郝淑娟　徐權(quán)　董云峰　劉永皓　馮瑞姝

摘要：針對(duì)物理學(xué)專業(yè)固體物理課程的內(nèi)容特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際，通過(guò)總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，充分利用學(xué)?，F(xiàn)有教學(xué)資源，積極對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行大力的實(shí)踐和改革并取得了較好的成效，為物理學(xué)專業(yè)課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：固體物理；課堂教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）17-0129-02

固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子、電子等）之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科。固體物理與凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要物理基礎(chǔ)，是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一，因此它是物理學(xué)專業(yè)高年級(jí)的一門重要基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的課程。該課程對(duì)固體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究是從原子、電子和分子的角度進(jìn)行的。它與金屬物理、普通物理、材料科學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理，尤其是量子力學(xué)等相關(guān)學(xué)科聯(lián)系非常緊密。對(duì)于固體電子論、固體的磁性、晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì)、超導(dǎo)體、半導(dǎo)體等專題要著重研究。所以說(shuō)，在物理學(xué)專業(yè)起到承前啟后作用的專業(yè)課程是固體物理。如何較好地講授該門課程，取得良好的教學(xué)效果，是一個(gè)值得深入研究的問題。就當(dāng)前固體物理在教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題，我們從其教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等三個(gè)方面進(jìn)行探索性的實(shí)踐與改革。

一、教學(xué)中存在的問題

1.教學(xué)內(nèi)容方面的問題。首先固體物理課程所包含的知識(shí)面較為廣泛，理論性和專業(yè)性較強(qiáng)，抽象難懂，大量運(yùn)用比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理方法，增加了學(xué)習(xí)強(qiáng)度，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變得較為困難。其次，固體物理的較高要求，使得學(xué)生的空間想象能力變得更加豐富，尤其是在學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容的時(shí)候，空間想象是必不可少的，這更進(jìn)一步地增加了學(xué)習(xí)難度。再者，由于諸多方面的原因?qū)е鹿腆w物理教學(xué)學(xué)時(shí)緊張，固體物理課程被不可避免的壓縮刪減。這樣就使得教師在基本的講授時(shí)間之外，選擇用很少的課余時(shí)間進(jìn)行專題講解，這樣非常不利于拓展學(xué)生的視野和知識(shí)層面。另外，在社會(huì)不斷進(jìn)步、科技發(fā)展迅猛的時(shí)代，激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)等一系列現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究均取得了很大的突破，固體物理學(xué)科發(fā)展也發(fā)生著日新月異的變化，層出不窮的高新技術(shù)，不斷涌現(xiàn)出來(lái)的新概念，而現(xiàn)有的經(jīng)典教材卻少有前沿知識(shí)的更新，對(duì)固體物理前沿的新動(dòng)態(tài)、新成果、新概念介紹得不夠，這樣就很容易導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣，同時(shí)也給我們的固體物理教學(xué)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2.教學(xué)手段方面的問題。傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)手段基本采用“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)模式，教師依然使用傳統(tǒng)教具和較為抽象的語(yǔ)言來(lái)傳授知識(shí)，沒有具體的形象描述。而固體物理課程內(nèi)容相對(duì)豐富，對(duì)于稍微復(fù)雜的三維晶體結(jié)構(gòu)、倒易空間及其能帶結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)等難以描述清楚，致使學(xué)生難以理解一維到三維的擴(kuò)展，對(duì)該門課程沒有形象深刻的認(rèn)識(shí)，感覺很空洞，對(duì)固體物理的基本定理、公式、概念等沒有較多的體會(huì)，這就讓固體物理變得非常難學(xué)，學(xué)生越學(xué)越受挫，從而對(duì)固體物理失去學(xué)習(xí)的興趣，最終導(dǎo)致學(xué)生對(duì)固體物理產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

3.教學(xué)方法方面的問題。固體物理教學(xué)的傳統(tǒng)形式比較單一，“填鴨式”教學(xué)模式讓教師成為主體，教師唱獨(dú)角戲。這種教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)全面，公式推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、精練，只能使學(xué)生被動(dòng)地接受前人已經(jīng)積累的知識(shí)，單純靠機(jī)械記憶，從而降低了學(xué)生的理解程度。這種教學(xué)模式也沒有對(duì)學(xué)生進(jìn)行很好的引導(dǎo)，讓學(xué)生積極主動(dòng)地去思考和研究，去發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，甚至解決問題，限制了學(xué)生的創(chuàng)造性。教學(xué)方法的單一也使學(xué)生缺少了對(duì)本門課程的整體認(rèn)識(shí)，不知道各章節(jié)間的聯(lián)系，腦中只有零散的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)效果大打折扣，覺得固體物理課程原理多、模型多、定律和概念多，這就更容易使學(xué)生對(duì)固體物理學(xué)習(xí)失去興趣。在教學(xué)過(guò)程中大量講授物理模型的推導(dǎo)過(guò)程，比如黃昆的《固體物理》中能帶理論等章節(jié)含有大量涉及量子力學(xué)的理論推導(dǎo)，這使學(xué)生接受起來(lái)比較困難，學(xué)生對(duì)理論性相對(duì)較強(qiáng)的內(nèi)容可能不太感興趣，而對(duì)實(shí)用或未來(lái)就業(yè)價(jià)值更高的知識(shí)比較感興趣。

