《纳米发电机与压电电子学》教学大纲课程概况课程号课程名称纳米发电机与压电电子学107412012课程英文名称学时/学分72/2Nanogenerator and piezotronics课程性质选修适用专业材料物理徐奇课程负责人教学团队刘书海教材：王中林（著），《摩擦纳米发电机》《压电电子学与压电光电子学》选用教材及参考书目：施敏（著），伍国珏（著），《半导体器件物理》：王中林（著），《自驱参考书目动系统中的纳米发电机》课程简介：纳米发电机与压电电子学是一门基于纳米前沿科技的新兴课程。纳米发电机可从人体、环境及自然水波中获取能量，可持续驱动微/纳米器件和电子元器件，构建各种自驱动系统。压电电子学有望在不远的将来将在第三代半导体、微纳机电系统、智能机器人等领域发挥重要作用。本课程旨在让学生了解纳米发电机和压电电子学的基本概念，掌握纳米发电机及压电电子学的器件结构、原理和基础理论，介绍纳米发电机和压电电子学的最新科研成果，进行纳米发电机和压电电子学方面科研实践，旨在强化学生“探究式”学习习惯及培养科学思维能力，在创新精神、科研能力、团队合作、科研道德等方面获得全面提高。课程目标（CourseObjectives,CO)掌握纳米发电机和压电电子学的基本原理和基本知识以及基本规律知识目标（CO1)培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力设计实验方案、选择研究方法、运用实验技术并分析、提炼实验结能力目标（CO2)果，初步建立实验室科学研究能力为后续《半导体物理》等课程、毕业设计、工程实践奠定坚实的理论基础素质、情感价值观目标（CO3)团PMI讲授法教学16学时22%团PM2研讨式学习56学时78%教学方式学时%学时%口PM3案例教学口PM4翻转课堂(PedagogicalMethods,PM)学时%PM5混合式教学%PM6体验式学习学时
1 《纳米发电机与压电电子学》教学大纲 一、课程概况 课程名称 纳米发电机与压电电子学 课程号 107412012 课程英文名称 Nanogenerator and piezotronics 学时/学分 72/2 课程性质 选修 适用专业 材料物理 课程负责人 徐奇 教学团队 刘书海 选用教材及 参考书目 教材：王中林（著），《摩擦纳米发电机》《压电电子学与压电光电子学》 参考书目：施敏（著），伍国珏（著），《半导体器件物理》；王中林（著），《自驱 动系统中的纳米发电机》 课程简介： 纳米发电机与压电电子学是一门基于纳米前沿科技的新兴课程。纳米发电机可从人体、环境及自然 水波中获取能量，可持续驱动微/纳米器件和电子元器件，构建各种自驱动系统。压电电子学有望在不远 的将来将在第三代半导体、微纳机电系统、智能机器人等领域发挥重要作用。本课程旨在让学生了解纳 米发电机和压电电子学的基本概念，掌握纳米发电机及压电电子学的器件结构、原理和基础理论，介绍 纳米发电机和压电电子学的最新科研成果，进行纳米发电机和压电电子学方面科研实践，旨在强化学生 “探究式”学习习惯及培养科学思维能力，在创新精神、科研能力、团队合作、科研道德等方面获得全 面提高。 课程目标（Course Objectives, CO) 知识目标（CO1) 掌握纳米发电机和压电电子学的基本原理和基本知识以及基本规律 能力目标（CO2) 培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力 设计实验方案、选择研究方法、运用实验技术并分析、提炼实验结 果，初步建立实验室科学研究能力 素质、情感价值观目标（CO3) 为后续《半导体物理》等课程、毕业设计、工程实践奠定坚实的理 论基础 教学方式 （Pedagogical Methods, PM） PM1 讲授法教学 16 学时 22% PM2 研讨式学习 56 学时 78% □PM3 案例教学 学时 % □PM4 翻转课堂 学时 % □PM5 混合式教学 学时 % □PM6 体验式学习 学时 %
PM7讨论教学学时%考DEMI课程作业%%口EM2单元测试%DEM3课堂辩论试课必DEM6撰写论文/DEM4期中考试%DEM5期末考试%%选实验报告考DEMI课程作业%DEM2单元测试%%DEM3课堂辩论考核方式查课(Evaluation少ИEM5撰写论文/实Methods, EM)口EM4期末考试%100%选验报告口EM10课堂互动%口EMII实验%%口EM12实训自选口EM13实践%口EM14期末考试%2
2 □PM7 讨论教学 学时 % 考核方式 （Evaluation Methods, EM） 考 试 课 必 选 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期中考试 % □EM5 期末考试 % □EM6 撰写论文/ 实验报告 % 考 查 课 必 选 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期末考试 % EM5 撰写论文/实 验报告 100% 自 选 □EM10 课堂互动 % □EM11 实验 % □EM12 实训 % □EM13 实践 % □EM14 期末考试 %
