МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра физической и неорганической химии
Направление подготовки04.04.01. Химия
ПрофильКвантовые технологии, компьютерный наноинжиниринг и физикохимия материалов. ФГОС 3++
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план04_04_01_Химия-2-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 32
самостоятельная работа 49
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 3

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (3) Итого
Недель 20
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 12 12 12 12
Лабораторные 20 20 20 20
Сам. работа 49 49 49 49
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
доктор физико-математических наук, профессор, Безносюк Сергей Александрович;кандидат физико-математических наук, доцент, Терентьева Юлия Владимировна

Рецензент(ы):
доктор физико-математических наук, профессор, Плотников Владимир Александрович

Рабочая программа дисциплины
Многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 04.04.01 Химия (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 13.07.2017г. №655)

составлена на основании учебного плана:
04.04.01 Химия
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 06.07.2020 г. № 10
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
Безносюк Сергей Александрович, доктор физико-математических наук, профессор

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра физической и неорганической химии

Протокол от 06.07.2020 г. № 10
Заведующий кафедрой Безносюк Сергей Александрович, доктор физико-математических наук, профессор

1. Цели освоения дисциплины

1.1.формирование комплекса базовых знаний и умений, позволяющих ориентироваться в терминологии многоуровневого строения вещества, их физико-химических и информационных свойствах,как совокупности технологических методов, применяемых для изучения, проектирования материалов, включая целенаправленный контроль и управление строением, химическим составом и взаимодействием составляющих их отдельных элементов.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-1: Способен выполнять комплексные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования в избранной области химии или смежных наук с использованием современных приборов, программного обеспечения и баз данных профессионального назначения
ОПК-2: Способен анализировать, интерпретировать и обобщать результаты экспериментальных и расчетно-теоретических работ в избранной области химии или смежных наук
ПК-1: Способен проводить работы по обработке и анализу научно-технической информации и результатов исследований
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Основные положения квантовой химии и законы физической химии
особенности применения методов компьютерного исследования
теоретические основы нанонаук и компьютерных нанотехнологий

3.2.Уметь:
3.2.1.Провести компьютерную имитацию дизайна наносистем материалов
Работать на компьютере со стандартными квантово-химическими пакетами программ на уровне пользователя
выполнять стандартные действия с учетом основных понятий и общих закономерностей, формулируемых в рамках дисциплины многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества

