材料学专业“固体物理”课程教学改革初探

ｉ　ｊｊｉｉ８ｌ—　：—！　ｉ　。　。　。　。　。　。　．科教研究　材料学专业“固体物理＂课程教学改革初探　文尚胜　（华南理工大学材料科学与工程学院　广州　５１　０６４１）　摘要：针对材料学专业工科大学生的先修课程的知识基础与固体物理教学安排的实际情况，探讨了固体物理教学内容、教学方法和教　学手段改革的措施，使学生既能以快捷、愉快的模式掌握必要的专业基础知识，又培养了学生从事科研工作的能力，满足了知识经济时代　对具有创新精神、创新能力人才的需要，受到了学生的欢迎　关键词：固体物理　教学改革　创新能力　学科前沿　中图分类号：Ｇ６　４　２．０　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７３—９７９５（２０１　Ｏ）Ｏ４（ａ）一００４４－－０２　固体物理学是研究固体物质的物理性　工科大学生来说，是一门很重要的专业基　Ⅸ固体物理》教学的非计算机专业教学人员　质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动　础课　形态，及其相互关系的科学。它是微电子技　为了解决上述矛盾，我们在课堂教学　术、光电子学技术、能源技术、材料科学等　过程中主要采取了下列措施：　技术学科的基础，是基础理论和众多高科　其一，采取课前指导学生自学后续课　技应用学科之间的桥梁…。但传统的固体物　堂将要用到的《量子力学》、《统计物理学》　理教学内容充满了艰涩难懂的专业术语、　相关的知识点与课堂上穿插讲解相结合的　眼花缭乱的空间图形变换、复杂繁琐的数　办法，解决学生先修课程不足的问题。　学演算，对固体物理前沿的新动态、新成　其二，精讲　固体物理》课程的最基本　果，新概念介绍的不够，教学手段　方法单　内容部分，课后指导学生自学Ⅸ固体物理》　一，造成教师难教、学生畏学的教学局面，　课程的专业内容部分，在教学中贯彻“教为　远远不能适应互联网时代接受新知识的快　主导，学为主体”的精神。　捷、愉快模式的要求。这一问题对于物理基　其三，突出《固体物理》教学内容中的　础不够厚实的材料学专业工科大学生而　物理思想和物理模型，尽量应用简单的理　言，显得尤为突出。为了培养和造就高素质　论模型去解释固体的性质，不拘泥、不追求　的材料科学创新型人才，固体物理课程的　繁琐的数学推导和演算，深入浅出地揭示　课堂教学改革势在必行。　微观粒子运动的基本规律。　其四，目前国内《固体物理》教材最大　１　重物理思想轻数学推导、删繁就　的弊端就是，着重理论的讲述，而没有把某　简，进行教学内容的改革　个物理理论与相关的实验手段、实验验证　固体物理理论性较强、体系庞大、内容　结合起来。在　固体物理》教学内容的安排　丰富，比较抽象难懂。对传统的固体物理教　上，要着力体现本课程作为“基础理论和众　学内容进行整合和某些前沿知识的引入，　多高科技应用学科之间的桥梁”的学科特　实现教学内容的创新，是固体物理教学改　点。传授知识只是手段，通过传授知识培养　革的突破口。　和提高学生运用知识的能力才是目的。　教学内容的改革是《固体物理　课程教　学改革的核心，其原则是突出“强化基础，　２应用多媒体技术，进行教学手段的　联系现实，培养能力，鼓励创新”的指导思　改革　想。为此，一方面应当了解学生的具体情　２０世纪９Ｏ年代迅速发展起来的多媒体　况，特别是先修课程的学习情况；另一方面　技术是计算机综合处理文本、图形　声音、　要了解这一课程的具体要求。　图像、动画、视频等多种媒体信息能力的技　《固体物理》课程主要包括两部分的内　术【２１。目前，它作为一种全新的教学手段，是　容，一部分为晶体结构、晶体结合、晶格振　实现固体物理教学现代化不可缺少的重要　动、金属自由电子理论、固体的能带理论等　组成部分。　固体物理学的最基本内容；另一部分为包　由于固体物理学研究的对象是具有周　括半导体、超导体、非晶态固体、固体的磁　期性结构的晶体，从晶格振动到固体电子　性等专业内容。内容较多，但材料学专业的　能带理论，既要用到量子理论，又要使用高　《固体物理》课程教学仅安排为６４学时，丰　度抽象的波矢空间，教师难教、学生畏学。　富的教学内容与较少的教学学时之间存在　然而，借助计算机多媒体技术，可以在计算　尖锐的矛盾。　机上把图、文、声、像集成在一起，用动态的　《量子力学》、Ⅸ统计物理学》是学习《固　画面直观地演示固体物理课程所涉及到的　体物理》的先修课程，没有这方面的知识，　晶体微观、宏观结构和有关的物理规律，提　《固体物理　课程的教学是无法进行的。