固體物理教學(xué)
固體物理教學(xué)【1】
摘 要：基于固體物理理論綜合性強、學(xué)科發(fā)展快和抽象難學(xué)的特點(diǎn)，本文就教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了一些探索，以期在固體物理教學(xué)中能取得更好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：固體物理;教學(xué)方法;教學(xué)手段
固體物理學(xué)是物理學(xué)中最重要分支學(xué)科之一的凝聚態(tài)物理學(xué)的基礎，當今一系列新技術(shù)、新材料和新器件的誕生都是固體物理的外向延拓。
固體物理作為物理學(xué)科的一門(mén)基礎課程，其重要性是不言而喻的。
然而，在固體物理的教學(xué)中仍存在著(zhù)諸多問(wèn)題亟待解決。
首先，固體物理是一門(mén)不斷發(fā)展的學(xué)科，其知識更新的速度非�？�，傳統的理論知識學(xué)習已經(jīng)不能滿(mǎn)足作為新興學(xué)科的需求。
其次，在固體物理教學(xué)中，簡(jiǎn)單的理論傳授不能讓學(xué)生從本質(zhì)上理解物質(zhì)的結構和性質(zhì)。
最后，學(xué)生在課程的學(xué)習中普遍感到枯燥無(wú)味、難度大，這是由于沒(méi)有很好地結合多媒體技術(shù)。
鑒于這些方面的問(wèn)題，本文就固體物理教學(xué)中的教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了探索，以滿(mǎn)足新時(shí)期學(xué)生學(xué)習本課程的需求。
一、改革教學(xué)內容
固體物理作為一門(mén)重要的基礎課程，在很多專(zhuān)業(yè)中都會(huì )開(kāi)設，但要求不盡相同。
教師應按專(zhuān)業(yè)對內容進(jìn)行大膽取舍，而非完全依據教材逐個(gè)講授。
如師范類(lèi)專(zhuān)業(yè)應著(zhù)重物理原理、物理概念和物理模型的描述，同時(shí)涉及與中學(xué)物理中有關(guān)現象問(wèn)題的理論解釋;而對微電子專(zhuān)業(yè)則要加強對固體器件技術(shù)問(wèn)題和一些比較前沿問(wèn)題的討論。
具體對內容取舍應嚴格遵循教學(xué)大綱和專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向的要求。
固體物理作為一門(mén)發(fā)展中的課程，新概念、新知識和新問(wèn)題不斷涌現，但教材不會(huì )及時(shí)更新。
教師可結合具體知識點(diǎn)介紹固體物理最新的發(fā)展動(dòng)向及面臨的問(wèn)題，以開(kāi)闊學(xué)生眼界和提高學(xué)習興趣。
如講解半導體PN結知識點(diǎn)時(shí)，可結合介紹發(fā)光二極管的最近研究進(jìn)展以及在照明中應用。
結合原有的教學(xué)內容，適當增添一些物理前沿方面的內容，這樣能讓學(xué)生打好進(jìn)一步學(xué)習這些知識的前期基礎，處理好新舊內容之間的聯(lián)系、區別和發(fā)展，有利于理解和鞏固原有知識和原理，也有益于深化對新知識的認識。
但是介紹發(fā)展前沿應本著(zhù)宜簡(jiǎn)不宜繁、宜短不宜長(cháng)、宜定性不宜定量的原則。
二、改進(jìn)教學(xué)方法
固體物理的教學(xué)方法同樣不失一般性。
為了提高本課程的教育質(zhì)量，重視學(xué)生創(chuàng )新能力的培養和個(gè)性發(fā)展，課堂教學(xué)應遵循自身的原則和規律，但模式不固定。
固體物理內容體系十分龐大，各部分有各部分的特點(diǎn)，須采取多元化的教學(xué)方法，如啟發(fā)誘導式教學(xué)和研究式教學(xué)等。
在學(xué)習成熟的原則和規律方面，采用啟發(fā)式教學(xué)以便于學(xué)生掌握這些知識;而在一些相關(guān)的前沿課題中應本著(zhù)討論式原則，鼓勵學(xué)生利用已學(xué)知識去解釋那些新發(fā)現的現象問(wèn)題。
要一切從學(xué)生出發(fā)，鼓勵學(xué)生突破傳統，敢于提出獨到見(jiàn)解。
同時(shí)，引導學(xué)生充分利用電子資源的巨大優(yōu)勢，通過(guò)超星數字圖書(shū)館和CNKI中國學(xué)術(shù)期刊全文數據庫等搜索與固體物理課程相關(guān)的前沿進(jìn)展，并就這些發(fā)展開(kāi)展師生間的討論，然后布置相關(guān)的小論文，培養學(xué)生科研的初步能力。
固體物理課程具有很強的理論綜合性，對理論物理基礎要求很高。
學(xué)生在學(xué)習時(shí)普遍感覺(jué)到知識的跳躍性很大，尤其是教材中經(jīng)常將理論物理的知識隨意引入到某一個(gè)問(wèn)題上，會(huì )使學(xué)生感到來(lái)得太突然，進(jìn)而有知其然而不知其所以然的感覺(jué)，次數多了，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難厭學(xué)情緒。
針對這種情況，教師應改變傳統的授課模式，將重要知識點(diǎn)分解成專(zhuān)題進(jìn)行講授。
為了讓學(xué)生更好地理解相應的專(zhuān)題，教師首先需安排一定的時(shí)間回顧與本專(zhuān)題相關(guān)的基礎知識，但這種回顧不是重新講解，而是就內容、方法和結論作簡(jiǎn)要敘述。
三、優(yōu)化教學(xué)手段
固體物理教學(xué)中存在的嚴重問(wèn)題之一就是“有理無(wú)物”，這使得學(xué)生在學(xué)習中感到非常抽象，提高了課程的難度。
