Основы квантовой теории неравновесных наносистем - Рабочая программа дисциплины - 04.04.01. Химия - Направления подготовки

Закреплена за кафедрой	Кафедра физической и неорганической химии
Направление подготовки	04.04.01. Химия
Профиль	Наноинжиниринг функциональных и биомиметических материалов
Форма обучения	Очная
Общая трудоемкость	3 ЗЕТ
Учебный план	04_04_01_НФБМ-2-2019

Курс (семестр)	1 (2)	Итого
Недель	22,5
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	18	18	18	18
Практические	24	24	24	24
Сам. работа	66	66	66	66
Итого	108	108	108	108

1. Цели освоения дисциплины

1.1.	формирование у магистрантов представлений о современных основах квантовой теориии неравновесных наносистем, проблемах в этой области и путях их решений

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.07

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1	способностью использовать и развивать теоретические основы традиционных и новых разделов химии при решении профессиональных задач
ПК-2	владением теорией и навыками практической работы в избранной области химии
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.	Знать:
3.1.1.	методы решения задач квантовой теории неравновесных наносистем основные положения теории квантовых неравновесных наносистем
3.2.	Уметь:
3.2.1.	решать типовые задачи квантовой теории неравновесных наносистем решать практические задачи по квантовой теории неравновесных наносистем
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	навыками применения различных методов для решения новых задач квантовой теории неравновесных наносистем способен применить теоретические знания в области квантовой теории неравновесных наносистем для решения профессиональных задач, в том числе в смежных областях знаний

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия	Наименование разделов и тем	Вид занятия	Семестр	Часов	Компетенции	Литература
Раздел 1. Введение в проблемы квантовой динамики нерановесных наносистем (нанодинамику).
1.1.	Основные понятия и определения, общая постановка задач движения нерановесных наносистем.Постановк задач квантовой нанодинамики.Общие проблемы и методы их решения.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.2.	Решение задач квантовой нанодинамики.	Практические	2	4	ОПК-1, ПК-2	Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.3.	Подготовка к семинару по теме "Решение задач квантовой нанодинамики."	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.4.	Основные понятия и определения физической химии неравновесных наносистем.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.5.	Основные понятия и определения квантовой кинетики неравновесных наносистем.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
1.6.	Основные методы решения задач квантовой кинетики неравновесных наносистем.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
Раздел 2. Термополевая динамика и конденсированные состояния
2.1.	Концепция строения вещества в теории термополевой динамики. Ядерно-электронная плазма и физические поля. Спонтанные нарушения динамической симметрии и термоустойчивость вещества	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
2.2.	Концепция строения вещества в теории термополевой динамики. Классические структуры вещества как топологические особенности голдстоуновского конденсата физического поля звука.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
2.3.	Решение задач на спонтанные нарушения динамической симметрии и термоустойчивость кристаллического состояния вещества.	Практические	2	2	ОПК-1, ПК-2	Л2.1, Л1.1, Л2.2
2.4.	Подготовка к семинару по теме "Решение задач на спонтанные нарушения динамической симметрии и термоустойчивость кристаллического состояния вещества. "	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
2.5.	Плазма, Неидеальные газы. Приложения к задачам нанохимии.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
2.6.	Типы неустойчивостей физхико-химического состояния вещества.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
Раздел 3. Квантово-полевая химия конденсированных состояний
3.1.	Концепция квантово-полевой химии вещества. Наноструктуры вещества как топологические особенности голдстоуновского конденсата электромагнитного поля.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
3.2.	Квантово-полевая химия мультичастиц конденсированного состояния вещества. Трансформерность наносистем.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
3.3.	Три уровня квантово-полевой химии конденсированного состояния вещества: микроуровень, наноуровень, атомный уровень.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
3.4.	Решение задач квантово-полевой химии неравновесных наносистем	Практические	2	6	ОПК-1, ПК-2	Л2.1, Л1.1, Л2.2
3.5.	Подготовка к семинару по теме "Решение задач квантово-полевой химии неравновесных наносистем"	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
3.6.	Стандартные теории дефектов кристаллического состояния вещества. Дефектная структура твёрдого тела: границы, фаз, зёрен, дислокации. вакансии.	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
3.7.	Когерентность электромагнитных излучений, бозе-эйнштейновский конденсат.	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
Раздел 4. Основные понятия квантовой нанодинамики конденсированного состояния вещества
4.1.	Проблемы самосогласованного описания квантовой динамики в трёх основных системных уровнях конденсированного состояния (микросистемы, наносистемы, атомный системы). Методы молекулярной динамики неравновесых микросистем и квантовой химии активированных молекул.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.2.	Неравновесные динамики атомных и микроскопических систем как пределные асимптотики квантовой нанодинамики.	Лекции	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.3.	Квантовая нанодинамика в области. фемтосекундных процессов эволюции наносистем. Фемтосекундная квантовая нанодинамика процессов самосборки и самоорганизации наносистем.	Лекции	2	1	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.4.	Решение задач квантовой динамики микросистем и активированных молекул.	Практические	2	4	ОПК-1, ПК-2	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.5.	Подготовка к семинару по теме "Решение задач квантовой динамики микросистем и активированных молекул."	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.6.	Решение задач квантовой нанодинамики фемтосекундных процессов	Практические	2	4	ОПК-1, ПК-2	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.7.	Подготовка к семинару по теме "Решение задач квантовой нанодинамики фемтосекундных процессов"	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.8.	Решение задач квантовой нанодинамики самосборки и самоорганизации	Практические	2	4	ОПК-1, ПК-2	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.9.	Подготовка к семинару по теме "Решение задач квантовой нанодинамики самосборки и самоорганизации"	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.10.	Понятие о наночастице. Их классификация	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.11.	Термодинамический потенциалы и неравновесные термодинамические процессы.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.12.	Методы многоуровнего вычисления физико-химических параметров наноматериалов.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.13.	Методы многоуровнего вычисления физико-химических параметров наноматериалов.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.14.	Методы вычисления кинетических параметров микросистем и активированных молекул.	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
4.15.	Действие на вещество фемтосекундных возбуждений (лазеры).	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
Раздел 5. Роль информации и энтропии в квантовой нанодинамике процессов самосборки и самоорганизаци
5.1.	Роль информации и энтропии в квантовой нанодинамике процессов самосборки и самоорганизации наносистем.	Лекции	2	1	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
5.2.	Связь и различие между информацией и энтропией процессов .	Сам. работа	2	4	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2
5.3.	Связь между мерами информации и энтропии.	Сам. работа	2	2	ОПК-1	Л2.1, Л1.1, Л2.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

