固體物理教學(xué)改革的探索

孟 影, 邵繼紅, 華 揚

(1.安徽理工大學(xué)理學(xué)院,安徽淮南 232001;2.中航華東光電有限公司,安徽蕪湖 241002)

固體物理教學(xué)改革的探索

孟 影1, 邵繼紅1, 華 揚2

(1.安徽理工大學(xué)理學(xué)院,安徽淮南 232001;2.中航華東光電有限公司,安徽蕪湖 241002)

本文從固體物理在高等教育中的重要性和目前的教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā),結(jié)合固體物理理論性強、學(xué)科發(fā)展迅速的特點,對固體物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面作了探索性的改革,以期固體物理的教學(xué)能緊跟發(fā)展的步伐,并對推動教學(xué)質(zhì)量的提高和創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提供新的思路和方法。

固體物理;教學(xué)改革;探索;創(chuàng)新能力

幾十年來,以固體物理理論為基礎(chǔ),半導(dǎo)體、磁學(xué)、激光、超導(dǎo)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究取得了重大突破[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,該學(xué)科日新月異,高新技術(shù)層出不窮,也形成了一些新觀念。而傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)內(nèi)容缺乏對固體物理前沿的相關(guān)介紹,同時傳統(tǒng)的教學(xué)方法手段單一,這些方面都不利于培養(yǎng)和造就高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。固體物理學(xué)是基礎(chǔ)理論學(xué)科與應(yīng)用學(xué)科之間的橋梁,也是一門實驗與理論相結(jié)合的科學(xué)。課內(nèi)實驗的設(shè)置和安排直接影響著教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果,但傳統(tǒng)教學(xué)中往往忽視了這一環(huán)節(jié)。針對目前教學(xué)中存在的問題,我們對固體物理學(xué)課程的教學(xué),從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段幾方面進行了探索性的改革,以滿足學(xué)科自身發(fā)展和對學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)的要求。

1 教學(xué)內(nèi)容的改革

1.1 增加學(xué)科前沿內(nèi)容

在教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)固體物理教學(xué)內(nèi)容進行整合和某些前沿知識的引入,實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新,是固體物理教學(xué)改革的突破口。例如,在晶格結(jié)構(gòu)一章中,除了介紹X射線衍射的方法外,還介紹了STM、原子力顯微鏡等其他測定結(jié)構(gòu)的方法。在講到晶體晶格常數(shù)時,考慮到半導(dǎo)體超晶格和微結(jié)構(gòu)是近年來開拓的新領(lǐng)域,可不失時機地插入超晶格的概念。這樣可以拓寬學(xué)生的視野,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)固體物理的興趣。由于課時的限制,也可通過專題課外講座的形式把某些前沿內(nèi)容介紹給學(xué)生,如關(guān)于“納米固體材料”,“光子晶體”方面的研究等[2]。

1.2 增加創(chuàng)新性內(nèi)容

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容有完整、詳盡的規(guī)定,對知識的掌握、運用有明確的要求,把掌握知識本身作為教學(xué)目的,把教學(xué)過程理解為知識的積累過程。因而不能很好的實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。

針對上述不足,這就要在傳統(tǒng)固體物理教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上進行適當(dāng)?shù)闹R延拓,適時把前沿和熱點方面的知識引入課堂教學(xué)。這種教學(xué)內(nèi)容的改革,一方面強化了固體物理的基礎(chǔ)知識,拓寬了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu),開闊了視野,另一方面也可以實現(xiàn)因材施教,滿足了學(xué)生不同程度的需要。

