《光电功能材料》课程教学大纲

《光电功能材料》课程教学大纲一、课程简介课程中文名光电功能材料课程英文名Photoelectricfunctionalmaterial双语授课□是否课程代码24112090课程学分3总学时数48课程类别□通识教育课程□公共基础课程专业教育课程□综合实践课程□教师教育课程课程性质必修□选修□其他课程形态□线上□线下线上线下混合式□社会实践□虚拟仿真实验教学考核方式□闭卷开卷□课程论文□课程作品汇报展示□报告课堂表现□阶段性测试平时作业□其他（可多选）开课学院材料学院开课系(教研室)材料科学系面向专业材料科学与工程开课学期第5学期先修课程材料科学与基础，材料工程基础，材料物理化学，材料分析测试技术后续课程毕业论文，毕业实习选用教材韩涛等.光电材料与器件(修订版).[M]北京:科学出版社,2022.参考书目1光电子材料与器件(第1版).唐群委等著.科学出版社,2017年6月.2有机光电材料与器件(第1版).王筱梅等编著.化学工业出版社,2013年9月.课程资源本课程在超星网络平台相关课程的网址:/base?t=1693290694999课程简介该课程是材料科学与工程专业的一门核心课，该课程全面系统的阐述了具有电磁声光等功能材料的成分、结构、性能及应用。通过本课程学习，使学生能够阐述光电功能材料在材料科学中的地位及光电功能材料的特点，能够概述典型的光电功能材料基本原理、材料类型、制备技术及应用等，如新能源材料与器件、半导体材料与器件等。使学生既具备坚实的光电功能材料基础，又具备一定的应用能力。同时，光电功能材料领域涉及卡脖子相关材料，介绍国家中远期发展目标，激发学生勇于创新、服务祖国的理想信念。二、课程目标表1课程目标序号具体课程目标课程目标1能够阐述和灵活运用光电功能材料基本理论和基础知识，能陈述光电功能材料电、磁、声、光和生物等方面性能和相关器件工作原理，能够分析光电功能材料成分、结构、性能之间的相互关系，并能够运用光电功能材料知识和技术去认识、分析生活、生产和教学中的光电功能材料相关实际问题，能综述光电功能材料的最新研究成果和发展趋势。课程目标2具有较强的自主学习能力和一定的研发能力，在关于典型光电功能材料与器件实验实践中，能根据材料成分、结构和性能之间的关系以及生活、生产中的实践现象科学的提出问题、分析问题，同时不断反思并查阅相关文献，提出解决问题的方案，开展试验实践解决提出的问题，同时具有一定的创新意识与创新能力。课程目标3具有高度的社会责任感，树立“绿水青山就是金山银山”的观念，在光电功能材料与器件制备和使用过程中，能够考虑到光电功能材料生产和使用对环境的影响和发展的可持续性；树立爱国主义情怀、辨证唯物主义的科学世界观和正确的人生价值观。表2-1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求2：问题分析【H】2.3能够通过文献调研、工程经验和数学建模等方法针对功能复合材料中新材料设计和制备-结构性能分析-新材料技术开发与应用等方面复杂工程问题提供多种解决方案，并会通过文献研究寻求替代的可行方案。1毕业要求4：研究【M】4.1能够熟练掌握新材料设计和制备-结构性能分析-新材料技术开发与应用等方面的关键科学知识和仪器使用方法，通过文献综述，调研和分析材料制备过程的解决方案。2毕业要求7：环境与可持续发展【M】7.2能够在考虑到功能复合材料在制备、分析和使用过程中与环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法律的关系前提下，进一步判断其复杂工程问题解决方案对环境、社会可持续发展的影响。3三、课程学习内容与方法（一）理论学习内容及要求表3-1课程目标、学习内容和教学方法对应关系序号课程模块学习内容学习任务课程目标学习重点难点教学方法学时1绪论1.光电子技术简介1.