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《量子力学基础与固体物理学》课程教学大纲

大纲主撰人：xxx大纲审核人：xxx

一、课程基本情况

课程代码：101113123203

课程名称（中/英文）：量子力学基础与固体物理学/FundamentalsofQuantumMechanicsandSolidStatePhysics

课程类别：学科专业基础课程

学分：4

总学时：64

理论学时：64

实验/实践学时：0

适用专业：材料物理

适用对象：本科

先修课程：高等数学、大学物理

教学环境：多媒体教室

开课学院：材料科学与工程学院

二、课程简介

本课程是描述微观物质运动规律的理论，其规律已成功应用于材料、化学、生命科学等领域，是研究自然科学技术问题不可或缺的理论基础。

1.课程任务与目的

首先，通过对基本概念和规律的学习，学生对其所研究的微观物质运动形式以及它们之间的规律有较全面、较系统的认识。其次，使学生在逻辑思维、抽象思维以及分析问题、解决问题的能力得到初步训练，培养学生利用原子物理与量子力学知识解决材料科学技术问题的能力。再次，提高学生的思政、科学素养，帮助学生增强爱国主义观念并建立辩证唯物主义世界观。最后，为学生进一步学习材料科学技术知识打下必要的理论基础。

2.对接培养的岗位能力

在此课程教学过程中，于传授理论知识的同时，应该注重学生分析问题和解决问题能力的培养，聚焦学生探索精神和创新意识的培养，与此同时着力渗透思政教育，努力实现知识、能力、素质的协调发展。

三、课程教学目标

1.课程对毕业要求的支撑

[毕业要求指标点1.1]具备解决复杂工程问题所需数学、自然科学、计算、工程科学理论基础，并能够用于表述太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料领域的工程问题。

[毕业要求指标点1.3]能够将工程基础知识、专业知识和数学、物理模型相结合用于进行太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料领域复杂工程问题的推演分析。

[毕业要求指标点2.1]能够应用数学、自然科学、工程科学的基本原理，识别与判断太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料领域复杂工程问题的关键环节。

[毕业要求指标点12.1]能在最广泛的技术变革背景下，认识到自主和终身学习的必要性。

2.课程教学目标

对应毕业要求指标点，具体内容如下

教学目标1：通过该课程的学习，使学生掌握原子物理和固体物理的基本概况，量子力学和固体物理的基本原理和用量子力学理论分析解决固体物理问题的基本方法。对包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件都应比较透彻明了，对于能由基本定律导出的定理要求会推导。（支撑毕业要求指标点1.1）

教学目标2：通过本课程的教学，应使学生初步具有量子化的思想。能够运用薛定谔方程解决简单的微观体系问题，掌握量子力学处理固体物理问题的基本近似方法。具有逻辑思维与公式推导以及发现解决微观领域问题的能力。（支撑毕业要求指标点1.3）

教学目标3：掌握量子力学和固体物理学中数学、自然科学、工程科学的基本思想和原理，能够从量子力学和固体物理微观角度识别与判断新能源材料领域复杂工程问题的关键。（支撑毕业要求指标点2.1）

教学目标4：掌握用量子力学和固体物理学解决问题的基本方法，具备从量子力学角度分析和解决问题的科学素质，并能够认识到自主和终身学习的重要性。（支撑毕业要求指标点12.1）

四、教学课时安排

（一）学时分配

主题或知识点

教学内容

总学时

学时

完成课程教学目标

讲课

实验

实践

主题或知识点1

量子理论发展史的简单回顾

2

2

0

0

1，2，3，4

主题或知识点2

波函数和薛定谔方程

6

6

0

0

1，2，3，4

主题或知识点3

定态薛定谔方程及一维定态方程

8

8

0

0

1，2，3，4

主题或知识点4

量子力学中的力学量

8

8

0

0

1，2，3，4

主题或知识点5

中心力场问题和氢原子

8

8

0

0

1，2，3，4

主题或知识点6

晶体结构

8

8

0

0

1，2，3，4

主题或知识点7

晶体的结合

4

4

0

0

1，2，3，4

主题或知识点8

晶格振动与晶体的热学性质

10

10

0

0

1，2，3，4

主题或知识点9

能带理论

10

10

0

0

1，2，3，4

合计

64

64

0

0

1，2，3，4

五、教学内容及教学设计

主题或知识点1量子理论发展史的简单回顾

1.教学内容

量子力学诞生的背景，黑体辐射和普朗克能量子假说，光电效应和爱因斯坦光量子假说，原子结构与波尔的量子论，粒子-波动二象性。

2.教学重点

熟悉黑体辐射和普朗克能量子假说，光电效应和爱因斯坦光量子假说，原子结构与波尔的量子论，粒子-波动二象性。

3.教学难点

粒子-波动二象性。

4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）

以多媒体技术为手段，结合图片，视频等，向学生讲授该部分知识