《量子力学基础》课程教学大纲（模板）.docx

量子力学基础课程教学大纲一、课程简介课程中文名量子力学基础课程英文名Fundamentals of Quantum Mechanics课程代码082W18E课程学分2总学时数34课程类别口通识课程 口学科基础课 国专业课 口实验实践课 口其他课程性质团必修 口选修 口其他课程形态口线上 国线下 口线上线下混 合口其他考核方式口闭卷口开卷回一页开卷口面试试口答辩 口论文 口报告 大型作业 口课程作品口其他开课学院物理科学与技术学院开课基层教 学组织物理系面向专业微电子科学与工程开课学期1.1学期课程负责人审核人先修课程高等数学，大学物理后续课程光电子技术，太阳能电池原理课程网址课程简介量子力学基础是为微电子科学与工程系学生开设的一门专业 基础课程，对后续的光电子技术，太阳能电池原理等课程有非常 重要的作用。由于所谓的摩尔定律，半导体器件的尺寸越来越小。 当微电路中某个元器件或介质的大小与电子波长可以相比拟时， 就会出现一些在经典电路中不明显的量子效应。微集成电路与芯 片领域的竞争归根结底还是人才的竞争，这种国际竞争越来越激 烈。本课程是为了培养微电子领域高质量创新人才设计的，力求兼顾科学性，前瞻性与基础性。通过本课程的学习，使学生初步 掌握量子电路，量子器件的产生环境，初步识别量子效应可能给 微电路产生的影响，初步具备利用量子力学基本原理如量子叠加 原理等进行功能器件设计的基本知识，为培养高层次微电子方面 的优秀人才打下良好的基础。（英文）二、课程目标量子力学基础是微电子科学与工程类专业一门专业基础课，是后续专业课程 的基础。本课程使学生了解微观粒子的运动规律。了解单电子或少电子系统会出 现哪些非经典的量子效应。了解电子自旋比特与经典比特的差异等量子器件物理。 通过课程学习，同时培养学生核心价值观，树立科学的世界观、积极向上的人生 观，以及爱岗敬业的事业观，立志成为有理想信念和人文情怀的科技人才。通过 教学活动，达到以下课程目标：表1课程目标序号具体课程目标课程目标1建立核心价值观，坚定勤奋学习、求真学问、科技报国的理想信念。具备初步 的科学思维能力与科学伦理，热爱科学探索，立志成为有理想信念和人文情怀 的科技人才。课程目标2系统了解量子力学的基本概念、假设，了解量子力学一些简单模型的处理方法， 了解量子力学中态假设，力学量算符假设，Schrodinger方程假设等。课程目标3了解电子自旋量子比特的构成，作用，性质以及相关的量子逻辑门的工作原理。 适当了解量子集成电路与量子霸权。课程目标4初步了解量子力学中发展过程中开拓者们探索真理，坚持真理，科学求实，不 怕艰险的精神，以及量子力学中所体现的辩证法；了解量子力学对人类文明的 贡献，以及一些非常重要的潜在应用；帮助学生树立正确的人生观、科学观， 激发探索和创新精神。三、 课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对微电子科学与工程专业毕业要求指标点的支撑情况如表2所示：表2微电子科学与工程专业：课程目标与毕业要求对应关系课程目标与教学内容和方法的对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1.科学与工程知识1-1.掌握从事微电子科学与工程所需的高等数学、线性代 数、概率统计等数学知识，及力学、热学、电磁学等自然科 学基本知识，并能应用于解决微电子相关科学与工程问题。2, 3毕业要求8.职业规范8-1.通过思政、人文、社科、体质训练、军训等课程的学习， 理解世界观、人生观和价值观的基本意义及其影响。1, 4表3课程目标与教学内容、教学方法的对应关系教学内容详细内容与要求教学方法课程目标1.绪论(1)教学内容 从普朗克到波尔，从爱因斯坦到德布罗意，从海 森堡到薛定谓-关于量子力学的发展史； 波粒二象性争论与量子力学的发展；1 杨氏双缝干涉实验的量子力学解释。1(2)教学重点：量子力学产生一从必然王国到自由王 国。(3)教学难点：回答为什么要量子力学，回答为什么 量子力学是正确的？(4)教学要求：建议学生阅读一定量的课外读物。 大型练习1：简述量子力学的发展史，要求手写A4纸， 3000字以上，附参考文献。