《固体物理》课程教学大纲（新能源材料与器件专业）

《固体物理》课程教学大纲一、课程简介课程中文名固体物理课程英文名Solidstatephysics双语授课□是R否课程代码21112021课程学分4总学时数64（不含实践）课程类别□通识教育课程□公共基础课程R专业教育课程□综合实践课程□教师教育课程课程性质R必修□选修□其他课程形态□线上R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R闭卷□开卷□课程论文□课程作品□汇报展示□报告R课堂表现R阶段性测试R平时作业□其他（可多选）开课学院材料科学与工程学院开课系(教研室)新能源材料与器件专业系面向专业新能源材料与器件开课学期第4学期先修课程高等数学，大学物理后续课程材料物理性能、半导体物理与器件、材料现代测试方法等选用教材黄昆、韩汝琦.固体物理学（重排版）[M].北京:北京大学出版社,2014.参考书目1.C.基泰尔.固体物理导论（第八版）[M].北京:化学工业出版社,2022.2．李正中，固体理论（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2006.课程资源本课程在超星、中国大学MOOC等智慧网络教学平台相关课程的网址有课程资源。课程简介《固体物理》是一门材料类专业必修的基础课程。课程主要介绍固体材料的微观结构、声子及电子的运动、能带理论及其应用。通过该课程的学习，使学生获得从事固体材料研发等相关行业的基础知识、基本方法，能够运用所学基本理论，分析阐释固体材料性能背后的物理本质；具有理论联系实际的优良学风和勇于创新的科学精神；为后续《材料现代测试方法》、《材料物理性能》、《半导体物理与器件》等专业课的学习以及将来的工作和科研打下较坚实的理论与实践基础。二、课程目标表1课程目标序号具体课程目标课程目标1学生能够描绘和阐述固体材料的微观结构、声子及电子运动的基本物理规律及其物理模型，能够运用固体能带理论解释涉及金属和半导体的诸多性能指标。课程目标2学生能够认识固体材料的微观结构，在学习物理规律的过程中，接受方法论的教育，感悟物理规律构建过程中体现的诸如分析与综合、演绎与归纳、类比与联想、猜测与试探以及理想化、模型化、半定量、实验、统计等研究方法。课程目标3学生能够依据所学物理基本规律，针对储能和能量转换材料的组成、结构、性能以及器件的特定需求，从理论角度初步拟定有效、合理的设计思路；具有高度的社会责任感、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。课程目标4学生能够通过所学关键科学知识及文献调研，尝试分析和阐述工程设计和产品开发过程中复杂工程问题的物理本质。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1：工程知识【H】指标点1.3：针对复杂的新能源材料与器件工程问题，运用数学、自然科学、工程基础和专业基础知识进行分析和推演，掌握工程问题的主要机理和关键指标。1毕业要求2：问题分析【H】指标点2.2：针对储能和能量转换材料的组成、结构、物相、性能以及器件的复杂工程问题，能够应用用数学、自然科学和工程科学的基本原理，结合相关工具及模型方法简化和分解复杂工程问题，并正确的阐释和表达。2毕业要求3：设计/开发解决方案【M】指标点3.2：在新能源材料与器件的工程设计和产品开发过程中，针对储能和能量转换材料的组成、结构、物相、性能以及器件的特定需求，提出有效、合理的设计思路与解决方案。3毕业要求4：研究【H】指标点4.1：在储能和能量转换材料的组成、结构、物相、性能以及器件设计和制备等方面，能够熟练掌握关键科学知识和仪器使用方法，通过文献调研和实验检测，分析工程设计和产品开发过程中复杂工程问题的的解决方案。4三、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晶体结构1.晶体结构1.拓展阅读：非典型晶体结构2．练习画晶面、晶向课程目标1、2重点：晶体结构难点：晶向和晶面讲授法：基本概念、基本物理规律讲解练习法：熟悉掌握重点知识82.晶格的周期性晶向和晶面2固体结合1.离子键结合、共价结合1.个人作业2.小组讨论：二维材料异质结中的原子结合方式课程目标1、2重点：共价结合、金属性结合难点：范德瓦耳斯结合讲授法：基本概念、基本物理规律讲解文献调研法：拓展了解基本知识82.金属键结合、范德瓦耳斯结合3声子1.简谐近似和简正坐标1.拓展阅读2.查阅：一维原子链模型在其他方面的应用课程目标1、2、4重点：简谐近似和简正坐标难点：简谐近似和简正坐标讲授法：基本概念、基本物理规律讲解文献调研102.一维单原子链4能带理论1.布洛赫定理1.小组作业2.