приведены в ФОС в приложении

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)

не предусмотрены

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

приведен в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л1.1	Безносюк, С.А.; Жуковский, М.С.; Маслова, О.А.; Терентьева, Ю.В.	Компьютерное моделирование квантовых электромеханических систем материалов:	Барнаул : АлтГУ, 2015	http://elibrary.asu.ru/handle/asu/2178
6.1.2. Дополнительная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л2.1	С. А. Безносюк [и др.]	Многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества: учеб. пособие для вузов	Томск : Изд-во НТЛ, 2005
Л2.2	С. А. Безносюк, М. С. Жуковский, Т. М. Жуковская	Квантовая механика наносистем: учеб. пособие	Изд-во АлтГУ, 2013	elibrary.asu.ru
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
	Название		Эл. адрес
Э1	Электронный ресурс научной школы «Фундаментальные основы нанонаук и прорывные нанотехнологии конденсированного состояния» [точка доступа http://compnano.1gb.ru/
6.3. Перечень программного обеспечения
Microsoft Windows 7 № 60674416 от 19.07.2012 г. (бессрочная); Microsoft Office 2010 № 60674416 от 19.07.2012 г. (бессрочная); 7-Zip; AcrobatReader.
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://www.lib.asu.ru электронные ресурсы научной библиотеки АлтГУ http://www.rsl.ru РГБ Российская государственная библиотека http://ben.irex.ru БЕН Библиотека естественных наук http://www.gpntb.ru Государственная публичная научно-техническая библиотека http://ban.pu.ru БАН Библиотека Академии наук http://www.nlr.ru РНБ Российская национальная библиотека http://www.elibrary.ru Научная электронная библиотека РФФИ http://www.lib.msu.su Библиотека МГУ

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория	Назначение	Оборудование
504К	учебно-исследовательская лаборатория компьютерного нанобиодизайна - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации	Доска маркерная; столы учебные на 10 посадочных мест; проектор короткофокусный мультимедийный ЕВ-420 1 ед.; экран; компьютеры: марка RAMEC модель G161 10G\03Y4 - 8 единиц; проектор: марка BENQ - 1 единица;

