結(jié)合“新工科”創(chuàng)新理念的固體物理教學改革探索

尹廣超 孫美玲

摘要：基于固體物理課程的自身特點及當前教學過程中存在的主要問題，結(jié)合“新工科”創(chuàng)新理念，對固體物理課程的教學理念、教學內(nèi)容、教學方法、教學實踐等方面進行初步的教學改革探索與實踐，以強化學生的創(chuàng)新與科研素質(zhì)培養(yǎng)，構(gòu)筑與時俱進的教學內(nèi)容體系與網(wǎng)絡(luò)教學平臺，實現(xiàn)以教師講授為主向?qū)W生自主學習為主的教學模式轉(zhuǎn)變，提升學生的實踐能力與創(chuàng)新意識，從而促進高科學素養(yǎng)的創(chuàng)新科研型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：固體物理；新工科；教學改革探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）14-0173-02

《固體物理》是高校物理、光電、電子、材料等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修基礎(chǔ)課之一，主要研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子、電子等）之間相互作用與運動規(guī)律、進而闡明其宏觀性能與用途，是物理理論知識與物質(zhì)實踐應(yīng)用的重要紐帶[1，2]。該課程在為學生系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生樹立科學的世界觀，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識等方面，具有其他課程不能替代的重要作用。因此，優(yōu)質(zhì)高效的固體物理課程教學能有效提高學生的科學素養(yǎng)，增強學生分析問題與解決問題的能力，促進學生的創(chuàng)新與科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。本文基于固體物理課程的自身特點及當前教學過程中存在的主要問題，結(jié)合當前“新工科”的創(chuàng)新理念，對固體物理課程進行初步的教學改革探索與實踐，以實現(xiàn)具有高科學素養(yǎng)的創(chuàng)新科研型拔尖人才的培養(yǎng)。

一、固體物理的教學現(xiàn)狀

目前，固體物理課程作為一門經(jīng)典課程，已經(jīng)形成了固有的知識體系和教學模式，但在教學理念、教學內(nèi)容、教學模式、教學實踐等方面仍存在一定問題，主要體現(xiàn)如下：

1.教學理念陳舊。傳統(tǒng)的固體物理教學，主要以課堂講解、傳授知識為主，教師把知識分解為章、節(jié)塞給學生，學生只是被動的接受，通過循環(huán)往復的“教、練、考”來鞏固知識。這種單一的教學模式不利于學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和拔尖人才脫穎而出，缺乏個性與創(chuàng)見。究其原因，在于沒有及時轉(zhuǎn)變教學理念：在當前的固體物理課程教學中，個別老師，忽視了固體物理教學的真正目的。固體物理課程教學的真正目的不僅是傳授學生相關(guān)理論知識，為后續(xù)的專業(yè)課程提供服務(wù)，更重要的是使學生學會科學的思想方法，開拓學生的創(chuàng)新意識和培養(yǎng)正確的科學態(tài)度。

2.教學內(nèi)容偏理論且陳舊。目前固體物理教學使用的教材和參考書，如由黃昆原著、韓汝琦改編的《固體物理學》等物理學背景的經(jīng)典教材，在教學內(nèi)容上過于偏重理論，需要一系列相應(yīng)物理學課程背景知識與基礎(chǔ)（如高等數(shù)學、量子力學、熱力學統(tǒng)計物理等），這大大增加了學生的學習難度，明顯降低了學生的學習興趣，甚至使很多學生產(chǎn)生畏難情緒。此外，經(jīng)典教材缺少前沿知識的更新，對固體物理前言的新動態(tài)、新成果、新概念接觸較少，這樣不但容易導致學生缺乏學習的動力和興趣，更會使得學生所學知識與科學前沿無法緊密結(jié)合，限制了學生的創(chuàng)新性培養(yǎng)。

3.教學手段陳舊。目前固體物理教學仍然是傳統(tǒng)的教學模式，教師在教學中采用“填鴨式”教學模式將知識點傳授給學生，學生始終處于被動學習階段。嚴重忽視了學生在學習過程中的主導地位，忽略了對學生的學習能力以及學習方法的培養(yǎng)。長此以往，導致學生產(chǎn)生厭學情緒，失去對固體物理學習的積極性與主動性。

4.缺乏理論與實踐的聯(lián)系。隨著科技的發(fā)展，固體物理領(lǐng)域的新思想、新概念不斷涌現(xiàn)，早已滲透到包括材料、化學和光電子科學在內(nèi)的多個相鄰學科之中，并且指導著相關(guān)學科的工科實踐。然而，目前的固體物理定位仍然以傳統(tǒng)內(nèi)容為主，一些經(jīng)典教材雖然增添了一些新內(nèi)容，但是在具體的教學實踐中，近二十年來并沒有大的改動。這種“重理論、輕實踐，多經(jīng)典、少創(chuàng)新”的教學模式，雖然在一定程度上強化了學生的理論能力，但是很難引導學生去主動思考，將課程理論和實踐相結(jié)合，不利于創(chuàng)新科研型人才的培養(yǎng)。

