《固体物理》课程教学大纲

《固体物理》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称固体物理课程编号330020052课程性质必修课课程类别核心课开课单位无机材料教研室授课学期第六学期学分/学时3.5/60课内学时60理论授课60上机学时0课内实践0实验学时0课外学时72适用专业新能源材料与器件是否双语否先修课程高等数学、大学物理、无机与分析化学后续课程薄膜物理与技术、光电材料与器件、半导体物理与器件二、课程简介固体物理是新能源材料与器件专业的一门核心课，通过固体物理学的学习，使学生掌握晶体结构、晶体结合、晶格振动、晶体热力学性质、电子运动理论、能带理论等基本知识，为学习后续的一些专业主干课程奠定必要的理论基础。在学校过程中掌握研究固体物理的方法和思维方式，培养学生分析、解决问题的科学思维方式和创新意识。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.掌握晶体结构、晶体结合、晶格振动、晶体热力学性质、电子运动理论、能带理论等基本知识，为学习后续的一些专业主干课程奠定必要的理论基础。利用固体物理基本理论，分析新能源材料与器件生产过程问题的机理。能够查阅和利用基本理论，为生产过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法，指导实际生产操作。课程目标2.通过理论知识的学习，掌握研究固体物理的方法和思维方式，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。课程目标3.培养学生的逻辑思维能力，使学生能够运用固体物理基本理论分析问题和解决问题。培养学生的团队协作能力，使学生在课题研究中能够与团队成员有效沟通，共同解决问题。培养学生宽广的学术视野，使学生了解固体物理在不同领域的应用和前景，培育学生的科学思维，探索创新的精神、精益求精的工匠精神。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点：1-2掌握用于解决复杂工程问题的物理、化学等自然科学类基础知识，并能用于对新能源材料与器件生产和加工过程复杂工程问题进行恰当的公式表征和计算。指标点：1-4掌握用于解决复杂工程问题的新能源材料与器件专业基础知识，并能用于新能源材料的制备、表征、器件组装、性能检测等，解决新能源材料与器件领域复杂工程问题。指标点：2-2具有应用高等数学、工程数学、物理和化学等基本原理对新能源材料与器件领域内的复杂工程问题进行分析、数学建模的能力。1-工程知识2-问题分析课程目标2指标点：2-3具有应用新能源材料与器件的基本原理，并通过文献研究对新能源材料与器件工程领域内复杂工程问题进行识别、分析、表达，以获得有效结论的能力。指标点：4-1掌握自然科学实验的基本原理和方法，具备基本的实验技能。2-问题分析4-研究课程目标3指标点8-1：具有良好的思想素质和社会道德。指标点8-2：具有正确的世界观和人生观。指标点8-3：具有社会责任感。指标点8-4：能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行职责。8-职业规范四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元绪论（学时数：2学时）1.课程主要内容（1）固体物理的研究对象、发展历程和研究方法；（2）固体物理主要课程内容。2.重点和难点重点：固体物理的研究对象、发展历程和研究方法；难点：固体物理的研究方法。3.教学方法通过多媒体课件和传统教学相结合，讲述固体物理的研究对象、发展历程和研究方法以及本课程的主要研究内容。4.学生学习预期成果（1）了解固体物理的研究对象、发展历程和研究方法；（2）了解本门课程的主要研究内容和学习方法。5.支撑课程目标课程目标2.通过理论知识的学习，掌握研究固体物理的方法和思维方式，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。课程目标3.培养学生的逻辑思维能力，使学生能够运用固体物理基本理论分析问题和解决问题。培养学生的团队协作能力，使学生在课题研究中能够与团队成员有效沟通，共同解决问题。培养学生宽广的学术视野，使学生了解固体物理在不同领域的应用和前景，培育学生的科学思维，探索创新的精神、精益求精的工匠精神。第二单元晶格静力学（学时数：16学时）1.课程主要内容（1）晶体结构相关知识：晶格周期性、原胞、基矢、单胞、晶向、晶面、密勒指数以及典型的晶格；（2）倒格子和晶体衍射：倒格子和正格子之间的关系，第一布里渊区，布拉格方程以及晶体结构的确认方法。（3）晶体结合理论：离子性结合，范德瓦尔斯结合，共价结合，金属结合，以及晶体结合的一般规律。2.重点和难点重点：晶体结构相关知识，倒格子和晶体衍射。难点：倒格子和晶体衍射。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，讲述晶体结构相关知识，倒格子和晶体衍射和晶体结合理论。（2）通过学生课下查阅资料，课堂讨论，了解晶体结构的确认方法，以及目前先进的晶体结构测试表征手段。4.学生学习预期成果（1）了解晶体结构相关知识，倒格子和正格子之间的关系，晶体衍射和晶体结合理论。掌握晶体结构的确认方法。（2）在理论知识的学习过程中，掌握合理的建模、假设、恰当的公式表征和计算等解决复杂问题的思维方式。能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂新能源材料与器件生产和加工过程中工程问题。5.支撑课程目标课程目标1.掌握晶体结构、晶体结合、晶格振动、晶体热力学性质、电子运动理论、能带理论等基本知识，为学习后续的一些专业主干课程奠定必要的理论基础。利用固体物理基本理论，分析新能源材料与器件生产过程问题的机理。能够查阅和利用基本理论，为生产过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法，指导实际生产操作。