预习：光电功能材料的发展史、研究现状及未来发展趋势。2.线上学习：光电子技术简介视频，光电子材料的相关概念等视频。3.拓展阅读：文献《中国有机光电功能材料化学领域的发展现状和未来挑战》；参考书光电子材料与器件(第1版)；4.讨论：光电功能材料的发展方向是5.章节测试：线上进行章节测试1，2重点：光电与电光功能材料基本概念、基础理论及研究进展难点：光电转换材料与器件相关原理、电光转换材料与器件相关原理自主学习：针对第1节，学生先自行初步了解光电子技术讲授法：针对第2、3节帮助学生进一步认识光电功能材料相关基础理论、认识光电功能材料的研究现状和发展趋势讨论法：针对光电功能材料的发展趋势进行讨论，引发学生对光电功能材料未来发展的思考，主要涉及第2节。练习：针对光电基础理论，主要涉及3节42.光电材料与器件的研究现状1，33.基础理论1，22光电材料理论基础1.能带理论1.预习：薛定谔方程及近似解；能带理论；光电效应；2.课程资源分享：以小组为单位，学生分享一个光电效应为基础理论发展而来的器件应用，包括光电效应原理、材料成分、结构、性能和制备，由其他学生提问，讲解人员回答、讨论，点评，最后由老师总结3.线上学习：固体能带理论、薛定谔方程应用、光吸收过程、光电效应。4.拓展阅读：定态薛定谔方程；薛定谔方程的讨论；5.讨论：直观的比较光电发射效应（外光电效应）、光电导效应（内光电效应）原理上有什么不同，制作的光电元件性能上有什么不同？提示：可从响应波段的范围及响应速度等角度思考。包括光电管的体积、结构的简单性、对环境温度的敏感度等。6.章节测试：线上进行章节测试。1，2，3重点：外光电效应、光电导效应、光生伏特效应、温差电效应、热释电效应、能带理论、固体光吸收过程难点：薛定谔方程波函数相关理论在能带上的应用。布洛赫定理、周期性边界条件自主学习：了解能带理论的基本概念；自学概念光电效应；涉及1、3节基础概念讲授法：针对第1、2、3节基本概念及光电基础理论原理；主要内容包括能带理论、半导体光吸收机理、光电效应等。练习：针对光电效应及应用，主要涉及3节讨论法：针对2、3节。82.材料中的光吸收过程1，23.光电效应1，23微纳光电材料及器件1.纳米光电材料及器件1.预习：纳米材料基本概念；纳米材料基本效应；纳米材料相关性能2.课程资源分享：以小组为单位，学生分享一个微纳材料器件制备课件，包括原理、结构、性能和制备，最后由其他学生提问，讲解人员回答、讨论，点评，老师总结3.线上学习：纳米材料概论、纳米材料性能、技术纳米材料。4.拓展阅读：《Mxenes纳米点的制备及应用进展》文献；其他纳米材料相关文献5.讨论：材料由大尺寸转变为纳米后，其哪些性能发生了改变，原理是什么。6.章节测试：线上进行章节测试。1，2，3重点：纳米材料与结构、纳米光电功能材料、纳米光电功能材料与器件、光子晶体、超材料、表面等离子体激元及器件难点：光学克尔效应、电磁热旋光效应、纳米材料特性原理、光子晶体原理、负折射率材料结构和原理、等离子激元原理自主学习（视频）：了解纳米材料基本概念、性能、光子晶体基本概念、超材料基本概念；涉及1、2节讲授法：针对第1、2、3、4节基本概念及光电基础理论原理；主要内容包括纳米材料概念、结构、性能和原理；光子晶体、超材料和等离子激元材料与器件概念、结构和原理，以及制备方法等。练习：针对光电效应及应用，主要涉及2，3，4节讨论法：针对1，2节。62.光子晶体及器件1，23.超材料及器件1，24.表面等离子体激元及器件1，24半导体发光材料及器件1.半导体发光材料晶体导论1.预习：预习晶体结构、缺陷、发光原理及缺陷对发光影响、能带理论、半导体发光原理2.课程资源分享：以小组为单位，学生分享半导体材料及器件制备课件，包括半导体材料发展史、半导体材料成分、原理、结构、性能和制备，最后由其他学生提问，讲解人员回答、讨论，点评，老师总结3.线上学习：半导体材料性能、PN节基础、PN节二极管及特性。