研究性學(xué)習(xí)在固體物理教學(xué)中的探索與實(shí)踐

摘要：科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)固體物理課程教學(xué)提出了現(xiàn)代化改革的迫切要求，固體物理教學(xué)必須適應(yīng)學(xué)科快速發(fā)展和學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的新要求?！把芯啃詫W(xué)習(xí)”能最大程度地發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)其創(chuàng)造性的發(fā)揮，增強(qiáng)其實(shí)踐創(chuàng)新能力，已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)教育課程改革的一個(gè)熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：固體物理 研究性學(xué)習(xí) 研究熱點(diǎn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（b）-0194-01

該文結(jié)合固體物理學(xué)本身的教學(xué)內(nèi)容以及相關(guān)研究熱點(diǎn)，談?wù)勛约涸诮虒W(xué)實(shí)踐中將學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)融入“研究性學(xué)習(xí)”的一些體會(huì)，以求拋磚引玉，促進(jìn)該課程教學(xué)的發(fā)展。

1.教學(xué)內(nèi)容的組織與優(yōu)化

根據(jù)課程內(nèi)容的重要性和安徽大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)時(shí)，抓住課程主線，集中講授核心內(nèi)容，略掉枝節(jié)，并不做到面面俱到。我們將課程內(nèi)容所有知識(shí)點(diǎn)按不同的特點(diǎn)細(xì)化為三層。

1.1精華知識(shí)層

這一層次的知識(shí)是固體物理學(xué)最基礎(chǔ)、最重要的知識(shí)。我們精心設(shè)計(jì)教學(xué)案例，以引人入勝的提出問(wèn)題的方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)核心知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行思考，探究，進(jìn)而在課堂上精講，總結(jié)。如，在簡(jiǎn)單介紹完“多晶體是由許多晶粒構(gòu)成，品粒之間的交界處稱為晶界，人們習(xí)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(dǎo)學(xué)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(dāng)大比例的材料”將會(huì)是怎樣呢？并就此布置學(xué)生通過(guò)學(xué)校圖書館電子文獻(xiàn)資源調(diào)研納米固體材料，組織一節(jié)課時(shí)間的學(xué)術(shù)沙龍。通過(guò)這種方法，引入前沿課題不僅能夠啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維，而且可以培養(yǎng)學(xué)生反向思考問(wèn)題并進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的能力。再比如在講授金剛石晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，引入碳納米管、石墨烯這一當(dāng)前研究熱點(diǎn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生探討碳的各種同素異形體及其相關(guān)應(yīng)用。

1.2拓展知識(shí)層

這一層次知識(shí)的傳授以課堂教學(xué)為輔，案例思考，課程論文為主的形式進(jìn)行傳授。學(xué)生在課堂上聽(tīng)了老師的講解后，引導(dǎo)其在課下就自己感興趣的問(wèn)題通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、學(xué)術(shù)沙龍的形式向更深或更廣的層次學(xué)習(xí)。如在講授晶體熱膨脹非諧效應(yīng)時(shí)以為什么水泥地面中間總是有一道道空隙間隔為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考熱膨脹現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。通過(guò)簡(jiǎn)諧晶體勢(shì)函數(shù)展開(kāi)非諧項(xiàng)的引入培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。最后，通過(guò)當(dāng)前科研熱點(diǎn)“零熱膨脹材料和負(fù)熱膨脹材料”概念的引入，培養(yǎng)學(xué)生調(diào)研文獻(xiàn)和將所學(xué)理論應(yīng)用實(shí)踐的能力精神。

1.3自主學(xué)習(xí)知識(shí)層

學(xué)生在學(xué)習(xí)了第一層的精華知識(shí)后，完全有能力在此基礎(chǔ)上自學(xué)相關(guān)內(nèi)容。一方面培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識(shí)的能力，另一方面，節(jié)約了課時(shí)，保證了精華知識(shí)層和拓展知識(shí)層次的學(xué)習(xí)時(shí)間。

