材料學(xué)專業(yè)《固體物理》課程教學(xué)研究與探索

張子英+何亮

摘要：《固體物理》是材料學(xué)科專業(yè)開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)課程。根據(jù)高等學(xué)?！豆腆w物理》課程的特點(diǎn)以及材料類專業(yè)的學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)這門課程的需求不同，作者結(jié)合自身的教學(xué)心得和體會(huì)，分別從材料學(xué)專業(yè)《固體物理》課程教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等方面進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：固體物理；教學(xué)改革；材料學(xué)

中國分類號(hào)：H191

《固體物理》作為一門基礎(chǔ)性學(xué)科，受到了越來越多的重視[1-2]。作為連接基礎(chǔ)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的橋梁，它已經(jīng)成為材料類專業(yè)學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程。但傳統(tǒng)的《固體物理學(xué)》中有很多晦澀難懂的專業(yè)術(shù)語，復(fù)雜的圖形與空間變換以及繁瑣的理論推導(dǎo)，故而學(xué)習(xí)難度較大。學(xué)生學(xué)習(xí)《固體物理》時(shí)需完成《高等數(shù)學(xué)》、《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》和《量子力學(xué)》等先修課程的學(xué)習(xí)。由于材料學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的不同，材料類專業(yè)的學(xué)生往往只學(xué)習(xí)一部分或者沒有學(xué)習(xí)這些先修課程，故而材料類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)《固體物理》時(shí)凡是涉及到一些嚴(yán)密的理論推導(dǎo)過程就會(huì)感到十分難懂，造成部分學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。針對(duì)材料類專業(yè)《固體物理》教學(xué)過程中出現(xiàn)的教師教學(xué)難，學(xué)生畏學(xué)這一現(xiàn)狀，本文從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等方面，對(duì)如何提高材料類專業(yè)《固體物理》的教學(xué)質(zhì)量和促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)方面提出了一些新的探討。

1 教學(xué)內(nèi)容改革

《固體物理》教科書通常由兩大部分組成：第一部分為基礎(chǔ)部分。主要包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶體的振動(dòng)與熱力學(xué)性質(zhì)、晶體的缺陷、能帶理論和金屬電子論等內(nèi)容；第二部分為專業(yè)化部分。主要包括半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、非晶固體和固體磁性等內(nèi)容。其中基礎(chǔ)部分是各理工科院校講授的核心內(nèi)容。對(duì)于材料類專業(yè)的學(xué)生來說，由于缺少《量子力學(xué)》與《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》方面的知識(shí)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)《固體物理》有一定的困難，為了解決上述矛盾，我們?cè)诮虒W(xué)過程中對(duì)于《固體物理》內(nèi)容主要實(shí)行以下改革措施：

（1）有選擇性的講授。對(duì)于《固體物理》各章節(jié)的內(nèi)容講述要有詳有略，作到詳略得當(dāng)。對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容要精講，對(duì)于不太主要或者在其它課程中能學(xué)到的內(nèi)容可以略講或不講。例如：在講述晶體的結(jié)合這部分內(nèi)容時(shí)，材料類學(xué)生在學(xué)習(xí)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》和《化學(xué)基礎(chǔ)課》過程中對(duì)于晶體的結(jié)合方式等內(nèi)容都進(jìn)行過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此對(duì)這部分內(nèi)容可以略講。在講解晶體的缺陷這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程中也學(xué)習(xí)過，對(duì)這部分內(nèi)容就可以略講或者不講。

（2）重思想輕推導(dǎo)。對(duì)于有些章節(jié)的內(nèi)容，不追求繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，更多的突出物理思想的傳達(dá)，對(duì)于某一個(gè)具體理論要重點(diǎn)講述它的建立過程與物理模型。物理模型盡量簡單，深入淺出，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用《固體物理學(xué)》的方法去思考和處理問題。