4.拓展阅读：《AlGaN基宽禁带半导体光电材料与器件》文献；第一二三带半导体发展史5.讨论：PN节是怎么形成的，有哪些特性，应用有哪些，举例说明。6.章节测试：线上进行章节测试。1，2，3重点：晶体结构、缺陷及缺陷对发光影响，能带结构，半导体光吸收分类，PN结的形成及发光原理，载流子的复合，发光理论，LED原理与PN结难点：PN结工作原理、PN节特性机理、半导体光吸收理论、缺陷影响发光机理自主学习（视频）：了解半导体发光材料基本概念、LED基本概念；涉及1，3节讲授法：针对第2、3节半导体对光吸收和半导体发光。练习：针对光电效应及应用，主要涉及2,3节讨论法：针对3节。82.光半导体对光吸收1，33.发光二极管、有机光致发光与电致发光1，25无机光致发光材料1.无机光致发光1.预习：无机光致发光材料基本概念；荧光粉发光原理；2.课程资源分享：以小组为单位，学生分享荧光材料及器件制备课件，包括原理、结构、性能和制备方法，最后由其他学生提问，讲解人员回答、讨论，点评，老师总结3.线上学习：荧光粉发展历史和现状、荧光粉主要制备方法。4.拓展阅读：《植物补光用LED荧光粉研究进展》文献；其他荧光粉材料相关文献5.章节测试：线上进行章节测试。1，2重点：无机光致发光原理，光致发光过程，荧光粉的特性，高温固相法，燃烧合成法，水热法，溶胶凝胶法难点：理解光致发光光辐射返回基态两个过程，荧光粉的制备技术自主学习（视频）：了解无机光致发光材料基本概念；荧光粉发光原理；涉及1，3节讲授法：针对第2、4节讲授荧光粉工作原理、器件原理、材料制备方法等。练习：针对光电效应及应用，主要涉及2,4节62.荧光粉发光原理1，2，33.荧光粉发展历史和现状1，34.荧光粉主要制备方法1，26透明导电材料1.透明导电薄膜简介1.预习：透明导电薄膜简介及原理2.课程资源分享：以小组为单位，学生分享透明导电材料器件应用，包括原理、结构、性能和制备，最后由其他学生提问，讲解人员回答、讨论，点评，老师总结3.线上学习：TCO材料导电原理、TCO材料光学性质及制备方法。4.拓展阅读：《透明导电材料研究进展》文献；其他透明导电材料相关文献5.章节测试：线上进行章节测试。1，2重点：典型的TCO材料、TCO材料能带、TCO材料载流子的生成、TCO材料电学特点、光学特性、ITO材料特性难点：TCO材料导电机理、N型与P型TCP材料导电性与温度及载流子浓度的关系、TCO透光原理、ITO优秀导电透光性能背后的机理。自主学习（视频）：透明导电薄膜简介及原理；涉及1，2节讲授法：针对第3、4节讲授荧光粉工作原理、器件原理、材料制备方法等。练习：针对光电效应及应用，主要涉及2,3，4节82.代表性TCO材料1，23.TCO材料导电性1，24.TCO光学性质1，25.透明导电技术1，2，32.光电信息透明陶瓷的制备1，23.薄膜生长1，24.单晶光纤的生长技术1，25.有机光电信息材料的制备1，26.负折射率材料的设计1，27太阳能电池材料及应用1.光伏技术与太阳能电池1.预习：预习太阳能电池的发展历史、太阳能电池原理、太阳能电池材料分类2.课程资源分享：以小组为单位，学生分享一种具体的太阳能电池应用，包括其发展史、材料成分、原理、结构、性能和制备，最后由其他学生提问，讲解人员回答、讨论，点评，老师总结3.线上学习：太阳能电池材料性能、PN节基础、多晶硅太阳能电池。4.拓展阅读：《无机薄膜太阳能电池光伏材料的研究进展》文献；5.讨论：第一、二、三代太阳能电池材料有哪些，转换效率是多少，各自优缺点、制备方法。6.章节测试：线上进行章节测试。1，3重点：太阳能电池原理、多晶硅薄膜太阳能电池原理、非晶硅薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池难点：染料敏化太阳能电池原理及制备技术、有机薄膜太阳能电池原理及制备技术、钙钛矿太阳能电池原理及制备技术自主学习（视频）：太阳能电池的发展历史、太阳能电池原理、太阳能电池材料分类；涉及1节讲授法：针对第2、3节。