二、教学大纲的定位说明（一）课程教学目标与任务（1）通过本课程的教学，使学生系统地掌握纳米发电机和压电电子学的基本原理和基本知识以及基本规律。（2）培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力，设计实验方案、选择研究方法、运用实验技术并分析、提炼实验结果，初步建立实验室科学研究能力。（3）培养学生科研方面的能力，为以后的科研生涯打下基础。（4）为后续《半导体物理》等课程、毕业设计、工程实践奠定坚实的理论基础（二）课程教学目标与毕业要求的关系课程目标支撑的毕业要求支撑强度1L1知识目标(CO1)22-3L能力目标（CO2)8L素质、情感价值观目标（CO3)4（三）支撑课程目标的教学内容与方法教师讲授结合多媒体演示等手段讲授重点、难点等核心内容；研讨式学习，培养思维能力、创新意识和科研能力。（四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接先修课程为普通物理、理论物理导论、材料科学基础、固体物理学导论。后续课程包括X射线衍射、电子显微学、半导体物理与器件、半导体材料、金属材料学、陶瓷材料学等。4
3 二、教学大纲的定位说明 （一）课程教学目标与任务 （1）通过本课程的教学，使学生系统地掌握纳米发电机 和压电电子学的基本原理和基本知识以及基本规律。 （2）培养学生发现问题，分析问题，解决问题的能力， 设计实验方案、选择研究方法、运用实验技术并分析、提炼 实验结果，初步建立实验室科学研究能力。 （3）培养学生科研方面的能力，为以后的科研生涯打下 基础。 （4）为后续《半导体物理》等课程、毕业设计、工程实 践奠定坚实的理论基础 （二）课程教学目标与毕业要求的关系 课程目标 支撑的毕业要求 支撑强度 知识目标（CO1) 1 1 L 能力目标（CO2) 2-3 2 L 素质、情感价值观目标（CO3) 4 8 L （三）支撑课程目标的教学内容与方法 教师讲授结合多媒体演示等手段讲授重点、难点等核心 内容；研讨式学习，培养思维能力、创新意识和科研能力。 （四）先修课程要求，与先修及后续相关课程之间的逻 辑关系和内容衔接 先修课程为普通物理、理论物理导论、材料科学基础、 固体物理学导论。后续课程包括 X 射线衍射、电子显微学、 半导体物理与器件、半导体材料、金属材料学、陶瓷材料学 等
（五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准考核方式：论文100%三、课程内容与安排第一章纳米发电机部分1.1理论学习1.1.1静电场的基本理论与纳米发电机理论模型（2学时）（1）电荷间的作用力（2）电场、电势与电压（3）静电平衡（4）电容与摩擦纳米发电机理论模型基本要求：了解静电场的基本概念和理论，了解纳米发电机的原理和理论模型。教学重点：电场强度、电势、电场线、高斯定理、位移电流。教学难点：V-Q关系在纳米发电机中的应用。1.1.2摩擦纳米发电机四种工作模式的典型器件分析（2学时）（1）接触分离模式器件（2）水平滑动模式器件（3）单电极模式器件（4）独立层模式器件（5）四种工作模式的对比与总结基本要求：了解纳米发电机的工作原理和四种工作模式，能够分析不同器件在不同工作模式下的性能特点。教学重点：不同模式下纳米发电机的工作过程及输出特4
4 （五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准 考核方式：论文 100%。 三、课程内容与安排 第一章 纳米发电机部分 1.1 理论学习 1.1.1 静电场的基本理论与纳米发电机理论模型（2 学时） （1）电荷间的作用力 （2）电场、电势与电压 （3）静电平衡 （4）电容与摩擦纳米发电机理论模型 基本要求：了解静电场的基本概念和理论，了解纳米发 电机的原理和理论模型。 教学重点：电场强度、电势、电场线、高斯定理、位移 电流。 教学难点：V-Q 关系在纳米发电机中的应用。 1.1.2 摩擦纳米发电机四种工作模式的典型器件分析（2 学时） （1）接触分离模式器件 （2）水平滑动模式器件 （3）单电极模式器件 （4）独立层模式器件 （5）四种工作模式的对比与总结 基本要求：了解纳米发电机的工作原理和四种工作模式， 能够分析不同器件在不同工作模式下的性能特点。 教学重点：不同模式下纳米发电机的工作过程及输出特
性。教学难点：不同模式纳米发电机的工作原理。1.1.3接触起电机理（2学时）（1）接触起电现象（2）表征手段（3）固-固界面起电模型（4）固-液与固-气界面起电模型基本要求：了解接触起电的本质和分类，掌握接触起电机理和起电的条件。教学重点：接触起电的表征手段的原理及技术实现手段。教学难点：固一固、固一液界面起电机制。1.1.4微纳加工方法及其在摩擦纳米发电机中的应用（2学时）（1）微纳加工的基本概念和分类（2）微纳加工的常见方法及其优缺点（3）微纳加工在摩擦纳米发电机中的应用基本要求：了解微纳加工的基本概念和分类，掌握微纳加工的常见方法及其优缺点，了解微纳加工在摩擦纳米发电机中的应用。教学重点：微纳加工的常见方法及其优缺点。教学难点：光刻法的原理及流程。1.2实践训练1.2.1纳米发电机文献调研（4学时）（1）文献调研的概念和定义（2）文献调研的意义和作用5
5 性。 教学难点：不同模式纳米发电机的工作原理。 1.1.3 接触起电机理（2 学时） （1）接触起电现象 （2）表征手段 （3）固-固界面起电模型 （4）固-液与固-气界面起电模型 基本要求：了解接触起电的本质和分类，掌握接触起电 机理和起电的条件。 教学重点：接触起电的表征手段的原理及技术实现手段。 教学难点：固－固、固－液界面起电机制。 1.1.4 微纳加工方法及其在摩擦纳米发电机中的应用（2 学时） （1）微纳加工的基本概念和分类 （2）微纳加工的常见方法及其优缺点 （3）微纳加工在摩擦纳米发电机中的应用 基本要求：了解微纳加工的基本概念和分类，掌握微纳 加工的常见方法及其优缺点，了解微纳加工在摩擦纳米发电 机中的应用。 教学重点：微纳加工的常见方法及其优缺点。 教学难点：光刻法的原理及流程。 1.2 实践训练 1.2.1 纳米发电机文献调研（4 学时） （1）文献调研的概念和定义 （2）文献调研的意义和作用