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1、微流控芯片技术课程教学大纲一、课程简介二、课程目标课程中文名微流控芯片技术课程英文名Microfluidic chip technology课程代码412W08A课程学分3总学时数51课程类别口通识课程 口学科基础课 国专业课 口实验实践课 口其他课程性质必修团选修口其他课程形态口线上因线下口线上线下混 合口其他考核方式口闭卷口开卷口一页开卷口面试口口试口答辩团论文 报告 大型作业 口课程作品其他开课学院物理科学与技术学院开课基层教 学组织微电子系面向专业微电子开课学期4.1学期课程负责人审核人先修课程大学物理后续课程无课程网址课程简介微流控芯片技术从微流控领域的前沿出发，介绍了目前颇受关注且
2、应 用广泛的数字微流控技术，主要包括数字微流控技术简介、数字微流控液 滴驱动理论、数字微流控芯片的加工工艺、数字微流控硬件控制系统和数 字微流控技术的应用等内容。编写过程中，力求做到内容的系统性、科学 性、先进性、新颖性和实用性，在讲述经典理论和方法的同时，注重介绍 各种方法的应用实例。本课程的基础是普通物理、数学物理方法、热力学 与统计物理和量子力学，是微电子专业、半导体物理等专业课程的先修课 程，也是今后从事研究工作的基础。（英文）微流控芯片技术是微电子、物理及其相关专业的一门专业选修课程，也 是一门前沿科学课程，在专业课程体系中起承前启后的作用。课程主要以数字微 流控芯片的基本工作原理为
3、基础，使学生深刻理解微流控芯片的构成，以及使用 基本元器件设计功能性的芯片结构；在了解微流控芯片的新技术与发展趋势的同 时，结合国家建设和民族复兴的新时代背景，增强学生家国情怀与文化自信，激 发学生使命感和责任心。通过理论教学和实践活动，达到以下课程目标：表1课程目标序号具体课程目标课程目标1具备基本的科学素养，及时了解关于数字电路的新技术和发展趋势，及时掌握 国家相关方面的科技战略需求，树立强烈的爱国主义使命感与责任心。课程目标2培养我国建设所需的高层次、综合性、有创新基础和能力的人才。尤其是技术 高新微电子技术的专业人才。课程目标3使学生了解微流控芯片技术的基本功能与设计，掌握主要微流控模
4、块的设计与 组装。课程目标4使学生联系所学知识，具有一定的创新能力。课程目标5使学生具有能应用所学知识来开发与设计新的功能元器件的基本素质。课程目标6了解交叉学科的基本知识，灵活运用所学知识。三、 课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对计算机科学与技术专业毕业要求指标点的支撑情况如 表2所示：表2课程目标与毕业要求对应关系四、课程目标与教学内容和方法的对应关系毕业要求指标点课程 目标毕业要求1:科学知识掌握系统的微流控芯片 基础知识，能够向新材料、微电子、计算机、 医学、航天、航空、环境、能源、生物技术和 农业等诸多领域渗透。1-2能够初步了解微流控 芯片相关的基础知识与应 用1,2,3
5、毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科 学和工程科学的基本原理，对微流控芯片相关 领域的复杂工程问题进行识别、表达和分析， 并通过文献查阅与研究获得有效结论。2-1能够应用数学、自然科 学和工程科学的基本原理 识别、表达微流控芯片相关 领域的复杂工程问题。2,3毕业要求3：初步了解常用的微流控芯片3-1能够设计使用基础的微2,3流控芯片。毕业要求4：能够掌握大部分简单的微流控芯片 原理以及应用。4-1能够了解和掌握上述扩 展功能。2,3,4毕业要求5：沟通：具备一定的国际视野和跨文 化沟通能力，能够就专业领域的复杂工程问题 与业界同行及社会公众有效沟通，包括文字表 达和语言交流。5-1对微
6、流控芯片国际研 究前沿有初步了解,能够就 微流控芯片与业界同行及 社会公众进行有效沟通和 交流。123,4,5,6表3课程目标与教学内容、教学方法的对应关系教学内容详细内容与要求教学方法课程目标1.数字 微流控技术简介（1）教学内容： 1.1概述 1.2数字微流控技术的起源 数字微流控技术的定义 数字微流控技术的萌芽 数字微流控系统概念的提出 1.3数字微流控技术的平台竞争力 1.4数字微流控技术的发展 数字微流控形式的发展 数字微流控操纵方法的发展 数字微流控应用的发展 1.5小结（2）教学重点：微流控技术的定义，与数字微流控应 用的发展。（3）教学难点：微流控芯片的概念，模型。（4）教学要
