《固體物理學(xué)》教學(xué)改革探索

孫科偉

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

【關(guān)鍵詞】固體物理 教學(xué)改革 教學(xué)模式

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）01-0178-02

固體物理學(xué)是研究固體的性質(zhì)、它的微觀結(jié)構(gòu)及各種內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，以及這種微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)同固體的宏觀性質(zhì)的關(guān)系的學(xué)科。它是物理學(xué)中內(nèi)容較豐富及應(yīng)用較廣泛的分支學(xué)科之一。固體物理學(xué)主要包括了晶體結(jié)構(gòu)、固體的結(jié)合、晶格振動(dòng)、能帶理論、外場(chǎng)下晶體中電子的運(yùn)動(dòng)、金屬電導(dǎo)論、半導(dǎo)體電子論等基本內(nèi)容。其涉及到晶體結(jié)構(gòu)學(xué)、大學(xué)物理、熱力學(xué)及統(tǒng)計(jì)物理和量子力學(xué)等許多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，是一門理論性很強(qiáng)的課程。本文主要從固體物理學(xué)在面向杭州電子科技大學(xué)應(yīng)用物理及電子信息專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求及特點(diǎn)，結(jié)合作者在講授固體物理學(xué)的一些心得和體會(huì)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法手段等方面提出了一些教學(xué)改革的新探索及新措施。

1.教學(xué)改革思路

傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是以教師為主體，學(xué)生只能被動(dòng)地接受知識(shí)，往往就失去了學(xué)生在學(xué)習(xí)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(shí)的自主性能動(dòng)性和創(chuàng)造性。為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的目的，貫徹新的教學(xué)理念，在教學(xué)中不僅需要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，也要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。在多次的固體物理學(xué)的教學(xué)工作中，作者通過(guò)教學(xué)反思逐漸形成了一些新的教學(xué)改革思路，同時(shí)利用我校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)踐了一些教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革新措施，具體包括：1）課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)改革創(chuàng)新；2）教學(xué)組織創(chuàng)新；3）教學(xué)方法創(chuàng)新。

2.教學(xué)內(nèi)容改革

近年來(lái)，我校固體物理課程作為必修的基礎(chǔ)理論課學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，要在有限的時(shí)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(gè)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求精選課堂上應(yīng)講授的內(nèi)容。首先是教材選擇上，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有大量經(jīng)典教材，作者經(jīng)過(guò)比較選擇了比較精簡(jiǎn)的教材，即黃昆編著北京大學(xué)出版社出版的教材《固體物理學(xué)》，同時(shí)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(xué)》為主要的參考教材。

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

（1）基本內(nèi)容主要包括6個(gè)章節(jié)，即晶體的幾何，晶體的結(jié)合，晶格振動(dòng)和晶體熱學(xué)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(kuò)散，半導(dǎo)體電子論，固體磁性，超導(dǎo)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(guò)多媒體教學(xué)進(jìn)行授課。這樣在授課過(guò)程中能保證有足夠的時(shí)間用于物理模型、數(shù)學(xué)推導(dǎo)及物理意義上的分析討論。

對(duì)于選修內(nèi)容則主要利用我校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳了相應(yīng)的多媒體課件及課程視頻，學(xué)生可以根據(jù)個(gè)人專業(yè)或興趣愛(ài)好選擇一個(gè)部分自我學(xué)習(xí)，比如電子信息專業(yè)學(xué)生，可要求其完成半導(dǎo)體電子論有關(guān)章節(jié)的自學(xué)。另外，作者也補(bǔ)充了一些閱讀材料，其包括一些有趣的物理學(xué)史及與固體物理學(xué)科相關(guān)的科研前沿知識(shí)，比如在“超導(dǎo)電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律”補(bǔ)充了最近超導(dǎo)科學(xué)領(lǐng)域由中國(guó)科技大學(xué)陳仙輝教授等人完成的系列成果“鐵基高溫超導(dǎo)”等。通過(guò)補(bǔ)充材料的閱讀，可以讓學(xué)生了解科學(xué)發(fā)展規(guī)律的一些共性，掌握一定的科學(xué)研究方法，鍛煉其科學(xué)思維觀。

3.教學(xué)方法改革

（一）教學(xué)組織創(chuàng)新。傳統(tǒng)的教學(xué)組織方法，主要是教師講授，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的形式。這樣往往不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對(duì)這種情況，作者嘗試增加師生互動(dòng)環(huán)節(jié)。在我校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中的學(xué)習(xí)交流欄目給出一些章節(jié)的思考題，主要考察學(xué)生對(duì)物理本質(zhì)問(wèn)題的掌握情況。學(xué)生也可在學(xué)習(xí)交流欄目提出自己的疑難問(wèn)題，教師及其他學(xué)生都可以對(duì)此做相關(guān)解答。這樣不僅有效地提高了師生互動(dòng)，也增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

（二）教學(xué)方法創(chuàng)新。作者嘗試小范圍引入MOOC課程的教學(xué)模式。例如選擇教材中“三維周期場(chǎng)中的電子運(yùn)動(dòng)”這一小節(jié)錄制了授課視頻，并利用我校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳了相應(yīng)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(chǎng)中電子運(yùn)動(dòng)的近似分析”的詳細(xì)授課，學(xué)生對(duì)此類問(wèn)題的處理方法及推導(dǎo)已掌握，完全可以進(jìn)一步通過(guò)網(wǎng)上視頻及學(xué)習(xí)資料自己獨(dú)立完成相關(guān)小節(jié)的學(xué)習(xí)。同時(shí)留出約一個(gè)課時(shí)的時(shí)間要求學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容研究討論三維系統(tǒng)與一維系統(tǒng)電子運(yùn)動(dòng)的不同之處，需要注意哪些新問(wèn)題。最后，再由教師進(jìn)行總結(jié)。可以讓學(xué)生在完成“任務(wù)”的過(guò)程中，培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索及合作精神。

4.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)本科生開(kāi)設(shè)的固體物理課程，不僅需要教師教授相關(guān)物理概念和知識(shí)，還要注重學(xué)生獨(dú)立思考能力的培養(yǎng)。在教學(xué)內(nèi)容上，加入一些物理學(xué)史及輔助的閱讀材料可以讓學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展及前沿的一些進(jìn)展，增加學(xué)生視野并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)方法上，通過(guò)組織創(chuàng)新和方法改進(jìn)，引入師生互動(dòng)環(huán)節(jié)和一些新出現(xiàn)的較為先進(jìn)的教學(xué)手段，如MOOC課程的教學(xué)模式等，可培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)。總之，以學(xué)生為主體，堅(jiān)持以學(xué)生為本，不斷改革才能達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張淑華.教學(xué)改革研究與實(shí)踐[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2007.