二、固體物理的教學改革內(nèi)容

1.轉(zhuǎn)變教學理念，強化創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)。轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“教、練、考”教學理念，在教學過程中加強對知識理論的模型化構(gòu)筑與科學理念分析，以提升學生對實際問題的邏輯處理和分析能力。同時，以“提煉科學方法、闡述科學觀念、揭示人文啟示”三條途徑，在固體物理的教學中向?qū)W生展示基本的實驗方法和實驗分析手段，繼而對學生進行基本科學素質(zhì)與人文素養(yǎng)的培養(yǎng)，使學生在今后的科技創(chuàng)新之路乃至立身處世方面有較大收益。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容，構(gòu)筑與時俱進的教學內(nèi)容體系和網(wǎng)絡(luò)教學平臺。在經(jīng)典基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，用學生可理解的方式引入與課程相關(guān)的科學技術(shù)前沿的研究成果，以及與課程相關(guān)的交叉學科或課程的重要知識和結(jié)論，特別是結(jié)合課程知識討論一些科研熱點問題和與日常生活相關(guān)的科學技術(shù)問題，如在講述晶體結(jié)構(gòu)的過程時，以碳的同素異形體為例，由“石墨”、“金剛石”到“富勒烯”，再引申至“碳納米管”、“納米技術(shù)”等。通過具體的實例講解，讓課程中枯燥的內(nèi)容生動化、具體化，進而引導學生了解目前材料學科前沿的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，從而激發(fā)起學生更多的學習熱情與科學興趣。此外，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建與時俱進的網(wǎng)絡(luò)教學共享平臺，探索實現(xiàn)基本教學內(nèi)容、測試評價方式、前沿科學信息共享等教學資源的網(wǎng)絡(luò)化，方便學生自主學習與討論，提升對學生前沿創(chuàng)新理念的培養(yǎng)。

3.優(yōu)化教學與考核模式，實現(xiàn)以教師講授為主向?qū)W生自主學習為主的轉(zhuǎn)變。在教學模式方面，由傳統(tǒng)的“填鴨式”教學模式向“啟發(fā)式、案例式、探討式等”多元化教學模式轉(zhuǎn)變。“啟發(fā)式”教學，教師引導學生在學習過程中主動提出問題、思考問題，主動去發(fā)現(xiàn)、去探索，培養(yǎng)學生的批判性思維與探索精神；“案例式”教學，向?qū)W生展示最新的科研成果和科研方法。“探討式”教學，依據(jù)課程內(nèi)容，設(shè)計研究主題，利用經(jīng)典的理論知識去解釋具體的實際問題。在教學過程中，采用多元化教學方法將教學內(nèi)容和科研熱點聯(lián)系起來，取得良好的課堂教學效果并開拓學生的科研視野。此外，針對傳統(tǒng)考核模式難以考核學生對知識的靈活應(yīng)用能力、激發(fā)學生的創(chuàng)新意識等問題，將靈活的知識應(yīng)用問答與團隊協(xié)作的前沿科學探討（PPT或論文）引入到考核模式中，提升學生的知識靈活應(yīng)用、團隊協(xié)作與創(chuàng)新能力。

4.加強實踐教學，促進學生的實踐能力與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。首先，將科研中的具體范例引入到理論教學中，如在晶體結(jié)構(gòu)中，將有關(guān)類金剛石薄膜方面的知識引入，通過其與金剛石、石墨結(jié)構(gòu)和性能的對比，讓學生理解固體結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，同時拓展學生的知識領(lǐng)域。其次，增添教學過程中的實驗實踐環(huán)節(jié)，嘗試利用學院及學校的科研教學硬件資源，針對課程的重點章節(jié)，設(shè)計演示和驗證實驗，并將其穿插在理論教學之中，如利用X射線衍射儀分析單晶硅和多晶硅的晶體結(jié)構(gòu)，目的在于讓學生了解和熟悉科研領(lǐng)域常用的XRD測試技術(shù)與原理，通過實驗和理論的結(jié)合，探索合理有效的研究性教學方法，為學生的后續(xù)專業(yè)學習和實踐奠定了基礎(chǔ)。此外，鼓勵學生參加各類科研報告、學術(shù)論壇和科技競賽，并結(jié)合教師的具體科研方向?qū)W生帶入實驗室，進而培養(yǎng)起創(chuàng)新、協(xié)作和實踐能力。

三、結(jié)語

借助固體物理的課程綜合改革研究，我們對固體物理課程的教學進行了全面的探索與改進，緊密結(jié)合“新工科”背景下的人才需求，更新了教學理念，優(yōu)化了教學內(nèi)容與教學模式，加強了實踐教學，實現(xiàn)了該課程教學的與時俱進。通過對該課程的綜合改革，有效提升了學生的學習積極性，增強了學生的創(chuàng)新與科研能力，進而促進了創(chuàng)新科研型拔尖人才的培養(yǎng)，初步達到了固體物理在綜合改革的建設(shè)目標。

參考文獻：

[1]郝淑娟，徐權(quán)，董云峰，等.固體物理教學改革的探索與實踐[J].教育教學論壇，2015，（17）：129-130.

[2]毛飛，張振華，李小華，鄭波.固體物理教學方法改革的探討[J].時代教育，2016，（2）：24.