（3）增加學(xué)科前沿內(nèi)容。合理的補(bǔ)充與固體物理學(xué)緊密相連的凝聚態(tài)物理學(xué)和材料學(xué)最新的學(xué)術(shù)成就與進(jìn)展，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與或參觀學(xué)院相關(guān)老師的科研實(shí)驗(yàn)，多聽相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告，讓學(xué)生了解最新的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)研究的興趣，為部分學(xué)生將來的繼續(xù)深造和終身從事科學(xué)研究事業(yè)奠定基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方式的創(chuàng)新

長期以來，我國的大部分的教師都是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即老師一個(gè)人在講臺(tái)上講，學(xué)生在下面聽。這種模式固然有可取之處，但是對(duì)于現(xiàn)代大學(xué)生來說，這種教學(xué)模式未免顯得有些過于單調(diào)?，F(xiàn)代的大學(xué)生喜歡新鮮事物，喜歡主動(dòng)“出擊”，所以作為一名現(xiàn)代的大學(xué)老師，對(duì)學(xué)生應(yīng)當(dāng)“投其所好”，改變一下固有的思維與教學(xué)模式，使學(xué)生樂于接受所學(xué)的新知識(shí)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。我們采取具體做法是：

（1）啟發(fā)式教學(xué)。在教學(xué)過程中，教師的主要作用在于引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生積極思考，尤其《固體物理》這類理論性較強(qiáng)的課程。如果學(xué)生僅僅限于在課堂上被“填鴨式”式的灌輸知識(shí)而不經(jīng)過嚴(yán)密的思考與推理，很難深刻理解和掌握所學(xué)的內(nèi)容。因此，就要求教師在授課過程中，適時(shí)的啟發(fā)學(xué)生去思考問題的來龍去脈，教會(huì)學(xué)生科學(xué)的思維方法，往往能達(dá)到事半功倍的效果[4]。

（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)生分析問題能力與知識(shí)應(yīng)用能力。比如課程體系講授到晶格常數(shù)時(shí)，引入聚苯乙烯微球人工微結(jié)構(gòu)概念和半導(dǎo)體超晶格概念，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）實(shí)踐教學(xué)。《固體物理》是一門與實(shí)踐密切聯(lián)系的課程，在《固體物理》教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際的聯(lián)系，這樣可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、自覺性和創(chuàng)造性，使學(xué)生感到所學(xué)知識(shí)的用處和價(jià)值，由此可培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題的實(shí)踐能力。在《固體物理》的教學(xué)中，為了讓學(xué)生更深刻地理解所學(xué)知識(shí)，應(yīng)該適當(dāng)安排《固體物理》實(shí)驗(yàn)。如講授晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，可以安排學(xué)生作X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)。通過親自實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不但掌握了晶體的衍射理論知識(shí)，也可使學(xué)生體會(huì)到現(xiàn)代分析方法在材料研究中的重要性和必要性。通過安排《固體物理》實(shí)驗(yàn)，不但使學(xué)生加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)也大大提高了觀察能力、動(dòng)手能力和分析問題的能力。

3結(jié)語

總之，在材料類專業(yè)《固體物理》教學(xué)過程中，要充分認(rèn)識(shí)到材料類專業(yè)學(xué)生與物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的不同，因材施教。此外，還要結(jié)合凝聚態(tài)物理與材料學(xué)發(fā)展的前沿和本校的科研工作，充分的利用現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)。實(shí)踐證明，上述文中所提到的教學(xué)改革方法能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與綜合素質(zhì)。但是，《固體物理》教學(xué)改革是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，課程改革的進(jìn)行涉及到諸多方面，這就需要我們廣大教育工作者做更多地研究和探索，同時(shí)不斷提高自身的能力。要造就創(chuàng)新人才，除改變教育觀念，營造生動(dòng)活潑的人文環(huán)境外，還要加強(qiáng)我們教師隊(duì)伍建設(shè)，提高他們培養(yǎng)創(chuàng)新人才的能力。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 黃昆，韓汝琦. 固體物理學(xué)[M]. 北京： 高等教育出版社， 1997.

[3] 馮端， 師昌緒， 劉治國. 材料科學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002.

[4] 李麗柏， 武維東. 如何正確地使用多媒體教學(xué)探討[J]. 廣西輕工業(yè)， 2008，（11）：113-135.endprint