《固體物理》教學(xué)中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

馬建立 付志粉

（安徽理工大學(xué)理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

2006年3月我國頒布和實(shí)施了《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要（2006～2010～2020）》，在這部綱要中大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)被提到了一個(gè)前所未有的高度。大學(xué)生是國家建設(shè)和發(fā)展的中堅(jiān)力量，同時(shí)也承擔(dān)著向其他公眾傳播科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)精神的歷史重任，他們的科學(xué)素養(yǎng)水平對我國的發(fā)展起著舉足輕重的作用。科學(xué)素養(yǎng)包括科學(xué)知識(shí)與技能、科學(xué)態(tài)度、情感與價(jià)值觀以及科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系。科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)使學(xué)生不僅獲得科學(xué)知識(shí)與技能，還應(yīng)使學(xué)生在科學(xué)思想、科學(xué)精神和科學(xué)方法上得到熏陶與培養(yǎng)。

固體物理學(xué)是物理學(xué)、材料科學(xué)、光電子學(xué)、微電子學(xué)等專業(yè)所開設(shè)的一門重要的專業(yè)必修課，它是在量子力學(xué)基礎(chǔ)上研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子、電子等）之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以闡明其用途與規(guī)律的學(xué)科，其成就和實(shí)驗(yàn)手段對化學(xué)物理、催化學(xué)科、生命科學(xué)、地學(xué)等的影響日益增長，并正在形成新的交叉領(lǐng)域。固體物理學(xué)的這種特點(diǎn)為培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供了很好的教學(xué)素材。本文從固體物理課程自身的特點(diǎn)和目前的教學(xué)情況出發(fā)，結(jié)合作者近年來講授固體物理的心得體會(huì)，針對提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)談?wù)勛约旱囊恍┳龇ā?/p>

1 挖掘固體物理學(xué)發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

《固體物理》教學(xué)中涉及大量的基礎(chǔ)理論，在這些基礎(chǔ)理論形成的背后都有科學(xué)家艱辛曲折的研究歷程，教學(xué)中可充分挖掘這方面的信息，將科學(xué)家的成長歷程，科學(xué)研究過程、獲獎(jiǎng)事跡、成果應(yīng)用等方面的內(nèi)容有機(jī)融合起來，使學(xué)生領(lǐng)略其中的科學(xué)精神。如在講授晶格振動(dòng)章節(jié)中長波近似里的黃昆方程時(shí)，向?qū)W生介紹我國著名固體物理學(xué)家黃昆院士在固體物理學(xué)中的學(xué)術(shù)成就及其對我國固體物理研究所做的貢獻(xiàn)，讓學(xué)生了解科學(xué)家科學(xué)研究的歷程和方法，領(lǐng)略科學(xué)進(jìn)步的魅力，激勵(lì)學(xué)生熱愛科學(xué)、追求真理，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

2 利用相關(guān)教學(xué)內(nèi)容素材，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在固體物理教學(xué)中，教師可結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容向?qū)W生傳遞一些現(xiàn)代固體物理學(xué)所取得的最新成就，讓學(xué)生了解固體物理不是一些空洞的概念和理論，而是與科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)的，藉此培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如講解晶體結(jié)構(gòu)時(shí)可向?qū)W生講解一些有關(guān)準(zhǔn)晶體、石墨烯、高溫超導(dǎo)體、拓?fù)浣^緣體、左手材料的結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用；在晶體的X光衍射教學(xué)中除了向?qū)W生講解其工作原理外，重點(diǎn)向?qū)W生介紹X射線衍射儀在現(xiàn)代材料分析中的應(yīng)用；在晶體缺陷的教學(xué)中可向?qū)W生介紹在下現(xiàn)代材料研究中缺陷的控制及利用；在晶體能帶論的教學(xué)中講解完基本的理論后，重點(diǎn)向?qū)W生介紹能帶理論在現(xiàn)代半導(dǎo)體材料及器件中的重要應(yīng)用。在每次課前預(yù)留5分鐘左右的時(shí)間，就現(xiàn)代固體物理研究領(lǐng)域中的某一方面讓學(xué)生以綜述性、科普性報(bào)告的形式在課堂上講解，從而開闊學(xué)生的視野。學(xué)生通過查閱資料、信息檢索與提煉、整理報(bào)告和匯報(bào)的過程，對文獻(xiàn)信息的分析、歸納以及口頭表達(dá)能力就會(huì)得到很大提高。通過這些做法使學(xué)生了解固體物理學(xué)研究的新動(dòng)態(tài)、新成果、新觀點(diǎn)，以此培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注科學(xué)的學(xué)習(xí)習(xí)慣和探討科學(xué)知識(shí)的興趣。

