王學偉 何朝成

（天津理工大學，天津 300384）

固體物理是物理學中內(nèi)容極為豐富、應用極為廣泛的一個分支學科。該課程主要是研究固體物質(zhì)的物理性質(zhì)和微觀結構的關系，分析組成固體物質(zhì)的粒子（原子、電子、離子等）之間的相互作用與運動規(guī)律，闡明固體物質(zhì)的性能與用途[1]。材料化學專業(yè)主要是探討材料的組成、結構、工藝、性質(zhì)和使用性能之間的相互關系，為材料的設計、制造、工藝參數(shù)優(yōu)化以及合理使用提供相應的科學依據(jù)。與固體物理研究的內(nèi)容相比，材料化學專業(yè)更注重材料的工藝性和使用性，它所涉及的理論包括材料化學、固體物理和材料科學基礎等課程。這樣，固體物理作為材料化學專業(yè)必修的一門基礎課程，起著連接基礎理論知識與實際應用技術的橋梁作用。

傳統(tǒng)的固體物理課程原來只對物理學專業(yè)開設，并且需要深厚的數(shù)學知識和大量的物理學基礎知識，比如熱力學與統(tǒng)計物理、量子力學、原子與分子物理等課程知識[2]。由于材料化學專業(yè)特點與學生培養(yǎng)目標的不同，學生往往只是學習一部分或者幾乎沒有學習這些相關物理的課程，這就給材料化學專業(yè)學生的學習和教師講授固體物理知識時造成了一定的困難。同時，對于材料化學專業(yè)的學生來說，大量物理專業(yè)的術語，繁雜的物理公式、繁瑣的數(shù)學推導以及抽象的空間變換都是學習固體物理課程的巨大挑戰(zhàn)，這就可能造成一部分學生在學習過程中產(chǎn)生厭學情緒。

如何克服材料化學專業(yè)學生的畏學心理，改善學習的效果，培養(yǎng)和造就高素質(zhì)的材料科學創(chuàng)新型人才，成為固體物理課程體系改革與實踐過程中必須要面對的問題?；诖耍疚母鶕?jù)固體物理課程教學自身的特點，結合材料化學專業(yè)學生的培養(yǎng)模式和特點，從課程教學內(nèi)容講解深度和側重點的把握、教學方法的改進和先進教學手段的引入，以及課程考核體系的改革等方面，深入探討固體物理課程教學的優(yōu)化與調(diào)整方案，為適應材料化學專業(yè)特點和新形勢下的人才培養(yǎng)目標做出相應的改革與實踐。

一、課程內(nèi)容的改革與實踐

在我們學校材料化學專業(yè)中，固體物理課程安排了48個課時，與傳統(tǒng)的物理類專業(yè)的課時都在64個課時以上相比較，顯得少了一些。這樣就導致了固體物理課程內(nèi)容的講授不夠全面，有些重要的知識點無法深入細致地去講解。同時，對于材料化學專業(yè)的學生來說，由于缺少量子力學和熱力學與統(tǒng)計物理等方面的知識，導致學生在系統(tǒng)學習固體物理的過程中可能存在一定的困難，甚至出現(xiàn)不愿意學習的情況。為了解決上述矛盾，我們在教學過程中對于固體物理課程內(nèi)容提出以下幾點改革措施。

1.對所講授的內(nèi)容要有針對性的選擇

固體物理是材料化學專業(yè)三年級學習的課程，之前學過的專業(yè)課程中與固體物理課程內(nèi)容有重疊的部分可簡略講解或者不講解，即使講解也要突出與它們之間的不同之處。例如：在講述晶體結構和晶體結合這部分內(nèi)容時，由于該部分內(nèi)容已經(jīng)在材料科學基礎和材料化學課中都有講述，因此可以不再講解。但是對于有關固體物理的重要內(nèi)容：如晶格振動、能帶理論和金屬電子論等必須進行詳細的講解。這就要求教師做到對于固體物理各章節(jié)的內(nèi)容講述詳略得當，讓學生在有限的課時里獲得更多固體物理的重要知識內(nèi)容。同時，考慮到該專業(yè)學生沒有系統(tǒng)學習過熱力學統(tǒng)計物理和量子力學等課程，物理的知識背景相對薄弱。在講授固體物理的相關內(nèi)容時，可以利用課堂內(nèi)幾分鐘的時間給學生簡單地穿插講授一下涉及的熱力學與統(tǒng)計物理和量子力學的有關知識內(nèi)容，減少學生在學習過程中的一些障礙。