要使固體物理中一些抽象的概念直觀(guān)化、形象化，加深學(xué)生對課程內容的理解，提高學(xué)生學(xué)習興趣，在信息技術(shù)比較發(fā)達的今天并不是很難，關(guān)鍵是在教學(xué)過(guò)程中如何最大限度地發(fā)揮現代教育技術(shù)的優(yōu)勢。
如固體物理教學(xué)中首先遇到的是晶體結構的教學(xué)，如何將晶體的結構直觀(guān)地展示出至關(guān)重要。
虛擬現實(shí)語(yǔ)言VRML是個(gè)不錯的選擇，利用VRML描述的三維晶體結構可以進(jìn)行任意旋轉、移動(dòng)、縮放、傾斜等操作，方便從各個(gè)角度觀(guān)察晶體結構。
也可通過(guò)OpenGL編程的方法，此方法的優(yōu)點(diǎn)就是可以獲得三維圖像，幾何體的大小、位置及其運動(dòng)可以嚴格按照給定參數或函數描繪。
這些不同的方法在晶體結構的描述方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，可配合著(zhù)使用。
除此之外，適當引入現代研究手段進(jìn)行教學(xué)，能使固體物理教學(xué)的抽象教學(xué)更為直觀(guān)。
四、結論
綜上所述，在比較抽象的固體物理教學(xué)中，應采取各種有用的教學(xué)手段使教學(xué)內容直觀(guān)化，本著(zhù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習積極性和主動(dòng)性的原則，在學(xué)生了解和掌握知識的同時(shí)，培養學(xué)生的創(chuàng )造性思維，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。
參考文獻：
[1]黃昆，韓汝琦.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005.
[2]何敏.VRML與3D化學(xué)結構顯示[J].化學(xué)通報，1998，(55).
[3](美)安杰爾.OpenGL程序設計指南[M].張文祥，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2005.
固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐【2】
摘要：針對物理學(xué)專(zhuān)業(yè)固體物理課程的內容特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際，通過(guò)總結教學(xué)經(jīng)驗，充分利用學(xué)�，F有教學(xué)資源，積極對課堂教學(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(zhuān)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
固體物理是研究固體的結構及其組成粒子(原子、離子、電子等)之間相互作用與運動(dòng)規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，是現代科學(xué)技術(shù)的重要物理基礎，是當今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一，因此它是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)高年級的一門(mén)重要基礎理論與應用的課程。
該課程對固體的結構和性質(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)與統計物理，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)、超導體、半導體等專(zhuān)題要著(zhù)重研究。
所以說(shuō)，在物理學(xué)專(zhuān)業(yè)起到承前啟后作用的專(zhuān)業(yè)課程是固體物理。
如何較好地講授該門(mén)課程，取得良好的教學(xué)效果，是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。
就當前固體物理在教學(xué)實(shí)踐中出現的問(wèn)題，我們從其教學(xué)手段、教學(xué)內容和教學(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(wèn)題
1.教學(xué)內容方面的問(wèn)題。
首先固體物理課程所包含的知識面較為廣泛，理論性和專(zhuān)業(yè)性較強，抽象難懂，大量運用比較復雜的數學(xué)處理方法，增加了學(xué)習強度，使學(xué)生的學(xué)習變得較為困難。
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)習晶體結構這部分內容的時(shí)候，空間想象是必不可少的，這更進(jìn)一步地增加了學(xué)習難度。
再者，由于諸多方面的原因導致固體物理教學(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(zhuān)題講解，這樣非常不利于拓展學(xué)生的視野和知識層面。
另外，在社會(huì )不斷進(jìn)步、科技發(fā)展迅猛的時(shí)代，激光、半導體、超導等一系列現代科學(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(zhù)日新月異的變化，層出不窮的高新技術(shù)，不斷涌現出來(lái)的新概念，而現有的經(jīng)典教材卻少有前沿知識的更新，對固體物理前沿的新動(dòng)態(tài)、新成果、新概念介紹得不夠，這樣就很容易導致學(xué)生缺乏學(xué)習的動(dòng)力和興趣，同時(shí)也給我們的固體物理教學(xué)帶來(lái)了嚴峻的挑戰。
