《固體物理學》教學改革探索

孫科偉

【摘要】本文從理工科學生的實際情況出發(fā)，結合固體物理學課程的特點，介紹了在教學內(nèi)容、教學方法等方面所做的一些改革。

【關鍵詞】固體物理 教學改革 教學模式

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）01-0178-02

固體物理學是研究固體的性質(zhì)、它的微觀結構及各種內(nèi)部運動，以及這種微觀結構和內(nèi)部運動同固體的宏觀性質(zhì)的關系的學科。它是物理學中內(nèi)容較豐富及應用較廣泛的分支學科之一。固體物理學主要包括了晶體結構、固體的結合、晶格振動、能帶理論、外場下晶體中電子的運動、金屬電導論、半導體電子論等基本內(nèi)容。其涉及到晶體結構學、大學物理、熱力學及統(tǒng)計物理和量子力學等許多學科的相關知識，是一門理論性很強的課程。本文主要從固體物理學在面向杭州電子科技大學應用物理及電子信息專業(yè)學生的培養(yǎng)要求及特點，結合作者在講授固體物理學的一些心得和體會，在教學內(nèi)容、教學方法手段等方面提出了一些教學改革的新探索及新措施。

1.教學改革思路

傳統(tǒng)的教學模式都是以教師為主體，學生只能被動地接受知識，往往就失去了學生在學習中的主體地位，造成他們的思維模式單一、狹窄、閉塞，缺乏獲取知識的自主性能動性和創(chuàng)造性。為了實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型應用型人才的目的，貫徹新的教學理念，在教學中不僅需要發(fā)揮學生的主體作用，也要充分發(fā)揮教師的主導作用。在多次的固體物理學的教學工作中，作者通過教學反思逐漸形成了一些新的教學改革思路，同時利用我校網(wǎng)絡教學平臺實踐了一些教學內(nèi)容、教學方法的改革新措施，具體包括：1）課程內(nèi)容體系結構改革創(chuàng)新；2）教學組織創(chuàng)新；3）教學方法創(chuàng)新。

2.教學內(nèi)容改革

近年來，我校固體物理課程作為必修的基礎理論課學時為48學時，要在有限的時間內(nèi)完成所有的教材內(nèi)容是不可能的。因此，必須根據(jù)我校兩個專業(yè)學生的培養(yǎng)要求精選課堂上應講授的內(nèi)容。首先是教材選擇上，國內(nèi)外已經(jīng)有大量經(jīng)典教材，作者經(jīng)過比較選擇了比較精簡的教材，即黃昆編著北京大學出版社出版的教材《固體物理學》，同時以黃昆原著韓汝琦改編，高等教育出版社出版的《固體物理學》為主要的參考教材。

在固體物理學本科教學內(nèi)容上，分為基本內(nèi)容及選修內(nèi)容兩個部分：

（1）基本內(nèi)容主要包括6個章節(jié)，即晶體的幾何，晶體的結合，晶格振動和晶體熱學性質(zhì)，能帶論，金屬電子論。

（2）選修內(nèi)容包括：相圖，晶體中的缺陷和擴散，半導體電子論，固體磁性，超導電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律。

基本內(nèi)容主要在課堂里通過多媒體教學進行授課。這樣在授課過程中能保證有足夠的時間用于物理模型、數(shù)學推導及物理意義上的分析討論。

對于選修內(nèi)容則主要利用我校網(wǎng)絡教學平臺上傳了相應的多媒體課件及課程視頻，學生可以根據(jù)個人專業(yè)或興趣愛好選擇一個部分自我學習，比如電子信息專業(yè)學生，可要求其完成半導體電子論有關章節(jié)的自學。另外，作者也補充了一些閱讀材料，其包括一些有趣的物理學史及與固體物理學科相關的科研前沿知識，比如在“超導電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律”補充了最近超導科學領域由中國科技大學陳仙輝教授等人完成的系列成果“鐵基高溫超導”等。通過補充材料的閱讀，可以讓學生了解科學發(fā)展規(guī)律的一些共性，掌握一定的科學研究方法，鍛煉其科學思維觀。

3.教學方法改革

（一）教學組織創(chuàng)新。傳統(tǒng)的教學組織方法，主要是教師講授，學生被動接受知識的形式。這樣往往不利于調(diào)動學生的自主學習及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對這種情況，作者嘗試增加師生互動環(huán)節(jié)。在我校的網(wǎng)絡教學平臺中的學習交流欄目給出一些章節(jié)的思考題，主要考察學生對物理本質(zhì)問題的掌握情況。學生也可在學習交流欄目提出自己的疑難問題，教師及其他學生都可以對此做相關解答。這樣不僅有效地提高了師生互動，也增強了學生獨立思考的能力。

（二）教學方法創(chuàng)新。作者嘗試小范圍引入MOOC課程的教學模式。例如選擇教材中“三維周期場中的電子運動”這一小節(jié)錄制了授課視頻，并利用我校網(wǎng)絡教學平臺上傳了相應的視頻及授課的多媒體課件。由于此前已經(jīng)在課堂上完成了“一維周期場中電子運動的近似分析”的詳細授課，學生對此類問題的處理方法及推導已掌握，完全可以進一步通過網(wǎng)上視頻及學習資料自己獨立完成相關小節(jié)的學習。同時留出約一個課時的時間要求學生根據(jù)學習內(nèi)容研究討論三維系統(tǒng)與一維系統(tǒng)電子運動的不同之處，需要注意哪些新問題。最后，再由教師進行總結?？梢宰寣W生在完成“任務”的過程中，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生獨立探索及合作精神。

4.結束語

對本科生開設的固體物理課程，不僅需要教師教授相關物理概念和知識，還要注重學生獨立思考能力的培養(yǎng)。在教學內(nèi)容上，加入一些物理學史及輔助的閱讀材料可以讓學生了解學科發(fā)展及前沿的一些進展，增加學生視野并激發(fā)學生的學習興趣。在教學方法上，通過組織創(chuàng)新和方法改進，引入師生互動環(huán)節(jié)和一些新出現(xiàn)的較為先進的教學手段，如MOOC課程的教學模式等，可培養(yǎng)學生的學習主動性，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識?？傊?，以學生為主體，堅持以學生為本，不斷改革才能達到提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

參考文獻：

[1]張國光，李琴.固體物理課程教學探索[J].江西化工，2014（02）.

[2]張淑華.教學改革研究與實踐[M].化學工業(yè)出版社，2007.