《薄膜技术和纳米材料》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Thin Film Technology and Nanomaterials 课程代码 PHYS2043 课程性质跨专业选修课程 授课对象 物理学（师范） 学分 2学分 学时 36学时 主讲教师游陆 修订日期 2021年9月 指定教材张耀君，纳米材料基础（双语版）（第二版）[0，北京：化学工业出版社，2015. 二、课程目标 (一)总体目标： 让学生通过本课程的学习，了解纳米材料和薄膜技术的发展历史和前沿进展：纳米材料 的基本概念、 纳米材料的制备和表征方法、纳米材料结构和性能的关系，以及薄膜技术的害 本原理：具各分析纳米材料的力、热、电、磁、光等物理性质的初步能力：在教学中通过学 习分析和理解纳米材料在实际生活中的各种应用实例和内在物理原理，使学生体会物理学思 想及科学方法，更好地理解科学本质，形成辩证唯物主义世界观和科学的时空观，培养学生 科学思维能力，分析问题和解决问题能力。 (二)课程目标： 课程目标1：通过课堂教学使学生了解、掌握纳米材料的基本概念、纳米材料的制各和 表征方法、纳米材料结构和性能的关系，以及薄膜技术的基本原理。同时对于纳米材料和薄 膜技术的发展历史和前沿进展有一定的了解，拓宽相关知识面。 课程目标2：通过对纳米材料的电、磁、光等基本物理性质的分析，培养学生运用固体 物理和凝聚态物理的部分知识对材料的物理性质进行解释，培养学生科学探究能力，为学习 后续相关实验和理论课程以及独立解决实际物理问题打下必要的基础。 课程目标3：运用所学的纳米材料的相关知识，学习分析和理解纳米材料在实际生活中 的各种应用实例和内在物理原理。通过采用反转课堂的方式，培养学生自主学习、知识获取 以及课堂讲授和知识传达的能力
1 《薄膜技术和纳米材料》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Thin Film Technology and Nanomaterials 课程代码 PHYS2043 课程性质 跨专业选修课程 授课对象 物理学（师范） 学 分 2 学分 学 时 36 学时 主讲教师 游陆 修订日期 2021 年 9 月 指定教材 张耀君，纳米材料基础（双语版）（第二版）[M]， 北京：化学工业出版社，2015. 二、课程目标 （一）总体目标： 让学生通过本课程的学习，了解纳米材料和薄膜技术的发展历史和前沿进展；纳米材料 的基本概念、纳米材料的制备和表征方法、纳米材料结构和性能的关系，以及薄膜技术的基 本原理；具备分析纳米材料的力、热、电、磁、光等物理性质的初步能力；在教学中通过学 习分析和理解纳米材料在实际生活中的各种应用实例和内在物理原理，使学生体会物理学思 想及科学方法，更好地理解科学本质，形成辩证唯物主义世界观和科学的时空观，培养学生 科学思维能力，分析问题和解决问题能力。 （二）课程目标： 课程目标 1：通过课堂教学使学生了解、掌握纳米材料的基本概念、纳米材料的制备和 表征方法、纳米材料结构和性能的关系，以及薄膜技术的基本原理。同时对于纳米材料和薄 膜技术的发展历史和前沿进展有一定的了解，拓宽相关知识面。 课程目标 2：通过对纳米材料的电、磁、光等基本物理性质的分析，培养学生运用固体 物理和凝聚态物理的部分知识对材料的物理性质进行解释，培养学生科学探究能力，为学习 后续相关实验和理论课程以及独立解决实际物理问题打下必要的基础。 课程目标 3：运用所学的纳米材料的相关知识，学习分析和理解纳米材料在实际生活中 的各种应用实例和内在物理原理。通过采用反转课堂的方式，培养学生自主学习、知识获取 以及课堂讲授和知识传达的能力
(三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求（及对应关系说明） 第0章绪论 毕业要求3：学科素 堂握材料物理和固体 第一章材料物理预备知识 养：掌握物理学基础 物理的初步知识 知识、基本实验方法 握纳米材料的基本概 第二章纳米材料的基本物理 和实验技能。 具有运 念、纳米材料的制备 效应 用物理学理论和方法 和表征方法、纳米材 解决实际问题的能 料结构和性能的关 课程目标1 第三章纳米材料的物理性质 力。具有良好的教育 以及薄膜技术的 第四章纳米材料的制备方法 学、心理学基础知识 基本原理，培养学生 第五章纳米材料的表征方法 和较高的人文与科型 在材料物理方面的科 素养 具有良好的叶 学素养和知识面。 第六章薄膜技术 学物理教学的相关 第七章碳纳米材料 识 毕业要求3：学科素 通过学习运用固体物 养。撒握物理学基础 理和疑聚态物理的部 知识、基本实验方法 分知识对钠米材料的 第一章材料物理预备知识 知实：哈技能 具有运 物理性质进行解释 第二章纳米材料的基本物理 用物理学理论和方法 培养学生科学分析能 解决实际问题的能 课程目标2 效应 力和运用物理学理论 力。具有良好的教育和方法解决实际问题 第三章纳米材料的物理性质 学、心理学基础知识的能力，养成独立 和较高的人文与科学 第七章碳纳米材料 考的习惯。 素 具有良好的中 学物理教学的相关知 毕业要求3：学科素养 握物理学基础知 培养学生 自 第一章纳米材料的基本物理 基本实验方法和实验 习、知识获取以及 效应 技能，其有运用物理 堂讲授和知识传达的 课程目标3 学理论和方法解决实能力。同时使学生了 第三章纳米材料的物理性质 际问题的能力。具有良 解本课程相关的物理 第八章纳米材料的应用 好的教有学、心理学基 学前沿问题， 开阔学 础知识和较高的人文 生的眼界，培养学生 与科学素养。具有良好 科学探究的兴趣和能 的中学物理教学的相
