“材料物理計算機模擬”課程教學改革初探

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

關鍵詞：教學改革；科研；研討式教學

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

一、改革教學內容

1.教學內容與教師科研工作相聯系

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，并與該課程的內容相結合進行講解。例如，筆者參與的國家自然科學基金項目“鹵族元素高壓結構及性質”，可以利用CALYPSO軟件預測晶體結構，用VASP計算氯的能帶和態密度、聲子譜，用CrystalMaker畫氯的晶體結構圖，用PWscf計算氯的超導溫度等，將其應用到教學中，以氯為研究對象，對CALYPSO、VASP等軟件的使用進行介紹。學生在這一過程中，實際上已經參與了教師的科研項目，這會給學生帶來新鮮感和榮譽感，從而調動其積極性，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

教師可以在內容上增加前沿科研進展介紹，使學生了解自己所研究領域的前沿發展。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果。該軟件的開發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.更新多媒體教學內容

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驗，讓學生能以科研工作者的身份進入學習過程。另外，增加可視化處理，比如：畫出相應物理量（能帶、態密度等）的圖形，或采用動畫形式將復雜抽象的概念解釋清楚；對各種軟件的應用進行演示，如用MS建立晶體結構，幫助學生更直觀地學習這些方法。

二、改革教學方法與教學方式

1.注重啟發式教學，以問題驅動教學

第一，注重整體知識體系的講解；第二，以問題來驅動教學。在具體教學中，每次課開始前，教師將這節課要達到的目標向學生說明，要求學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。學生帶著這些具體的問題去學習，能更清楚自己要學的知識框架，有明確的目標，并最終檢驗自己經過學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

加強直觀性教學，學生能直觀地看到軟件及其得到的結果，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密度圖畫出來，學生就能更直觀地感受該軟件的功能。在MS軟件的教學中，教師將建立起的晶體結構向學生進行展示，在此基礎上向學生介紹如何改變類型、測量鍵長等內容，比起純文字或PPT更易被學生掌握。

3.重視研討式、自主式教學

學生如果總是聽課，所學的效果會大打折扣。教師如果能穿插研討式、自主式教學，讓學生多思考并在課下準備一些內容，可以增加學生的主人翁意識，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，提前發給學生，讓學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，復雜問題由學生上臺講解。第二，教師教學生如何使用各種軟件來設計一些具體編程的作業，要求學生在上機課獨立完成，并上交報告，提高學生獨立編程的能力。第三，教師要求學生總結所講的內容，寫出讀書報告，供教師檢查和學生日后使用。

4.課堂教學應將板書和多媒體課件充分結合

教師應適當引入合適的多媒體手段，將板書和多媒體課件相結合，充分發揮傳統教學方式和現代教學方式的優勢。例如，講基本概念、方法和理論證明時，教師可按傳統的教學方式，而講軟件應用、圖形動畫時，教師可利用多媒體課件進行演示，這樣既能使學生更容易地理解所學知識，又能提高教學效率。

三、改革考試方法

目前，學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，不利于調動學生的學習積極性，因此，教師應改變考核方式，使學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”課程的教學效果得以提升，為學生掌握該門課程的內容并利用該門課所學內容進行科學研究打下了良好的基礎。

參考文獻：

[1]李培芳.元素氯高壓屬性的第一性原理研究[J].內蒙古民族大學學報（自然科學版），2013，28（1）：7-10.

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

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