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

Квантовые технологии наносистем материалов
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 54
самостоятельная работа 54
Виды контроля по семестрам
зачеты: 2

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 1 (2) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 24 24 24 24
Практические 30 30 30 30
Сам. работа 54 54 54 54
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
д.ф.-м.н., профессор, Безносюк Сергей Александрович;к.ф.-м.н., доцент, Маслова Ольга Андреевна

Рецензент(ы):
д.ф.-м.н., профессор, Плотников Владимир Александрович

Рабочая программа дисциплины
Квантовые технологии наносистем материалов

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 06.07.2019 г. № 12
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

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

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 06.07.2019 г. № 12
Заведующий кафедрой Безносюк Сергей Александрович, профессор, доктор физико-математических наук

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Теоретическая подготовка магистрантов в новейшей области квантовых технологий субнанометровых инфраструктур материалов, используемых в разработке интеллектуальных материалов следующего поколения

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.основы квантовой аттосекундной физики субатомных технологий материалов.
основы физикохимии квантовых субнаносистем материалов.
методы компьютерного моделирования технологий синтеза квантовых субнаносистем материалов как наноэлектромеханических систем.
3.2.Уметь:
3.2.1.выполнять анализ квантовых технологий с учетом основных понятий физикохимии материалов.
закономерностей, формулируемых в рамках дисциплины наноинжиниринг и компьютерные нанотехнологии материалов
моделировать синтез квантовых субнаносистем материалов как наноэлектромеханических систем.
выполнять стандартные операции с учетом концептуальных понятий и общих закономерностей, формулируемых в рамках данной дисциплины
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.способен применить теоретические знания в области квантовых технологий наносистем материалов
аноинжиниринга материалов для решения профессиональных задач
навыками компьютерного дизайна квантовых наноэлектромеханических систем материалов.
способен применить знания квантовых технологий и навыки компьютерного моделирования в области разработки инфраструктур интеллектуальных материалов с заранее заданными свойствами.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение
1.1. Физикохимия как предмет научно-исследовательской деятельности Лекции 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
1.2. Предметная область физикохимии. Сам. работа 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
Раздел 2. Основы квантовых нанотехнологий
2.1. Экспериментальные и теоретические методы в изучении физикохимии квантовых субатомных аттосекундных процессов. Математическое моделирование физикохимии субатомных процессов в материалах Лекции 2 8 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
2.2. Экспериментальные и теоретические методы в изучении физикохимии квантовых субатомных аттосекундных процессов. Математическое моделирование физикохимии субатомных процессов в материалах Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
Раздел 3. Теория самосборки и самоорганизации основных типов субнаносистем. НЭМС.
3.1. Функциональная самоорганизация субнаносистемных инфраструктур интеллектуальных материалов. Математическое моделирование НЭМС графена, нанотубулярного углерода, переходных металлов и водорода. Математическое моделирование задач для фрактальных НЭМС переходных металлов и сплавов. Математическое моделирование задач для слоевых НЭМС интерфейсов между металлами и полупроводниками. Лекции 2 12 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
3.2. Компьютерное моделирование квантовых процессов функциональной самоорганизации субнаносистемных инфраструктур материалов. технологий (моделирование наноструктурных процессов информационными методами) Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
Раздел 4. Комплекс семинарских и практических занятий по основам наноинжиниринга.
4.1. Фундаментальные основы субатомных квантовых технологий Практические 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.2. Подготовка к семинару по теме " Фундаментальные основы субатомных квантовых технологий" Сам. работа 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.3. Фундаментальные основы квантовых технологий субнаночастиц материалов. Практические 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.4. Подготовка к семинару по теме " Фундаментальные основы квантовых технологий субнаночастиц" Сам. работа 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.5. Фундаментальные основы компьютерного моделирования квантовых субатомных и субнаночастичных технологий (методы статистических операторов и матриц плотности) Практические 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.6. Подготовка к семинару по теме " Фундаментальные основы компьютерного моделирования квантовых субатомных и субнаночастичных технологий (статистические операторы и матрицы плотности)" Сам. работа 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.7. Фундаментальные основы компьютерного моделирования физикохимии квантовых субнаносистем методом топологии плотности. Практические 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.8. Подготовка к семинару по теме " Фундаментальные основы компьютерного моделирования физикохимии квантовых субнаносистем методом топологии плотности." Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.9. Фундаментальные основы компьютерного моделирования физикохимии квантовых субнаносистем в квантовой теории поля. Практические 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.10. Подготовка к семинару по теме " Фундаментальные основы компьютерного моделирования физикохимии квантовых субнаносистем в квантовой теории поля." Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.11. Фундаментальные основы компьютерного моделирования физикохимии квантовых субнаносистем методами теории информации. Практические 2 2 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
4.12. Подготовка к семинару по теме " Фундаментальные основы компьютерного моделирования физикохимии квантовых субнаносистем методами теории информации." Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
Раздел 5. Комплекс лабораторных работ по изучению самосборки и самоорганизации основных типов квантовых субнаносистем с использованием пакетов программ КомпНаноТех и КомпНаноИнжиниринг.
5.1. Исследование самоорганизации НЭМС аллотропных модификаций углерода: карбина, графена, алмаза, фуллерен. Практические 2 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.2. Подготовка к лабораторной работе по теме Исследование самоорганизации НЭМС аллотропных модификаций углерода: карбина, графена, алмаза, фуллерен. Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.3. Оформление отчета по лабораторной работе по теме Исследование самоорганизации НЭМС аллотропных модификаций углерода: карбина, графена, алмаза, фуллерен. Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.4. Расчет устойчивости НЭМС борафена Практические 2 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.5. Подготовка к лабораторной работе по теме Расчет устойчивости НЭМС борафена Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.6. Оформление отчета по лабораторной работе по теме Расчет устойчивости НЭМС борафена Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.7. Расчет устойчивости НЭМС аккумуляторов энергии на основе гидрированных нанолистов графена. Практические 2 6 ОПК-1, ОПК-2 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.8. Подготовка к лабораторной работе по теме «Расчет устойчивости НЭМС аккумуляторов энергии на основе гидрированных нанолистов графена» Сам. работа 2 4 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2
5.9. Оформление отчета по лабораторной работе по теме «Расчет устойчивости НЭМС аккумуляторов энергии на основе гидрированных нанолистов графена» Сам. работа 2 6 ОПК-1 Л1.1, Л2.1, Л1.2

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 Жуковский М.С., Безносюк С.А., Потекаев А.И., Старостенков М.Д. Теоретические основы компьютерного наноинжиниринга биомиметических наносистем: [монография] Томск: Изд-во НТЛ, 2011
Л1.2 Безносюк С.А., Жуковский М.С., Жуковская Т.М. Наноинжиниринг функциональных материалов: АлтГУ, 2013 http://elibrary.asu.ru/xmlui/handle/asu/452
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Безносюк С.А., Жуковский М.С., Фомина Л.В,, Маслова О.А. Основы компьютерного инжиниринга нанокомпозитных катализаторов: АлтГУ, 2014 http://elibrary.asu.ru/xmlui/handle/asu/3007
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/
Э2 Ссылка на курс в Moodle https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=846
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.