《固体物理》课程前沿驱动式教学改革研究

《《固体物理》课程前沿驱动式教学改革研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、《固体物理》课程前沿驱动式教学改革研究摘要：材料类研究生《固体物理》固体物理课程面临内容过难、学生缺乏前置课程学习等现实困难，课题住对课程内容进行了大幅度的调整，突出物理概念，弱化公式推导，以前沿专题为抓手，大力推进优秀材料软件，如MaterialsStudio等在教学中的使用，取得了良好的教学效果。关键词：固体物理前沿教学方法教学改革固体物理学与当今最活跃的新材料科学紧密相连，是材料类研究生的一门重要基础理论与应用的课程。我校材料类研究生多年教学实践发现，现有教材内容缺乏前沿知识，学生基础相对薄弱，这

2、两个问题尤为突出，严重影响了教学效果，探索出一条适合校情的教学之路势在必行。口］一、固体物理课程教学的现实困境和问题1.教材内容缺乏前沿知识我们选用的主要教材为黄昆先生在上世纪80年代编著的教材，而这本教材至今仍没有更新过。教材内容缺乏前沿知识，且内容过难，学生的学习兴趣严重缺乏，教学效果非常差，学生基本听不懂。［2］2.课程内容繁杂，不适用于本专业硕士研究生的培养固体物理学是主要研究固体的结构，是材料学科的基础，同时也在当代高新技术的发展中起着关键的作用。主要研究固体力学、晶体、非晶体、薄膜和固体结构

3、分析技术等,并发展、建立的一些分支学科，如半导体物理、磁学等等，它们对现代技术的发展，以及一系列重大技术领域和产业部门的建立起了决定性的作用，并将继续产生重大的影响。同时人们正在开展对一些新型晶体材料（都具有重要？?用背景）从制备、结构、性质到开拓应用的系统研究工作。[3]这些内容都很重要，但庞大的内容导致教材内容艰深,国内外经典著作就有几十本，但大多数著作是针对物理专业编写的，这些书非常系统，几乎囊括了固体物理的绝大多数内容，从晶体到团簇，从晶格振动到电子结构，从无限晶体到限域晶体等等。但对于材料专业

4、来说，课时非常有限，相对的数学和物理知识欠缺，要在有限的时间内将固体物理实用而且精髓掌握，非常的困难。多数课本中能带理论等章节含有大量涉及量子力学的理论推导，还有多数教材从理论岀发推导出倒格矢的概念等[2],对于工科学生来说，非常难于掌握。3•本专业研究生知识结构的欠缺，导致教学过程艰辛无比，但效果奇差我们对本校材料学院在校研究生做了调查,3个年级,共14人，收回有效调查结果10份。这10人中，只有一人学习过数学物理方程和统计物理课程，而量子力学、原子物理、电动力学等重要课程都没有学过。线性代数由于是考

5、研必考内容，都学过，但对于其中的重要概念和原理，掌握程度都比较低，只会做题，并不理解其背后的物理意义及其在固体物理中的应用。这些前置课程的缺失，严重影响了《固体物理》课程的学习，在具体教学中，花费大量的时间，补充基本知识和概念，而学生的理解非常晦涩，无论从概念还是模型方面，都难以达到本课程的要求。二、教学内容的精简与调整固体物理学衍生出了半导体物理、化学物理、表面物理、材料科学等众多子学科和交叉学科，推动了像半导体、激光、超导、纳米材料等现代技术的发展，是奠定第三次科技革命的基础学科之一，产生了众多诺贝

6、尔物理学奖、化学奖成果。由于其重要性，目前在绝大部分高校中，除了将固体物理课程列为物理学专业的必修课程外，还将其作为材料专业、微电子专业和电子科学与技术等专业的必修课程，并且将其作为其他工科专业重要的自然科学选修课程。而我校材料专业的硕士研究生，其本科专业较泛，学习固体物理需要的数学和物理知识都缺乏，课程宏大的目标与学生基础的薄弱形成了尖锐的矛盾。这就要求我们从实际出发，抓住主要矛盾，大力精简课程内容，保留最活跃的思想精华，面对前沿，既让学生形成正确清晰的物理模型，又保持对前沿的强烈兴趣，为后续研究培养

7、强大的动力。[4]传统的固体物理课程原本只对物理学专业开设，要学好学透该课程，需要深厚的数学基础、需要大量的物理学知识基础，比如电动力学、数理方法、量子力学等课程基础。因此，对非物理专业的学生来说，大量的艰涩的专业术语，繁杂的物理公式、繁琐的数学演算以及抽象的空间变换都是巨大的挑战，这也造就了任课教师普遍反映难教、学生公认难学和畏学。如何克服这门课程的弱势地位，让非物理学专业学生学习更有效果，教学内容的讲解深度和侧重点的把握、教学方法的改进和先进教学手段的引入则显得尤为重要。我校材料学科硕士研究生培养以

8、材料加工工程研究为主，本专业学生绝大多数不具备充足的量子力学、电动力学等课程的基础知识，在遇到一些概念、公式、推导等详细讲解问题时，应适当的对必须的前置课程进行简单介绍，如量子力学、统计物理、电动力学、数理物理方程、线性代数等课程，以利于教学效果的提供，并降低大部分学生的畏学情绪。在教学中注重增加定性和半定量教学内容的授课比重,使学生重点掌握物理概念、物理模型和物理原理，重在掌握物理学的分析方法，减少复杂烦琐的数学推导。针对学生物理基础薄弱