材料學專業《固體物理》課程教學研究與探索

張子英等

【摘 要】《固體物理》是材料學科專業開設的一門重要基礎課程。根據高等學校《固體物理》課程的特點以及材料類專業的學生對學習這門課程的需求不同，作者結合自身的教學心得和體會，分別從材料學專業《固體物理》課程教學現狀、教學內容和教學方式等方面進行探討。

【關鍵詞】固體物理；教學改革；材料學

《固體物理》作為一門基礎性學科，受到了越來越多的重視[1-2]。作為連接基礎理論知識與實際應用技術的橋梁，它已經成為材料類專業學生必修的一門基礎課程。但傳統的《固體物理學》中有很多晦澀難懂的專業術語，復雜的圖形與空間變換以及繁瑣的理論推導，故而學習難度較大。學生學習《固體物理》時需完成《高等數學》、《熱力學與統計物理》和《量子力學》等先修課程的學習。由于材料學科特點和學生培養目標的不同，材料類專業的學生往往只學習一部分或者沒有學習這些先修課程，故而材料類專業學生學習《固體物理》時凡是涉及到一些嚴密的理論推導過程就會感到十分難懂，造成部分學生產生厭學情緒。針對材料類專業《固體物理》教學過程中出現的教師教學難，學生畏學這一現狀，本文從教學內容和教學方式等方面，對如何提高材料類專業《固體物理》的教學質量和促進學生綜合能力的培養方面提出了一些新的探討。

1 教學內容改革

《固體物理》教科書通常由兩大部分組成：第一部分為基礎部分。主要包括晶體結構、晶體結合、晶體的振動與熱力學性質、晶體的缺陷、能帶理論和金屬電子論等內容；第二部分為專業化部分。主要包括半導體、超導體、非晶固體和固體磁性等內容。其中基礎部分是各理工科院校講授的核心內容。對于材料類專業的學生來說，由于缺少《量子力學》與《熱力學與統計物理》方面的知識，系統學習《固體物理》有一定的困難，為了解決上述矛盾，我們在教學過程中對于《固體物理》內容主要實行以下改革措施：

（1）有選擇性的講授。對于《固體物理》各章節的內容講述要有詳有略，作到詳略得當。對于重點內容要精講，對于不太主要或者在其它課程中能學到的內容可以略講或不講。例如：在講述晶體的結合這部分內容時，材料類學生在學習《材料科學基礎》和《化學基礎課》過程中對于晶體的結合方式等內容都進行過系統學習，因此對這部分內容可以略講。在講解晶體的缺陷這部分內容時，學生在《材料科學基礎》課程中也學習過，對這部分內容就可以略講或者不講。

（2）重思想輕推導。對于有些章節的內容，不追求繁瑣的數學推導，更多的突出物理思想的傳達，對于某一個具體理論要重點講述它的建立過程與物理模型。物理模型盡量簡單，深入淺出，讓學生學會用《固體物理學》的方法去思考和處理問題。

（3）增加學科前沿內容。合理的補充與固體物理學緊密相連的凝聚態物理學和材料學最新的學術成就與進展，鼓勵學生積極參與或參觀學院相關老師的科研實驗，多聽相關的學術報告，讓學生了解最新的學術動態，培養他們對科學研究的興趣，為部分學生將來的繼續深造和終身從事科學研究事業奠定基礎。

2 教學方式的創新

長期以來，我國的大部分的教師都是采用傳統的教學模式，即老師一個人在講臺上講，學生在下面聽。這種模式固然有可取之處，但是對于現代大學生來說，這種教學模式未免顯得有些過于單調。現代的大學生喜歡新鮮事物，喜歡主動“出擊”，所以作為一名現代的大學老師，對學生應當“投其所好”，改變一下固有的思維與教學模式，使學生樂于接受所學的新知識，變被動學習為主動學習。我們采取具體做法是：

（1）啟發式教學。在教學過程中，教師的主要作用在于引導和啟發學生積極思考，尤其《固體物理》這類理論性較強的課程。如果學生僅僅限于在課堂上被“填鴨式”式的灌輸知識而不經過嚴密的思考與推理，很難深刻理解和掌握所學的內容。因此，就要求教師在授課過程中，適時的啟發學生去思考問題的來龍去脈，教會學生科學的思維方法，往往能達到事半功倍的效果[4]。

（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，從而提高學生分析問題能力與知識應用能力。比如課程體系講授到晶格常數時，引入聚苯乙烯微球人工微結構概念和半導體超晶格概念，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）實踐教學。《固體物理》是一門與實踐密切聯系的課程，在《固體物理》教學中，強調理論與實際的聯系，這樣可以激發學生學習的主動性、自覺性和創造性，使學生感到所學知識的用處和價值，由此可培養學生靈活應用所學知識解決問題的實踐能力。在《固體物理》的教學中，為了讓學生更深刻地理解所學知識，應該適當安排《固體物理》實驗。如講授晶體結構時，可以安排學生作X射線衍射分析實驗。通過親自實驗，學生不但掌握了晶體的衍射理論知識，也可使學生體會到現代分析方法在材料研究中的重要性和必要性。通過安排《固體物理》實驗，不但使學生加深了對理論知識的理解，同時也大大提高了觀察能力、動手能力和分析問題的能力。

3 結語

總之，在材料類專業《固體物理》教學過程中，要充分認識到材料類專業學生與物理學專業學生的不同，因材施教。此外，還要結合凝聚態物理與材料學發展的前沿和本校的科研工作，充分的利用現代化教學手段進行教學。實踐證明，上述文中所提到的教學改革方法能有效提高學生的學習興趣與綜合素質。但是，《固體物理》教學改革是一個龐大而又復雜的系統工程，課程改革的進行涉及到諸多方面，這就需要我們廣大教育工作者做更多地研究和探索，同時不斷提高自身的能力。要造就創新人才，除改變教育觀念，營造生動活潑的人文環境外，還要加強我們教師隊伍建設，提高他們培養創新人才的能力。

【參考文獻】

[1]馮端.固體物理學大辭典[M].北京：高等教育出版社，1995.

[2]黃昆，韓汝琦.固體物理學[M].北京：高等教育出版社，1997.

[3]馮端，師昌緒，劉治國.材料科學導論[M].北京：化學工業出版社，2002.

[4]李麗柏，武維東.如何正確地使用多媒體教學探討[J].廣西輕工業，2008（11）：113-135.

[責任編輯：劉展]