2.教學(xué)手段方面的問(wèn)題。
傳統的固體物理教學(xué)手段基本采用“黑板+粉筆”的傳統模式，教師依然使用傳統教具和較為抽象的語(yǔ)言來(lái)傳授知識，沒(méi)有具體的形象描述。
而固體物理課程內容相對豐富，對于稍微復雜的三維晶體結構、倒易空間及其能帶結構和特點(diǎn)等難以描述清楚，致使學(xué)生難以理解一維到三維的擴展，對該門(mén)課程沒(méi)有形象深刻的認識，感覺(jué)很空洞，對固體物理的基本定理、公式、概念等沒(méi)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，從而對固體物理失去學(xué)習的興趣，最終導致學(xué)生對固體物理產(chǎn)生厭學(xué)情緒。
3.教學(xué)方法方面的問(wèn)題。
固體物理教學(xué)的傳統形式比較單一，“填鴨式”教學(xué)模式讓教師成為主體，教師唱獨角戲。
這種教學(xué)模式強調理論知識全面，公式推導嚴謹、精練，只能使學(xué)生被動(dòng)地接受前人已經(jīng)積累的知識，單純靠機械記憶，從而降低了學(xué)生的理解程度。
這種教學(xué)模式也沒(méi)有對學(xué)生進(jìn)行很好的引導，讓學(xué)生積極主動(dòng)地去思考和研究，去發(fā)現問(wèn)題和提出問(wèn)題，甚至解決問(wèn)題，限制了學(xué)生的創(chuàng )造性。
教學(xué)方法的單一也使學(xué)生缺少了對本門(mén)課程的整體認識，不知道各章節間的聯(lián)系，腦中只有零散的知識點(diǎn)，學(xué)習效果大打折扣，覺(jué)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)生對固體物理學(xué)習失去興趣。
在教學(xué)過(guò)程中大量講授物理模型的推導過(guò)程，比如黃昆的《固體物理》中能帶理論等章節含有大量涉及量子力學(xué)的理論推導，這使學(xué)生接受起來(lái)比較困難，學(xué)生對理論性相對較強的內容可能不太感興趣，而對實(shí)用或未來(lái)就業(yè)價(jià)值更高的知識比較感興趣。
二、課程教學(xué)改革和實(shí)踐
針對我校的實(shí)際情況和固體物理課程教學(xué)中存在的諸多問(wèn)題，我們相應改革了課堂教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)內容，以期推動(dòng)固體物理課程的建設。
1.優(yōu)化教學(xué)內容。
針對本校本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)以及課程的學(xué)時(shí)安排，對固體物理課程內容進(jìn)行優(yōu)化和整合。
第一章晶體結構，主要講述晶格、周期對稱(chēng)性、幾種基本的晶體結構和倒格子;第二章固體的結合，主要介紹晶體結合力的物理本質(zhì)，并介紹基于不同結合力的幾種基本晶體類(lèi)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(ài)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，能帶結構計算，介紹費米面和態(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)中的運動(dòng)，講述特定電場(chǎng)、磁場(chǎng)下電子的運動(dòng)規律;第六章缺陷，簡(jiǎn)要講述缺陷產(chǎn)生機制，介紹點(diǎn)缺陷，其他內容安排學(xué)生自學(xué)。
另一方面，在教學(xué)內容中適當添加一些與本學(xué)科相關(guān)的現代技術(shù)和物理前沿，開(kāi)闊學(xué)生眼界、提高學(xué)習興趣和積極性。
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(guān)、靈活、信息量大等突出優(yōu)點(diǎn)的現代多媒體教學(xué)。
根據教學(xué)內容在網(wǎng)絡(luò )上選擇合適的動(dòng)畫(huà)和圖片，設計和建立一套完善的多媒體課件教學(xué)系統。
比如，在講晶體結構的時(shí)候，可以加入氯化鈉、金剛石等晶體的三維結構圖，讓學(xué)生360度觀(guān)看晶體結構;在講布里淵區的時(shí)候，利用ppt動(dòng)畫(huà)效果，使學(xué)生深刻理解布里淵區的畫(huà)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。
據學(xué)生反映，多媒體畫(huà)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(lài)多媒體，而是將使用多媒體課件與傳統講課方法有機結合，實(shí)現優(yōu)勢互補，獲得最佳授課效果。
這就要求多媒體課件不能是書(shū)本的拷貝，更不能對著(zhù)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。
將一些國內外優(yōu)秀的記錄片引入到固體物理的教學(xué)中。
