固体物理教学
固体物理教学【1】
摘 要：基于固体物理理论综合性强、学科发展快和抽象难学的特点，本文就教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了一些探索，以期在固体物理教学中能取得更好的教学效果。
关键词：固体物理;教学方法;教学手段
固体物理学是物理学中最重要分支学科之一的凝聚态物理学的基础，当今一系列新技术、新材料和新器件的诞生都是固体物理的外向延拓。
固体物理作为物理学科的一门基础课程，其重要性是不言而喻的。
然而，在固体物理的教学中仍存在着诸多问题亟待解决。
首先，固体物理是一门不断发展的学科，其知识更新的速度非常快，传统的理论知识学习已经不能满足作为新兴学科的需求。
其次，在固体物理教学中，简单的理论传授不能让学生从本质上理解物质的结构和性质。
最后，学生在课程的学习中普遍感到枯燥无味、难度大，这是由于没有很好地结合多媒体技术。
鉴于这些方面的问题，本文就固体物理教学中的教学内容、教学方法和教学手段进行了探索，以满足新时期学生学习本课程的需求。
一、改革教学内容
固体物理作为一门重要的基础课程，在很多专业中都会开设，但要求不尽相同。
教师应按专业对内容进行大胆取舍，而非完全依据教材逐个讲授。
如师范类专业应着重物理原理、物理概念和物理模型的描述，同时涉及与中学物理中有关现象问题的理论解释;而对微电子专业则要加强对固体器件技术问题和一些比较前沿问题的讨论。
具体对内容取舍应严格遵循教学大纲和专业发展方向的要求。
固体物理作为一门发展中的课程，新概念、新知识和新问题不断涌现，但教材不会及时更新。
教师可结合具体知识点介绍固体物理最新的发展动向及面临的问题，以开阔学生眼界和提高学习兴趣。
如讲解半导体PN结知识点时，可结合介绍发光二极管的最近研究进展以及在照明中应用。
结合原有的教学内容，适当增添一些物理前沿方面的内容，这样能让学生打好进一步学习这些知识的前期基础，处理好新旧内容之间的联系、区别和发展，有利于理解和巩固原有知识和原理，也有益于深化对新知识的认识。
但是介绍发展前沿应本着宜简不宜繁、宜短不宜长、宜定性不宜定量的原则。
二、改进教学方法
固体物理的教学方法同样不失一般性。
为了提高本课程的教育质量，重视学生创新能力的培养和个性发展，课堂教学应遵循自身的原则和规律，但模式不固定。
固体物理内容体系十分庞大，各部分有各部分的特点，须采取多元化的教学方法，如启发诱导式教学和研究式教学等。
在学习成熟的原则和规律方面，采用启发式教学以便于学生掌握这些知识;而在一些相关的前沿课题中应本着讨论式原则，鼓励学生利用已学知识去解释那些新发现的现象问题。
要一切从学生出发，鼓励学生突破传统，敢于提出独到见解。
同时，引导学生充分利用电子资源的巨大优势，通过超星数字图书馆和CNKI中国学术期刊全文数据库等搜索与固体物理课程相关的前沿进展，并就这些发展开展师生间的讨论，然后布置相关的小论文，培养学生科研的初步能力。
固体物理课程具有很强的理论综合性，对理论物理基础要求很高。
学生在学习时普遍感觉到知识的跳跃性很大，尤其是教材中经常将理论物理的知识随意引入到某一个问题上，会使学生感到来得太突然，进而有知其然而不知其所以然的感觉，次数多了，学生容易产生畏难厌学情绪。
针对这种情况，教师应改变传统的授课模式，将重要知识点分解成专题进行讲授。
为了让学生更好地理解相应的专题，教师首先需安排一定的时间回顾与本专题相关的基础知识，但这种回顾不是重新讲解，而是就内容、方法和结论作简要叙述。
三、优化教学手段
固体物理教学中存在的严重问题之一就是“有理无物”，这使得学生在学习中感到非常抽象，提高了课程的难度。
