固体物理课程教学探索

张国光 李 琴

(南昌航空大学材料科学与工程学院，江西 南昌 330063)

固体物理是一门理论性很强的课程，研究固体物质微观结构、宏观物理性质以及构成物质的各种粒子的运动形态、微观结构和宏观性质之间相互关系的科学。该课程融汇了晶体学、普通物理、热力学、统计物理和量子力学等多学科的知识,为了定量表达这些问题，需要很多数学知识来表征固体的物理问题。本文主要从固体物理学在工科研究生教育中的重要性结合南昌航空大学(以下简称“我校”)金属材料热处理和腐蚀与防护方向研究生的培养模式和特点，结合作者讲授固体物理的心得和体会,在教学内容、教学方法和手段等方面提出一些课程建设措施。

1 教学内容选择

近十年来，我校材料科学与工程专业研究生主要从事金属材料热处理、材料成型和金属材料腐蚀与防护专业方向的学习和研究，固体物理课程作为必修的基础理论课学时为40 学时，要在有限的时间内使学生掌握固体物理的基本概念、基本理论方法和基本技术，培养学生的物理思维，必须根据学生的基础条件精选教学内容。首先在教材选择上，国内外固体物理经典著作和教材众多，课程选用沈以赴编著，化学工业出版社出版的“固体物理学基础教程”为正式教材，该书的教学内容和知识结构层次更多地考虑到材料科学与工程专业工科背景学生的特点，同时以黄昆原著韩汝琦改编，高等教育出版社出版的“固体物理学”、方俊鑫、陆栋著上海科技出版社出版的“固体物理学”和C.基泰尔著，项金钟译化学工业出版社的“固体物理导论”为参考教材。

根据学生本科阶段的基础和研究生阶段将从事研究工作的特点，在授课内容上主要讲授四方面的内容：

(1)晶体结构和表征技术；

(2)晶格振动和晶体的热学性质；

(3)量子力学基础；

(4)自由电子模型和能带理论。

各部分内容的讲授学时根据当年学生的基础进行适当调整，在授课过程中保证有足够的教学时间用于物理模型、数学推导和结论的物理意义讲解上。根据具体的授课内容调整数学知识的比例。因为学生普遍具备微积分、数理方程和傅立叶变化等方面的数学基础，在相关物理概念讲解和模型建立中要求学生进行相关的数学推导，例如在NaCl离子晶体的马德隆常数和一维晶体振动模式的色散关系部分，要求学生能够通过数学推导和求解，理解相关概念和模型；而在能带理论部分内容的学习中，则重点介绍各种模型、结果和结论的物理意义，对数学推导不做要求。

在教学内容上，虽然学时有限，但对物理学史的适当介绍有利于激发学生学习兴趣，通过固体物理的学习了解科学发展的一些规律，让学生思索发现规律在各自研究领域发展中的作用。例如通过对上世纪初量子力学发展的历史进行简单介绍，结合学生课后自学，要求学生思考不同学科专业发展规律的一些共性，了解不同学科的发展都是不断扬弃的过程，没有一种范式是完美的，都有局限性，不能用来解释一切现象；并且范式本身也通过发现反常现象，不断提出新理论来解决问题[1]，在这个过程中通过学生自己搜集、阅读和总结材料，锻炼了自主学习能力。

2 教学方法

教学方法服务于教学目的和教学内容。借鉴国内一些高校讲授固体物理课程中的经验[2，3]，在具体授课过程中注重以下两方面：

(1)注重学生在课堂上的作用

固体物理课程理论性较强，如何避免学生产生枯燥的感觉，是在备课时应时时考虑到的问题。在教学实践中通过介绍物理常用到的一些思维技巧如理想化、形象化、数模化、归比和类比，结合具体的物理概念，帮助学生加深理解。如在讲授倒易空间时，讲一些常见的实空间和到易空间画出来，从线、面到体，一步一步讲解虚和实空间的变换规律和对应关系，然后让学生自己画出一些实空间的倒易空间，再结合晶体的电子衍射花样分析，加深学生对倒易空间的理解。

(2)注重问题的作用

备课时多从学生角度考虑如何接受教学内容，学生学习时会存在什么问题，通过提问题，设计问题，让学生设计问题来激发学生兴趣，积极思考，参与到课堂学习中。例如在讲解完晶格振动热容理论的爱因斯坦模型后，在讲解结论时让学生首先思考爱因斯坦模型和低温实验现象不符的可能原因，引导学生思考在研究中发现矛盾的时候应从哪些方面着手考虑，这样在传授知识同时，培养学生分析问题的能力。

3 结语

对研究生开设固体物理课程，不只是传授相关物理概念和知识，能力的培养更为重要。通过引入物理学史，帮助学生了解矛盾、规律等在学科发展中的作用，进而激发学生更深层次的思考，通过课后的自学，锻炼学生搜集材料、阅读文献和归纳文献的自学能力，在教学方法中，以学生为中心，采取多种手段将抽象的物理概念易于学生理解，设计问题，鼓励学生参与问题的思考和讨论中，锻炼分析问题的能力。每年学生的情况都有所不同，如何将知识传授和能力的培养与学生的实际情况结合起来，优化课程内容，调整教学方式还需不断的探索和实践。

[1]T.S.库恩.科学革命的结构[M].上海科学技术出版社,1980.

[2]李根全,宋金璠，张萍，周大伟，杨兴强.优化教学模式构建高效课堂—以固物理学课堂教学为例[J].南阳师范学院学报,2013,12(9):55-59.

[3]唐少清,刘春玲,孙鸿飞.基于学生特点的教学模式探索[J].中国大学教学,2010(9):20-22．