2.重視物理思想的理解，弱化公式的推導過程

在固體物理的授課內(nèi)容中，有些內(nèi)容需要利用高等數(shù)學的知識內(nèi)容和物理的復雜公式進行推導[3]。這些繁瑣的推導過程，容易影響材料化學專業(yè)的學生對固體物理課程學習的積極性，不利于對課程內(nèi)容的掌握。在我們的改革中，將從學生實際知識背景和學時要求出發(fā)，盡量弱化課程涉及的具體理論推導，重點強化突出對物理思想的講授。對于課程中某一個具體理論，需要注重闡述它的建立過程和物理模型的構造，爭取讓學生學會利用固體物理學的方法去處理和思考一些問題。比如，在進行布洛赫定律的內(nèi)容講述時，復雜的數(shù)學推導可以簡單說明一下，但是對于布洛赫定理的物理意義以及對周期性勢場下波函數(shù)的形式要闡述清楚，讓學生充分了解其中的物理思想和物理模型。

3.適當?shù)匾M學科的前沿知識，增加學生對課程內(nèi)容的認同度

隨著固體物理研究領域不斷拓新，許多比較前沿的學術成果陸續(xù)出現(xiàn)[4]。在我們?nèi)粘５慕虒W中引入和穿插與材料化學專業(yè)相關的學科前沿研究的具體問題，并結合固體物理所講授的知識點進行分析和討論，讓學生充分意識到固體物理課程中所學的內(nèi)容對解決實際和分析具體科學問題是很有用的。這樣，學生不僅了解和學習了與固體物理課程緊密相連的最新的學術成果，而且對于課程中所學到的知識有一定認同感，提高了學生的學習積極性。

二、教學方法和手段的改革與實踐

在實際的課程教學中，科學有效的教學方法和手段非常有利于提高學生學習的積極性和知識的理解。傳統(tǒng)固體物理的教學主要是偏重理論體系的學習，這讓學生學習起來非?？菰铮蝗菀滓饘W生的興趣，急需進行多樣化的教學方法改革。同時，還要根據(jù)課程內(nèi)容和學生特點與時俱進地調(diào)整教學方法和手段。

首先，目前的大學生都是上個世紀九十年代出生，思維比較活躍且喜歡接受新鮮事物。如果教師還是按照過去那樣在講臺上只是利用板書進行講解，未免顯得授課過程有些單調(diào)。在授課過程中，遇到一些物理的理論推導，可以采用傳統(tǒng)的板書授課形式。這樣不僅可以保證學生與教師的思維能夠同步，而且有利于學生加深對知識的理解。但是，從課程特點來看，有些教學內(nèi)容如果單靠板書進行教學，學生對知識點理解起來難度比較大。比如，在講解各種晶體結構時，多媒體教學的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，可以根據(jù)各種晶體結構的原子排布情況，利用動畫的方式把其晶體結構展示出來。這樣教學的過程顯得即形象又直觀，方便學生去理解。同時，也能夠吸引學生上課的注意力，提升教學效果。因此，經(jīng)過我們多次教學實踐，利用板書教學與多媒體教學相結合的教學方式是一種比較有效的課程授課方式。

其次，在授課過程中通過引導學生去思考問題，采用啟發(fā)的教學方式進行教學[5]。以往傳統(tǒng)的教學主要是老師把所要講授的內(nèi)容在課堂上直接灌輸給學生，再加上教學過程中多媒體課件的應用，使得學生接收到大量的課程內(nèi)容，一時無法理解所講授的內(nèi)容，這種填鴨式的教學方法不僅使學生不能很好地掌握所講授的知識，而且會導致學生產(chǎn)生厭學情緒，達不到教學的目的。老師應該從學生所熟知的知識引出所要講授的內(nèi)容，讓學生由被動接受課程內(nèi)容變成積極主動地探索知識。這種啟發(fā)式的教學模式一定要關注學生所掌握的知識水平。對于材料化學專業(yè)的學生來說，物理方面的基礎知識比較薄弱，我們盡可能從最簡單的物理知識點去啟發(fā)學生。當講到晶格振動的一維原子鏈的振動方程時，從中學牛頓第二定律講起，提到這個振動方程與牛頓第二定律的方程在形式上是類似的，通過這樣的教學方式可以啟發(fā)學生去思考。