要使固体物理中一些抽象的概念直观化、形象化，加深学生对课程内容的理解，提高学生学习兴趣，在信息技术比较发达的今天并不是很难，关键是在教学过程中如何最大限度地发挥现代教育技术的优势。
如固体物理教学中首先遇到的是晶体结构的教学，如何将晶体的结构直观地展示出至关重要。
虚拟现实语言VRML是个不错的选择，利用VRML描述的三维晶体结构可以进行任意旋转、移动、缩放、倾斜等操作，方便从各个角度观察晶体结构。
也可通过OpenGL编程的方法，此方法的优点就是可以获得三维图像，几何体的大小、位置及其运动可以严格按照给定参数或函数描绘。
这些不同的方法在晶体结构的描述方面各有优缺点，可配合着使用。
除此之外，适当引入现代研究手段进行教学，能使固体物理教学的抽象教学更为直观。
四、结论
综上所述，在比较抽象的固体物理教学中，应采取各种有用的教学手段使教学内容直观化，本着激发学生学习积极性和主动性的原则，在学生了解和掌握知识的同时，培养学生的创造性思维，提高学生分析和解决问题的能力。
参考文献：
[1]黄昆，韩汝琦.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，2005.
[2]何敏.VRML与3D化学结构显示[J].化学通报，1998，(55).
[3](美)安杰尔.OpenGL程序设计指南[M].张文祥，译.北京：清华大学出版社，2005.
固体物理教学改革的探索与实践【2】
摘要：针对物理学专业固体物理课程的内容特点和教学实际，通过总结教学经验，充分利用学校现有教学资源，积极对课堂教学进行大力的实践和改革并取得了较好的成效，为物理学专业课程的课堂教学改革进行了有益的探索和实践。
关键词：固体物理;课堂教学;教学改革
固体物理是研究固体的结构及其组成粒子(原子、离子、电子等)之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科。
固体物理与凝聚态物理和新材料科学紧密相连，是现代科学技术的重要物理基础，是当今物理学领域中最重要的学科之一，因此它是物理学专业高年级的一门重要基础理论与应用的课程。
该课程对固体的结构和性质的研究是从原子、电子和分子的角度进行的。
它与金属物理、普通物理、材料科学、热力学与统计物理，尤其是量子力学等相关学科联系非常紧密。
对于固体电子论、固体的磁性、晶格振动和晶体的热学性质、超导体、半导体等专题要着重研究。
所以说，在物理学专业起到承前启后作用的专业课程是固体物理。
如何较好地讲授该门课程，取得良好的教学效果，是一个值得深入研究的问题。
就当前固体物理在教学实践中出现的问题，我们从其教学手段、教学内容和教学方法等三个方面进行探索性的实践与改革。
一、教学中存在的.问题
1.教学内容方面的问题。
首先固体物理课程所包含的知识面较为广泛，理论性和专业性较强，抽象难懂，大量运用比较复杂的数学处理方法，增加了学习强度，使学生的学习变得较为困难。
其次，固体物理的较高要求，使得学生的空间想象能力变得更加丰富，尤其是在学习晶体结构这部分内容的时候，空间想象是必不可少的，这更进一步地增加了学习难度。
再者，由于诸多方面的原因导致固体物理教学学时紧张，固体物理课程被不可避免的压缩删减。
这样就使得教师在基本的讲授时间之外，选择用很少的课余时间进行专题讲解，这样非常不利于拓展学生的视野和知识层面。
另外，在社会不断进步、科技发展迅猛的时代，激光、半导体、超导等一系列现代科学技术的研究均取得了很大的突破，固体物理学科发展也发生着日新月异的变化，层出不穷的高新技术，不断涌现出来的新概念，而现有的经典教材却少有前沿知识的更新，对固体物理前沿的新动态、新成果、新概念介绍得不够，这样就很容易导致学生缺乏学习的动力和兴趣，同时也给我们的固体物理教学带来了严峻的挑战。