课程目标2.通过理论知识的学习，掌握研究固体物理的方法和思维方式，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第三单元晶格振动理论（学时数：12学时）1.课程主要内容（1）一维单原子链、一维双原子链和三维晶格振动的基本理论；（2）晶格振动能量的量子化和声子的概念；（3）晶体的比热容理论。2.重点和难点重点：一维单原子链、一维双原子链的晶格振动理论；晶格振动能量的量子化和声子；晶体的比热容理论。难点：一维双原子链的晶格振动理论；晶格振动能量的量子化和声子。3.教学方法（1）通过多媒体课件与传统教学相结合，讲述一维单原子链、一维双原子链和三维晶格振动的基本理论，晶格振动能量的量子化和声子的概念。（2）通过学生课下查阅资料，课堂讨论的形式，了解三种晶体比热容理论以及各理论的缺陷。4.学生学习预期成果（1）了解一维单原子链、一维双原子链和三维晶格振动的基本理论，晶格振动能量的量子化和声子的概念。了解三种晶体比热容理论以及各理论的缺陷。（2）通过对晶格振动数学模型的简历和计算方法的学习，掌握研究固体物理常用的方法和思维方式，提高分析问题和解决问题能力，培养探索精神和创新意识。5.支撑课程目标课程目标1.掌握晶体结构、晶体结合、晶格振动、晶体热力学性质、电子运动理论、能带理论等基本知识，为学习后续的一些专业主干课程奠定必要的理论基础。利用固体物理基本理论，分析新能源材料与器件生产过程问题的机理。能够查阅和利用基本理论，为生产过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法，指导实际生产操作。课程目标2.通过理论知识的学习，掌握研究固体物理的方法和思维方式，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。第四单元电子运动理论（学时数：30学时）1.课程主要内容（1）金属电子论：自由电子气经典理论，自由电子气量子理论，电导率和霍尔效应；（2）能带理论：Bloch定理，能带及其对称性，近自由电子近似，紧束缚近似，Bloch电子的准经典运动，能带的计算方法和密度泛函理论；（3）金属和半导体。2.重点和难点重点：自由电子气量子理论，Bloch定理，能带及其对称性，近自由电子近似，紧束缚近似，Bloch电子的准经典运动，能带的计算方法。难点：紧束缚近似，Bloch电子的准经典运动，能带的计算。3.教学方法（1）通过多媒体课件和传统教学相结合，讲述金属电子论和能带理论。（2）通过学生课下查阅资料，课堂讨论的形式，了解金属和半导体性质，以及使用能带理论解释这些性质。4.学生学习预期成果（1）了解自由电子气经典理论，自由电子气量子理论，电导率和霍尔效应和能带理论相关知识，能够进行能带计算。（2）能够利用能带理论解释固体的性质。（3）掌握研究固体物理常用的方法和思维方式，提高分析问题和解决问题能力，培养探索精神和创新意识。5.支撑课程目标课程目标1.掌握晶体结构、晶体结合、晶格振动、晶体热力学性质、电子运动理论、能带理论等基本知识，为学习后续的一些专业主干课程奠定必要的理论基础。利用固体物理基本理论，分析新能源材料与器件生产过程问题的机理。能够查阅和利用基本理论，为生产过程中的实际问题寻求和设计可靠合理的解决方法，指导实际生产操作。课程目标2.通过理论知识的学习，掌握研究固体物理的方法和思维方式，提高学生分析问题和解决问题能力，培养学生探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质协调发展。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元：绪论讲授法课程目标2、321:1.2第二单元：晶格静力学讲授法、查阅资料、课堂讨论课程目标1、2161:1.2第三单元：晶格振动理论讲授法、查阅资料、课堂讨论课程目标1、2121:1.2第四单元：电子运动理论讲授法、查阅资料、课堂讨论课程目标1、2301:1.2合计60五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩40%作业（百分制）60本门课程4-5次作业，考核内容：晶体结构，倒格子和正格子之间的关系，布拉格方程和晶体结构确认，晶体结合，晶格振动和比热容理论，电子运动理论，能带理论等。目标分值=0.6*作业平均成绩课堂表现（百分制）40考核内容：（1）出勤情况，无故缺勤一次扣10%；（2）课堂上是否与教师互动，是否主动回答问题以及问题回答的正确性；分别占比50%期末考试60%知识40考核内容：晶体结构，倒格子和正格子之间的关系，布拉格方程和晶体结构确认，晶体结合，晶格振动和比热容理论，电子运动理论，能带理论等。考试题型：名词解释，判断题，选择题，简答题，计算题等。评价细则：名词解释占15%、判断题占10%、选择题占10%，简答题占25%，计算题占40%。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元：绪论1-1固体物理的研究对象和研究方法。作业、期末考试课程目标1、3第二单元：晶格静力学2-1晶体结构相关知识；2-2倒格子和晶体衍射；2-3晶体结合理论。作业，课堂讨论，期末考试课程目标1、2第三单元：晶格振动理论3-1一维单原子链、一维双原子链和三维晶格振动的基本理论；3-2晶格振动能量的量子化和声子的概念；3-3晶体的比热容理论。作业，课堂讨论，期末考试课程目标1、2第四单元：电子运动理论4-1金属电子论：自由电子气经典理论，自由电子气量子理论，电导率和霍尔效应；4-2能带理论：Bloch定理，能带及其对称性，近自由电子近似，紧束缚近似，Bloch电子的准经典运动，能带的计算方法和密度泛函理论；4-3金属和半导体。作业，课堂讨论，期末考试课程目标1、2六、使用教材、相关推荐书目及课程资源（一）使用教材吴代鸣.《固体物理基础（第2版）》.高等教育出版社，2015