《固體物理》教學中學生科學素養的培養

馬建立 付志粉

（安徽理工大學理學院，安徽 淮南 232001）

0 引言

2006年3月我國頒布和實施了《全民科學素質行動計劃綱要（2006～2010～2020）》，在這部綱要中大學生科學素養的培養被提到了一個前所未有的高度。大學生是國家建設和發展的中堅力量，同時也承擔著向其他公眾傳播科學知識、科學方法、科學精神的歷史重任，他們的科學素養水平對我國的發展起著舉足輕重的作用。科學素養包括科學知識與技能、科學態度、情感與價值觀以及科學、技術與社會的關系。科學素養的培養應使學生不僅獲得科學知識與技能，還應使學生在科學思想、科學精神和科學方法上得到熏陶與培養。

固體物理學是物理學、材料科學、光電子學、微電子學等專業所開設的一門重要的專業必修課，它是在量子力學基礎上研究固體的結構及其組成粒子（原子、離子、電子等）之間相互作用與運動規律以闡明其用途與規律的學科，其成就和實驗手段對化學物理、催化學科、生命科學、地學等的影響日益增長，并正在形成新的交叉領域。固體物理學的這種特點為培養和提高學生的科學素養提供了很好的教學素材。本文從固體物理課程自身的特點和目前的教學情況出發，結合作者近年來講授固體物理的心得體會，針對提高學生科學素養談談自己的一些做法。

1 挖掘固體物理學發展史，培養學生科學素養

《固體物理》教學中涉及大量的基礎理論，在這些基礎理論形成的背后都有科學家艱辛曲折的研究歷程，教學中可充分挖掘這方面的信息，將科學家的成長歷程，科學研究過程、獲獎事跡、成果應用等方面的內容有機融合起來，使學生領略其中的科學精神。如在講授晶格振動章節中長波近似里的黃昆方程時，向學生介紹我國著名固體物理學家黃昆院士在固體物理學中的學術成就及其對我國固體物理研究所做的貢獻，讓學生了解科學家科學研究的歷程和方法，領略科學進步的魅力，激勵學生熱愛科學、追求真理，勇于創新的科學精神，培養學生實事求是的科學態度，提高他們的科學素養。

2 利用相關教學內容素材，培養學生科學素養，激發學生學習興趣

在固體物理教學中，教師可結合具體教學內容向學生傳遞一些現代固體物理學所取得的最新成就，讓學生了解固體物理不是一些空洞的概念和理論，而是與科學技術密切相關的，藉此培養學生科學素養，激發學生學習興趣。例如講解晶體結構時可向學生講解一些有關準晶體、石墨烯、高溫超導體、拓撲絕緣體、左手材料的結構、性能及其應用；在晶體的X光衍射教學中除了向學生講解其工作原理外，重點向學生介紹X射線衍射儀在現代材料分析中的應用；在晶體缺陷的教學中可向學生介紹在下現代材料研究中缺陷的控制及利用；在晶體能帶論的教學中講解完基本的理論后，重點向學生介紹能帶理論在現代半導體材料及器件中的重要應用。在每次課前預留5分鐘左右的時間，就現代固體物理研究領域中的某一方面讓學生以綜述性、科普性報告的形式在課堂上講解，從而開闊學生的視野。學生通過查閱資料、信息檢索與提煉、整理報告和匯報的過程，對文獻信息的分析、歸納以及口頭表達能力就會得到很大提高。通過這些做法使學生了解固體物理學研究的新動態、新成果、新觀點，以此培養學生關注科學的學習習慣和探討科學知識的興趣。

3 加強實驗教學，在實驗過程中培養學生的科學素養

固體物理學是一門理論與實驗相結合的學科，實驗教學是理論教學的補充和延伸。在固體物理教學中，結合自身學校的實驗資源，我們向學生開設了利用X射線衍射儀測試晶體的結構參數；用LCR阻抗分析儀測試晶體材料的介電常數、利用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察晶體缺陷以及結合晶格振動、能帶理論教學開設利用Materials Studio分子模擬軟件中的Castep模塊計算晶體的振動譜及能帶結構等實驗。通過實驗可幫助學生理解固體物理中的相關概念和原理，提高學生的動手能力、觀察能力和分析解決問題，同時在實驗過程中培養學生求真務實的科學態度。

4 讓學生參與教師的教學、科研活動，在教、研過程中培養學生的科學素養

在課堂教學活動中，部分教學內容可以讓學生參與到具體的教學過程中來，教師可以采取提前布置教學任務，將學生分成若干小組就某一問題展開討論，然后各小組選出代表進行總結發言，教師在教學活動中扮演組織者、引導者的作用。如在講解離子晶體結合能中馬德隆常數的計算時，教師可預先講解完相關理論知識點，然后提出問題如何計算具體的離子晶體的馬德隆常數，將學生分成小組，從最簡單的一維離子鏈晶體、二維正方離子晶體到三維的NaCl晶體馬德隆常數計算，學生總結計算方法，教師補充，并要求學生在課后利用學校的中文文獻數據庫查找復雜離子晶體馬德隆常數計算相關論文，以拓寬學生的視野。實踐表明采用這種教學方式，比單純的教師說教效果要好得多。科學研究是高校教師的職責之一，在平時的科研活動中，可以讓學生參與到教師的科研項目中來，在此過程中對學生進行科研方法訓練和科學態度培養。近年來結合作者本人的科研工作，作者將感興趣的學生納入自己的課題研究中，指導學生制備材料，用X射線衍射儀測量其結構，用掃描電鏡觀察其顯微組織結構，以及對其進行電學性能表征，使學生對固體物理學的研究方法和手段有進一步的了解，從而激發其學習和探索的興趣。

5 結束語

在固體物理教學中培養學生的科學素養是一項跨學科的復雜工程，需要相近及相關專業教師一起做更多的研究和探索。同時，學生科學素養的提高對任課教師也提出了較高的要求，教師除應具備淵博的知識外，還應具備先進的教育理念，把現代固體物理學最新科學研究成果及時結合到自己的教學內容中來，并且掌握先進的實驗技能，不斷創新和改革教學方法和手段，才能更好地培養學生的科學素養。

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