2.教学手段方面的问题。
传统的固体物理教学手段基本采用“黑板+粉笔”的传统模式，教师依然使用传统教具和较为抽象的语言来传授知识，没有具体的形象描述。
而固体物理课程内容相对丰富，对于稍微复杂的三维晶体结构、倒易空间及其能带结构和特点等难以描述清楚，致使学生难以理解一维到三维的扩展，对该门课程没有形象深刻的认识，感觉很空洞，对固体物理的基本定理、公式、概念等没有较多的体会，这就让固体物理变得非常难学，学生越学越受挫，从而对固体物理失去学习的兴趣，最终导致学生对固体物理产生厌学情绪。
3.教学方法方面的问题。
固体物理教学的传统形式比较单一，“填鸭式”教学模式让教师成为主体，教师唱独角戏。
这种教学模式强调理论知识全面，公式推导严谨、精练，只能使学生被动地接受前人已经积累的知识，单纯靠机械记忆，从而降低了学生的理解程度。
这种教学模式也没有对学生进行很好的引导，让学生积极主动地去思考和研究，去发现问题和提出问题，甚至解决问题，限制了学生的创造性。
教学方法的单一也使学生缺少了对本门课程的整体认识，不知道各章节间的联系，脑中只有零散的知识点，学习效果大打折扣，觉得固体物理课程原理多、模型多、定律和概念多，这就更容易使学生对固体物理学习失去兴趣。
在教学过程中大量讲授物理模型的推导过程，比如黄昆的《固体物理》中能带理论等章节含有大量涉及量子力学的理论推导，这使学生接受起来比较困难，学生对理论性相对较强的内容可能不太感兴趣，而对实用或未来就业价值更高的知识比较感兴趣。
二、课程教学改革和实践
针对我校的实际情况和固体物理课程教学中存在的诸多问题，我们相应改革了课堂教学方法、教学手段和教学内容，以期推动固体物理课程的建设。
1.优化教学内容。
针对本校本专业学生的特点以及课程的学时安排，对固体物理课程内容进行优化和整合。
第一章晶体结构，主要讲述晶格、周期对称性、几种基本的晶体结构和倒格子;第二章固体的结合，主要介绍晶体结合力的物理本质，并介绍基于不同结合力的几种基本晶体类型;第三章晶格振动和晶体的热学性质，重点讲述爱因斯坦模型、德拜模型以及一维单原子链和一维双原子链，其他内容让学生自学。
第四章能带理论，主要讲述布洛赫定理，近自由电子近似，紧束缚近似，固体能带，能带结构计算，介绍费米面和态密度定义及其物理实质;第五章晶体中电子在电场和磁场中的运动，讲述特定电场、磁场下电子的运动规律;第六章缺陷，简要讲述缺陷产生机制，介绍点缺陷，其他内容安排学生自学。
另一方面，在教学内容中适当添加一些与本学科相关的现代技术和物理前沿，开阔学生眼界、提高学习兴趣和积极性。
2.教学手段多样化。
以前课堂教学是单一的黑板教学，而固体物理对学生的空间想象能力要求高，因此，为提高课堂教学质量和讲课效率，引入具有生动、形象、直观、灵活、信息量大等突出优点的现代多媒体教学。
根据教学内容在网络上选择合适的动画和图片，设计和建立一套完善的多媒体课件教学系统。
比如，在讲晶体结构的时候，可以加入氯化钠、金刚石等晶体的三维结构图，让学生360度观看晶体结构;在讲布里渊区的时候，利用ppt动画效果，使学生深刻理解布里渊区的画法。
但是，在实际教学过程中也暴露出仅用多媒体教学的不足之处。
据学生反映，多媒体画面具有瞬息多变、一晃而过、翻页太快使学生来不及思考、概念印象模糊、记忆肤浅等弊端，因此必须恰当使用多媒体课件。
笔者的体会是，使用多媒体但决不能依赖多媒体，而是将使用多媒体课件与传统讲课方法有机结合，实现优势互补，获得最佳授课效果。
这就要求多媒体课件不能是书本的拷贝，更不能对着多媒体课件照本宣科，而是要求课件制作必须精良，使用要恰到好处。
将一些国内外优秀的记录片引入到固体物理的教学中。
如，在课程的开始阶段介绍该教材的编著者――黄昆先生。