2 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求（及对应关系说明） 课程目标 1 第 0 章 绪论 第一章 材料物理预备知识 第二章 纳米材料的基本物理 效应 第三章 纳米材料的物理性质 第四章 纳米材料的制备方法 第五章 纳米材料的表征方法 第六章 薄膜技术 第七章 碳纳米材料 毕业要求 3：学科素 养：掌握物理学基础 知识、基本实验方法 和实验技能, 具有运 用物理学理论和方法 解决实际问题的能 力。具有良好的教育 学、心理学基础知识 和较高的人文与科学 素养。具有良好的中 学物理教学的相关知 识 掌握材料物理和固体 物理的初步知识。掌 握纳米材料的基本概 念、纳米材料的制备 和表征方法、纳米材 料结构和性能的关 系，以及薄膜技术的 基本原理，培养学生 在材料物理方面的科 学素养和知识面。 课程目标 2 第一章 材料物理预备知识 第二章 纳米材料的基本物理 效应 第三章 纳米材料的物理性质 第七章 碳纳米材料 毕业要求 3：学科素 养：掌握物理学基础 知识、基本实验方法 和实验技能, 具有运 用物理学理论和方法 解决实际问题的能 力。具有良好的教育 学、心理学基础知识 和较高的人文与科学 素养。具有良好的中 学物理教学的相关知 识 通过学习运用固体物 理和凝聚态物理的部 分知识对纳米材料的 物理性质进行解释， 培养学生科学分析能 力和运用物理学理论 和方法解决实际问题 的能力，养成独立思 考的习惯。 课程目标 3 第二章 纳米材料的基本物理 效应 第三章 纳米材料的物理性质 第八章 纳米材料的应用 毕业要求 3：学科素养： 掌握物理学基础知识、 基本实验方法和实验 技能, 具有运用物理 学理论和方法解决实 际问题的能力。具有良 好的教育学、心理学基 础知识和较高的人文 与科学素养。具有良好 的中学物理教学的相 通过反转课堂的方 式，培养学生自主学 习、知识获取以及课 堂讲授和知识传达的 能力。同时使学生了 解本课程相关的物理 学前沿问题，开阔学 生的眼界，培养学生 科学探究的兴趣和能
关知识。 三、教学内容 第O章绪论（基本概念、历史、展望） 1.教学目标 通过介绍纳米尺度、纳米材料和纳米科技的基本概念和内涵，以及纳米材料学科的发展 简史和实际应用等，使学生对纳米材料和技术有初步的认识，并理解纳米材料对高科技的重 要性。 2.教学重难点 3.教学内容 (1)了解和掌握纳米尺度的基本概念： (2)了解自然界的纳米材料： (3)了解人工纳米纳米材料和纳米科技的研究对象及发展简史： (4)了解纳米科技的发展前景及地位。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等 5.教学评价 课后习题 第一章材料物理预备知识 1.教学目标 通过讲授原子的电子结构、原子的结合、品体结构和对称性、金属电子论、固体的能带 结构以及半导体物理等内容，使学生掌握材料物理和固体物理的初步知识，为后续课程打下 基础。 2.教学重难点 晶体结构和对称性关系：固体能带理论。 3.教学内容
3 三、教学内容 第〇章 绪论（基本概念、历史、展望） 1.教学目标 通过介绍纳米尺度、纳米材料和纳米科技的基本概念和内涵，以及纳米材料学科的发展 简史和实际应用等，使学生对纳米材料和技术有初步的认识，并理解纳米材料对高科技的重 要性。 2.教学重难点 无 3.教学内容 （1）了解和掌握纳米尺度的基本概念； （2）了解自然界的纳米材料； （3）了解人工纳米纳米材料和纳米科技的研究对象及发展简史； （4）了解纳米科技的发展前景及地位。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等。 5.教学评价 课后习题 第一章 材料物理预备知识 1.教学目标 通过讲授原子的电子结构、原子的结合、晶体结构和对称性、金属电子论、固体的能带 结构以及半导体物理等内容，使学生掌握材料物理和固体物理的初步知识，为后续课程打下 基础。 2.教学重难点 晶体结构和对称性关系；固体能带理论。 3.教学内容 关知识。 力