7、求：能够分辨微流控芯片的种类和特性。 思政融合点1:我国的微流控芯片发展情况，国际的 发展情况，我们的优势有哪些，缺点有哪些。同学们 对于探索先进的微流控技术兴趣培养的途径有哪些。 国家对于新型微流控技术的需求与同学们目前能做的 工作有什么关联。课堂讲 授、视频 学习、提 问、课后 自学、文 献查阅12.数字微流控液 滴驱动理 论（1）教学内容： 2.1表面润湿 2.2表面张力及其调控 表面张力 表面张力的调控 223介电润湿现象 2.3介电润湿的基本理论 基于热力学的介电润湿理论模型 基于电力学的介电润湿理论模型 2.4接触角饱和与迟滞 接触角饱和课堂讲 授、视频 学习、提 问、课堂 练习、
8、课 后实践2 接触角迟滞 2.5基于介电润湿的四种基本操纵 微液滴输运 微液滴合并 微液滴分裂 254微液滴生成机理 2.6小结(2)教学重点：表面张力以及表面浸润，接触角的定 义。(3)教学难点：介电润湿理论(4)教学要求：本章首先介绍有微流控驱动理论的一 些基本概念和术语，然后给出常用的驱动方法。此外， 还将具体讲述微液滴相互作用的原理和方法。思政融合点2：我国的微流控芯片发展贡献情况，是 否有新的想法利用微流控技术应用于生活生产，使国 内的微流控技术水平优先于国际，为国家发展做出自 己的贡献，也为实现自己的报国梦想。3.数字 微流控芯 片的加工 工艺(1)教学内容： 3.1数字微流控芯片
9、的整体结构 3.2数字微流控芯片的基本组成 基底材料 电极层材料 介质层材料 疏水层材料 3.3数字微流控芯片的制作 玻璃基底芯片的制作 印刷电路板基底芯片的制作 上板的制作 3.4小结(2)教学重点：介绍微流控芯片的加工工艺。首先介 绍微流控芯片的基本组成，然后介绍微流控芯片的各 部分材料。(3)教学难点：微纳加工方法的掌握，其中涉及到大 量的制备技术。(4)教学要求：使同学们理解微流控芯片的加工步骤， 加工材料，加工设备等。课堂讲 授、视频 学习、提 问、课堂 练习、案 例分析设 计1354.数字 微流控硬 件控制系 统(1)教学内容： 4.1数字微流控仪器 数字微流控仪器的发展 商业化数
10、字微流控仪器 4.2数字微流控芯片 数字微流控芯片的结构形式 数字微流控芯片的电极设计课堂讲 授、视频 学习、提 问、课堂 练习、文 献查阅、 课堂讨论1,3,4,5,6 4.3数字微流控接口 接触式引线 弹簧顶针 4.4小结(2)教学重点：主要讲述微流控芯片的控制系统及其 设计。(3)教学难点：数字可控微流控芯片的数据接口(4)教学要求：在讨论数字微流控芯片的结构形式上， 讲解它们的微流控接口、电极设计、触式引线、弹簧 顶针等，为以后的学习及实际使用打下必要的基础5.数字 微流控技术的应用(1)教学内容： 5.1数字微流控在生物分析中的应用 生物黏附 免疫分析 核酸分析 蛋白分析 细胞研究
11、5.2数字微流控在化学中的应用 基于数字微流控的化学分析 基于数字微流控的化学合成 5.3数字微流控技术应用总结与展望(2)教学重点：重点介绍微流控芯片的各类检测分析 应用。在此基础上，介绍常用的微流控芯片在生产生 活中的使用情况。最后介绍基于数字微流控的化学分 析和合成。(3)教学难点：现实情况下微流控芯片的受限程度大， 分类广泛，条件要求高，需重点整理几个典型的微流 控芯片技术。(4)教学要求：使学生能够知道微流控芯片在各种分 析手段中的使用，并了解微流控芯片的优势和不足之 处。思政融合点3：高新技术与基础科研技术对当代大学 生的发展影响，使大学生树立正确的科学价值观，确 立科学奋斗目标，
