《光電信息實驗1》課程教學大綱

《光電信息實驗1》教學大綱課程名稱：光電信息實驗（1） 課程編號：F098093752英文名稱：PhotoelectricInformationExperiment(1)學時：48學時 學分：1.5學分開課學期：第6學期適用專業(yè)：光電信息科學與工程專業(yè)課程類別：實驗課課程性質(zhì)：專業(yè)方向與拓展課先修課程：電磁場理論，物理光學、工程光學，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、課程的性質(zhì)及任務光電信息實驗是為光電信息科學與工程專業(yè)學生在第六學期開設(shè)的一門專業(yè)方向與拓展課程，總課時48課時，1.5學分，該課程為考查課，考核方式為課堂成績加實驗報告成績。本門課程借助于國家虛擬仿真實驗平臺涵蓋了光鑷、光刻、光纖激光、光的偏振等多種光的應用及原理學習。通過本門課程的學習能夠加強學生對基礎(chǔ)知識的準備，增強科學素養(yǎng)，提高實踐動手能力。二、課程目標與要求2.1課程目標思政目標：強化科學倫理教育，注重科學思維方法訓練和科學精神培養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的的能力，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。知識目標：掌握相關(guān)實驗方法，了解光學的主要應用領(lǐng)域及其原理；能力目標：訓練學生，分析問題、歸納問題的能力，動手實踐能力，獨立思考能力。素質(zhì)目標：培養(yǎng)學生的團隊合作精神、語言表達能力、自學能力、競爭意識、愛國情懷等綜合素質(zhì)。電磁場理論課程教學大綱數(shù)理科學與工程學院本科課程教學大綱.3課程目標與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應矩陣表2課程目標與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應矩陣序號課程目標理論教學實驗教學課后作業(yè)1強化科學倫理教育，注重科學思維方法訓練和科學精神培養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的的能力，激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。HHL2掌握相關(guān)實驗方法，了解光學的主要應用領(lǐng)域及其原理HHL3訓練學生，分析問題、歸納問題的能力，動手實踐能力，獨立思考能力HHL4培養(yǎng)學生的團隊合作精神、語言表達能力、自學能力、競爭意識、愛國情懷等綜合素質(zhì)。HHL注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。2.4目標達成度的評價課程目標1通過理論教學和實驗教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng),在課后作業(yè)中有應用要求。主要通過課堂授課，實例印證，課堂討論及實驗，課后實驗報告和資料查詢等方式進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。課程目標2，3，4主要通過實驗教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在理論教學和課后作業(yè)中有應用要求。主要通過課堂實驗進行考核。目標達成綜合以上內(nèi)容進行評價。三、教學方法及手段理論教學以課堂講授為主，針對實驗設(shè)計、實驗原理、實驗內(nèi)容以及實驗步驟的講解；實驗教學強調(diào)將各種光電實驗的理論特性與工程實現(xiàn)的實際情況緊密聯(lián)系，面向知識的理論基礎(chǔ)和實踐應用。四、課程的基本內(nèi)容與教學要求1.工業(yè)化單晶硅太陽電池制備工藝優(yōu)化虛擬仿真實驗教學要求：熟悉半導體材料基本原理以及單晶硅太陽電池工作原理;熟悉現(xiàn)代工業(yè)化單晶硅太陽電池制備設(shè)備結(jié)構(gòu)以及基本操作;掌握制備工藝原理及優(yōu)化工藝參數(shù)的方法:掌握單晶硅太陽電池制備基本流程;掌握影響單晶硅太陽電池性能主要指標與測試技術(shù)。教學內(nèi)容：工業(yè)化單晶硅太陽電池制備工藝優(yōu)化實驗原理與操作重點難點：工業(yè)化單晶硅太陽電池制備工藝優(yōu)化實驗原理思政元素：通過本虛擬仿真實驗訓練，發(fā)揮“產(chǎn)學研”相結(jié)合的人才培養(yǎng)優(yōu)勢學生可以直接進入光伏產(chǎn)業(yè)行業(yè)工作。2.