练习：针对2，3，4节讨论法：针对4节。82.晶硅太阳能电池1，23.化合物半导体薄膜电池1，24.新型太阳能电池1，2，3四、课程考核（一）考核内容与考核方式表4-1课程目标、考核内容与考核方式对应关系课程目标考核内容所属学习模块/项目考核占比考核方式课程目标1光电功能材料基本概念领悟水平（1）能带理论、光电效应（2）纳米光电材料与器件（3）半导体发光材料与器件（4）光致发光、荧光粉及制备方法（5）TCO\ITO（6）光伏技术、PN结、太阳能电池等1-757%课堂表现章节测试半期考试网络学习期末考试课程目标2光电功能材料核心原理综合分析与运用（1）能陈述能带理论近似条件（布洛赫定理、周期性边界条件）（2）能阐述外光电效应、内光电效应和光生伏特的应用（3）能描述纳米光电材料与器件、半导体发光材料与器件成分、性能和结构之间的关系，并分析器件机理。（4）能够区分光致发光材料、荧光粉制备方法不同点，比较其优缺点，能够根据制备方法的优缺点指导实际生产（5）能陈述TCO\ITO的工作原理，并分析导电与透明的这种材料折中方案（6）能够综述有机、无机和新型太阳能电池科技前沿，并能够根据现有技术，分析太阳能电池未来发展方向。1-725%课堂表现章节测试半期考试网络学习期末考试课程资源分享课程目标3（1）具有高度的社会责任感（2）在光电功能材料与器件制备和使用过程中，能够考虑到光电功能材料生产和使用对环境的影响和发展的可持续性（3）树立爱国主义情怀（4）树立科学世界观和正确的人生价值观。1-718%课堂表现网络学习及测试课程资源分享表4-2课程目标与考核方式矩阵关系课程目标考核方式考核占比期末考试40%课堂表现10%半期考试15%线上学习20%课程资源制作与分享15%课程目标180%20%80%40%20%57%课程目标220%20%20%30%40%25%课程目标3060%040%40%18%（二）成绩评定1.平时成绩评定（1）课堂表现（10%）：学生在课堂上的表现情况、发言与提问情况，通过学生在课堂上阐明知识的情况及相关能力水平进行评价。（2）课程资源制作与分享（15%）：围绕课程的学习目标进行课程资源制作与分享。学生对知识的认识基础之上，收集、整理、综述相关材料。考查学生主要考查学生收集资料能力、研究设计能力、合作学习能力、创新能力、展示与汇报能力、社会责任感、爱国主义情怀、环境保护和可持续性以及正确的三观等。（3）网络学习（20%）：在线开放课程平台的任务点完成情况，包括课件、视频、章节测试、考试、线上讨论、拓展阅读等，主要考察学生的知识掌握情况、自主学习能力、学习态度与学习意识，以及在讨论中表现出的思想素质、世界观与人生价值观等。(4)半期考试（15%）：以开卷的方式，考查学生对知识的认识、领会情况和综合运用知识解决实际问题的能力。2.期末成绩评定以开卷考试进行，题型包含单选、多选、判断、简答和综合题。主要考察学生对光电功能材料基本概念的理解、对典型光电功能材料的成分、结构、性能之间相互关系的运用、对光电功能材料表征方法、制备工艺、器件应用的融会，并能够综合这些知识对生产问题提供有效参考。3.总成绩评定总成绩（100%）=平时成绩×（60%）+期末成绩×（40%）（三）评分标准表5评分标准（非试卷考核项目）考核项目评分标准优秀(100>x≥90)良好(90>x≥80)中等(80>x≥70)及格(70>x≥60)不及格(x<60)课堂表现（1）课堂纸练习、回答问题正确，且能进行解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点正确，问题有深度、有创新（50%）。（1）课堂测验、回答问题正确，但解释欠清楚（50%）。