3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.Навыками дизайна наносистем материалов
компьютерными технологиями при планировании исследований материалов
способен применить теоретические знания в области нанонаук и компьютерных нанотехнологий для решения профессиональных задач, в том числе в смежных областях физикохимии материалов.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Многоуровневое строение вещества
1.1. Предмет и методы концепции многоуровневого строения вещества Лекции 3 1 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
1.2. Основные концепции строения вещества Лекции 3 1 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
1.3. Мультиструктуры вещества Лекции 3 1 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
1.4. Физико-химические мультиструктуры вещества Лекции 3 1 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
Раздел 2. Моделирование задач для элементарных полупроводников.
2.1. Основные принципы моделирования полупроводниковых наносистем Лекции 3 1 ОПК-1 Л1.2, Л2.1
2.2. Особенности строения и физико-химические свойства элементарных полупроводников Лекции 3 1 ОПК-1 Л1.2, Л2.1
2.3. Подготовка к лабораторной работе по теме "Исследование самоорганизации наноструктур на основе кремния-германия" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
2.4. Исследование самоорганизации наноструктур на основе кремния-германия Лабораторные 3 4 ОПК-1, ОПК-2 Л2.1
2.5. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Исследование самоорганизации наноструктур на основе кремния-германия" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
Раздел 3. Моделирование задач для нанослоевых полупроводников типа AIII-BV, AIII-BVI.
3.1. Особенности строения и физико-химические свойства полупроводников AIII-BV, AIII-BVI Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.2, Л2.1
3.2. Подготовка к лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование релаксации наночипов соединений AIIIBV переменного состава: GaP(х)As(1-х)" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.3. Компьютерное моделирование релаксации наночипов соединений AIIIBV переменного состава: GaP(х)As(1-х) Лабораторные 3 4 ОПК-1, ОПК-2 Л2.1
3.4. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование релаксации наночипов соединений AIIIBV переменного состава: GaP(х)As(1-х)" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.5. Подготовка к лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование полупроводниковых соединений Al(x)Ga(1-x)As и Al(x)Ga(1-x)P" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.6. Компьютерное моделирование полупроводниковых соединений Al(x)Ga(1-x)As и Al(x)Ga(1-x)P Лабораторные 3 4 ОПК-1, ОПК-2 Л2.1
3.7. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование полупроводниковых соединений Al(x)Ga(1-x)As и Al(x)Ga(1-x)P" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.8. Подготовка к лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование релаксации наночипов соединений A2B6 переменного состава ZnS(1-x)Se(x)" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.9. Компьютерное моделирование релаксации наночипов соединений A2B6 переменного состава ZnS(1-x)Se(x) Лабораторные 3 2 ОПК-1, ОПК-2 Л2.1
3.10. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование релаксации наночипов соединений A2B6 переменного состава ZnS(1-x)Se(x)" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.11. Подготовка к лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование нанослоев селенида и сульфида цинка методами молекулярной механики и нанокинетики" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
3.12. Компьютерное моделирование нанослоев селенида и сульфида цинка методами молекулярной механики и нанокинетики Лабораторные 3 2 ОПК-1 Л2.1
3.13. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование нанослоев селенида и сульфида цинка методами молекулярной механики и нанокинетики" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
Раздел 4. Моделирование задач для тройных полупроводниковых наноструктур
4.1. Особенности строения и физико-химические свойства тройных полупроводников Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.2, Л2.1
4.2. Подготовка к лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование нанослоевых тройных полупроводниковых соединений AIBIIICVI(2)" Сам. работа 3 2 ОПК-1 Л2.1
4.3. Компьютерное моделирование нанослоевых тройных полупроводниковых соединений AIBIIICVI(2) Лабораторные 3 2 ОПК-1, ОПК-2 Л2.1
4.4. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Компьютерное моделирование нанослоевых тройных полупроводниковых соединений AIBIIICVI(2)" Сам. работа 3 4 ОПК-1 Л2.1
Раздел 5. Моделирование задач спинтроники
5.1. Физико-химические аспекты создания спинтронных материалов Лекции 3 2 ОПК-1 Л1.2, Л2.1
5.2. Подготовка к лабораторной работе по теме "Исследование самоорганизации спинтронных материалов" Сам. работа 3 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1
5.3. Исследование самоорганизации спинтронных материалов Лабораторные 3 2 ОПК-1, ОПК-2 Л2.1
5.4. Оформление отчета по лабораторной работе по теме "Исследование самоорганизации спинтронных материалов" Сам. работа 3 1 ОПК-1 Л2.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
приведены в ФОС
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
не предусмотрены
5.3. Фонд оценочных средств
приведен в приложении
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 С. А. Безносюк [и др.] Многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества: учеб. пособие для вузов Томск : Изд-во НТЛ, 2005
Л1.2 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 Елисеев А. А. , Лукашин А. В. Функциональные наноматериалы: Физматлит, 2010 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=68876
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/] http://compnano.1gb.ru/
Э2 Компьютерное моделирование квантовых электромеханических систем материалов http://elibrary.asu.ru/handle/asu/2178
Э3 Курс в Moodle «Многоуровневое строение, физико-химические и информационные свойства вещества» https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=847
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 лабораторной работе
Теоретическая подготовка
Теоретическая подготовка необходима для проведения компьютерного эксперимента, должна проводиться обучающимися в порядке самостоятельной работы. Ее следует начинать внимательным разбором руководства к данной лабораторной работе.
Особое внимание в ходе теоретической подготовки должно быть обращено на понимание сущности процесса. Для самоконтроля в каждой работе приведены контрольные вопросы, на которые обучающийся обязан дать четкие, правильные ответы. Теоретическая подготовка завершается предварительным составлением отчета со следующим порядком записей:
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Теоретическое введение.
4. Ход работы (включает рисунки, схемы, таблицы, основные формулы для определения величин).
5. Расчеты – окончательная запись результатов работы.
6. Вывод.


При выполнении лабораторных работ измерение физических величин необходимо проводить в строгой, заранее предусмотренной последовательности.

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов

1. К выполнению лабораторных работ необходимо приготовиться до начала занятия в лаборатории. Кроме описания работы, используйте рекомендованную литературу и конспект лекций. К выполнению работы допускаются только подготовленные студенты.
2. При проведении эксперимента результаты измерений и расчетов записывайте четко и кратко в заранее подготовленные таблицы.
3. При обработке результатов измерений:
А) помните, что точность расчетов не может превышать точности прямых измерений;
Б) результаты измерений лучше записывать в виде доверительного интервала.
4. Отчеты по лабораторным работам должны включать в себя следующие пункты:
• название лабораторной работы и ее цель;
• краткое теоретическое обоснование;
• порядок выполнения лабораторной работы;
• далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы лабораторной работы, согласно выше приведенному порядку записываются требуемые теоретические положения, результаты измерений, обработка результатов измерений, заполнение требуемых таблиц и графиков, по завершении работы делается вывод.
5. При подготовке к сдаче лабораторной работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.


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 экзамену
Подготовка к экзамену способствует закреплению, углублению и обобщению знаний, получаемых, в процессе обучения, а также применению их к решению практических задач. Готовясь к экзамену, студент ликвидирует имеющиеся пробелы в знаниях, углубляет, систематизирует и упорядочивает свои знания. На экзамене студент демонстрирует то, что он приобрел в процессе обучения по конкретной учебной дисциплине.
Требования к организации подготовки к экзаменам 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.
Систематическая подготовка к занятиям в течение семестра позволит использовать время экзаменационной сессии для систематизации знаний.
В период подготовки к экзамену студенты могут получить у экзаменатора - преподавателя, проводивший лекционный курс индивидуальные и групповые консультации.
Подготовка к экзамену – это завершающий, наиболее активный этап самостоятельной работы студента над учебным курсом.