最后，在教學過程中，如何想方設法將學生的主觀能動性發(fā)揮出來，將對提高課程教學效果是很有益處的。固體物理偏重理論體系的學習，學習起來非?？菰?，不易引起學生興趣。如果僅僅是老師簡單提問學生幾個問題，也很難增加學生學習的積極性。這時，教師需要在講課過程中插入一些精心設計的問題，讓學生也主動參與思考。比如，講授到固體結合的幾種常見方式時，各種原子所提供價電子存在的方式成為區(qū)別固體結合種類的重要判據(jù)，可以讓學生思考在固體結合時這些價電子會如何存在，進而提問學生。這樣不僅有利于學生參與教學過程，也讓學生對自己所掌握的知識具有成就感。

三、課程考核方式的改革與實踐

學生課程成績的評定是固體物理教學過程的主要環(huán)節(jié)之一。目前常用的考核方式有開卷和閉卷兩種形式，閉卷考試一般主要是考查課本上的內(nèi)容，需要學生記住一些知識點，這樣會造成一部分學生通過死記硬背來應付考試。與閉卷考試相比，開卷考試的試題內(nèi)容更具有開放性。但是，有些學生平時不學習，到開卷考試時多帶些資料也可以應付過關，這樣就起不到對學生學習效果的評價。我們提出的改革考核評價方式是平時考核和閉卷考核相結合。對于平時考核，我們要求學生六個人分成一組，讓他們根據(jù)固體物理所學知識和科學研究的發(fā)展方向，通過查資料確定一個演講主題，鼓勵每組學生自己做成多媒體課件，然后在課堂上給大家講解。老師和其他同學給他們打分，并作為期末考試的平時成績部分。這樣，一方面能夠鍛煉學生的自學能力，另一方面，可以鍛煉學生的語言組織能力。對于閉卷考試，盡量減少依靠死記硬背的概念題數(shù)量，大量增加利用所學知識去分析和解釋一些物理現(xiàn)象的題目。這樣可以很好地考察學生對所學知識的理解和掌握情況，有效避免學生機械記憶課本內(nèi)容的現(xiàn)象。在實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)考核方式的改變不僅可以提高學習好的學生的綜合素質(zhì)，而且對于那些不愛學習的學生也起到了督促其學習的作用。

四、結束語

總之，對于材料化學專業(yè)，固體物理的教學要根據(jù)專業(yè)特點和課程本身的要求，做到因材施教。在課程內(nèi)容的講解上，要做到詳略得當、重點突出；注重物理模型的構建和物理思想的理解，減少對繁瑣公式的推導過程；并在課堂上適當引進學科前沿知識，增加學生對課程內(nèi)容的認同度。積極有效地利用多媒體來輔助板書教學，引導學生去思考問題，開展實施啟發(fā)式教學模式，充分調(diào)動學生的主觀能動性。通過改變課程的考核方式，注重學生對知識的理解和應用。通過實踐證明，文中所提到的教學改革方法能夠有效地提高學生的學習興趣和綜合運用知識的能力。然而，隨著固體物理學科的發(fā)展和社會的進步，對材料化學專業(yè)固體物理課程的教學也提出了新的挑戰(zhàn)和改革要求，這還需要廣大教育工作者堅持不懈地探索。

[1]方俊鑫，陸棟.固體物理學[M].上海：上?？茖W技術出版社，1983.

[2]黃昆，韓汝琦.固體物理學[M].北京：高等教育出版社，1985.

[3]文尚勝.材料學專業(yè)“固體物理”課程教學改革初探[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2010（10）：44-46.

[4]吳白蘆.納米技術與固體物理的新發(fā)展[J].現(xiàn)代科學儀器，1998（Z1）：35-43.

[5]關玉琴.根據(jù)專業(yè)特色調(diào)整與優(yōu)化固體物理教學分析[J].中國電力教育，2014（1）：121-122.