УТВЕРЖДАЮ
Директор ФТИ
_____________//
«_____»_______________201__г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОМАТЕРИАЛОВ
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
011200 Физика____________________________________________
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
Физика конденсированного состояния вещества
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр _
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2010____г.
КУРС IV СЕМЕСТР____7_______
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 2
ПРЕРЕКВИЗИТЫ МЕЦ. Б.10, ПЦ. Б.1-7; ПЦ. Б.8: «Химия», «Общая физика», «Физика твердого тела», «Теоретическая физика»
КОРЕКВИЗИТЫ ПЦ. В.7, ПЦ. В.9.2, ПЦ. В.10.2: курсы по технологиям получения и свойствам наноматериалов и др.
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ 18час.
СЕМИНАРЫ 18 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 36 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 36 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 36 час.
ИТОГО 72 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ ОЧНАЯ
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ДОКЛАДЫ НА СЕМИНАРАХ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ Кафедра общей физики
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ __________________________
(ФИО)
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП __________________________
(ФИО)
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ __________________________ (ФИО)
2010 г.
1. Цели освоения дисциплины
Ц1. Подготовка выпускников к междисциплинарным научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой инновационных методов создания, получения и обработки наноматериалов.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Профессиональный цикл, вариативная часть, в учебном плане – ПЦ. В. 10.3.
Требования к уровню подготовки и освоения дисциплины: овладение знаниями, умениями и навыками в области курса общей физики, химии, физики твердого тела, теоретической физики.
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен/будет:
Знать:
§ элементы физики конденсированного состояния,
§ зависимость физических свойств материалов от топологии поверхности Ферми,
§ роль объема и поверхности в физических свойствах наноразмерных объектов;
уметь:
§ оценить влияние квантовых размерных эффектов на фазовые превращения и диаграммы состояния в наночастицах, тонких пленках и объемных наноматериалах,
§ учитывать условия возникновения новых стационарных состояний в диссипативных структурах,
§ исследовать свойства (механические, электрические, оптические и др.) наноматериалов и наносистем;
владеть (методами, приёмами):
§ техникой построения обратной решетки, зон Бриллюэна, поверхности Ферми, методами экспериментального определения поверхности Ферми;
§ методами вычислительной физики применительно к наноматериалам,
§ методами квантовой механики в теоретических исследованиях.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции(указан вклад в формирование компетенций бакалавра):
Таблица 1
Код резуль-тата | Результат обучения (компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины) | Вклад в формирование компетенций бакалавров, соответствие с требованиями ФГОС |
Общекультурные компетенции | ||
Р1 | Способность владеть профессиональным иностранным языком, анализировать результаты исследований, сравнивать с известными данными и докладывать на семинарах и конференциях на родном и иностранном языках | Компетенции бакалавра: Р1(ОК-1), Р2 (ОК-2), Р3 (ОК-3) Требования ФГОС (ОК-1, ОК-2, ОК-15, ОК-7, ОК-8) |
Профессиональные компетенции | ||
Р2 | Готовность овладеть теоретическими основами: физики конденсированного состояния, квантовой механики, особых физических свойств наноматериалов; и использовать знания теоретических разделов в выпускной квалификационной работе | Компетенции бакалавра: Р4 (ПК-1), Р5 (ПК-2), Р6 (ПК-3), Р7 (ПК-4) Требования ФГОС (ОК-10, ОК-11, ПК-1, ПК-2), |
Р3 | Способность оценить особенности физических взаимодействий в наномасштабах | Компетенции бакалавра: (Р4 (ПК-1), Р5 (ПК-2), Р6 (ПК-3), Р7 (ПК-4), Р8 (ПК-5) Требования ФГОС (ОК-12, ПК-3, ПК-4, ПК-6, ПК-14) |
Р4 | Способность разрабатывать на фундаментальной основе новые материалы с заданными механическими, электрическими, оптическими и др. свойствами | Компетенции бакалавра: Р4 (ПК-1), Р5 (ПК-2), Р6 (ПК-3), Р7 (ПК-4), Р8 (ПК-5), Р9 (ПК-6), Р10 ( ПК-7) Требования ФГОС (ОК-12, ПК-3, ПК-4, ПК-6, ПК-14) |
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Структура дисциплины
Таблица 2
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела /темы | Аудиторная работа (час) | СРС (час) | Колл, контр. р. | Итого | ||
Лекции | Практ./сем. занятия | Лаб. зан. | ||||
1. Элементы физики конденсированного состояния. Обратная решетка. Приближение волн Блоха. Ячейка Вигнера-Зейтца. Зоны Бриллюэна | 2 | 2 | 4 | |||
2. Зависимость физических свойств материалов от топологии поверхности Ферми. | 2 | 2 | 4 | |||
3. Вычислительная физика в нанотехнологиях. | 4 | 4 | 8 | |||
4. Междисциплинарность и мультидисциплинарность наук о наноносистемах. | 2 | 2 | 4 | |||
5. Основные процессы, происходящие при бомбардировке поверхности наноматериалов различного рода частицами. | 2 | 4 | 6 | |||
6. Особенности физических взаимодействий в наномасштабах. | 2 | 4 | 6 | |||
7. Механические колебания и резонансы в наноразмерных системах. | 2 | 2 | 2 | 6 | ||
8. Квантовая механика наносистем. Квантовые размерные эффекты (изменение термодинамических и кинетических свойств кристаллов, перестройка плотности электронных состояний и др.). Особенности свойств квантовых точек, нанопроволок, нанопластин. | 2 | 2 | 4 | 8 | ||
9. Спинтроника нанообъектов. Физические принципы, устройства. Магнитный полярон. Металлические спин-электронные наноструктуры. Перспективы развития спинтроники как области нанофизики и нанотехнологий. | 2 | 2 | 4 | 8 | ||
10. Самоорганизация и нанотехнологии. Структурные фазовые переходы в наноструктурах. | 2 | 4 | 6 | |||
11. Механические свойства наноструктур. Оптические и электронные свойства наносистем и наноматериалов. Оптические наноустройства. | 2 | 2 | 2 | 6 | ||
12. Проблемы в области наноматериалов и нанотехнологий. Новейшие достижения в области наноматериалов и нанотехнологий | 2 | 4 | 6 | |||
Итого | 18 | 18 | 36 | 72 |
5. Образовательные технологии
Основные образовательные технологии:
1. Информационные технологии:
– работа с курсом в WebCT;
– лекции в режиме презентаций;
– модельные представления.