我们可以以记录片的形式介绍黄昆先生的生平，让学生在了解编著者的同时，对这本教材也有更进一步的了解，这就很容易地调动起学生对本门课程的学习兴趣。
又如，在讲解超导时，教师可以运用《绝对零度》这一纪录片，让学生对超导体的特殊性质和超导的研究历史有更加形象的认识。
3.教学方法灵活化。
结合本校本专业学生的特点，灵活的运用教学方法，选择学生易于理解的方法进行讲授，尽量避免大量的数学推导过程。
对于物理概念、物理原理和物理模型的描述是固体物理教学中具体问题阐述的着重点，同时，教师对于较为详细的固体器件技术问题和较为繁琐的教学推导都要尽量减少。
在讲解推导过程较为复杂但结论却很重要的内容时，教师一般会直接给出结果，这是大多数学生都愿意接受的，相对于那些少数需要更深入学习研究的学生，我们就可以采取将具体的推导过程用别的课件给出的形式，尽量让学生自主学习探究，碰到问题再与老师进行探讨。
在教学中贯彻“教为主导，学为主体”的原则。
采用启发式教学，让学生在教学过程中通过积极思考对问题进行发现和提问，促使学生对知识的学习由被动变为主动。
在各章节的教学中也采用同样的方法，使学生对教学内容进行深入思考，并且经常联系前面学过的知识，找出知识点间的关系，使学生对教学内容有宏观的认识，避免知识学的零散杂乱。
三、结语
当今社会，科学技术的不断进步与发展，使得固体物理教学也面临着越来越多的改革和挑战，固体物理的教学诸方面也要进行相应的调整和转变。
针对物理学专业固体物理课程特点，结合本学校本专业学生特点，开展该课程课堂教学内容、教学手段和教学方法的改革与实践，有效地调动了学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习，使学生学出了自信和成效，让老师和学生共同分享到课堂教学改革的乐趣和收获，为物理学专业课程的课堂教学改革进行了有益的探索。
参考文献：
[1]黄昆.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1988.
[2]钟佑洁，杨尊先.基于现代信息技术的固体物理教学改革研究[J].技术物理教学，2013，(21)：1-4.
[3]C.Kittel.固体物理导论：第8版[M].项金钟，吴兴惠，译.北京：化学工业出版社，2009.
[4]张丽萍.固体物理研究性教学探索与实践[J].技术物理教学，2013，(21)：81-82.
[5]钟佑洁，杨尊先.电子学科的固体物理教学改革初探[J].物理通报，2013，(08).
[6]夏爱林.固体物理课程教学改革研究与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版)，2012，(04).
[7]赵增茹，王高峰.固体物理教学改革的探索[J].科技信息，2013，(5).
[8]梅显秀.固体物理教学改革的探索与实践[J].大学物理，2011，(7).
[9]孟影，邵继红，华扬.固体物理教学改革的探索[J].合肥师范学院学报，2010，(06).
[10]党随虎.固体物理教学改革的探索[J].科技资讯，2009，(36).
[11]王本菊.基于材料类专业大学物理教学改革的探索与实践[Z].Proceedings of the 2011 International Conference on Education Science and Management Engineering(part 3)，2011.
【固体物理教学】相关文章：
美术教学12-13
小学英语教学反思之教学总结09-18
音乐教学总结06-21
小学教学简报04-29
数控课程教学02-04
数控实践教学11-29
医学双语教学11-27
词汇教学探讨02-04
美术教学论文06-16