固体物理教学改革的探索

孟 影, 邵继红, 华 扬

(1.安徽理工大学理学院,安徽淮南 232001;2.中航华东光电有限公司,安徽芜湖 241002)

固体物理教学改革的探索

孟 影1, 邵继红1, 华 扬2

(1.安徽理工大学理学院,安徽淮南 232001;2.中航华东光电有限公司,安徽芜湖 241002)

本文从固体物理在高等教育中的重要性和目前的教学现状出发,结合固体物理理论性强、学科发展迅速的特点,对固体物理学教学内容、教学方法和教学手段等方面作了探索性的改革,以期固体物理的教学能紧跟发展的步伐,并对推动教学质量的提高和创新性人才的培养提供新的思路和方法。

固体物理;教学改革;探索;创新能力

几十年来,以固体物理理论为基础,半导体、磁学、激光、超导等现代科学技术的研究取得了重大突破[1]。随着科学技术的飞速发展,该学科日新月异,高新技术层出不穷,也形成了一些新观念。而传统的固体物理教学内容缺乏对固体物理前沿的相关介绍,同时传统的教学方法手段单一,这些方面都不利于培养和造就高素质的创新型人才。固体物理学是基础理论学科与应用学科之间的桥梁,也是一门实验与理论相结合的科学。课内实验的设置和安排直接影响着教学质量和教学效果,但传统教学中往往忽视了这一环节。针对目前教学中存在的问题,我们对固体物理学课程的教学,从教学内容、教学方法及教学手段几方面进行了探索性的改革,以满足学科自身发展和对学生创新培养的要求。

1 教学内容的改革

1.1 增加学科前沿内容

在教学大纲的基础上,对传统固体物理教学内容进行整合和某些前沿知识的引入,实现教学内容的创新,是固体物理教学改革的突破口。例如,在晶格结构一章中,除了介绍X射线衍射的方法外,还介绍了STM、原子力显微镜等其他测定结构的方法。在讲到晶体晶格常数时,考虑到半导体超晶格和微结构是近年来开拓的新领域,可不失时机地插入超晶格的概念。这样可以拓宽学生的视野,激发学生学习固体物理的兴趣。由于课时的限制,也可通过专题课外讲座的形式把某些前沿内容介绍给学生,如关于“纳米固体材料”,“光子晶体”方面的研究等[2]。

1.2 增加创新性内容

传统的教学内容有完整、详尽的规定,对知识的掌握、运用有明确的要求,把掌握知识本身作为教学目的,把教学过程理解为知识的积累过程。因而不能很好的实现学生创新能力的培养[3]。

针对上述不足,这就要在传统固体物理教学内容的基础之上进行适当的知识延拓,适时把前沿和热点方面的知识引入课堂教学。这种教学内容的改革,一方面强化了固体物理的基础知识,拓宽了学生的知识结构,开阔了视野,另一方面也可以实现因材施教,满足了学生不同程度的需要。

2 教学方法的改进

教学方法是在教学中为完成一定的教学目的、任务所采取的教学途径或教学程序,是以解决教学任务为目的的师生间共同进行认识和实践的方法体系。传统的教学方法单调呆板,课堂缺乏灵气和活力。针对这些不足,对教学方法做了一些改进,在教学中贯彻“教为主导,学为主体”的原则[4],组织课堂教学,改变传统的单调呆板的教学方法,充分运用材料模拟软件可视化功能[5]把抽象物理模型及作用原理尽量形象的展现,激发学生学习兴趣。例如晶体结构、晶格振动谱、费米面和能带结构都是固体物理中十分抽象的概念,这些概念的建立和描述也就成了教学中的难点,为了使这些抽象的概念变得形象、直观、易懂,我们充分利用二维和三维的动态画面,直观地演示了这些概念的物理图像。以提高学生的学习兴趣,增强学生创造性思维。安排学生课前做好预习,在有准备的基础上发现和提出问题,并由被动接受知识变为主动探索知识。我们可以采取如启发诱导式、讨论式等教学方法。

强化启发诱导式教学。学生创新思维的涌现往往需要启发和诱导,启发诱导式教学,可以加强教与学的双向交流,实行师生互动,活跃课堂气氛。具体的做法是,精心设计教学过程,指引思维方向,拓宽思维空间,在讲课内容上进行精讲,给学生留有充分的思维空间,启发学生来思考、推理。采用启发诱导式教学,培养了学生的思维能力,调动了学生学习的积极性、主动性和创造性;教师也从知识的灌输者和学生的支配者,转变为教学活动的指导者、素质发展的促进者、学习创新的推动者。