（2）提问、讨论发言观点正确，但问题无深度或无创新（50%）。（1）课堂测验、回答问题大部分正确，且不能解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点基本正确，但问题无深度、无创新50%）。（1）课堂测验、回答问题错误率在30~50%之间，且不能解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点有部分错误，或逻辑不严密（50%）。（1）课堂测验、回答问题错误率超过50%，且不能解释（50%）。（2）提问、讨论发言观点错误，思路不清晰，逻辑不严密（50%）。线上学习（1）按时学完全部任务点课件与视频（40%）。（2）按时完成全部测验，正确率在90－100%（20%）。（3）按时完成全部作业，正确率在90－100%（15%）。（4）按时完成考试，正确率在90－100%（15%）。（5）完成了全部平台讨论，观点正确，问题有深度、有创新（10%）（1）学完任务点课件与视频80-89%（40%）。（2）完成全部测验，正确率在80-89%（20%）。（3）完成全部作业，正确率在80-89%（15%）。（4）完成考试，正确率在80-89%（15%）。（5）完成了全部平台讨论，观点正确，但问题深度、创新性不够（10%）。（1）学完任务点课件与视频70-79%（40%）。（2）完成全部测验，正确率在70-79%（20%）。（3）完成全部作业，正确率在70-79%（15%）。（4）完成考试，正确率在70-79%（15%）。（5）完成了全部平台讨论，观点基本正确，但问题深度、创新性不够（10%）。（1）学完任务点课件与视频60-69%（40%）。（2）完成全部测验，正确率在60-69%（20%）。（3）完成全部作业，正确率在60-69%（15%）。（4）完成考试，正确率在60-69%（15%）。（5）完成了全部平台讨论，但观点部分不正确，或存在明显复制现象（10%）。（1）学完任务点课件与视频不足60%（40%）。（2）未全部完成测验，或正确率在60%以下（20%）。（3）未全部完成作业，或正确率在60%以下（15%）。（4）完成考试，正确率在60%以下（15%）。（5）未全部完成平台讨论，或观点不正确，或存在明显复制现象（10%）。课程资源制作和分享（1）声音宏亮，吐字清晰；服装整洁优雅、仪态自然大方；能目视观众，不长时间盯着PPT或回头看投影（10%）。（2）语言表达逻辑性强，内容能讲清，重点突出，详略得当，无重复口语化表达（10%）。（3）准备充分，展示内容信息量大，教学设计或研究方案有创新，内容、观点正确，且联系学科前沿或有创新（30%）。（4）PPT制作精美流畅，视频、图片与文字比例恰当，有美感（10%）。（5）本团队成员全部积极参与汇报、补充、提问或回答问题，组内成员分工明确，配合默契（10%）。（6）热爱科学，有刻苦钻研的科学精神，讨论发言世界观、价值观正确，有强烈的社会责任感和家国情怀，有较强的环保观念和可持续发展意识（30%）。（1）声音宏亮，吐字清晰；服装整洁、仪态较大方，但有较多时间盯着PPT或回头看投影（10%）。（2）内容能讲清，重点比较突出，但逻辑性不够清晰，有个别卡顿或口语重复（10%）。（3）准备较充分，展示内容较丰富，内容、观点正确，但未联系学科前沿或创新性不足（30%）。（4）PPT图片与文字比例不够恰当，文字太多，或字体颜色不够鲜明（10%）。（5）本团队3人以上成员积极参与汇报、补充、提问或回答问题，组内成员分工较明确，配合较默契（10%）。（6）热爱科学，有一定刻苦钻研的科学精神，讨论发言世界观、价值观正确，有社会责任感和家国情怀，有一定的环保观念和可持续发展意识（30%）。（1）声音不够宏亮，或吐字不够清晰；服装整洁，但仪态不够自然；长时间看PPT或投影（10%）。（2）内容基本能讲清，但重点不突出，逻辑性不强，口语