专业知识用于解决纳米材料与技术领域的复杂问题。（2）问题分析：具备利用自然科学原理理解纳米材料与技术工程问题的能力，掌握识别、表达、分析相关工程问题的科学方法；能够运用数理化和工程基础知识，理解纳米材料结构与性能相互影响的复杂关系。能具有运用现代信息技术获取新知识的能力，能够识别、表达、并通过文献调研分析纳米材料与技术领域的复杂问题。（3）设计/开发解决方案：能够针对纳米材料与技术领域中结构与性能之间的复杂问题，设计出具体的解决方案，并在纳米材料与器件设计环节中体现创新意识，并在设计环节中能够考虑多因素交互作用，体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。（4）研究：能够基于科学原理并采用科学方法对纳米材料设计、制备及器件应用领域中的复杂问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。（5）使用现代工具：能够开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，用于解决纳米科技领域的复杂问题。（6）工程与社会：能够恰当评价纳米材料与技术中的复杂问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解其中应承担的责任。（7）环境和可持续发展：了解与纳米材料与技术相关行业的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规，能够理解和评价复杂问题的解决方案对环境、社会可持续发展的影响。（8）职业规范：拥有“不息为体、日新为道”的工大精神，具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在纳米材料与技术领域的实践中理解并遵守职业道德和规范，履行相关责任。（9）个人和团队：具有一定的组织管理能力、表达能力、独立工作能力和团队合作能力，理解团队中不同角色的作用，能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。（10）沟通：能够就纳米材料与技术领域的复杂问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言。具备国际化视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。（11）项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在纳米材料与技术领域中应用。（12）终身学习：对终身学习有正确认识，具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习、持续提高自己和适应发展的能力。2.支撑矩阵本专业的培养目标与毕业要求的关系矩阵，详见表2。表2纳米材料与技术专业毕业要求对培养目标的支撑矩阵培养目标毕业要求（√）123456789101112…团队精神、社会责任与创新思维√√√√√有效应用专业知识与先进技术解决复杂工程问题√√√√√终生学习发展√√√工程伦理自律√√国际视野与开拓精神√√本专业的课程对毕业要求的支撑矩阵，详见表3。表3纳米材料与技术专业课程对毕业要求的支撑矩阵课程名称（含实践）毕业要求123456789101112…思想道德修养与法律基础●中国近现代史纲要●毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论●马克思主义基本原理●体育●大学英语●高等数学(工)●线性代数(工)●概率论与数理统计（工）◎●大学物理Ⅰ●普通化学Ⅳ●C语言程序设计基础●新生研讨课●◎工程图学Ⅴ●有机化学Ⅲ●材料科学与工程学导论●●◎工程力学Ⅱ◎电工技术Ⅰ◎物理化学Ⅱ●材料科学基础（双语）●●◎纳米材料表征方法◎●●量子力学◎●●固体物理◎◎环境材料基础●◎●python计算与材料设计◎◎军事理论●军事训练●综合化学实验●◎机械工程训练B◎物理实验-1-2◎“中国特色社会主义建设”实践●电工电子基础训练Ⅱ◎工程图学实践◎纳米材料结构表征实验●◎◎微纳加工实验◎◎纳米材料综合实验●◎●半导体材料性能实验◎●纳米材料与器件创设计●●◎◎纳米材料合成制备实验●◎◎认识实习●工作实习◎●●毕业设计（论文）●◎●◎●半导体材料与器件导论●●能源材料与器件导论●●电子显微分析◎●◎微纳米力学◎●纳米光电材料◎◎纳米磁电材料◎◎纳米铁电材料◎◎纳米能源材料◎◎纳米催化材料◎◎纳米环境材料◎◎第一性原理材料计算◎◎碳基纳米材料◎◎学术写作课程●学术前沿课程●外语选修课●工程伦理课●经济管理选修课●通识教育任意选修课◎创新创业学分●注：●：表示有强相关关系；◎：有一般相关关系；⊙：有弱相关关系四、课程体系及学分分配本专业的课程体系及学分分配，详见表4。表4纳米材料与技术专业课程体系及学分分配表课程类别课程主题主体课程学分必修选修通识教育71学分43.6%理想信念与家国情怀22学分,13.5%思想政治课程14军理理论2军事训练（实践）2体育课4大类基础与科学素养29学分,17.8%数学与自然科学24计算机类3物理实验（实践）2国际视野与沟通表达8学分，4.9%大学英语8综合素质与公民责任12学分,7.4%工程经济与项目管理2工程伦理1文化自信与艺术鉴赏7科学探索与创新发展道德修养与身心健康沟通表达与全球视野2专业教育92学分56.4%学科基础课程39学分,23.9%专业大类课程21.5专业核心课程17.5专业发展选修课程16学分,9.8%专业选修课16个性需求选修课程6学分,3.7%“专业教育”中理论课程6实践与创新31学分,19.0%实验10实习5综合类课程设计4毕业设计8创新创业学分44五、主干学科主干学科：材料科学与工程、物理学交叉学科：电子科学与技术、计算机科学与技术、化学六、核心课程本专业设置的专业核心课程，详见表5。