紫外高速激光直寫光刻系統(tǒng)虛擬仿真實驗教學要求：掌握紫外高速激光直寫光刻機的基本工作原理和直寫操作方法；熟練掌握紫外高速激光直寫光刻工藝的全過程；掌握無膜光刻實驗過程中的安全案項和關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置，為真實的光刻實驗提供優(yōu)化的參數(shù)，指導實際的實驗操作，實現(xiàn)虛實結(jié)合。教學內(nèi)容：紫外高速激光直寫光刻機的基本工作原理和直寫操作方流程和方法。重點難點：紫外高速激光直寫光刻機的基本工作原理和直寫操作方法。思政元素：由光刻機引入我國芯片行業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)學生的愛國主義精神。3.光鑷原理及應用虛擬仿真實驗教學要求：了解激光束的基本特性;掌握光鑷形成的基本原理;掌握構(gòu)成光鑷系統(tǒng)的多種光學儀器和器件的功能及特性;掌握光鑷對微觀粒子的操作功能和方法;明確光鑷捕獲力的測定方法;了解光纖光鑷的構(gòu)建原理;培養(yǎng)知識應用能力、綜合實踐能力、思維判斷與分析能力、跨學科思維能力、對新技術(shù)的學習能力;教學內(nèi)容：傳統(tǒng)光鑷系統(tǒng)搭建與測試；光纖光鑷系統(tǒng)搭建與測試。重點難點：光鑷原理。思政元素：培養(yǎng)學生團隊意識、創(chuàng)新精神、科學嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。4.光纖激光相干合束虛擬仿真實驗教學要求：掌握光的遠場衍射與相干疊加原理及應用；了解光纖激光合束原理和合束裝置結(jié)構(gòu)；結(jié)合衍射理論，掌握相干合束效果的評價方法。理解多光束相干合束的相位控制原理，熟悉影響控制效果的因素；理解大氣傳輸對相于合束遠場光斑的影響效果，了解利用遠場光斑回波強度控制相位提升合束效果的方法；學習高能光纖激光相于合束在科學技術(shù)以及國防領(lǐng)域中的應用分析方法。教學內(nèi)容：多路光纖激光相干合束原理實驗；多路光纖激光排布與控制相干合束實驗；多路光纖激光相干合束大氣傳輸實驗。重點難點：多路光纖激光相干合束原理5.光的偏振及其應用虛擬仿真實驗教學要求：掌握自然光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光以及橢圓偏振光等概念，理解布儒斯特定律和馬呂斯定律，掌握偏振分光棱鏡、偏振片、四分之一波片、二分之一波片、索里爾-巴比涅相位補償器的設(shè)計原理、功能和作用，理解溶液旋光性以及偏振3D成像的原理。教學內(nèi)容：偏振光綜合實驗；偏振光的應用探究實驗。重點難點：自然光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光以及橢圓偏振光等識別與理解。6.X射線衍射及結(jié)構(gòu)相變原位表征虛擬仿真實驗項目教學要求：了解X射線的發(fā)現(xiàn)及其在物理、材料科學、醫(yī)學等領(lǐng)域的重要應用;了解X射線衍射儀(德拜照相、粉末衍射、旋轉(zhuǎn)單晶)的基本構(gòu)造及主要參數(shù)調(diào)節(jié);掌握X射線產(chǎn)生過程及其探測晶體結(jié)構(gòu)的基本原理。教學內(nèi)容：X射線在晶體中的衍射原理；X射線衍射測試晶體結(jié)構(gòu)實驗原理。重點難點：X射線在晶體中的衍射原理。思政元素：通過講解當前我國科學儀器的發(fā)展與國際先進實驗儀器的差別，對學生進行創(chuàng)新創(chuàng)造教育。五、課內(nèi)實驗內(nèi)容及要求5.1課內(nèi)實驗內(nèi)容及要求表3課內(nèi)實驗內(nèi)容及要求序號教學類型教學內(nèi)容教學要求1工業(yè)化單晶硅太陽電池制備工藝優(yōu)化虛擬仿真實驗工業(yè)化單晶硅太陽電池制備工藝優(yōu)化實驗原理與操作了解半導體材料基本原理以及單晶硅太陽電池工作原理;理解現(xiàn)代工業(yè)化單晶硅太陽電池制備設(shè)備結(jié)構(gòu)以及基本操作;掌握制備工藝原理及優(yōu)化工藝參數(shù)的方法:掌握單晶硅太陽電池制備基本流程;掌握影響單晶硅太陽電池性能主要指標與測試技術(shù)。2紫外高速激光直寫光刻系統(tǒng)虛擬仿真實驗紫外高速激光直寫光刻機的基本工作原理和直寫操作方流程和方法。了解紫外高速激光直寫光刻機的基本工作原理和直寫操作方法；理解紫外高速激光直寫光刻工藝的全過程；掌握無膜光刻實驗過程中的安全案項和關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置，為真實的光刻實驗提供優(yōu)化的參數(shù)，指導實際的實驗操作，實現(xiàn)虛實結(jié)合。3光鑷原理及應用虛擬仿真實驗傳統(tǒng)光鑷系統(tǒng)搭建與測試；光纖光鑷系統(tǒng)搭建與測試。