“材料物理计算机模拟”课程教学改革初探

摘 要：为了提高研究生课程“材料物理计算机模拟”的整体教学效果，笔者对该门课程的教学内容、教学方法、考核方式等都进行了改革，重点是将教学内容与教师科研工作相联系，通过新概念和新方法让学生理论联系实际，为后续的科研工作打下良好的基础。

关键词：教学改革；科研；研讨式教学

内蒙古民族大学研究生处要求各位任课教师对研究生课程进行教学改革。为了响应学校的号召，也为了切实增强教学效果，笔者对“材料物理计算机模拟”课程进行教学改革。

一、改革教学内容

1.教学内容与教师科研工作相联系

笔者以授课教师自己的科研项目所研究的材料为对象，将项目中的大问题进行拆分，得到一些可以在课堂中解决的小问题，并与该课程的内容相结合进行讲解。例如，笔者参与的国家自然科学基金项目“卤族元素高压结构及性质”，可以利用CALYPSO软件预测晶体结构，用VASP计算氯的能带和态密度、声子谱，用CrystalMaker画氯的晶体结构图，用PWscf计算氯的超导温度等，将其应用到教学中，以氯为研究对象，对CALYPSO、VASP等软件的使用进行介绍。学生在这一过程中，实际上已经参与了教师的科研项目，这会给学生带来新鲜感和荣誉感，从而调动其积极性，也有助于教师自身的科研成果。

2.理论讲授上引入新概念和新方法

教师可以在内容上增加前沿科研进展介绍，使学生了解自己所研究领域的前沿发展。比如，在介绍CALYPSO软件时，教师可以介绍利用该软件得到的最新结果。该软件的开发团队负责人马琰铭教授获得了意大利国际理论物理中心和Quantum Espresso基金会的首届沃尔特科恩奖。

3.更新多媒体教学内容

在课件方面，多增加科研背景介绍，特别是授课教师的科研和经验，让学生能以科研工作者的身份进入学习过程。另外，增加可视化处理，比如：画出相应物理量（能带、态密度等）的图形，或采用动画形式将复杂抽象的概念解释清楚；对各种软件的应用进行演示，如用MS建立晶体结构，帮助学生更直观地学习这些方法。

二、改革教学方法与教学方式

1.注重启发式教学，以问题驱动教学

第一，注重整体知识体系的讲解；第二，以问题来驱动教学。在具体教学中，每次课开始前，教师将这节课要达到的目标向学生说明，要求学生按步骤达到所要求的目的，并将这些目标分解成一个一个的问题。学生带着这些具体的问题去学习，能更清楚自己要学的知识框架，有明确的目标，并最终检验自己经过学习是否达到教师的要求。

2.注重几何直观性，加强直观性教学

加强直观性教学，学生能直观地看到软件及其得到的结果，加强自身的印象。比如，教师在介绍VASP的使用时，如果最后将VASP计算得到的能带和态密度图画出来，学生就能更直观地感受该软件的功能。在MS软件的教学中，教师将建立起的晶体结构向学生进行展示，在此基础上向学生介绍如何改变类型、测量键长等内容，比起纯文字或PPT更易被学生掌握。

3.重视研讨式、自主式教学

学生如果总是听课，所学的效果会大打折扣。教师如果能穿插研讨式、自主式教学，让学生多思考并在课下准备一些内容，可以增加学生的主人翁意识，能体谅教师上课的辛苦，更能好好听课，增加听课的效率，具体做法有以下几点。第一，教师每次授课前准备若干问题，提前发给学生，让学生利用课余时间进行个人思考或按组讨论。简单问题在课堂上直接提问，复杂问题由学生上台讲解。第二，教师教学生如何使用各种软件来设计一些具体编程的作业，要求学生在上机课独立完成，并上交报告，提高学生独立编程的能力。第三，教师要求学生总结所讲的内容，写出读书报告，供教师检查和学生日后使用。

4.课堂教学应将板书和多媒体课件充分结合

教师应适当引入合适的多媒体手段，将板书和多媒体课件相结合，充分发挥传统教学方式和现代教学方式的优势。例如，讲基本概念、方法和理论证明时，教师可按传统的教学方式，而讲软件应用、图形动画时，教师可利用多媒体课件进行演示，这样既能使学生更容易地理解所学知识，又能提高教学效率。

三、改革考试方法

目前，学生的成绩往往只通过期末考试这一种方式进行评定，不够客观，不利于调动学生的学习积极性，因此，教师应改变考核方式，使学生的成绩由四部分组成：实验报告成绩（20%）；读书报告成绩（20%）；出勤成绩（10%）；期末考试成绩（50%）。

总之，通过各个方面的改革，“材料物理计算机模拟”课程的教学效果得以提升，为学生掌握该门课程的内容并利用该门课所学内容进行科学研究打下了良好的基础。

参考文献：

[1]李培芳.元素氯高压属性的第一性原理研究[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2013，28（1）：7-10.

[2]杨华哲.Materials Studio软件在材料物理教学与科研中的应用[J].物理与工程，2017（3）.

基金项目：国家自然科学基金（项目编号：11304143）；内蒙古民族大学“物理师范生培养”教学团隊项目。endprint