2 教學(xué)方法的改進

教學(xué)方法是在教學(xué)中為完成一定的教學(xué)目的、任務(wù)所采取的教學(xué)途徑或教學(xué)程序,是以解決教學(xué)任務(wù)為目的的師生間共同進行認(rèn)識和實踐的方法體系。傳統(tǒng)的教學(xué)方法單調(diào)呆板,課堂缺乏靈氣和活力。針對這些不足,對教學(xué)方法做了一些改進,在教學(xué)中貫徹“教為主導(dǎo),學(xué)為主體”的原則[4],組織課堂教學(xué),改變傳統(tǒng)的單調(diào)呆板的教學(xué)方法,充分運用材料模擬軟件可視化功能[5]把抽象物理模型及作用原理盡量形象的展現(xiàn),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如晶體結(jié)構(gòu)、晶格振動譜、費米面和能帶結(jié)構(gòu)都是固體物理中十分抽象的概念,這些概念的建立和描述也就成了教學(xué)中的難點,為了使這些抽象的概念變得形象、直觀、易懂,我們充分利用二維和三維的動態(tài)畫面,直觀地演示了這些概念的物理圖像。以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強學(xué)生創(chuàng)造性思維。安排學(xué)生課前做好預(yù)習(xí),在有準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)和提出問題,并由被動接受知識變?yōu)橹鲃犹剿髦R。我們可以采取如啟發(fā)誘導(dǎo)式、討論式等教學(xué)方法。

強化啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)。學(xué)生創(chuàng)新思維的涌現(xiàn)往往需要啟發(fā)和誘導(dǎo),啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué),可以加強教與學(xué)的雙向交流,實行師生互動,活躍課堂氣氛。具體的做法是,精心設(shè)計教學(xué)過程,指引思維方向,拓寬思維空間,在講課內(nèi)容上進行精講,給學(xué)生留有充分的思維空間,啟發(fā)學(xué)生來思考、推理。采用啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué),培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力,調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性;教師也從知識的灌輸者和學(xué)生的支配者,轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動的指導(dǎo)者、素質(zhì)發(fā)展的促進者、學(xué)習(xí)創(chuàng)新的推動者。

加強討論式教學(xué)。為了實現(xiàn)以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神為重點的素質(zhì)教育的目的,必須形成一種有助于學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的師生關(guān)系及課堂環(huán)境。這就要求教師以真摯的愛心、平等的態(tài)度對待學(xué)生,切實把學(xué)生作為教學(xué)活動的主體,一切從學(xué)生出發(fā),一切為了學(xué)生,在教學(xué)過程中,形成相互激勵、教學(xué)相長的師生關(guān)系。堅持學(xué)術(shù)民主,鼓勵學(xué)生不唯師,敢于標(biāo)新立異,提出獨到見解,敢于突破傳統(tǒng),鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)和探索問題,允許學(xué)生在探索中出現(xiàn)錯誤,堅持正面的激勵引導(dǎo),保護他們的自尊心和積極性,營造寬松和諧的課堂教學(xué)氛圍。

注重抓好研究式教學(xué)。大學(xué)的職能表現(xiàn)在三個方面:教學(xué)、文化與科研?？蒲惺谴髮W(xué)的職能表現(xiàn)的一個重要的方面,實施研究式教學(xué),教給學(xué)生獲取知識、探求真理的方法,有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科研能力。對于固體物理,我們可以針對不同的內(nèi)容設(shè)計一些研究性課題,組織學(xué)生思考討論,或者讓學(xué)生查閱有關(guān)文獻資料后,針對某一問題寫出一些小論文,把傳授知識與能力培養(yǎng)有機的結(jié)合起來。另外固體物理是當(dāng)前物理學(xué)科中發(fā)展最快的分支,有許多學(xué)科前沿領(lǐng)域的新成果,新概念層出不窮,所以還應(yīng)該把該學(xué)科的最新進展和重要的應(yīng)用成果引入課堂。例如在固體物理有關(guān)的章節(jié)中介紹超導(dǎo)物理、納米科學(xué)和技術(shù)等前沿科學(xué)中的一些概念和應(yīng)用。這些現(xiàn)代科技知識的融入,極大的拓展了學(xué)生的視野,激發(fā)起學(xué)生運用基礎(chǔ)學(xué)科理論實現(xiàn)科技創(chuàng)新的勇氣和欲望。