材　高教学内容的表现力和感染力，提高现有　料学工科大学生一般没有学过这两门课　教学模式的教学效率和质量，以达到优化　程。然而，《固体物理》是固体材料和固体器　固体物理教学目的。　件的基础学科，是固体新材料和新器件的　编写能演示各种三维立体动态变换效　生长点。固体物理课程对从事材料科学的　果的Ⅸ固体物理》教学软件，一般不是从事　４　４　中国科教创新导刊　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　力所能及的。外购专业开发的《固体物理　教学软件，一般不能完全满足本校、本专业　的教学内容的实际需要。在实际课堂教学　过程中，我们采取自编教学课件与外购《固　体物理＊教学软件相结合的办法，既解决了　自编课件的技术难题又弥补了外购软件　“水土不服”的缺点。　另外，在教学过程中，我们还充分利用　多媒体课室开通了互联网的优势，结合教　学内容以及当时当地国内、国际上发生的　有关固体物理学方面的科技新闻，在课堂　上实时进行搜索查询，使学生能接受到最　新的、最前沿的固体物理知识。满足知识经　济时代学生对知识求新、求快的需要，培养　具有创新精神、创新能力的材料学科人才。　３结合材料学科高科技发展前沿，引　导学生进行创造性地学习　“固体物理学”是材料学专业工科大学　生二年级的一门必修专业基础课程。它与　当今最活跃的凝聚态物理和新材料科学紧　密相连。本学院的“材料学”专业是国家一　级重点学科，在光子晶体材料、光电材料、　各种功能材料等新材料领域有很先进的实　验设备与很强的科研实力。有选择地带领　学生参观实验室、旁听专题学术报告会，将　这些领域的最新重要进展和应用成果介绍　给学生。例如，在讲授晶体结构时，结合本　学院刘粤惠老师编著ⅨＸ射线衍射分析原理　与应用　一书以及我校的Ｘ射线双晶衍射　仪，讲解Ｘ射线衍射分析实验方法在现代科　技中的重要作用；在讲授能带理论时，结合　本学院光通信材料研究所的光子晶体光纤　材料的研制，讲解能带理论在进行材料的　能带工程设计中的理论基础作用；在讲授　金属自由电子理论时，结合本学院光电材　料与器件研究所的有机发光二极管的研　究，讲解电子的电导与金属／半导体的接触　势垒理论，在半导体器件载流子输运、金属　电极的制作方面的应用等等。从而使枯燥　的理论课堂教学增添亲合力和朝气，让学　生强烈地感受到科学发展的脉搏和动力，　引导学生进行创造性地学习，使学生由被　动接受知识变为主动探索知识，以自己的　思考代替教师的灌输，将有助于提高学生　（下转４６页）　２０１０　ＮＯ．１　０　Ｃｈｉｎｅ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　科教研究　的教育情景中亲身实践、体验、感悟、积累　实习实践中，对实习实践进行反思，总结经　动观念的引入，打破高等师范教育与中小　和发展。因此，高师教育实习应加强理论与　验，找出成绩和不足以及应对基础教育中　学基础教育之间的藩篱，避免了高师院校　实践的整合，拓展见习实习的内容与形式，　新出现的教学实践问题的方法。因此在实　师范生培养的闭门造车与基础教育实际需　校内校外、分散与集中等多种形式结合起　习结束后，我们要求参加实习的师范生必　求相背离情况的发生。（３）通过丰富实习实　来，让师范生在大一到大四整个学习过程　须对实习中所遇到的中小学教学的教学常　践样式、延长时间周期的方式，可以更有效　中尽早、多次、渐进地接触和了解中小学学　规、日常治理、问题分析、制定计划、教学策　地培养师范生教师职业的胜任能力。（４）强　让实习学生把实习活动的收获转　生和教学实际。并通过实地参观、见习观　略、学生评估等教育实践问题的感受和想　调反思，摩、优质课案录像分析、微格教学、讲习实　法作以总结。强调理论学习与指导下的教　化为自己的实践教学经验，提高教育教学　对于高师院校来说，充分的反　习等目标明确、内容丰富的理论与教育实　学实践及应用，注重实习小组的研讨与信　的职业能力；践相联系的活动，引导师范生学会用理论　息交流作用，引导师范生对自己所学与所　思为高师院校以后的实习实践活动提供了　去指导自己的实践，善于在实践中消化所　教进行反思，培养师范生反思性教学的意　丰富的可供借鉴的理论成果和经验总结，　学的知识，并内化为自己的教学信念和行　识，引领他们在理论与实践的不断融合与　使实习实践活动更具可持续发展的现实意　为，使教育教学逐步走向科学化、规范化和　互动中，自觉走上“经验反思”的可持续发　义。　