2.教學(xué)形式的革新及綜合應(yīng)用

（1）啟發(fā)式教學(xué)：知識(shí)點(diǎn)在講解時(shí)以一串環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題為線索，當(dāng)這一串問(wèn)題都被解決后，知識(shí)點(diǎn)就成功地被學(xué)生掌握了。比如傳授能帶的形成時(shí)，與孤立原子的分離能級(jí)相對(duì)比，以晶體的成鍵作用如何影響其能級(jí)簡(jiǎn)并度為出發(fā)點(diǎn)，引入緊束縛近似理論，討論其對(duì)能帶的影響。進(jìn)而引入當(dāng)前科研熱點(diǎn)：“金屬絕緣體轉(zhuǎn)變”，以虛擬實(shí)驗(yàn)金屬鈉晶體膨脹情形下，其電導(dǎo)率隨品格常數(shù)a的變化規(guī)律為討論對(duì)象，分組討論如何應(yīng)用緊束縛近似理論加以處理。

（2）案例教學(xué)：選取符合知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用要求的、貼近生活與技術(shù)發(fā)展的、學(xué)生感興趣的案例，師生共同分析、討論，從而提高學(xué)生的分析問(wèn)題能力與知識(shí)應(yīng)用能力。比如課程體系講授到品格常數(shù)時(shí)，引入聚苯乙烯微球人工微結(jié)構(gòu)概念和半導(dǎo)體超品格概念（超品格和微結(jié)構(gòu)是比實(shí)際晶體的品格常數(shù)大的人造品格），并要求學(xué)生就相關(guān)概念進(jìn)行文獻(xiàn)分組調(diào)研，PPT制作，下次課程時(shí)間面向同學(xué)進(jìn)行介紹。相比以前老師直接給學(xué)生舉例的教學(xué)方式，案例教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人、課堂的主角，課堂氣氛生動(dòng)活潑。

（3）綜合性課題研究：結(jié)合固體物理學(xué)當(dāng)前學(xué)科發(fā)展前沿，布置相關(guān)課題文獻(xiàn)綜述，如石墨烯，金屬氫，Mort絕緣體，左手材料等要求學(xué)生以研究小組為單位申請(qǐng)相關(guān)課題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研進(jìn)行研究。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)好組內(nèi)分工，每位學(xué)生要有明確的任務(wù)，小組成員團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同完成任務(wù)，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(wèn)交流，老師對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。學(xué)生通過(guò)綜合性課題研究，提高了利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激發(fā)了創(chuàng)造力，促進(jìn)了學(xué)生間的交流與協(xié)作，加強(qiáng)了口頭與書面表達(dá)能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.研究性教學(xué)實(shí)踐體會(huì)與心得

3.1教師角色的轉(zhuǎn)變

研究性教學(xué)以學(xué)生為主體，教師的主要任務(wù)不再是向?qū)W生灌輸知識(shí)，而應(yīng)把大量精力用在研究性教學(xué)方法的研究、研究性教學(xué)的設(shè)計(jì)與組織上。課程教學(xué)要以教師啟發(fā)引導(dǎo)、學(xué)生小組討論，課程論文撰寫等形式進(jìn)行。

3.2充分利用本學(xué)科的優(yōu)勢(shì)

教師應(yīng)利用好所在學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，將該優(yōu)勢(shì)與固體物理的教學(xué)有機(jī)結(jié)的結(jié)合起來(lái)。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(jié)構(gòu)部分。因此，固體物理教學(xué)時(shí)，可以結(jié)合x射線衍射實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不但學(xué)到了理論知識(shí)，通過(guò)親自實(shí)驗(yàn)，大大加深了對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)也提高了學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力和分析問(wèn)題的能力。

3.3課程教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織

因課程教學(xué)時(shí)間上的限制，教師應(yīng)安排組織好課堂教學(xué)內(nèi)容，課程大綱上的教學(xué)內(nèi)容絕對(duì)不可以面面俱到，以保證精華知識(shí)層在研究性教學(xué)上的實(shí)施。同時(shí)，固體物理學(xué)學(xué)科發(fā)展一日千里，相關(guān)研究熱點(diǎn)非常之多，教師在課程教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)選擇好接入點(diǎn)，以有利于新舊內(nèi)容之間的聯(lián)系、區(qū)別和發(fā)展，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的固體物理知識(shí)能理解、鞏固和應(yīng)用為主。最后相關(guān)研究熱點(diǎn)不可過(guò)多引入，以防喧賓奪主。