拓展阅读课程目标1、2、4重点：布洛赫定理难点：布洛赫定理讲授法：基本概念、基本物理规律讲解案例教学：讲解近电子近似的实际应用102.一维周期场中电子运动的近自由电子近似5晶体中电子在电场和磁场中的运动1.准经典运动个人作业拓展阅读课程目标1-4重点：恒定电场作用下电子的运动难点：恒定电场作用下电子的运动讲授法小组讨论文献调研102.恒定电场作用下电子的运动6金属电子论1.费密统计和电子热容量小组作业线上学习拓展阅读课程目标1-4重点：功函数和接触势差难点：功函数和接触势差讲授法：基本概念、基本物理规律讲解小组讨论：功函数影响因素文献调研：电偶腐蚀102.功函数和接触势差7半导体电子论1.半导体的基本能带结构线上学习拓展阅读课程目标1-4重点：费米统计和电子热容量难点：半导体中电子的费米统计分布讲授法：能带结构的认识小组讨论：如何调整能带结构文献调研：异质结中的能带结构82.半导体中电子的费米统计分布四、课程考核（一）考核内容与考核方式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11.晶体结构相关知识、原子间结合方式1-754%阶段性测验平时作业课堂表现期末考试2.简谐近似、布洛赫定理与能带理论3.准经典运动、费米统计和电子热容量4.半导体的基本能带结构课程目标21.晶体结构相关知识、原子间结合方式1-735%阶段性测验平时作业课堂表现期末考试2.简谐近似、布洛赫定理与能带理论3.准经典运动、费米统计和电子热容量4.半导体的基本能带结构课程目标31.恒定电场作用下电子的运动5-73%平时作业课堂表现2.功函数和接触势差3.半导体的基本能带结构课程目标41.一维周期场中电子运动的近自由电子近似、一维单原子链3-78%平时作业课堂表现2.恒定电场作用下电子的运动、功函数和接触势差、半导体中电子的费米统计分布表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课堂表现20%平时作业10%阶段性测验10%闭卷考试60%课程目标140%40%60%60%54%课程目标220%30%40%40%35%课程目标310%10%0%0%3%课程目标430%20%0%0%8%（二）成绩评定1.平时成绩评定（1）课堂表现（50%）：通过学生在课堂上的表现情况，特别是发言与提问、小组讨论等情况，来评价学生相关的能力。根据上课是否认真听讲，是否能够针对研究问题与师生开展交流讨论、是否有睡觉或者玩手机的情况，是否有扰乱课堂秩序的情况，按照百分制进行计分。（2）作业完成情况（25%）：围绕课程的学习目标进行作业的设计。如课后习题的作答、对固体物理研究领域前沿知识的综述，考核学生对于基本知识的理解掌握情况、运用现代工具的水平、初步制定研究方案的能力。根据学生是否正确完成作业、是否独立完成作业按百分制计分。（3）阶段性测验（25%）：学生在期中测试中掌握课程基本知识的情况；2.期末成绩评定该课程对本科生是必修课,闭卷考试。着重对基本概念、基本理论知识和物理规律应用的考核，考试成绩占60%。3.总成绩评定总成绩应由平时考核成绩和期末考核成绩构成，其构成比例应科学合理。书写格式：总成绩（100%）=平时成绩（40%）+期末成绩（60%）（三）评分标准表5课堂表现/平时作业评分标准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、积极回答问题，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、能够回答问题。（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、回答问题需引导，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。（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（50%）。（2）提问、讨论发言观点错误，思路不清晰，逻辑不严密（50%）。如出现错误价值观、反党反社会言论，记为0课后作业（1）答案正确率超过90%（80%）。（2）部分作业完成方法、思路有创新（10%）。（3）书写规范，无抄袭，态度端正（10%）。（1）作业正确率在80~89%（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写规范，无抄袭，态度端正（10%）。（1）作业正确率在70-79%（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写较规范，无抄袭，态度基本端正（10%）。（1）作业正确率在60-69%（80%）。（2）整个作业完成方法、思路无创新（10%）。（3）书写