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Как работать над конспектом после лекции
Какими бы замечательными качествами в области методики ни обладал лектор, какое бы большое значение на занятиях ни уделял лекции слушатель, глубокое понимание материала достигается только путем самостоятельной работы над ним.
Самостоятельную работу следует начинать с доработки конспекта, желательно в тот же день, пока полученная информация еще хранится в памяти. Как правило, через 10 ч после лекции в памяти остается не более 30-40 % материала.
С целью доработки необходимо, в первую очередь, прочитать записи, восстановить текст в памяти, а также исправить описки, расшифровать не понятные сокращения, заполнить пропущенные места, понять текст, вникнуть в его смысл. Далее прочитать материал по рекомендуемой литературе, разрешая в ходе чтения, возникшие ранее затруднения, вопросы, а также дополнения и исправляя свои записи.
Записи должны быть наглядными, для чего следует применять различные способы выделений. В ходе доработки конспекта углубляются, расширяются и закрепляются знания, а также дополняется, исправляется и совершенствуется конспект.
Подготовленный конспект и рекомендуемая литература используется при подготовке к практическому занятию. Подготовка сводится к внимательному прочтению учебного материала, к выводу с карандашом в руках всех утверждений и формул, к решению примеров, задач, к ответам на вопросы, предложенные в конце лекции преподавателем или помещенные в рекомендуемой литературе. Примеры, задачи, вопросы по теме являются средством самоконтроля.
Непременным условием глубокого усвоения учебного материала является знание основ, на которых строится изложение материала. Обычно преподаватель напоминает, какой ранее изученный материал и в какой степени требуется подготовить к очередному занятию. Эта рекомендация, как и требование систематической и серьезной работы над всем лекционным курсом, подлежит безусловному выполнению. Потери логической связи как внутри темы, так и между ними приводит к негативным последствиям: материал учебной дисциплины перестает основательно восприниматься, а творческий труд подменяется утомленным переписыванием. Обращение к ранее изученному материалу не только помогает восстановить в памяти известные положения, выводы, но и приводит разрозненные знания в систему, углубляет и расширяет их. Каждый возврат к старому материалу позволяет найти в нем что-то новое, переосмыслить его с иных позиций, определить для него наиболее подходящее место в уже имеющейся системе знаний. Неоднократное обращение к пройденному материалу является наиболее рациональной формой приобретения и закрепления знаний. Очень полезным в практике самостоятельной работы, является предварительное ознакомление с учебным материалом. Даже краткое, беглое знакомство с материалом очередной лекции дает многое. Студенты получают общее представление о ее содержании и структуре, о главных и второстепенных вопросах, о терминах и определениях. Все это облегчает работу на лекции и делает ее целеустремленной.

Подготовка к практическому занятию
Студент должен четко уяснить, что именно с лекции начинается его подготовка к практическому занятию. Вместе с тем, лекция лишь организует мыслительную деятельность, но не обеспечивает глубину усвоения программного материала.
При подготовке к семинару можно выделить 2 этапа:
1-й – организационный,
2-й – закрепление и углубление теоретических знаний.
На первом этапе студент планирует свою самостоятельную работу, которая включает:
– уяснение задания на самостоятельную работу;
– подбор рекомендованной литературы;
– составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.
Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.
Второй этап включает непосредственную подготовку студента к занятию. Начинать надо с изучения рекомендованной литературы. Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал, а только его часть. Остальная его часть восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна. Особое внимание при этом необходимо обратить на содержание основных положений и выводов, объяснение явлений и фактов, уяснение практического приложения рассматриваемых теоретических вопросов. В процессе этой работы студент должен стремиться понять и запомнить основные положения рассматриваемого материала, примеры, поясняющие его, а также разобраться в иллюстративном материале.
Заканчивать подготовку следует составлением плана (перечня основных пунктов) по изучаемому материалу (вопросу). Такой план позволяет составить концентрированное, сжатое представление по изучаемым вопросам.
В процессе подготовки к семинару рекомендуется взаимное обсуждение материала, во время которого закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.
При необходимости следует обращаться за консультацией к преподавателю. Идя на консультацию, необходимо хорошо продумать вопросы, которые требуют разъяснения.
В начале семинара студенты под руководством преподавателя более глубоко осмысливают теоретические положения по теме занятия, раскрывают и объясняют основные явления и факты. В процессе творческого обсуждения и дискуссии вырабатываются умения и навыки использовать приобретенные знания для решения практических задач.

