《固體物理學》教學改革探索

孫科偉

【摘要】本文從理工科學生的實際情況出發，結合固體物理學課程的特點，介紹了在教學內容、教學方法等方面所做的一些改革。

【關鍵詞】固體物理 教學改革 教學模式

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）01-0178-02

固體物理學是研究固體的性質、它的微觀結構及各種內部運動，以及這種微觀結構和內部運動同固體的宏觀性質的關系的學科。它是物理學中內容較豐富及應用較廣泛的分支學科之一。固體物理學主要包括了晶體結構、固體的結合、晶格振動、能帶理論、外場下晶體中電子的運動、金屬電導論、半導體電子論等基本內容。其涉及到晶體結構學、大學物理、熱力學及統計物理和量子力學等許多學科的相關知識，是一門理論性很強的課程。本文主要從固體物理學在面向杭州電子科技大學應用物理及電子信息專業學生的培養要求及特點，結合作者在講授固體物理學的一些心得和體會，在教學內容、教學方法手段等方面提出了一些教學改革的新探索及新措施。

1.教學改革思路

傳統的教學模式都是以教師為主體，學生只能被動地接受知識，往往就失去了學生在學習中的主體地位，造成他們的思維模式單一、狹窄、閉塞，缺乏獲取知識的自主性能動性和創造性。為了實現培養創新型應用型人才的目的，貫徹新的教學理念，在教學中不僅需要發揮學生的主體作用，也要充分發揮教師的主導作用。在多次的固體物理學的教學工作中，作者通過教學反思逐漸形成了一些新的教學改革思路，同時利用我校網絡教學平臺實踐了一些教學內容、教學方法的改革新措施，具體包括：1）課程內容體系結構改革創新；2）教學組織創新；3）教學方法創新。

2.教學內容改革

近年來，我校固體物理課程作為必修的基礎理論課學時為48學時，要在有限的時間內完成所有的教材內容是不可能的。因此，必須根據我校兩個專業學生的培養要求精選課堂上應講授的內容。首先是教材選擇上，國內外已經有大量經典教材，作者經過比較選擇了比較精簡的教材，即黃昆編著北京大學出版社出版的教材《固體物理學》，同時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》為主要的參考教材。

在固體物理學本科教學內容上，分為基本內容及選修內容兩個部分：

（1）基本內容主要包括6個章節，即晶體的幾何，晶體的結合，晶格振動和晶體熱學性質，能帶論，金屬電子論。

（2）選修內容包括：相圖，晶體中的缺陷和擴散，半導體電子論，固體磁性，超導電的基本現象和基本規律。

基本內容主要在課堂里通過多媒體教學進行授課。這樣在授課過程中能保證有足夠的時間用于物理模型、數學推導及物理意義上的分析討論。

對于選修內容則主要利用我校網絡教學平臺上傳了相應的多媒體課件及課程視頻，學生可以根據個人專業或興趣愛好選擇一個部分自我學習，比如電子信息專業學生，可要求其完成半導體電子論有關章節的自學。另外，作者也補充了一些閱讀材料，其包括一些有趣的物理學史及與固體物理學科相關的科研前沿知識，比如在“超導電的基本現象和基本規律”補充了最近超導科學領域由中國科技大學陳仙輝教授等人完成的系列成果“鐵基高溫超導”等。通過補充材料的閱讀，可以讓學生了解科學發展規律的一些共性，掌握一定的科學研究方法，鍛煉其科學思維觀。

3.教學方法改革

（一）教學組織創新。傳統的教學組織方法，主要是教師講授，學生被動接受知識的形式。這樣往往不利于調動學生的自主學習及創新能力的培養。針對這種情況，作者嘗試增加師生互動環節。在我校的網絡教學平臺中的學習交流欄目給出一些章節的思考題，主要考察學生對物理本質問題的掌握情況。學生也可在學習交流欄目提出自己的疑難問題，教師及其他學生都可以對此做相關解答。這樣不僅有效地提高了師生互動，也增強了學生獨立思考的能力。

（二）教學方法創新。作者嘗試小范圍引入MOOC課程的教學模式。例如選擇教材中“三維周期場中的電子運動”這一小節錄制了授課視頻，并利用我校網絡教學平臺上傳了相應的視頻及授課的多媒體課件。由于此前已經在課堂上完成了“一維周期場中電子運動的近似分析”的詳細授課，學生對此類問題的處理方法及推導已掌握，完全可以進一步通過網上視頻及學習資料自己獨立完成相關小節的學習。同時留出約一個課時的時間要求學生根據學習內容研究討論三維系統與一維系統電子運動的不同之處，需要注意哪些新問題。最后，再由教師進行總結。可以讓學生在完成“任務”的過程中，培養分析問題、解決問題的能力，培養學生獨立探索及合作精神。

4.結束語

對本科生開設的固體物理課程，不僅需要教師教授相關物理概念和知識，還要注重學生獨立思考能力的培養。在教學內容上，加入一些物理學史及輔助的閱讀材料可以讓學生了解學科發展及前沿的一些進展，增加學生視野并激發學生的學習興趣。在教學方法上，通過組織創新和方法改進，引入師生互動環節和一些新出現的較為先進的教學手段，如MOOC課程的教學模式等，可培養學生的學習主動性，培養其創新意識。總之，以學生為主體，堅持以學生為本，不斷改革才能達到提高教學質量，培養高素質人才的目的。

參考文獻：

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

[2]張淑華.教學改革研究與實踐[M].化學工業出版社，2007.