研究性学习在固体物理教学中的应用

毛飞+++张振华+++李小华+++郑波

【摘要】固体物理是当今凝聚态物理学和材料科学领域里最重要的学科之一，具有非常高的理论性和实用性，而且近年来其发展更新速度也是非常迅速。由于固体物理学其概念抽象、物理理论深奥、对于学生来说比较难以掌握。本文从教学方法入手，探讨如何结合当前固体物理学发展的新形势，把研究性学习方法引入到固体物理的教学中来。

【关键词】固体物理 研究性学习 教学方法

【基金项目】南华大学博士启动项目（2014XQD06）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0193-02

研究性学习是一种新型的学习方式，它是以学生的自主探索性为基础，用类似科学研究的方式，通过亲身实践获取直接经验，提倡综合运用所学知识解决实际问题。研究性学习不同于传统的课堂讲授，而是知识讲授的扩展与升华。固体物理作为一门基础学科，其内容十分丰富，而且它涉及庞大的抽象概念体系和严密的理论推导，所以要教好固体物理，不仅要求任课教师具有良好的数学和物理学修养，而且还要保持对固体物理学前沿动态的了解。因此，固体物理学也通常被认为是老师难教，学生难学的一门课程。本教学团队在固体物理的教学过程中开展研究性学习，目的是培养学生自主学习能力，增强学生的创新意识和实践能力。本文结合笔者研究和讲授固体物理学的感想，探讨如何把研究性学习方法引入到固体物理的教学中来。

一、扎实的基本知识是研究性学习的根本

根据笔者多年学习研究固体物理学的经验，要对固体物理进行透彻的讲解，涉及到微积分、线性代数、群论等数学知识和量子力学、原子物理学、理论力学和统计物理学等物理知识，这对教师和学生都提出了非常高的要求。在实际的教学过程中，经常会碰到学生的基础知识不扎实，导致无法理解新知识的情况。例如在讲解周期性场中电子运动的近自由电子近似时，就涉及到量子力学中关于在有限势阱下的电子运动状态的描述以及微扰理论的运用，这部分内容在普通的量子力学教科书中都有详细的说明。因此，为了更好地掌握固体物理这门课程，笔者建议学生在碰到相关问题时把量子力学和原子物理等课程进行认真的学习，这样才能学好固体物理，学生结合新的物理问题可以增进对以前学过知识的认识。

二、通过类比法研究问题

为了使学生更好地理解固体物理学中的知识点，可以通过类比的教学方法联系多个不同的概念，而目标概念与已知概念在某个性质上具有相同的特征。例如在讲解半导体的能带结构时，它的主要特征是能带分成导带和价带两支，中间夹有一段禁带，而电子是不可能存在于禁带中的。固体中电子能级的这个性质可以与已经学过的原子能级和分子能级进行对比，原子和分子中的电子能级具有不连续、分立的特征，这是学生们已经掌握的内容，比较好理解，固体能带中的禁带就类似于原子能级或者分子能级之间的间隔，同样也是不允许有电子存在的。这样通过类比的教学方法，就能够使学生对物理图像的统一性有更高一层的认识。

三、重点突破固体物理学中的难点问题

研究性学习的教学模式不同于讲授式，也不同于自学式，它的主要过程是：发现问题-研究探索-获得结论。为了发展学生在学习中进行研究的能力，需要重视学生学习自主性的培养，要尊重学生的自主探索，鼓励学生的创新精神。根据笔者的教学经验，有时候为了弄清楚固体物理的某个难点问题，需要查阅很多相关文献和资料，因此，对某个问题进行重点分析和突破是进行具有自主特征的研究性学习的基本方法。在这个过程中提出问题很重要，所提出的问题应该是学生之前没有遇到过的，问题的性质应该是开放的，对这种问题的解释应该是多元的，这样才具有研究讨论的空间。让学生自由地讨论和研究问题是激发他们学习热情、获得学习成就以及掌握科学研究方法的重要途径。

四、在处理实际问题的过程中进行研究性学习

研究性学习重视学生知识运用能力和实践能力的培养。固体物理学是一门理论与实验相结合的学科，因而处理实际问题的实践活动直接影响教学效果，关系到学生实践能力和创新能力的培养。为了增强学生分析和解决实际问题的能力，笔者结合具体情况提出一系列小课题来实施教学。通过这个过程的训练，锻炼了学生利用所学知识解决实际问题的能力，促进了学生间的交流与协作，提升了学生的综合素质。

通过对以上研究性学习方法的实施和改进， 较好地激发了学生学习固体物理的主动性。相比于传统的教学方法，在研究性学习中教师和学生的角色发生了相应的变化，使学生掌握知识的同时， 培养了学生良好的物理思维模式和分析解决问题的能力， 增强了专业素质， 提高了创新能力。

参考文献：

[1]吴明在，戴鹏，于欣欣，李广，孙兆奇.研究性学习在固体物理教学中的探索与实践[J].科技创新导报，2013，（5）：194.

[2]黄昆原著，韩汝琦改编.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1988.

作者简介：

毛飞，男，湖南岳阳人，博士，讲师，主要研究方向为凝聚态物理。endprint