结合“新工科”创新理念的固体物理教学改革探索

尹广超 孙美玲

摘要：基于固体物理课程的自身特点及当前教学过程中存在的主要问题，结合“新工科”创新理念，对固体物理课程的教学理念、教学内容、教学方法、教学实践等方面进行初步的教学改革探索与实践，以强化学生的创新与科研素质培养，构筑与时俱进的教学内容体系与网络教学平台，实现以教师讲授为主向学生自主学习为主的教学模式转变，提升学生的实践能力与创新意识，从而促进高科学素养的创新科研型人才培养。

关键词：固体物理；新工科；教学改革探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）14-0173-02

《固体物理》是高校物理、光电、电子、材料等相关专业的专业必修基础课之一，主要研究物质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、进而阐明其宏观性能与用途，是物理理论知识与物质实践应用的重要纽带[1，2]。该课程在为学生系统地打好必要的物理基础，培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。因此，优质高效的固体物理课程教学能有效提高学生的科学素养，增强学生分析问题与解决问题的能力，促进学生的创新与科研素养的培养。本文基于固体物理课程的自身特点及当前教学过程中存在的主要问题，结合当前“新工科”的创新理念，对固体物理课程进行初步的教学改革探索与实践，以实现具有高科学素养的创新科研型拔尖人才的培养。

一、固体物理的教学现状

目前，固体物理课程作为一门经典课程，已经形成了固有的知识体系和教学模式，但在教学理念、教学内容、教学模式、教学实践等方面仍存在一定问题，主要体现如下：

1.教学理念陈旧。传统的固体物理教学，主要以课堂讲解、传授知识为主，教师把知识分解为章、节塞给学生，学生只是被动的接受，通过循环往复的“教、练、考”来巩固知识。这种单一的教学模式不利于学生创新能力培养和拔尖人才脱颖而出，缺乏个性与创见。究其原因，在于没有及时转变教学理念：在当前的固体物理课程教学中，个别老师，忽视了固体物理教学的真正目的。固体物理课程教学的真正目的不仅是传授学生相关理论知识，为后续的专业课程提供服務，更重要的是使学生学会科学的思想方法，开拓学生的创新意识和培养正确的科学态度。

2.教学内容偏理论且陈旧。目前固体物理教学使用的教材和参考书，如由黄昆原著、韩汝琦改编的《固体物理学》等物理学背景的经典教材，在教学内容上过于偏重理论，需要一系列相应物理学课程背景知识与基础（如高等数学、量子力学、热力学统计物理等），这大大增加了学生的学习难度，明显降低了学生的学习兴趣，甚至使很多学生产生畏难情绪。此外，经典教材缺少前沿知识的更新，对固体物理前言的新动态、新成果、新概念接触较少，这样不但容易导致学生缺乏学习的动力和兴趣，更会使得学生所学知识与科学前沿无法紧密结合，限制了学生的创新性培养。

3.教学手段陈旧。目前固体物理教学仍然是传统的教学模式，教师在教学中采用“填鸭式”教学模式将知识点传授给学生，学生始终处于被动学习阶段。严重忽视了学生在学习过程中的主导地位，忽略了对学生的学习能力以及学习方法的培养。长此以往，导致学生产生厌学情绪，失去对固体物理学习的积极性与主动性。

4.缺乏理论与实践的联系。随着科技的发展，固体物理领域的新思想、新概念不断涌现，早已渗透到包括材料、化学和光电子科学在内的多个相邻学科之中，并且指导着相关学科的工科实践。然而，目前的固体物理定位仍然以传统内容为主，一些经典教材虽然增添了一些新内容，但是在具体的教学实践中，近二十年来并没有大的改动。这种“重理论、轻实践，多经典、少创新”的教学模式，虽然在一定程度上强化了学生的理论能力，但是很难引导学生去主动思考，将课程理论和实践相结合，不利于创新科研型人才的培养。