如，在課程的開(kāi)始階段介紹該教材的編著(zhù)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(zhù)者的同時(shí)，對這本教材也有更進(jìn)一步的了解，這就很容易地調動(dòng)起學(xué)生對本門(mén)課程的學(xué)習興趣。
又如，在講解超導時(shí)，教師可以運用《絕對零度》這一紀錄片，讓學(xué)生對超導體的特殊性質(zhì)和超導的研究歷史有更加形象的認識。
3.教學(xué)方法靈活化。
結合本校本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，靈活的運用教學(xué)方法，選擇學(xué)生易于理解的方法進(jìn)行講授，盡量避免大量的數學(xué)推導過(guò)程。
對于物理概念、物理原理和物理模型的描述是固體物理教學(xué)中具體問(wèn)題闡述的著(zhù)重點(diǎn)，同時(shí)，教師對于較為詳細的固體器件技術(shù)問(wèn)題和較為繁瑣的教學(xué)推導都要盡量減少。
在講解推導過(guò)程較為復雜但結論卻很重要的內容時(shí)，教師一般會(huì )直接給出結果，這是大多數學(xué)生都愿意接受的，相對于那些少數需要更深入學(xué)習研究的學(xué)生，我們就可以采取將具體的推導過(guò)程用別的課件給出的形式，盡量讓學(xué)生自主學(xué)習探究，碰到問(wèn)題再與老師進(jìn)行探討。
在教學(xué)中貫徹“教為主導，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)積極思考對問(wèn)題進(jìn)行發(fā)現和提問(wèn)，促使學(xué)生對知識的學(xué)習由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。
在各章節的教學(xué)中也采用同樣的方法，使學(xué)生對教學(xué)內容進(jìn)行深入思考，并且經(jīng)常聯(lián)系前面學(xué)過(guò)的知識，找出知識點(diǎn)間的關(guān)系，使學(xué)生對教學(xué)內容有宏觀(guān)的認識，避免知識學(xué)的零散雜亂。
三、結語(yǔ)
當今社會(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(zhù)越來(lái)越多的改革和挑戰，固體物理的教學(xué)諸方面也要進(jìn)行相應的調整和轉變。
針對物理學(xué)專(zhuān)業(yè)固體物理課程特點(diǎn)，結合本學(xué)校本專(zhuān)業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，開(kāi)展該課程課堂教學(xué)內容、教學(xué)手段和教學(xué)方法的改革與實(shí)踐，有效地調動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習興趣，變被動(dòng)學(xué)習為主動(dòng)學(xué)習，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(lè )趣和收獲，為物理學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。
參考文獻：
[1]黃昆.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1988.
[2]鐘佑潔，楊尊先.基于現代信息技術(shù)的固體物理教學(xué)改革研究[J].技術(shù)物理教學(xué)，2013，(21)：1-4.
[3]C.Kittel.固體物理導論：第8版[M].項金鐘，吳興惠，譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.
[4]張麗萍.固體物理研究性教學(xué)探索與實(shí)踐[J].技術(shù)物理教學(xué)，2013，(21)：81-82.
[5]鐘佑潔，楊尊先.電子學(xué)科的固體物理教學(xué)改革初探[J].物理通報，2013，(08).
[6]夏愛(ài)林.固體物理課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會(huì )科學(xué)版)，2012，(04).
[7]趙增茹，王高峰.固體物理教學(xué)改革的探索[J].科技信息，2013，(5).
[8]梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2011，(7).
[9]孟影，邵繼紅，華揚.固體物理教學(xué)改革的探索[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報，2010，(06).
[10]黨隨虎.固體物理教學(xué)改革的探索[J].科技資訊，2009，(36).
[11]王本菊.基于材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[Z].Proceedings of the 2011 International Conference on Education Science and Management Engineering(part 3)，2011.
【固體物理教學(xué)】相關(guān)文章：
教學(xué)作文的教學(xué)反思10-26
教學(xué)中的放手教學(xué)心得08-16
線(xiàn)上教學(xué)課程教學(xué)方案12-01
《作文教學(xué)》教學(xué)反思11-01
教學(xué)設計方案教學(xué)設計12-19
教學(xué)方案09-24
教學(xué)的心得12-28
教學(xué)隨筆05-31
教學(xué)的隨筆10-23