研究性學習在固體物理教學中的探索與實踐

摘要：科學技術的迅猛發展對固體物理課程教學提出了現代化改革的迫切要求，固體物理教學必須適應學科快速發展和學生培養目標的新要求。“研究性學習”能最大程度地發揮學生的學習積極性，促進其創造性的發揮，增強其實踐創新能力，已成為當今國內外基礎教育課程改革的一個熱點。

關鍵詞：固體物理 研究性學習 研究熱點

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0194-01

該文結合固體物理學本身的教學內容以及相關研究熱點，談談自己在教學實踐中將學科前沿發展動態融入“研究性學習”的一些體會，以求拋磚引玉，促進該課程教學的發展。

1.教學內容的組織與優化

根據課程內容的重要性和安徽大學物理與材料科學學院學科發展特點，我們在教學時，抓住課程主線，集中講授核心內容，略掉枝節，并不做到面面俱到。我們將課程內容所有知識點按不同的特點細化為三層。

1.1精華知識層

這一層次的知識是固體物理學最基礎、最重要的知識。我們精心設計教學案例，以引人入勝的提出問題的方式引導學生對核心知識點進行思考，探究，進而在課堂上精講，總結。如，在簡單介紹完“多晶體是由許多晶粒構成，品粒之間的交界處稱為晶界，人們習慣上把晶界看作缺陷，而視完整晶體為主體”這一概念后，引導學生反向思考“如果晶界為主體，而小的晶粒所占比例較小，即：缺陷占相當大比例的材料”將會是怎樣呢？并就此布置學生通過學校圖書館電子文獻資源調研納米固體材料，組織一節課時間的學術沙龍。通過這種方法，引入前沿課題不僅能夠啟迪學生的創造性思維，而且可以培養學生反向思考問題并進行學術交流的能力。再比如在講授金剛石晶體結構時，引入碳納米管、石墨烯這一當前研究熱點，調動學生探討碳的各種同素異形體及其相關應用。

1.2拓展知識層

這一層次知識的傳授以課堂教學為輔，案例思考，課程論文為主的形式進行傳授。學生在課堂上聽了老師的講解后，引導其在課下就自己感興趣的問題通過文獻調研、學術沙龍的形式向更深或更廣的層次學習。如在講授晶體熱膨脹非諧效應時以為什么水泥地面中間總是有一道道空隙間隔為出發點，引導學生思考熱膨脹現象，培養學生發現問題的能力。通過簡諧晶體勢函數展開非諧項的引入培養學生分析問題和解決問題的能力。最后，通過當前科研熱點“零熱膨脹材料和負熱膨脹材料”概念的引入，培養學生調研文獻和將所學理論應用實踐的能力精神。

1.3自主學習知識層

學生在學習了第一層的精華知識后，完全有能力在此基礎上自學相關內容。一方面培養了學生自主學習知識的能力，另一方面，節約了課時，保證了精華知識層和拓展知識層次的學習時間。

2.教學形式的革新及綜合應用

（1）啟發式教學：知識點在講解時以一串環環相扣的問題為線索，當這一串問題都被解決后，知識點就成功地被學生掌握了。比如傳授能帶的形成時，與孤立原子的分離能級相對比，以晶體的成鍵作用如何影響其能級簡并度為出發點，引入緊束縛近似理論，討論其對能帶的影響。進而引入當前科研熱點：“金屬絕緣體轉變”，以虛擬實驗金屬鈉晶體膨脹情形下，其電導率隨品格常數a的變化規律為討論對象，分組討論如何應用緊束縛近似理論加以處理。

（2）案例教學：選取符合知識點應用要求的、貼近生活與技術發展的、學生感興趣的案例，師生共同分析、討論，從而提高學生的分析問題能力與知識應用能力。比如課程體系講授到品格常數時，引入聚苯乙烯微球人工微結構概念和半導體超品格概念（超品格和微結構是比實際晶體的品格常數大的人造品格），并要求學生就相關概念進行文獻分組調研，PPT制作，下次課程時間面向同學進行介紹。相比以前老師直接給學生舉例的教學方式，案例教學法激發了學生的學習熱情，使學生成為學習的主人、課堂的主角，課堂氣氛生動活潑。

（3）綜合性課題研究：結合固體物理學當前學科發展前沿，布置相關課題文獻綜述，如石墨烯，金屬氫，Mort絕緣體，左手材料等要求學生以研究小組為單位申請相關課題，運用所學知識，結合文獻調研進行研究。組長負責好組內分工，每位學生要有明確的任務，小組成員團結協作，共同完成任務，制作好PPT，并在課堂上各組代表展示本組研究成果，小組間提問交流，老師對設計成果進行評價。學生通過綜合性課題研究，提高了利用所學知識解決實際問題的能力，激發了創造力，促進了學生間的交流與協作，加強了口頭與書面表達能力，提升了學生的綜合素質。

3.研究性教學實踐體會與心得

3.1教師角色的轉變

研究性教學以學生為主體，教師的主要任務不再是向學生灌輸知識，而應把大量精力用在研究性教學方法的研究、研究性教學的設計與組織上。課程教學要以教師啟發引導、學生小組討論，課程論文撰寫等形式進行。

3.2充分利用本學科的優勢

教師應利用好所在學科的優勢，將該優勢與固體物理的教學有機結的結合起來。例如，x射線衍射是一種非常重要的材料研究方法，該課程的基本理論正好是固體物理的晶體結構部分。因此，固體物理教學時，可以結合x射線衍射實驗，學生不但學到了理論知識，通過親自實驗，大大加深了對晶體結構的感性認識，同時也提高了學生的觀察能力、動手能力和分析問題的能力。

3.3課程教學內容的選擇與組織

因課程教學時間上的限制，教師應安排組織好課堂教學內容，課程大綱上的教學內容絕對不可以面面俱到，以保證精華知識層在研究性教學上的實施。同時，固體物理學學科發展一日千里，相關研究熱點非常之多，教師在課程教學實施過程中，應選擇好接入點，以有利于新舊內容之間的聯系、區別和發展，使學生對所學的固體物理知識能理解、鞏固和應用為主。最后相關研究熱點不可過多引入，以防喧賓奪主。