2. Проектное обучение:
– семинарские занятия, организованные как научные конференции по результатам научных исследований, связанных с темой выпускной квалификационной работы (ВКР);
– подготовка к докладам на научных студенческих конференциях.
Таблица 3
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекц. | Лаб. Раб. | Пр. зан/ сем. | Тр.*, Мк** | СРС | К. пр |
IT- методы | + | + | + | |||
Работа в команде | + | + | ||||
Case-study | ||||||
Игра | ||||||
Методы проблемного обучения | + | + | + | |||
Обучение на основе опыта | + | + | ||||
Опережающая самостоятельная работа | + | + | + | |||
Проектный метод | + | + | ||||
Поисковый метод | + | + | ||||
Исследовательский метод | + | + | ||||
Другие методы |
*- Тренинг, **- мастер класс
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
6.1. Текущая СРС:
– работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по теме семинаров;
– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР):
– поиск, анализ, структурирование и презентация информации по теме семинаров;
– анализ научных публикаций по теме семинарских занятий
– подготовка доклада на семинаре;
– подготовка к ВКР;
– подготовка к выступлению на конференциях;
– подготовка статей к публикации.
Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине:
1. Содержание самостоятельной работы студентов соответствует теме выпускной квалификационной работе и научным исследованиям бакалавров.
2. Изучение тем, выносимых на самостоятельную проработку.
6.3. Контроль самостоятельной работы.
Контроль со стороны преподавателя и самоконтроль осуществляется в WebCT в соответствии с рейтинг-планом дисциплины.
6.4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Образовательные ресурсы:
– электронный курс в среде WebCT;
– учебное пособие авторов , , «Физические основы наноматериалов».
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
I. Вопросы к зачету:
1. Разложение в ряд Фурье.
2. Плотность состояний.
3. Обратная решетка.
4. Зоны Бриллюэна. Свойства зон Бриллюэна.
5. Поверхности Ферми. Зависимость физических свойств материалов от топологии поверхности Ферми.
6. Методы экспериментального определения поверхности Ферми.
7. Особенности физических взаимодействий на наномасштабах.
8. Роль объема и поверхности в физических свойствах наноразмерных объектов. Механика нанообъектов.
9. Механические колебания и резонансы в наноразмерных системах.
10. Оптика нанообъектов. Соотношение длины волны света и размеров наночастиц.
11. Различия в распространении света в однородных и наноструктурированных
12. средах.
13. Магнетизм нанообъектов
14. Квантовые размерные эффекты.
15. Влияние размерных эффектов на фазовые превращения и диаграммы состояния в наночастицах, тонких пленках и объемных наноматериалах.
16. Особенности свойств квантовых точек, нанопроволок, нанопластин.
17. Электропроводимость нанообъектов. Понятие баллистической проводимости.
18. Спинтроника нанообъектов. 4. Самоорганизация и нанотехнологии.
19. Теория самоорганизации.
20. Получение наноматериалов при самоорганизации наночастиц.
21. Проблемы и перспективы отрасли.
II. Подготовка к семинарам.
III. Подготовка к выступлению на конференциях.
IV. Подготовка статей к публикации.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Промежуточная аттестация ( зачет) производится в конце семестра путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам (78 – текущая оценка в семестре, 22 – промежуточная аттестация в конце семестра).