Как работать с рекомендованной литературой
Успех в процессе самостоятельной работы, самостоятельного чтения литературы во многом зависит от умения правильно работать с книгой, работать над текстом.
Опыт показывает, что при работе с текстом целесообразно придерживаться такой последовательности. Сначала прочитать весь заданный текст в быстром темпе. Цель такого чтения заключается в том, чтобы создать общее представление об изучаемом (не запоминать, а понять общий смысл прочитанного) материале. Затем прочитать вторично, более медленно, чтобы в ходе чтения понять и запомнить смысл каждой фразы, каждого положения и вопроса в целом.
Чтение приносит пользу и становится продуктивным, когда сопровождается записями. Это может быть составление плана прочитанного текста, тезисы или выписки, конспектирование и др.
Выбор вида записи зависит от характера изучаемого материала и целей работы с ним.
Если содержание материала несложное, легко усваиваемое, можно ограничиться составлением плана. Если материал содержит новую и трудно усваиваемую информацию, целесообразно его законспектировать.
План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень вопросов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный план вполне заменяет конспект.
Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Различаются четыре типа конспектов.
План-конспект – это развернутый детализированный план, в котором достаточно подробные записи приводятся по тем пунктам плана, которые нуждаются в пояснении.
Текстуальный конспект – это воспроизведение наиболее важных положений и фактов источника.
Свободный конспект – это четко и кратко сформулированные (изложенные) основные положения в результате глубокого осмысливания материала. В нем могут присутствовать выписки, цитаты, тезисы; часть материала может быть представлена планом.
Тематический конспект – составляется на основе изучения ряда источников и дает более или менее исчерпывающий ответ по какой-то схеме (вопросу).
В процессе изучения материала источника, составления конспекта нужно обязательно применять различные выделения, подзаголовки, создавая блочную структуру конспекта. Это делает конспект легко воспринимаемым, удобным для работы.

Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа студентов (СРС) под руководством преподавателя является составной частью «самостоятельная работа студентов», принятого в высшей школе. СРС под руководством преподавателя представляет собой вид занятий, в ходе которых студент, руководствуясь методической и специальной литературой, а также указаниями преподавателя, самостоятельно выполняет учебное задание, приобретая и совершенствуя при этом знания, умения и навыки практической деятельности. При этом взаимодействие студента и преподавателя приобретает вид сотрудничества: студент получает непосредственные указания преподавателя об организации своей самостоятельной деятельности, а преподаватель выполняет функцию руководства через консультации и контроль.
Познавательная деятельность студентов при выполнении самостоятельных работ данного вида заключается в накоплении нового для них опыта деятельности на базе усвоенного ранее формализованного опыта (опыта действий по известному алгоритму) путем осуществления переноса знаний, умений и навыков. Суть заданий работ этого вида сводится к поиску, формулированию и реализации идей решения. Это выходит за пределы прошлого формализованного опыта и в реальном процессе мышления требует от обучаемых варьирования условий задания и усвоенной ранее учебной информации, рассмотрения ее под новым углом зрения. В связи с этим самостоятельная работа данного вида должна выдвигать требования анализа незнакомых студентом ситуаций и генерирования новой информации для выполнения задания. В практике обучения в качестве самостоятельной работы чаще всего используются домашние задание, отдельные этапы лабораторных и семинарско-практических занятий, написание рефератов, курсовых и дипломных работ, а также дипломное проектирование.

Методические указания для подготовки к зачету
Подготовка к зачету способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, получаемых, в процессе обучения, а также применению их к решению практических задач. Готовясь к зачету, студент ликвидирует имеющиеся пробелы в знаниях, углубляет, систематизирует и упорядочивает свои знания. На зачете студент демонстрирует то, что он приобрел в процессе обучения по конкретной учебной дисциплине.
Требования к организации подготовки к зачету те же, что и при занятиях в течение семестра, но соблюдаться они должны более строго. Вначале следует просмотреть весь материал по сдаваемой дисциплине, отметить для себя трудные вопросы. Обязательно в них разобраться. В заключение еще раз целесообразно повторить основные положения, используя при этом листы опорных сигналов.
В период подготовки к зачету студенты могут получить у преподавателя индивидуальные и групповые консультации.
Подготовка к зачету – это завершающий, наиболее активный этап самостоятельной работы студента над учебным курсом.