二、課程教學(xué)改革和實(shí)踐

針對(duì)我校的實(shí)際情況和固體物理課程教學(xué)中存在的諸多問題，我們相應(yīng)改革了課堂教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容，以期推動(dòng)固體物理課程的建設(shè)。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。針對(duì)本校本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)以及課程的學(xué)時(shí)安排，對(duì)固體物理課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和整合。第一章晶體結(jié)構(gòu)，主要講述晶格、周期對(duì)稱性、幾種基本的晶體結(jié)構(gòu)和倒格子；第二章固體的結(jié)合，主要介紹晶體結(jié)合力的物理本質(zhì)，并介紹基于不同結(jié)合力的幾種基本晶體類型；第三章晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì)，重點(diǎn)講述愛因斯坦模型、德拜模型以及一維單原子鏈和一維雙原子鏈，其他內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)；第四章能帶理論，主要講述布洛赫定理，近自由電子近似，緊束縛近似，固體能帶，能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算，介紹費(fèi)米面和態(tài)密度定義及其物理實(shí)質(zhì)；第五章晶體中電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，講述特定電場(chǎng)、磁場(chǎng)下電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；第六章缺陷，簡(jiǎn)要講述缺陷產(chǎn)生機(jī)制，介紹點(diǎn)缺陷，其他內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué)。

另一方面，在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)添加一些與本學(xué)科相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)和物理前沿，開闊學(xué)生眼界、提高學(xué)習(xí)興趣和積極性。

2.教學(xué)手段多樣化。以前課堂教學(xué)是單一的黑板教學(xué)，而固體物理對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求高，因此，為提高課堂教學(xué)質(zhì)量和講課效率，引入具有生動(dòng)、形象、直觀、靈活、信息量大等突出優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)代多媒體教學(xué)。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上選擇合適的動(dòng)畫和圖片，設(shè)計(jì)和建立一套完善的多媒體課件教學(xué)系統(tǒng)。比如，在講晶體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，可以加入氯化鈉、金剛石等晶體的三維結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生360度觀看晶體結(jié)構(gòu)；在講布里淵區(qū)的時(shí)候，利用ppt動(dòng)畫效果，使學(xué)生深刻理解布里淵區(qū)的畫法。但是，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中也暴露出僅用多媒體教學(xué)的不足之處。據(jù)學(xué)生反映，多媒體畫面具有瞬息多變、一晃而過(guò)、翻頁(yè)太快使學(xué)生來(lái)不及思考、概念印象模糊、記憶膚淺等弊端，因此必須恰當(dāng)使用多媒體課件。筆者的體會(huì)是，使用多媒體但決不能依賴多媒體，而是將使用多媒體課件與傳統(tǒng)講課方法有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得最佳授課效果。這就要求多媒體課件不能是書本的拷貝，更不能對(duì)著多媒體課件照本宣科，而是要求課件制作必須精良，使用要恰到好處。endprint

將一些國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的記錄片引入到固體物理的教學(xué)中。如，在課程的開始階段介紹該教材的編著者——黃昆先生。我們可以以記錄片的形式介紹黃昆先生的生平，讓學(xué)生在了解編著者的同時(shí)，對(duì)這本教材也有更進(jìn)一步的了解，這就很容易地調(diào)動(dòng)起學(xué)生對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)興趣。又如，在講解超導(dǎo)時(shí)，教師可以運(yùn)用《絕對(duì)零度》這一紀(jì)錄片，讓學(xué)生對(duì)超導(dǎo)體的特殊性質(zhì)和超導(dǎo)的研究歷史有更加形象的認(rèn)識(shí)。

3.教學(xué)方法靈活化。結(jié)合本校本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，靈活的運(yùn)用教學(xué)方法，選擇學(xué)生易于理解的方法進(jìn)行講授，盡量避免大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程。對(duì)于物理概念、物理原理和物理模型的描述是固體物理教學(xué)中具體問題闡述的著重點(diǎn)，同時(shí)，教師對(duì)于較為詳細(xì)的固體器件技術(shù)問題和較為繁瑣的教學(xué)推導(dǎo)都要盡量減少。在講解推導(dǎo)過(guò)程較為復(fù)雜但結(jié)論卻很重要的內(nèi)容時(shí)，教師一般會(huì)直接給出結(jié)果，這是大多數(shù)學(xué)生都愿意接受的，相對(duì)于那些少數(shù)需要更深入學(xué)習(xí)研究的學(xué)生，我們就可以采取將具體的推導(dǎo)過(guò)程用別的課件給出的形式，盡量讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究，碰到問題再與老師進(jìn)行探討。

在教學(xué)中貫徹“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的原則。采用啟發(fā)式教學(xué)，讓學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)積極思考對(duì)問題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和提問，促使學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。在各章節(jié)的教學(xué)中也采用同樣的方法，使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入思考，并且經(jīng)常聯(lián)系前面學(xué)過(guò)的知識(shí)，找出知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容有宏觀的認(rèn)識(shí)，避免知識(shí)學(xué)的零散雜亂。

三、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，使得固體物理教學(xué)也面臨著越來(lái)越多的改革和挑戰(zhàn)，固體物理的教學(xué)諸方面也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和轉(zhuǎn)變。針對(duì)物理學(xué)專業(yè)固體物理課程特點(diǎn)，結(jié)合本學(xué)校本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，開展該課程課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法的改革與實(shí)踐，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)出了自信和成效，讓老師和學(xué)生共同分享到課堂教學(xué)改革的樂趣和收獲，為物理學(xué)專業(yè)課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。

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