Таблица 4
Рейтинг-план освоения дисциплины Физические основы наноматериалов в течение семестра
| |||||||||||||
Недели | Текущий контроль | ||||||||||||
Теоретический материал | Практическая деятельность | Итого | |||||||||||
Название модуля | Темы лекций | Контролир. матер.* | Баллы* | Название лабораторных работ* | Баллы* | Темы практических занятий (семинаров)* | Баллы* | Индивидуальные задания (рубежные контрольные работы, рефераты и т. п.)* | Баллы* | Проблемно-ориентированные задания (подготовка к семинарам. конференциям.)* | Баллы* | ||
1 | Элементы физики конденсированного состояния | Элементы физики конденсированного состояния. Обратная решетка. Приближение волн Блоха. Ячейка Вигнера-Зейтца. Зоны Бриллюэна | Тестовые задания (проверка усвоения материала лекции) | 4 | |||||||||
2 | Зависимость физических свойств материалов от топологии поверхности | 4 | |||||||||||
3 | Вычислительная физика в нанотехнологиях. | 4 | |||||||||||
4 | Междисциплинарность и мультидисциплинарность наук о наноносистемах. | 4 | |||||||||||
Всего по контрольной точке (аттестации) № 1 | 16 | ||||||||||||
5 | Особенности наноструктур. Квантовая механика наносистем, квантовые размерные эффекты | Основные процессы, происходящие при бомбардировке поверхности наноматериалов различного рода частицами. | Тестовые задания (проверка усвоения материала лекции) | 4 | Подготовка к семинарам, конференциям в соответствии с темой научной работы и ВКР | ||||||||
6 | Особенности физических взаимодействий в наномасштабах. | 4 | Темы семинаров соответствуют тематике исседовательской работы студентов и ВКР (групповой или индивидуальной) | ||||||||||
7 | Механические колебания и резонансы в наноразмерных системах. | 4 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||||
8 | Квантовая механика наносистем. Квантовые размерные эффекты (изменение термодинамических и кинетических свойств кристаллов, перестройка плотности электронных состояний и др.). Особенности свойств квантовых точек, нанопроволок, нанопластин. | 4 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||||
Всего по контрольной точке (аттестации) № 2 | 32 | ||||||||||||
9 | Особенности свойств наноматериалов и методы тестирования. Проблемы и перспективы | Спинтроника нанообъектов. Физические принципы, устройства. Магнитный полярон. Металлические спин-электронные наноструктуры. Перспективы развития спинтроники как области нанофизики и нанотехнологий. | Тестовые задания (проверка усвоения материала лекции) | 4 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||
10 | Семинар 1. Тема семинара соответствует тематике исседовательской работы студентов и ВКР (групповой или индивидуальной) | 10 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||||
11 | Самоорганизация и нанотехнологии. Структурные фазовые переходы в наноструктурах. | 4 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||||
12 | Семинар 2. Тема семинара соответствует тематике исседовательской работы студентов и ВКР (групповой или индивидуальной) | 10 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||||
Всего по контрольной точке (аттестации) № 3 | 60 | ||||||||||||
13 | Особенности свойств наноматериалов и методы тестирования. Проблемы и перспективы | Механические свойства наноструктур. Оптические и электронные свойства наносистем и наноматериалов. Оптические | 4 | Подготовка к семинарам, конференциям | |||||||||
14 | Семинар 3. Тема семинара соответствует тематике исседовательской работы студентов и ВКР (групповой или индивидуальной) | 10 | Подготовка к семинарам, конференциям | ||||||||||
15 | Проблемы в области наноматериалов и нанотехнологий. Новейшие достижения в области наноматериалов и нанотехнологий | 4 | |||||||||||
Итоговая текущая аттестация | 78 | ||||||||||||
Зачет | 22 | ||||||||||||
Итого баллов по дисциплине | 100 |
Допуск к зачету: 45 баллов
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
· основная литература:
1) , , Физика твердого тела, Москва, ВШ. 2000
2) , «Теория и свойства кристаллов и неупорядоченных материалов», Учебное пособие, Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 273 с.
3) Суздалев : физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – М.: КомКнига, 2006. – 592 с. (Синергетика: от прошлого к будущему)
4) учебное пособие авторов , , «Физические основы наноматериалов».
· дополнительная литература:
1) Алферов гетероструктуры: концепция применения в физике, электронике и технологии. Нобелевская лекция по физике. – Успехи физических наук. М. 20– 967-981.
2) Парфенов -размерные структуры в электронике: оптоэлектроника (элементы теории, руководство и задания к лабораторным работам). Методическое пособие для студентов физического факультета. Казань, 20с.
3) Daan Frenkel, Berend Smit. “Understanding Molecular Simulation” From Algorithms to Applications. Academic Press, 2002, 638 p.
· программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1) Web-CT
2) http://www. dpo. *****/6335.html
3) http://www. *****/off-line/_books/content_9746.htm
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютер, видеопроектор, интерактивная доска.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 011200 Физика.
Программа одобрена на заседании кафедры ОФ ФТИ
(протокол № ____ от «___» _______ 20___ г.).
Автор(ы): Проф. каф. ОФ ФТИ
Проф. каф. НМНТ ФТИ
Проф. каф. ОФ ФТИ
Доц. Каф. ОФ ФТИ
Рецензент(ы): __________________________