3 優(yōu)化教學(xué)手段

教學(xué)手段是教學(xué)活動中用于傳遞教學(xué)信息和各種器材和物理的載體。先進而有效的教學(xué)手段是順利實現(xiàn)課程教學(xué)活動的重要保證和突破口。固體物理傳統(tǒng)的教學(xué)模式是“粉筆+黑板”,教師用抽象的語言和傳統(tǒng)的直觀教具傳授這些知識,其結(jié)果可能使學(xué)生對固體物理的基礎(chǔ)概念、公式、定理等沒有多少體會,造成固體物理越學(xué)越難學(xué),越學(xué)越不想學(xué)的局面。以現(xiàn)代電子計算機技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的多媒體技術(shù)可以彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。借助計算機多媒體技術(shù)可以把文本、圖像、聲音、動畫、視頻等多種信息集成在一起[6],從而實現(xiàn)了用語言文字和靜態(tài)二維畫面難以描繪的功能。

在固體物理教學(xué)中采用多媒體技術(shù),可以免卻了課堂煩瑣的公式推導(dǎo),直接將過程及結(jié)果顯示出來,在此過程中使學(xué)生思路清晰,注重其中的物理思想,而不是數(shù)學(xué)運輸本身,更為重要的是可以變抽象內(nèi)容為直觀形象生動的物理圖像,使學(xué)生對事物有一個全面準(zhǔn)確的認(rèn)識,促進學(xué)生對知識的理解和鞏固。

多媒體教學(xué)技術(shù)的實現(xiàn),為固體物理教學(xué)注入了新的活力,從根本上改變了固體物理傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式,使學(xué)生真正參與到教學(xué)活動中去,成為教育過程中的主體,有效地提高了教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生綜合運用知識的能力。多媒體技術(shù)作為現(xiàn)代化的教學(xué)手段進入固體物理教學(xué)手段的現(xiàn)代化,極大地擴充了固體物理課堂教學(xué)的信息量,提高了固體物理教學(xué)效率和質(zhì)量,促進了學(xué)生自主的學(xué)習(xí),培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。

4 結(jié)束語

通過幾年的努力,我們對固體物理教學(xué)模式、內(nèi)容、方法和手段的改革進行了一些有意義的探索和實踐。取得了一些可喜的成績,但是,固體物理教學(xué)改革是一個龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程,課程改革的進行涉及到諸多方面,這就需要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。正如飲譽固體物理學(xué)界的閔胙本教授所言,要造就創(chuàng)新人才,除改變教育觀念、營造生動活潑的人文環(huán)境外,要加強教師隊伍建設(shè),提高他們培養(yǎng)創(chuàng)新人才的能力。

[1] 馮端.固體物理學(xué)大辭典[M].北京:高等教育出版社,1995.

[2] 鐘萬蘅,申文俊,鄭海蓉等.二維正方晶格和三維立方晶格電子的等能面[J].大學(xué)物理,1999,5:40-42.

[3] 懷國禎.關(guān)于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的幾點思考[J].物理與工程,2001年副刊,2000,3:71-72.

[4] 邢永富,呂秋芳.素質(zhì)教育——觀念的變革與創(chuàng)新[M].太原:山西教育出版社,2002.

[5] 杜永勝.Materials Studio在固體物理中的應(yīng)用[J].技術(shù)物理教學(xué),2009,3:45-46.

[6] 李克東,黃曉地,謝幼如.多媒體技術(shù)教學(xué)應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1996.

Exploration in Solid Physics Teaching Reform

MENG Ying1, SHAO Ji-hong1, HUA Yang2
(1.School of Sciences,A nhui University of Science and Technology,Huainan232001,China;2.Avic Huadong Photoelectric Company Limited,Wuhu241002,China)

This paper discusses the solid physics teaching reform from the perspectives of teaching contents, teaching methods and teaching instrument,and also offers some new ideas on the improvement of the teaching quality and cultivation of creative talents.

solid physics;teaching reform;exploration;creative abilities

G642.0

B

1674-2273(2010)06-0043-03

2010-08-10

孟影(1977-),女,安徽阜陽人,工學(xué)碩士,安徽理工大學(xué)理學(xué)院講師,研究方向:巨磁阻薄膜。