材料类固体物理教学改革研究

摘 要：《固体物理》是材料类专业必不可少的一门重要基础课，课题组根据固体物理课程理论性强和材料类专业注重应用性的特点，结合具体的教学实际，分析了现行《固体物理》课程的特点、固体物理教学中存在的问题，指出课程教学改革可以从教材的编纂、教学模式的修订、教学方法的改进以及考核评价方式的完善等四方面的进行。

关键词：固体物理 教学改革 教学方法 考核评价

固体物理是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科。现今，随着科学技术的发展，固体物理与凝聚态物理和新材料科学紧密相连，在当代高新技术的发展中起着关键性的作用，许多科学技术新领域的兴起和发展，都是以固体物理为基础的[1-3]。作为材料类和电子类专业本科生和研究生的必修课程[4-5]，固体物理注重理论，材料学更注重材料的工艺性与使用性，材料类的固体物理课程起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用。本文将根据材料类固体物理课程教学过程中面临的各种问题，提出教学改革的几点建议。

一、材料类固体物理教学的特点

课题组对所在院校的材料科学与工程系13、14届本科生和材料加工工程方向的在校硕士生进行了调查研究，13、14届本科生均未学过《数学物理方法》、《热力学与统计物理》、《量子力学》、《电动力学》等课程，而研究生中间，《数学物理方法》、《热力学与统计物理》、《电动力学》只有1人次学习过（不是同1人），而《量子力学》根本都未学过。这些前置课程的欠缺，给本课程的教学，带来了极大的困难。而实际教学中，常见的《固体物理》课本和学生知识背景也呈现出较大的不匹配。

1.固体物理课程教材的单一性

惠群等总结出现在国内通用的固体物理教材多为物理专业所用的，包括：黄昆原著、韩汝琦改编的《固体物理学》、方俊鑫、陆栋编著的《固体物理学》、顾秉林、王希坤编著的《固体物理学》以及阎守胜编著的《固体物理学》；国外具有代表性的固体物理教材为《Introduction to Solid State Physics》和《Solid State Physics》。对这些常用固体物理教材分析，共同点就在于理论性强、体系庞大、内容丰富，即目前流通的固体物理教材只有适用于物理专业的。

2.固体物理课程内容与学生已有基础的欠缺

传统的固体物理学中有很多晦涩难懂的专业术语，复杂的图形与空间变换以及繁琐的理论推导。学习固体物理，对数学物理方法、热力学与统计物理、量子力学和电动力学等课程的要求非常高。由于目前流通的固体物理教材只适用于物理专业，而材料类学生又缺少必须先修的多数课程，导致材料类学生在学习固体物理的过程中感到非常吃力，教师在讲授时也有很大的困扰，尤其是涉及到一些严密的理论推导过程时。在教与学的过程中，教师教的不辛苦，学生学的晦涩，学生中产生厌学情绪也是非常严重。因此，为了彻底改变材料类专业固体物理教学过程中教师教学难，学生畏学的现状，有必要探寻材料类固体物理课程的教学改革方法。

二、固体物理教学中存在的问题

随着教学实践的进行，发现材料类固体物理课程教学存在的问题如下：

1.适用教材的匮乏

从前述可知，目前流通的固体物理教材只有适用于物理专业的，而无适用于材料类学生学习的固体物理教材。

现行的固体物理教材，理论性强、体系庞大、内容丰富。对于缺少先修基础知识的材料类专业学生来说，系统学习固体物理有一定的困难。在教学实践过程中，往往只能通过合理补充缺少的基础知识、有选择性的讲授内容、重思想轻推导等方法来解决。但是同时也造成新的问题：学生只能通过记笔记、与教师探讨的方法来获取学习资料，而没有一套可系统学习的教材，这一点对学生学习极为不利。

2.教学计划的单调

课题组所在系室根据学生培养方案制定了固体物理课程的教学计划，同其它理论课程一样，教学安排包括：课程标准、教学日历的制定，教案的准备，教案提要的制定。课程标准里制定了该课程的教学内容及计划学时、该课程的设计思路、教学方法设计、考核评价的设计。培养方案每四年制定一次，课程标准随之改变，在具体的教学中只能依据课程标准进行，内容、方法的调整只能个别调整。

（1）教学内容方面：為了让材料类学生学习更有效果，我们在教学内容的讲解深度和侧重点的把握上做了些修改。教学内容包括晶体结构、量子力学、晶格振动、金属电子论和能带理论。重点放在晶体结构里的倒格子、晶格振动和能带理论上。教学内容基本都属于纯理论，缺少应用方面、尤其是材料应用前言的内容，对学生的学习兴趣和积极性有不少影响。

（2）教学方法方面：目前的教学方法仍然比较单一，虽然教学过程中采用多媒体与板书相结合的教学方式，但仍然是以教师讲授为主，只不过是把大多数的板书搬到了ppt上，仍是以填鸭式的方法令学生被动的接受知识，限制了学生的创造性，学习效果大打折扣。