表5纳米材料与技术专业核心课程一览表（学科基础非大类）序号课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注10010413量子力学464640520009292固体物理464640530009290纳米材料表征方法464640540009293python计算与材料设计232320650007487材料科学基础（双语）3.5565064七、主要实践环节及独立设置的主要实验课程本专业的主要实践环节及独立设置的主要实验课程，详见表6。表6纳米材料与技术专业主要实践环节及独立设置的主要实验课程项目课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注主要实践环节0009298半导体材料性能实验13203260009299纳米材料与器件创新设计26406460007169认识实习13003030007170工作实习41200120Ⅵ0008018毕业设计8480048080009297纳米材料综合实验2640646独立设置的主要实验课程0009295纳米材料结构表征实验2640640009296微纳加工实验13203250009300纳米材料合成制备实验26406460007070电工电子基础训练Ⅱ1300305八、特色课程本专业设置的特色课程，详见表7。表7纳米材料与技术专业特色课程一览表序号课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注10009290纳米材料表征方法4646405双语20007487材料科学基础（双语）3.5565064双语30009306电子显微分析3484445选修40009307微纳米力学2322845选修50009293python计算与材料设计2323206交叉60009299纳米材料与器件创新设计2640646企业专家参与70009314第一性原理材料计算2323207双语电子信息类（特色选修）10010415半导体材料与器件导论3484805企业专家参与20009308纳米光电材料2323206企业专家参与30009309纳米磁电材料232320640009310纳米铁电材料232320750009314第一性原理材料计算2323207能源环境类（特色选修）10010416能源材料与器件导论3484805企业专家参与20009311纳米能源材料2323206企业专家参与30009315碳基纳米材料232322740009312纳米催化材料232320650009313纳米环境材料23232647九、示范课程本专业设置的示范课程，详见表8。表8纳米材料与技术专业示范课程一览表课程思政（列出5门有代表性课程）序号课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注10000274材料科学与工程学导论232320220005953环境材料基础232302630010415半导体材料与器件导论348480540010416能源材料与器件导论348480550009290纳米材料表征方法4646405研究型课程（>6学分）序号课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注10009299纳米材料与器件创新设计264064620010415半导体材料与器件导论348480530009293python计算与材料设计232320640009297纳米材料综合实验264064650010416能源材料与器件导论3484805线上/线下/线上线下混合式课程（列出5门有代表性课程）序号课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注10010415半导体材料与器件导论348480520009293python计算与材料设计232320630010416能源材料与器件导论348480540009306电子显微分析348444550009290纳米材料表征方法4646405十、自主课程本专业设置的自主课程，详见表9。表9纳米材料与技术专业自主课程一览表序号课程编码课程名称学分总学时理论学时实践学时学期备注10007079新生研讨课116160120010405学术前沿课程116160330010404学术写作课程116160740009297纳米材料综合实验264064650010417材料数理基础2323206十一、必修课程先修关系拓扑图十二、计划学制4年。十三、毕业和学位要求修满本培养方案规定163学分、专业自主课程7学分和第二课堂12学分，成绩合格并符合《北京工业大学本科学生学籍管理规定》要求的学生，可获得材料科学与工程专业本科毕业证书。符合毕业要求并达到《北京工业大学学位授予工作实施细则》要求的学生，经学校学位委员会审核批准，可授予工学学士学位。（可参照附件2）十四、教学进程计划表详见2020版本科指导性教学计划进程表（附件11）。十五、学业指导说明个性需求选修课程（6学分）要求选修本专业学科基础选修课或专业选修课不少于2学分课程；其余学分可在学校提供的校选专业课列表中选，优先推荐本专业的专业选修课程，或本学院专业大类内资源循环科学与工程专业、材料科学与工程专业的课程。专业发展选修课程（16学分）要求每个学生必须完成纳米材料与技术教学计划进程表（附表11）学科基础选修课选修3学分，专业选修课程选择13学分的课程。若学科基础选修《半导体材料与器件导论》，建议选择A组专业发展课；学科基础选修《能源材料与器件导论》建议选择B组专业发展课。自主课程本专业设置了7学分自主课程，包括新生研讨课、材料学科前沿课程、学术论文写作课程、纳米材料综合实验、材料数理基础5门课，要求学生必选。其他本专业鼓励与支持学生利于课余时间与专业知识开展纳米材料及与技术相关的创新创业实践，并可根据学生需要协助组建团队与配备指导教师。十六、其它说明无。十七、为学校其它专业开设的个性需求选修课程本专业为学校其它专业开设的个性需求选修课程（本专业学科基础必修与选修课程、专业选修课程），详见表10。表10纳米材料与技术专业为其它专业开设的个性需求选修课程一览表序号课程编码课程名称学分总学时课程类型先修课程学期备注10010415半导体材料与器件导论348J