“材料物理計算機模擬”課程教學(xué)改革初探

摘 要：為了提高研究生課程“材料物理計算機模擬”的整體教學(xué)效果，筆者對該門課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等都進行了改革，重點是將教學(xué)內(nèi)容與教師科研工作相聯(lián)系，通過新概念和新方法讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，為后續(xù)的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；科研；研討式教學(xué)

內(nèi)蒙古民族大學(xué)研究生處要求各位任課教師對研究生課程進行教學(xué)改革。為了響應(yīng)學(xué)校的號召，也為了切實增強教學(xué)效果，筆者對“材料物理計算機模擬”課程進行教學(xué)改革。

一、改革教學(xué)內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容與教師科研工作相聯(lián)系

筆者以授課教師自己的科研項目所研究的材料為對象，將項目中的大問題進行拆分，得到一些可以在課堂中解決的小問題，并與該課程的內(nèi)容相結(jié)合進行講解。例如，筆者參與的國家自然科學(xué)基金項目“鹵族元素高壓結(jié)構(gòu)及性質(zhì)”，可以利用CALYPSO軟件預(yù)測晶體結(jié)構(gòu)，用VASP計算氯的能帶和態(tài)密度、聲子譜，用CrystalMaker畫氯的晶體結(jié)構(gòu)圖，用PWscf計算氯的超導(dǎo)溫度等，將其應(yīng)用到教學(xué)中，以氯為研究對象，對CALYPSO、VASP等軟件的使用進行介紹。學(xué)生在這一過程中，實際上已經(jīng)參與了教師的科研項目，這會給學(xué)生帶來新鮮感和榮譽感，從而調(diào)動其積極性，也有助于教師自身的科研成果。

2.理論講授上引入新概念和新方法

教師可以在內(nèi)容上增加前沿科研進展介紹，使學(xué)生了解自己所研究領(lǐng)域的前沿發(fā)展。比如，在介紹CALYPSO軟件時，教師可以介紹利用該軟件得到的最新結(jié)果。該軟件的開發(fā)團隊負責人馬琰銘教授獲得了意大利國際理論物理中心和Quantum Espresso基金會的首屆沃爾特科恩獎。

3.更新多媒體教學(xué)內(nèi)容

在課件方面，多增加科研背景介紹，特別是授課教師的科研和經(jīng)驗，讓學(xué)生能以科研工作者的身份進入學(xué)習過程。另外，增加可視化處理，比如：畫出相應(yīng)物理量（能帶、態(tài)密度等）的圖形，或采用動畫形式將復(fù)雜抽象的概念解釋清楚；對各種軟件的應(yīng)用進行演示，如用MS建立晶體結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生更直觀地學(xué)習這些方法。

二、改革教學(xué)方法與教學(xué)方式

1.注重啟發(fā)式教學(xué)，以問題驅(qū)動教學(xué)

第一，注重整體知識體系的講解；第二，以問題來驅(qū)動教學(xué)。在具體教學(xué)中，每次課開始前，教師將這節(jié)課要達到的目標向?qū)W生說明，要求學(xué)生按步驟達到所要求的目的，并將這些目標分解成一個一個的問題。學(xué)生帶著這些具體的問題去學(xué)習，能更清楚自己要學(xué)的知識框架，有明確的目標，并最終檢驗自己經(jīng)過學(xué)習是否達到教師的要求。

2.注重幾何直觀性，加強直觀性教學(xué)

加強直觀性教學(xué)，學(xué)生能直觀地看到軟件及其得到的結(jié)果，加強自身的印象。比如，教師在介紹VASP的使用時，如果最后將VASP計算得到的能帶和態(tài)密度圖畫出來，學(xué)生就能更直觀地感受該軟件的功能。在MS軟件的教學(xué)中，教師將建立起的晶體結(jié)構(gòu)向?qū)W生進行展示，在此基礎(chǔ)上向?qū)W生介紹如何改變類型、測量鍵長等內(nèi)容，比起純文字或PPT更易被學(xué)生掌握。

3.重視研討式、自主式教學(xué)

學(xué)生如果總是聽課，所學(xué)的效果會大打折扣。教師如果能穿插研討式、自主式教學(xué)，讓學(xué)生多思考并在課下準備一些內(nèi)容，可以增加學(xué)生的主人翁意識，能體諒教師上課的辛苦，更能好好聽課，增加聽課的效率，具體做法有以下幾點。第一，教師每次授課前準備若干問題，提前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生利用課余時間進行個人思考或按組討論。簡單問題在課堂上直接提問，復(fù)雜問題由學(xué)生上臺講解。第二，教師教學(xué)生如何使用各種軟件來設(shè)計一些具體編程的作業(yè)，要求學(xué)生在上機課獨立完成，并上交報告，提高學(xué)生獨立編程的能力。第三，教師要求學(xué)生總結(jié)所講的內(nèi)容，寫出讀書報告，供教師檢查和學(xué)生日后使用。

4.課堂教學(xué)應(yīng)將板書和多媒體課件充分結(jié)合

教師應(yīng)適當引入合適的多媒體手段，將板書和多媒體課件相結(jié)合，充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)方式和現(xiàn)代教學(xué)方式的優(yōu)勢。例如，講基本概念、方法和理論證明時，教師可按傳統(tǒng)的教學(xué)方式，而講軟件應(yīng)用、圖形動畫時，教師可利用多媒體課件進行演示，這樣既能使學(xué)生更容易地理解所學(xué)知識，又能提高教學(xué)效率。

三、改革考試方法

目前，學(xué)生的成績往往只通過期末考試這一種方式進行評定，不夠客觀，不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，因此，教師應(yīng)改變考核方式，使學(xué)生的成績由四部分組成：實驗報告成績（20%）；讀書報告成績（20%）；出勤成績（10%）；期末考試成績（50%）。

總之，通過各個方面的改革，“材料物理計算機模擬”課程的教學(xué)效果得以提升，為學(xué)生掌握該門課程的內(nèi)容并利用該門課所學(xué)內(nèi)容進行科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]李培芳.元素氯高壓屬性的第一性原理研究[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，28（1）：7-10.

[2]楊華哲.Materials Studio軟件在材料物理教學(xué)與科研中的應(yīng)用[J].物理與工程，2017（3）.

基金項目：國家自然科學(xué)基金（項目編號：11304143）；內(nèi)蒙古民族大學(xué)“物理師范生培養(yǎng)”教學(xué)團隊項目。endprint