另外由于课程的理论性很强，教师一方面要顾及理论的完整性与可靠，注重理论得来的过程；另一方面要顾及学生的接受程度，注重理论的结论的物理意义和应用，在有限的学时内让教学效果达到最好确实不易，还需对教学方法多加探讨。

（3）考核评价方面：考核评价方式目前比较单一，采取平时成绩（30%）与期末理论成绩（70%）相结合来进行。其中平时成绩以出勤和作业为依据，可以部分反映学生的学习态度和学习效果，但明显期末理论成绩起着主要作用，而考试成绩往往可以通过突击复习的方式得以提高，并不能全面反映学生学习效果。因此现行考核方式不利于学生平时专注学习，从而导致所学知识不扎实。

三、固体物理教学改革的建议

固体物理理论性较强，材料类专业突出应用，这两者之间的矛盾也决定了材料类专业的固体物理课程在教学改革方面的需求。改革可以从教材的编纂、教学模式的修订、教学方法的改进以及考核评价方式的完善等四方面的进行，具体如下：

1.教材的编纂

根据教学实际，结合材料类专业注重应用的要求，合理安排固体物理相关理论的讲授学习内容，将理论与近年来的工程应用联系起来，使得原本刻板的理论知识生动活泼，以引起学生的学习兴趣和主动性。在教學实践中不断更新完善学习内容，并将其编纂成册以利于学生自主学习，以利于培养学生的创新能力和提高学生的综合素质，达到本门课程的培养目标。

2.教学模式的修订

诚如惠群等指出的，现有的教学模式的弊端在于沿袭传统的单向灌输授课模式，是以教师讲授为主的，忽视了学生的主体地位。随着近年来国家对创新型人才培养的目的性的明确，教学模式的改革必须要树立起以学生为中心、以学生为主体的教学模式。在课堂上最好能开辟出学生讨论的空间，教师起到引导学习的作用，以学生主动学习为目标，构建出适合于学生需求、兴趣和现有知识基础的教学模式，这种模式中给予学生自主学习的空间度教师要把握好，并能根据实际情况随时调整。

3.教学方法的改进

紧扣教学目的，即系统地介绍固体材料宏观物理性能的有关理论，使学生掌握现代材料科学的基本原理和研究方法，培养学生从材料组成、结构、性能的关系上认识各种材料性能的能力，使学生有扎实的材料科学理论基础，将来能够应用到各种新材料开发研究当中，具有能动地分析和解决有关材料的科研和生产技术问题的能力。为达此目的，教学方法的改进包括：

（1）辩证的科学思维方法的引入。在授课过程中要有一定的逻辑推理分析，令学生认识到我们所用的理论知识是辩证的、科学的、是有依据的，不是凭空想象的。同时，碰到复杂的实际问题，我们可以通过抓住主要矛盾的方法，建立简化模型来分析问题、解决问题。

（2）教学手段的多样化。

以板书为主，有利于教师把握课堂效果，根据学生学习实际情况随时调整课程进程；适当运用多媒体教学，采用好的动画演示，将课堂讲授变得生动、形象、直观；在讲解固体物理知识在当代工业生产中的应用时可以选用好的纪录片，让学生对相关理论的应用有更加形象的认识。

（3）以学生主动学习为主。

在课堂上留给学生一定的讨论空间，采取各种激励政策引导学生，激发学生的学习主动性。

4.考核评价方式的完善

考核评价方式可以由三部分组成：平时成绩（以出勤和作业为依据）、课堂讨论成绩和期末考试成绩。为了进一步检验学生对知识的应用能力，在期末考试试卷中可以适当设置部分无标准化答案的分析题目。当然以上三部分成绩的组成比例还需在教学实践中不断探索研究，万变不离其宗，我们最终的目标是：通过固体物理课程的学习，使得材料类学生有扎实的材料科学理论基础，能够将理论应用于科研与生产实践中。

参考文献

[1]华中， 宋春玲， 刘研. 固体物理教学改革的探索与实践[J]， 吉林师范大学学报（自然科学版）， 2004， （4）： 26-28.

[2]梅显秀. 固体物理教学改革的探索与实践[J]， 大学物理， 2010， 29（7）： 43-45.

[3]郝淑娟， 徐权， 董云峰等. 固体物理教学改革的探索与实践[J]， 教育教学论坛， 2015， （17）： 129-130.

[4]钟锋， 包本刚， 付喜. 固体物理课程教学改革探讨[J]， 湖南科技学院学报， 2014， 35（5）： 37-38.

[5]吴亮， 盛泉， 丁欣等. 浅谈固体物理课程教学的改革[J]， 高等工程教育研究， 2015， （5）： 173-178.