课堂讲 授、布置 大型作业2, 3, 42.量子 力学基本 假设(1)教学内容 波函数假设；2 算符假设；2 几率假设；2 薛定谓方程假设。2(2)教学重点：回答：为什么用波函数描述一个量子 系统的状态，举证自由粒子波函数。回答：在量子力 学中力学量如何可以用算符描述，与经典力学量有什 么不同？回答：量子力学中如何实施对一个力学量的 测量？回答：量子力学的状态如何演化？(3)教学难点：波函数假设与量子测量。(4)教学要求：能够用薛定谭方程计算无限深势阱， 两能级模型等系统的态函数的演化；能够计算某些力 学量的平均值；能够用量子力学叠加原理解释一些量 子现象。 大型作业2：总结波函数假设；算符假设；几率假设； 薛定谓方程假设。提出这些假设的代表人物；这些假 设的内容；回答：为什么可以用波函数描述一个量子课堂讲 授、布置 大型作业1, 23, 4系统的状态，举例说明如何用波函数描述系统的状态。 回答：在量子力学中力学量如何用算符描述，与经典 力学量有什么不向？回答：量子力学中如何实施对一 个力学量的测量，测量的结果如何？回答：量子力学 的状态如何演化？举例说明。要求手写A4纸，附参考 文献。思政拓展1：大学生制定四年的学习、生活目标（由繁 到简），然后规划每年、每学期到每天的计划（由简 到繁）（人生观、价值观类）；思政拓展2:党的十九大提出实现中华民族伟大复兴 的中国梦，到本世纪中叶全面建成现代化强国的总体 奋斗目标（由繁到简）。为了实现这个目标，又详细 制定了 “分两步走”战略，以及“五位一体”、“四 个全面”、“两个维护”、“四个自信”等各个层面 的战略规划（有简到繁）（党的十九大精神）。3.力学 量与算符（1）教学内容 表示力学量的算符；2 动量算符和角动量算符；2 厄密算符本征函数的正交性；2 算符与力学量的关系；2 算符的对易关系两力学量同时有确定值的条件 测不准关系2 薛定谓方程的算符形式；3 薛定谭方程的矩阵形式；3（2）教学重点：算符及其对易关系。（3）教学难点：角动量算符的理解与应用。.（4）教学要求：利用算符与测不准关系做一些相关的 应用。思政拓展：学习需要勤奋和付出，没有捷径。学习的 收获与学习时间和学习强度有关。学习强度不够，就 要花更多时间。要想在有限时间内达到预期学习效果， 必须下大力气，提高效率（人生观类）。*大型作业3：总结：用波函数，用ket-bra,用矩阵分 别如何刻画一个力学量的本征方程；平均值；以及演 化方程，并分别举三个例子。要求手写A4纸，附参考 文献。课堂讲 授、布置 大型作业1, 2, 3,44.电子 与量子比 特（1）教学内容 电子自旋与量子比特；4 电子的自旋算符和自旋函数；4课堂讲 授、布置 大型作业2, 3, 4 二个角动量的耦合；4 两个电子的自旋与量子逻辑门；4(2)教学重点：关于自旋的概念及数学表示，全同性 原理；(3)教学难点：两电子的自旋函数。(4)教学要求：能够用两能级模型研究电子的量子比 特以及可能的应用。*大型作业4：写一篇2000字以上的文章，谈谈您所知 道的电子。要求手写A4纸，附参考文献。五、实践环节及要求无 六、学时分配各章节的学时分配如表4所示。表4学时分配表七、课程学生成绩评定方法教学内容讲课 时数实验 时数实践 学时内机数 课上时一外机数 课上时自学 时数习题 课讨论 时数1.绪论2252.量子力学基本假设10251.03.力学量与算符10>51.04.电子与量子比特1025合计322202总计课内34学时1.课程考核与成绩评定方法该课程采用形成性评价与终结性评价相结合的评价方法，学期总评成绩使用 百分制评定，由二部分构成：平时成绩，占比55%；期末考试成绩，占比45%。平时成绩至少包含4项考核项目，总占比55%。平时成绩的考核项目包括但 不仅限于课程思政实践(占5%)、考勤、平时测验、课后作业、课堂综合表现、 线上学习等。期末考核为闭卷考试，试卷主要题型有填空题、选择题、计算分析题等。各部分的具体评价环节、关联课程目标、评价依据及方法和在总成绩中的占 比，如表5所示。表5课程考核与成绩评定方法成绩 构成考核项目考核关联的 课程目标考核依据与方法占总评成 绩的比重2,各个考核项目的详细评分标准重修或因其它原因申请自学+辅导的学生，平时成绩可以申请不考核而取80分。