3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

固體物理學(xué)是一門理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的補(bǔ)充和延伸。在固體物理教學(xué)中，結(jié)合自身學(xué)校的實(shí)驗(yàn)資源，我們向?qū)W生開設(shè)了利用X射線衍射儀測試晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)；用LCR阻抗分析儀測試晶體材料的介電常數(shù)、利用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察晶體缺陷以及結(jié)合晶格振動(dòng)、能帶理論教學(xué)開設(shè)利用Materials Studio分子模擬軟件中的Castep模塊計(jì)算晶體的振動(dòng)譜及能帶結(jié)構(gòu)等實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)可幫助學(xué)生理解固體物理中的相關(guān)概念和原理，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力和分析解決問題，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

4 讓學(xué)生參與教師的教學(xué)、科研活動(dòng)，在教、研過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

在課堂教學(xué)活動(dòng)中，部分教學(xué)內(nèi)容可以讓學(xué)生參與到具體的教學(xué)過程中來，教師可以采取提前布置教學(xué)任務(wù)，將學(xué)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(jìn)行總結(jié)發(fā)言，教師在教學(xué)活動(dòng)中扮演組織者、引導(dǎo)者的作用。如在講解離子晶體結(jié)合能中馬德隆常數(shù)的計(jì)算時(shí)，教師可預(yù)先講解完相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)，然后提出問題如何計(jì)算具體的離子晶體的馬德隆常數(shù)，將學(xué)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(shù)計(jì)算，學(xué)生總結(jié)計(jì)算方法，教師補(bǔ)充，并要求學(xué)生在課后利用學(xué)校的中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫查找復(fù)雜離子晶體馬德隆常數(shù)計(jì)算相關(guān)論文，以拓寬學(xué)生的視野。實(shí)踐表明采用這種教學(xué)方式，比單純的教師說教效果要好得多。科學(xué)研究是高校教師的職責(zé)之一，在平時(shí)的科研活動(dòng)中，可以讓學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目中來，在此過程中對學(xué)生進(jìn)行科研方法訓(xùn)練和科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)。近年來結(jié)合作者本人的科研工作，作者將感興趣的學(xué)生納入自己的課題研究中，指導(dǎo)學(xué)生制備材料，用X射線衍射儀測量其結(jié)構(gòu)，用掃描電鏡觀察其顯微組織結(jié)構(gòu)，以及對其進(jìn)行電學(xué)性能表征，使學(xué)生對固體物理學(xué)的研究方法和手段有進(jìn)一步的了解，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)和探索的興趣。

5 結(jié)束語

在固體物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是一項(xiàng)跨學(xué)科的復(fù)雜工程，需要相近及相關(guān)專業(yè)教師一起做更多的研究和探索。同時(shí)，學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高對任課教師也提出了較高的要求，教師除應(yīng)具備淵博的知識(shí)外，還應(yīng)具備先進(jìn)的教育理念，把現(xiàn)代固體物理學(xué)最新科學(xué)研究成果及時(shí)結(jié)合到自己的教學(xué)內(nèi)容中來，并且掌握先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技能，不斷創(chuàng)新和改革教學(xué)方法和手段，才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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