加强讨论式教学。为了实现以培养学生创新精神为重点的素质教育的目的,必须形成一种有助于学生创新意识和创新能力培养的师生关系及课堂环境。这就要求教师以真挚的爱心、平等的态度对待学生,切实把学生作为教学活动的主体,一切从学生出发,一切为了学生,在教学过程中,形成相互激励、教学相长的师生关系。坚持学术民主,鼓励学生不唯师,敢于标新立异,提出独到见解,敢于突破传统,鼓励学生发现和探索问题,允许学生在探索中出现错误,坚持正面的激励引导,保护他们的自尊心和积极性,营造宽松和谐的课堂教学氛围。

注重抓好研究式教学。大学的职能表现在三个方面:教学、文化与科研。科研是大学的职能表现的一个重要的方面,实施研究式教学,教给学生获取知识、探求真理的方法,有利于培养学生的科学态度和科研能力。对于固体物理,我们可以针对不同的内容设计一些研究性课题,组织学生思考讨论,或者让学生查阅有关文献资料后,针对某一问题写出一些小论文,把传授知识与能力培养有机的结合起来。另外固体物理是当前物理学科中发展最快的分支,有许多学科前沿领域的新成果,新概念层出不穷,所以还应该把该学科的最新进展和重要的应用成果引入课堂。例如在固体物理有关的章节中介绍超导物理、纳米科学和技术等前沿科学中的一些概念和应用。这些现代科技知识的融入,极大的拓展了学生的视野,激发起学生运用基础学科理论实现科技创新的勇气和欲望。

3 优化教学手段

教学手段是教学活动中用于传递教学信息和各种器材和物理的载体。先进而有效的教学手段是顺利实现课程教学活动的重要保证和突破口。固体物理传统的教学模式是“粉笔+黑板”,教师用抽象的语言和传统的直观教具传授这些知识,其结果可能使学生对固体物理的基础概念、公式、定理等没有多少体会,造成固体物理越学越难学,越学越不想学的局面。以现代电子计算机技术为基础发展起来的多媒体技术可以弥补传统教学模式的不足。借助计算机多媒体技术可以把文本、图像、声音、动画、视频等多种信息集成在一起[6],从而实现了用语言文字和静态二维画面难以描绘的功能。

在固体物理教学中采用多媒体技术,可以免却了课堂烦琐的公式推导,直接将过程及结果显示出来,在此过程中使学生思路清晰,注重其中的物理思想,而不是数学运输本身,更为重要的是可以变抽象内容为直观形象生动的物理图像,使学生对事物有一个全面准确的认识,促进学生对知识的理解和巩固。

多媒体教学技术的实现,为固体物理教学注入了新的活力,从根本上改变了固体物理传统的教与学的方式,使学生真正参与到教学活动中去,成为教育过程中的主体,有效地提高了教学质量及学生综合运用知识的能力。多媒体技术作为现代化的教学手段进入固体物理教学手段的现代化,极大地扩充了固体物理课堂教学的信息量,提高了固体物理教学效率和质量,促进了学生自主的学习,培养了学生的思维能力和创造力。

4 结束语

通过几年的努力,我们对固体物理教学模式、内容、方法和手段的改革进行了一些有意义的探索和实践。取得了一些可喜的成绩,但是,固体物理教学改革是一个庞大而又复杂的系统工程,课程改革的进行涉及到诸多方面,这就需要广大教育工作者做更多地研究和探索,同时不断提高自身的能力。正如饮誉固体物理学界的闵胙本教授所言,要造就创新人才,除改变教育观念、营造生动活泼的人文环境外,要加强教师队伍建设,提高他们培养创新人才的能力。

[1] 冯端.固体物理学大辞典[M].北京:高等教育出版社,1995.

[2] 钟万蘅,申文俊,郑海蓉等.二维正方晶格和三维立方晶格电子的等能面[J].大学物理,1999,5:40-42.

[3] 怀国祯.关于创新能力培养的几点思考[J].物理与工程,2001年副刊,2000,3:71-72.

[4] 邢永富,吕秋芳.素质教育——观念的变革与创新[M].太原:山西教育出版社,2002.

[5] 杜永胜.Materials Studio在固体物理中的应用[J].技术物理教学,2009,3:45-46.

[6] 李克东,黄晓地,谢幼如.多媒体技术教学应用[M].北京:电子工业出版社,1996.

Exploration in Solid Physics Teaching Reform

MENG Ying1, SHAO Ji-hong1, HUA Yang2
(1.School of Sciences,A nhui University of Science and Technology,Huainan232001,China;2.Avic Huadong Photoelectric Company Limited,Wuhu241002,China)

This paper discusses the solid physics teaching reform from the perspectives of teaching contents, teaching methods and teaching instrument,and also offers some new ideas on the improvement of the teaching quality and cultivation of creative talents.

solid physics;teaching reform;exploration;creative abilities

G642.0

B

1674-2273(2010)06-0043-03

2010-08-10

孟影(1977-),女,安徽阜阳人,工学硕士,安徽理工大学理学院讲师,研究方向:巨磁阻薄膜。