了解激光束的基本特性;了解光纖光鑷的構(gòu)建原理;理解光鑷捕獲力的測定方法;掌握光鑷形成的基本原理;掌握構(gòu)成光鑷系統(tǒng)的多種光學儀器和器件的功能及特性;掌握光鑷對微觀粒子的操作功能和方法;培養(yǎng)知識應用能力、綜合實踐能力、思維判斷與分析能力、跨學科思維能力、對新技術(shù)的學習能力;4光纖激光相干合束虛擬仿真實驗多路光纖激光相干合束原理實驗；多路光纖激光排布與控制相干合束實驗；多路光纖激光相干合束大氣傳輸實驗。了解光纖激光合束原理和合束裝置結(jié)構(gòu)，了解利用遠場光斑回波強度控制相位提升合束效果的方法；理解多光束相干合束的相位控制原理，熟悉影響控制效果的因素；理解大氣傳輸對相于合束遠場光斑的影響效果；學習高能光纖激光相于合束在科學技術(shù)以及國防領(lǐng)域中的應用分析方法；掌握光的遠場衍射與相干疊加原理及應用；結(jié)合衍射理論，掌握相干合束效果的評價方法。5光的偏振及其應用虛擬仿真實驗偏振光綜合實驗；偏振光的應用探究實驗。了解布儒斯特定律和馬呂斯定律；理解溶液旋光性以及偏振3D成像的原理；掌握自然光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光以及橢圓偏振光等概念，掌握偏振分光棱鏡、偏振片、四分之一波片、二分之一波片、索里爾-巴比涅相位補償器的設(shè)計原理、功能和作用。6X射線衍射及結(jié)構(gòu)相變原位表征虛擬仿真實驗項目X射線在晶體中的衍射原理；X射線衍射測試晶體結(jié)構(gòu)實驗原理。了解X射線的發(fā)現(xiàn)及其在物理、材料科學、醫(yī)學等領(lǐng)域的重要應用;理解X射線衍射儀(德拜照相、粉末衍射、旋轉(zhuǎn)單晶)的基本構(gòu)造及主要參數(shù)調(diào)節(jié);掌握X射線產(chǎn)生過程及其探測晶體結(jié)構(gòu)的基本原理。5.2教學文件及教學形式教學文件：自編《實驗指導書》。教學形式主要包括：預習、課堂指導與實驗操作、撰寫實驗報告。實驗報告學生自擬。實驗報告包括：描述實驗目的、實驗用設(shè)備及工具，詳細敘述實驗步驟，要有完整的實驗數(shù)據(jù)或用圖表表示的實驗結(jié)果，總結(jié)實驗中出現(xiàn)的問題及解決方法。六、課程學時分配表4課程教學安排表序號教學內(nèi)容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1工業(yè)化單晶硅太陽電池制備工藝優(yōu)化虛擬仿真實驗科學精神培養(yǎng)、職業(yè)教育2682紫外高速激光直寫光刻系統(tǒng)虛擬仿真實驗培養(yǎng)學生愛國主義精神1343光鑷原理及應用虛擬仿真實驗培養(yǎng)學生精益求精的大國工匠精神39124光纖激光相干合束虛擬仿真實驗2685光的偏振及其應用虛擬仿真實驗2686X射線衍射及結(jié)構(gòu)相變原位表征虛擬仿真實驗項目創(chuàng)新教育268合計123648七、課程考核與成績評定考核環(huán)節(jié)包括實驗表現(xiàn)和實驗報告，其中實驗表現(xiàn)占總成績的60%，實驗報告占總成績的40%?？己思殑t如下。表5成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則實驗表現(xiàn)（60）60無遲到、早退現(xiàn)象，態(tài)度端正，與同組同學配合認真完成實驗電路硬件連接及調(diào)試，實驗結(jié)束后，按要求整理工作臺。45有遲到、早退現(xiàn)象或?qū)嶒炦^程不夠認真。25有遲到、早退現(xiàn)象且實驗過程不認真。10有遲到、早退現(xiàn)象，實驗過程不動手，渾水摸魚。0曠課實驗報告（40）40有完整正確的實驗原理圖，實驗過程敘述內(nèi)容完整，正確記錄實驗數(shù)據(jù)，圖形繪制清晰合理，結(jié)論正確，書寫認真。30有實驗原理圖，實驗過程敘述內(nèi)容較完整，正確記錄實驗數(shù)據(jù)，圖形繪制清晰較合理，結(jié)論正確，書寫較認真。20實驗過程敘述內(nèi)容較完整，記錄實驗數(shù)據(jù)的有錯誤，圖形繪制不夠清晰，結(jié)論不準確，書寫不夠認真。10實驗過程敘述內(nèi)容較完整，記錄實驗數(shù)據(jù)的有錯誤，沒有繪制相關(guān)圖形曲線，無結(jié)論分析，書寫不夠認真。0沒有提交實驗報告。八、課程評價與持續(xù)改進8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設(shè)置達成情況目標值，采用成績分析法進行評價。課程達成評價根據(jù)光電信息科學與工程專業(yè)課程達成評價方法進行計算，評價結(jié)果用于持續(xù)改進。光電系負責人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進措施