12、为国家科学技术发展做出贡献。课堂讲 授、视频 学习、提 问、课堂 练习、文 献查阅、 课堂讨论1,3,5五、学时分配各章节的学时分配如表4所示。表4学时分配表教学内容讲课 时数实验 时数实践 学时内机数 课上时课外 上机 时数自学 时数习题 课论数 讨时1.数字微流控技术简 介32 .数字微流控液滴驱 动理论63.数字微流控芯片的 加工工艺124.数字微流控硬件控 制系统65.数字微流控技术的 应用15合计51总计课内51学时六、课程学生成绩评定方法1.课程考核与成绩评定方法该课程考试方式为论文。该课程采用形成性评价与终结性评价相结合的评价 方法，学期总评成绩使用百分制评定，由两部分构成：平时
13、成绩，占比50%；期 末论文，占比50%。平时成绩包含课程思政实践（占5%）、课后作业、出勤、课堂练习、课堂互 动、课堂讨论、小组展示、课后实践、文献阅读报告等等。期末考核为闭卷考试，试卷主要题型有填空题、选择题、计算分析题等。各部分的具体评价环节、关联课程目标、评价依据及方法和在总成绩中的占 比，如表5所示。表5课程考核与成绩评定方法七、教学资源成绩 构成考核项目考核关联的 课程目标考核依据与方法占总评成 绩的比重平 时成 绩课程 思政实践1根据教学思政元素，通过QQ讨论、 课堂小组讨论、报告等多种形式，考查学 生的核心价值观状况等进行考核（五级 制）。5%自学2, 3, 4根据课程安排完成
14、规定的自学任务 和测验（五级制）。占比不超过10%。可根 据情况进 行安排，至 少包含3 项，共计占 比45%课后 作业2, 3, 4每次作业单独评分，根据作业质量给 出批阅成绩（五级制），折算为百分制后， 计算平均得分；占比不超过20%。出 勤无故旷课者，每旷一次课扣20%的出 勤成绩，扣完为止。占比20%。申请自学 +辅导免于考勤。报告2, 3, 4根据情况，进行不少于1次的课堂报 告。占比不超过20%。课堂 综合表现1, 2, 3, 4主要包括上课状态、互动交流、课堂 练习等；占比不超过20%成绩 构成考核项目考核关联的 课程目标考核依据与方法占总评成 绩的比重平 时成 绩课程 思政实践
15、1根据教学思政元素，通过QQ讨论、 课堂小组讨论、报告等多种形式，考查学 生的核心价值观状况等进行考核（五级 制）。5%期 末考 试论文1, 2, 3,4, 5, 6论文成绩50%总评成绩1, 2, 3,4, 5, 6时成绩*50%+论文成绩*5。100%表7课程的基本教学资源八、 课程目标达成情况评价资源类型资源教材数字微流控技术及其应用 杨朝勇等科学出版社2020年参考书籍 或义献微流控芯片中的流体流动 李战华，吴健康，胡国庆，胡国辉著科学出版社 2014课程网址无课程文档无在课程结束后，需要对每一个课程目标（含思政课程目标）进行达成情况进 行定性和定量评价，用以实现课程的持续改进。其中课
16、程目标达成情况的定量评 价算法如下：1、使用教学活动（如课程思政实践、课后作业、课堂练习、单元测验、实 验验收、演讲、课堂讨论、互动、阅读报告、大作业等等）成绩或期末 考试部分题目得分率作为评价项目，来对某个课程目标进行达成情况的 定量评价；2、为保证考核的全面性和可靠性，要求对每一个课程目标的评价项目选择 超过两种；3、根据施教情况，评价项目可以由教师自行扩展，权重比例可以由教师自 行设计；4、对某一个课程目标有支撑的各评价项目权重之和为1；5、使用所有学生（含不及格）的平均成绩计算。课程分目标达成度计算公式如下（参照教学计划，本课程分目标一共有4个）:4个）:5i=ai*A/100+Xi*
17、B/100(i = 14)其中：A、B分别对应平时考核和期末考核的平均成绩（百分计）；各考核环节分 目标权重系数如下表：分目标序号平时考核分目标权重系数Cti期末考核分目标权重系数为目标1（思政）0.90.1目标2 （知识）0.40.6目标3（能力）0.50.5目标4（素质）0.70.3注：平时考核、期末考核分别占40%和60%。课程总目标达成度计算公式如下：3=23=81*31+2*32其中，本课程支撑的分目标权重系数&如下表：分目标目标1目标2目标3目标4i0.10.50.30.1注：支撑课程目标考核材料清单：平时成绩记录表1份（包括：出勤和课堂表现情况、课后作业情况、平时测验成绩、自学成绩等）；试卷n份；期末总评成绩单2份；成绩分析报告1份（试卷分析；题型；课程目标；权重系数）;期末空白A、B卷及答案2份；课程目标达成度评价表1份。九、说明本课程大纲自2019级开始执行，生效之日原先版本均不再使用。