《固体物理》课程思政教学案例-理学院

开课学院：理学院制作人：王东洋

课程名称	固体物理	授课对象所属专业	微电子科学与工程
课程类型	专业课	开课年级	22级
课程性质	理论课	课程总学时	48

一、课程简介（300字左右）

《固体物理》是物理相关专业的基础课，它融汇了普通物理、热力学统计物理、量子力学和晶体学等多学科的知识、比较广泛地反映了凝聚态物理的主要领域的内容。其基本任务是阐述晶体结构、固体结合规律、晶体中的原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其有关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理本质。使学生学完本课程后对凝聚态物理的全貌有一个基本的和概括的了解, 以适应以后微电子相关的工作、科研需要或为以后的进一步学习相关专业课程奠定必要的理论基础。

二、案例基本信息

1.案例名称：科学巨匠，家国情怀——黄昆和黄昆方程

2.对应章节：3-5离子晶体的长光学波

3.课程讲次：第12讲次

三、案例教学目标

深厚的家国情怀、开拓的创新精神

四、案例主要内容

3–5 离子晶体的长光学波

长光学波的宏观方程：黄昆方程

五、案例教学设计

（1）问题创设：大家知道这个公式里面的提到的黄昆是哪个国家的？有人了解他是谁吗？

（2）事件导入：这张就是黄昆的照片，如果大家留意的话会看到我们用的《固体物理学》这本书就是黄昆原著的，而黄昆方程里面的黄昆指的就是他。

黄昆（1919年9月2日—2005年7月6日），浙江嘉兴人，世界著名物理学家、中国固体物理学和半导体物理学奠基人之一。荣获2001年度国家最高科学技术奖。黄昆提出了“黄方程”和“声子极化激元”的概念，与李爱扶共同提出多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论，被称为“黄—里斯理论”，和玻恩合著的《晶格动力学理论》是该科学领域的权威理论等等，这些开拓性成果推动了新分支学科的诞生，奠定了黄昆在固体物理学领域举足轻重的地位。

（3）故事导入：抗战时期，在西南联大读书时，天资出众的杨振宁、黄昆和张守廉并称物理系的“三剑客”。那时候环境宽松，黄昆和杨振宁常相约而行，在昆明的小街上，走进一家茶馆，在角落处找到一张茶桌，相对而坐，冲一壶茶。如果没有课，会坐上一整天，各人看各人的书，各自做各自的题。有问题了，就相互讨论；有不同见解，就争个面红耳赤。黄昆、杨振宁两人是西南联大有名的才子，但两人的学习风格各异，他们经常会因为一些物理题而进行争论。据杨振宁回忆说：他科研的灵感都来自他和黄昆在学校时的争论。黄昆也表示和杨振宁进行学术交流是一件非常享受的事情，在杨振宁跳跃的思维里他学到了很多东西。

黄老不仅在学术上有着杰出的贡献，他的爱国主义也是很值得我们学习，在1951年，完成书稿后，黄昆就一直想动身回国，在收到恩师的邀请信后，他马上就收拾了行李，启程回到了祖国的怀抱。回国后，黄昆在北大物理系待了26年。在这26年间，黄昆为我国培养200多名半导体专业生，大力发展了我国半导体学科。黄昆一直想推动我国科学发展，在教书期间还投身于半导体研究当中。他不仅参与了我国科学发展规划方案的制定，给出固体能谱研究的专业性建议，推动了我国半导体技术蓬勃发展。国际上说：中国搞半导体的，都是黄昆的徒子徒孙！“渡重洋，迎朝晖，心系祖国，傲视功名富贵如草芥；攀高峰，历磨难，志兴华夏，欣闻徒子徒孙尽栋梁”。这是北京大学物理系师生在他70华诞时赠送的一幅对联，这38个字浓缩了黄昆的一生。学之大者，为国为民——这便是黄昆先生为物理学奉献一生的写照。

（4）情境导入：最近几年美国对中国的科技进行全面打压，华为因此遭到制裁，而其中最重要的就是芯片方面，这正是固体物理，半导体的领域，所以大家一定要向黄老学习，学习他的深厚的家国情怀和开拓的创新精神，为中国的伟大复兴努力奋斗。

（5）比较导入：

中国的芯片产业与世界先进水平之间存在显著差距，尤其是在芯片制造技术方面。具体来说：

设计方面：中国在芯片设计领域取得了显著进步，其中海思的芯片设计实力在全球范围内排名前三。中国的封测能力也非常强大，有3家企业进入世界前10名。制造方面：中国在芯片制造方面面临较大挑战，特别是在光刻、刻蚀、沉积、离子注入、清洗、氧化和检测等核心制造环节。这些环节的缺失导致中国在芯片制造领域与世界顶尖水平存在全方位差距。

EDA工具方面：虽然中国在EDA领域取得了进展，但与世界领先的EDA产业体系相比，仍存在一定差距，特别是在核心技术、创新能力和国际市场份额方面。

整体产业链方面：中国在半导体设备、材料、芯片设计、存储芯片等方面与世界领先水平存在差距。例如，美国在半导体设备市场占据主导地位，而中国在该领域的市场份额相对较小。

技术水平方面：中国在芯片制造技术上远远落后于国际巨头，例如，中国在2013年才刚刚达到40nm工艺的批量生产，而美国在2013年已经发展到了5代工艺。

总体而言，虽然中国在某些领域取得了显著进步，但在芯片产业的整体规模、技术水平和全球竞争力方面，与世界先进水平相比仍存在较大差距。但是同学们不用怕，黄老用自己的曾经告诉我们：不要怕，一切只是时间问题！先辈从那个荒芜的年代走来，为我们留下了星星火种，后世也定会继承先辈精神和遗志，举全国之力，行鹏程万里！

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六、教学反思

本课程从黄昆方程知识点出发，探讨了世界著名物理学家、中国固体物理学和半导体物理学奠基人之一黄昆先生的一些重要科学工作以及爱国情怀，穿插其学习态度和逸事，使学生能在学习科学知识的同时，了解中国先辈的奋斗精神和爱国精神，鼓励他们向先辈学习。同学们普遍反响不错，积极互动程度很高，不断更新课程思政教学内容，为后续教学保留宝贵教学经验，不断总结提升课程思政教学效果。