理性化，实现理论与实践的融合。　多元互动型教育实习模式只是一次教　还有　２．２丰富实习实践样式，延长教育实践周期　实习情况以及调研情况进行总结，特别是　育实习实践改革的初步探索与实践，改变我国教师教育长期以来存在的重　针对基础教育中新出现的教学理念、教学　许多诸如教育思想和观念、课程体系、教学　理论轻实践、重知识轻应用、重学术轻师范　方法、教材更新等方面要加大分析力度，总　内容、教学方法、教学手段的改革以及教学　的观念与传统，加大教育实践课程的比重，　结出变革情况和应对策略。学院相关部门　计划的调整，是一项艰难的系统工程，必须　展之路。同时也要求教法教师对每一年的　增加教育实习的时间，强化未来教师教育　要组织相关人员认真审阅并讨论这些总结　长期持续进行。　理论、教育方法、教育技能和现代教育技术　报告，并以此为依据不断修正教育实习实　的把握与应用，是改革现行教师教育课程、　提高未来教师教育实践能力的必由之路。　践环节中存在的问题和改进实习实践的具　体实施措施，从而使每年的实习实践活动　因此高师教育实习应丰富实习样式，延长　不再是一次性行为，而是要持续地不断发　教育实践周期，通过师范技能训练、教育见　展，与时具进，适应中小学基础教育的实际　习、教育调查、教材和教法研究、模拟教学、　教育需求。　教学实践、教学实习、全校师范技能大赛等　方式，把课内教育实践与课外教育实践、集　３多元互动型教育实习模式的推广应　体教育实践与个体教育实践、校内教育实　用价值　践和校外教育实践、有形教育实践和无形　师职业的胜任能力。　多元互动型教育实习模式是一种强调　教育实践结合起来，培养师范生的从事教　互动与反思的教育实习模式的探索与改　革。这种教育实习实践模式的推广应用价　２．３注重反思。强调实习实践的持续性现实　值主要表现为以下几个方面：（１）建立固定　意义　的教育实习基地，进行相对稳定，规模化的　教育实习是一种师范教育培养合格中　教育实习，可以解决当前由于高校扩招带　小学教师的综合实践环节，但它并不应该　来的实习实践活动难于开展的问题，避免　是教育实践环节的终点，更重要的是要在　“放羊式”实习效果难以保证的问题。（２）互　　学家。他放弃美国诺贝尔奖获得者黑格尔　的探索和实践，受到了学生的欢迎。但是，对该门课程学习的积极性和明确努力方　实验室优越的科研条件，来到我校白手起　固体物理教学改革是一个复杂的系统工　向。　（上接４４页）　家创办了高分子光电材料及器件研究所，　仅仅用了３年的时间，就将该所建成为国内　程，要使之跟上当今科学技术日新月异发　展的步伐，培养出社会需要的高素质的创　　４用本学科知名学者的成就，激励学　有重要影响的一流研究机构，对我校科研　新型人才，我们还需做更多的研究和探索。生积极主动的学习　工作做出了极大的贡献　他从事的科研工　黄昆院士，是我国固体物理学科研究　作与固体物理有极其密切的关系，是学生　参考文献　与教学的开创者、国际知名的固体物理学　身边鲜活的榜样与楷模，有极大的感召力。　［１】韦丹．固体物理【Ｍ】．北京：清华大学出　家，以他名字命名的“黄昆方程”出现在各　在《固体物理》课堂教学中，充分利用　版社，２００４．　种版本的《固体物理》教科书中。作为一名　这些难得的素材，着力进行Ⅸ固体物理》课　［２］李克东，黄晓地，谢幼如．多媒体技术教　从事基础科学研究的理论物理学家，他与　程重要性教育、个人理想与前途教育，学应用［Ｍ】．北京：电子工业出版社，　激励　计算机中文输入法的发明者王选院士一起　学生克服学习过程中急功近利的思想　物　】９９６．　获得２００１年奖金额高达五百万元人民币的　理基础不够厚实的困难，进行积极主动的　中国国家最高科学技术奖，这对于处在互　学习，取得了良好的效果。　联网时代刚刚开始《固体物理》课程学习的　材料学专业工科大学生来说，有极大的激　５结语　励作用。　知识经济时代对高等教育提出了进一　曹镛院士，是本学院高分子光电材料　步改革的要求，课程改革是教育改革的核　及器件研究所所长，国际著名的高分子光　心。我们对材料学专业固体物理的教学内　电专家，中国有机发光材料领域的首席科　容、方法和手段的改革进行了一些有意义　４　６　中国科教创新导刊　Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