平 时成 绩课程思政 实践1根据教学思政元素，通过讨论、课堂小组 讨论、报告等多种形式，考查学生的核心 价值观状况等进行考核（五级制）。5%大型作业1, 2, 3, 4布置相应的大型作业，以了解所授课内 容。占比不超过35%o可根据情 况进行安 排，至少包 含3项，共 计占比50%课后作业2, 3, 4每次作业单独评分，根据作业质量给出批 阅成绩（五级制），折算为百分制后，计 算平均得分；占比不超过10%。出勤无故旷课者，每旷一次课扣20%的出勤成 绩，扣完为止。占比5%。申请自学+辅导 免于考勤。期 末考 试闭卷考试1, 2, 3, 4考试成绩（一页纸开卷）45%总评成绩1, 2, 3, 4二平时成绩*55%+期末考试成绩*45%100%表6各个考核项目的详细评分标准考核项目优(91-100)良(81-90)中(71-80)及格(61-70)不及格（0-60）课程思政实 践认真完成思 政任务，表现 积极，知行合比较认真完 成思政任务， 表现积极，无 不良表现能够完成思 政任务，表现 较积极，无不 良表现基本完成思 政任务，无不 良表现不能完成思 政任务,日不 良行为表现大型作业认真完成，知 识点包含丰 富，概况准确 （N90%）,表现优秀认真完成，知 识点包含较 丰富，概况较 准确（2 80%）,表现积 极较认真完成， 知识点包含 大部分，概况 较准确（N 70%）,表现较 积极较不认真完 成，知识点包 含过半部分， 概况不够准 确（250%）不认真完成， 知识点包含 不过半部分， 概况不够准 确（50%）课后作业完成作业，多 次为A （ 24 次），作业有 认真订正缺作业不多 于1次，较多 A （22 次）， 作业有订正缺作业不多 于3次，基本 为B及以上半数以上交 作业,基本为 C及以上交作业少于 半数，多为c 及以下出勤100%缺课1次（迟 到2次计缺 课1次）缺课2次缺课3次缺课4次课堂综合表 现认真听课，积 极参与课堂认真听课，部 分参与课堂较认真听课基本能够听 课，效果较差较少听课，有 其它违规行活动活动为八、教学资源表7课程的基本教学资源九、 课程目标达成情况评价资源类型资源教材量子力学教程（第3版）周世勋 高等教育出版社2009年参考书籍 或义献曾谨言：量子力学（第三版），科学出版社，2000。张永德：量子力学，科学出版社，2002。课程网址课程文档无在课程结束后,需要对每一个课程目标（含思政课程目标）进行达成情况进 行定性和定量评价,用以实现课程的持续改进。其中课程目标达成情况的定量评 价算法如下:1、使用教学活动（如课程思政实践、课后作业、课堂练习、单元测验、实 验验收、演讲、课堂讨论、互动、阅读报告、大作业等等）成绩或期末 考试部分题目得分率作为评价项目,来对某个课程目标进行达成情况的 定量评价;2、为保证考核的全面性和可靠性，要求对每一个课程目标的评价项目选择 超过两种;3、根据施教情况,评价项目可以由教师自行扩展,权重比例可以由教师自 行设计;4、对某一个课程目标有支撑的各评价项目权重之和为1 ；5、使用所有学生（含不及格）的平均成绩计算。 课程分目标达成度计算公式如下（参照教学计划，本课程分目标一共有 4个）：5i=ai*A/100+/i*B/100（i=l4）其中：A、B分别对应平时考核和期末考核的平均成绩（百分计）；各考核环节分 目标权重系数如下表：分目标序号平时考核分目标权重系期末考核分目标权重系数仙数为目标1（思政）0.90.1目标2 （知识）0.40.6目标3（能力）0.50.5目标4（素质）0.70.3注：平时考核、期末考核分别占40%和60%。课程总目标达成度计算公式如下：S=E£i6i=£l*51+82*52其中，本课程支撑的分目标权重系数&如下表：分目标目标1目标2目标3目标4£i0.10.50.30.1注：支撑课程目标考核材料清单：平时成绩记录表1份（包括：出勤和课堂表现情况、课后作业情况、大型作业等）；试卷n份；期末总评成绩单2份；成绩分析报告1份（试卷分析；题型；课程目标；权重系数）;期末空白A、B卷及答案2份；课程目标达成度评价表1份。十、说明本课程大纲自2019级开始执行，生效之日原先版本均不再使用。