二、固体物理的教学改革内容

1.转变教学理念，强化创新素质培养。转变传统的“教、练、考”教学理念，在教学过程中加强对知识理论的模型化构筑与科学理念分析，以提升学生对实际问题的逻辑处理和分析能力。同时，以“提炼科学方法、阐述科学观念、揭示人文启示”三条途径，在固体物理的教学中向学生展示基本的实验方法和实验分析手段，继而对学生进行基本科学素质与人文素养的培养，使学生在今后的科技创新之路乃至立身处世方面有较大收益。

2.优化教学内容，构筑与时俱进的教学内容体系和网络教学平台。在经典基础理论的基础上，用学生可理解的方式引入与课程相关的科学技术前沿的研究成果，以及与课程相关的交叉学科或课程的重要知识和结论，特别是结合课程知识讨论一些科研热点问题和与日常生活相关的科学技术问题，如在讲述晶体结构的过程时，以碳的同素异形体为例，由“石墨”、“金刚石”到“富勒烯”，再引申至“碳纳米管”、“纳米技术”等。通过具体的实例讲解，让课程中枯燥的内容生动化、具体化，进而引导学生了解目前材料学科前沿的发展现状与趋势，从而激发起学生更多的学习热情与科学兴趣。此外，利用网络技术构建与时俱进的网络教学共享平台，探索实现基本教学内容、测试评价方式、前沿科学信息共享等教学资源的网络化，方便学生自主学习与讨论，提升对学生前沿创新理念的培养。

3.优化教学与考核模式，实现以教师讲授为主向学生自主学习为主的转变。在教学模式方面，由传统的“填鸭式”教学模式向“启发式、案例式、探讨式等”多元化教学模式转变。“启发式”教学，教师引导学生在学习过程中主动提出问题、思考问题，主动去发现、去探索，培养学生的批判性思维与探索精神；“案例式”教学，向学生展示最新的科研成果和科研方法。“探讨式”教学，依据课程内容，设计研究主题，利用经典的理论知识去解释具体的实际问题。在教学过程中，采用多元化教学方法将教学内容和科研热点联系起来，取得良好的课堂教学效果并开拓学生的科研视野。此外，针对传统考核模式难以考核学生对知识的灵活应用能力、激发学生的创新意识等问题，将灵活的知识应用问答与团队协作的前沿科学探讨（PPT或论文）引入到考核模式中，提升学生的知识灵活应用、团队协作与创新能力。

4.加强实践教学，促进学生的实践能力与创新意识的培养。首先，将科研中的具体范例引入到理论教学中，如在晶体结构中，将有关类金刚石薄膜方面的知识引入，通过其与金刚石、石墨结构和性能的对比，让学生理解固体结构与性能之间的关系，同时拓展学生的知识领域。其次，增添教学过程中的实验实践环节，尝试利用学院及学校的科研教学硬件资源，针对课程的重点章节，设计演示和验证实验，并将其穿插在理论教学之中，如利用X射线衍射仪分析单晶硅和多晶硅的晶体结构，目的在于让学生了解和熟悉科研领域常用的XRD测试技术与原理，通过实验和理论的结合，探索合理有效的研究性教学方法，为学生的后续专业学习和实践奠定了基础。此外，鼓励学生参加各类科研报告、学术论坛和科技竞赛，并结合教师的具体科研方向将学生带入实验室，进而培养起创新、协作和实践能力。

三、结语

借助固体物理的课程综合改革研究，我们对固体物理课程的教学进行了全面的探索与改进，紧密结合“新工科”背景下的人才需求，更新了教学理念，优化了教学内容与教学模式，加强了实践教学，实现了该课程教学的与时俱进。通过对该课程的综合改革，有效提升了学生的学习积极性，增强了学生的创新与科研能力，进而促进了创新科研型拔尖人才的培养，初步达到了固体物理在综合改革的建设目标。

参考文献：

[1]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.

[2]毛飞，张振华，李小华，郑波.固体物理教学方法改革的探讨[J].时代教育，2016，（2）：24.