(1)现代原子论的发展和原子的电子结构 (2)晶体结构、晶体对称性和晶体的缺陷 (3)金属电子论和能带理论 (4)半导体物理概述 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，指导学生自主学习等。 5.教学评价 课后相应习题，补充习题 第二章纳米材料的基本物理效应 1.教学目标 掌握纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等：并从 固体物理原理上理解为何纳米材料具有这样的物理效应。 2.教学重难点 利用固体物理知识解释纳米材料的基本物理效应 3.教学内容 (1)小尺寸效应 (2)表面效应 (3)量子尺寸效应 (4)宏观量子隧道效应 4.教学方法 教师讲投，师生讨论等 5.教学评价 课后习题，随堂测验 第三章纳米材料的物理性质 1.教学目标 了解和掌握纳米材料的力、热、电、磁、光等材料物理性质，以及与大块材料不同的 反常性质 学会使用第一、二章的内容，分析和解释纳米材料的特殊物理性质。 2.教学重难点 灵活运用材料物理和固体物理知识，分析和理解纳米材料的物理性质
4 （1）现代原子论的发展和原子的电子结构 （2）晶体结构、晶体对称性和晶体的缺陷 （3）金属电子论和能带理论 （4）半导体物理概述 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，指导学生自主学习等。 5.教学评价 课后相应习题，补充习题 第二章 纳米材料的基本物理效应 1.教学目标 掌握纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等；并从 固体物理原理上理解为何纳米材料具有这样的物理效应。 2.教学重难点 利用固体物理知识解释纳米材料的基本物理效应 3.教学内容 （1）小尺寸效应 （2）表面效应 （3）量子尺寸效应 （4）宏观量子隧道效应 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等。 5.教学评价 课后习题，随堂测验 第三章 纳米材料的物理性质 1.教学目标 了解和掌握纳米材料的力、热、电、磁、光等材料物理性质，以及与大块材料不同的 反常性质； 学会使用第一、二章的内容，分析和解释纳米材料的特殊物理性质。 2.教学重难点 灵活运用材料物理和固体物理知识，分析和理解纳米材料的物理性质
3.教学内容 (1)纳米材料的力学性质 (2)纳米材料的热学性质： (3)纳米材料的电学性质： (4)纳米材料的磁性性质： (5)纳米材料的光学性质， 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，指导学生自主学习等 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章纳米材料的制备方法 1.教学目标 通过从自上而下和自下而上两种途径，分别介绍纳米材料的制备和合成手段，使学生 了解和掌握各种纳米材料和纳米结构单元的具体制备方法，理解不同材料生长方法的基本原 理和动力学过程，了解不同制备方法的优劣性以及使用范围等，并对部分尖端制备方法有一 定的了解。 2.教学重难点 不同类型的纳米材料制备方法，和典型技术 3.教学内容 (1)了解和掌握自上而下和自下而上的概念和内容： (2)了解两种方法的优劣性 (3)了解物理气相沉积的原理和设备： (4)了解化学气相沉积的原理和设备： (5)了解化学液相合成方法及其机理： (6)掌握自组装机理： (7)了解物理粉碎法、光刻法和其他图形化技术。 (8)了解自上而下和自下而上相结合的制备方法 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等 5.教学评价 课后作业，补充习题
5 3.教学内容 （1）纳米材料的力学性质； （2）纳米材料的热学性质； （3）纳米材料的电学性质； （4）纳米材料的磁性性质； （5）纳米材料的光学性质。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，指导学生自主学习等 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章 纳米材料的制备方法 1.教学目标 通过从自上而下和自下而上两种途径，分别介绍纳米材料的制备和合成手段，使学生 了解和掌握各种纳米材料和纳米结构单元的具体制备方法，理解不同材料生长方法的基本原 理和动力学过程，了解不同制备方法的优劣性以及使用范围等，并对部分尖端制备方法有一 定的了解。 2.教学重难点 不同类型的纳米材料制备方法，和典型技术 3.教学内容 （1）了解和掌握自上而下和自下而上的概念和内容； （2）了解两种方法的优劣性； （3）了解物理气相沉积的原理和设备； （4）了解化学气相沉积的原理和设备； （5）了解化学液相合成方法及其机理； （6）掌握自组装机理； （7）了解物理粉碎法、光刻法和其他图形化技术。 （8）了解自上而下和自下而上相结合的制备方法 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等 5.教学评价 课后作业，补充习题