固体物理教学改革的探索与实践-大学物理.PDF

第29卷第7期 大 学 物 理 VolJ 29 No．7 2010年7月 COLLEGE PHYSICS July 2010 固体物理教学改革的探索与实践 梅显秀 (大连理工大学 物理与光电工程学院，三束材料改性教育部重点实验室，辽宁 大连 116024) 摘要：针对固体物理课程理论性强、学科发展迅速的特点，结合作者多年来讲授固体物理的心得和体会，对固体物理教学 内容、教学方法和教学难点等方面进行一些教学改革的探索和实践．在对应用物理学专业学生的十几年教学实践中，取得了 良好的教学效果，为提高固体物理课程的教学质量提供了新的思路和方法． 关键词：固体物理；教学改革；学科前沿；辨证思维 中图分类号：G 642．0 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2010)07—0043—03 固体物理是研究固体的结构及其组成粒子(原 体系．一旦范式建立以后，就进入常规发展时期，学 子、离子、电子等)之间相互作用与运动规律以阐明 科相对稳定地向前发展，一直到反常事件一再出现， 其性能与用途的学科．是20世纪物理学飞跃发展的 冲破原有的范式，导致科学上的革命，终于重新建立 学科之一，成为许多学科的集合，如：金属物理、半导 新的范式．科学就是经历这样的过程不断发展¨ ． 体物理、磁学、低温物理、电介质物理、表面物理、非 对于固体物理学也同样经历这样的发展过程． 晶体态物理、材料科学等．几十年来，以固体物理的 固体物理的前科学阶段，在上世纪30年代之前，已 理论为基础，在半导体、磁学、激光、超导、纳米材料 经在4个方面为固体物理的创建做好了充分的准 等现代技术研究方面取得了重要突破． 备 ：1)有悠久历史的晶体学研究，费多洛夫、熊夫 随着科学技术的发展，固体物理课程的教学在 力和巴罗独立地导出晶体的230种空间群；劳厄等 新的历史条件下已面临前所未有的挑战，碰到了许 发现晶体的 x射线衍射现象证实晶体具有周期结 多难以回避的新问题、新情况．传统的固体物理教学 构；布拉格父子建立了一整套 x射线衍射分析晶体 内容对固体物理前沿的新动态、新成果、新概念介绍 结构的方法，并且对大量晶体结构做了测定；2)固 得不够，且传统的教学方法单一，不利于学生解决问 体比热的理论，爱因斯坦首先提出独立振子的量子 题的能力及创新能力的培养．为了适应精英教育、构 力学理论，德拜继而对连续介质中的弹性波进行了 建研究性大学本科人才培养的需要，固体物理的教 量子化处理，波恩和冯卡门较全面地处理了周期结 学改革势在必行．本文主要从固体物理的重要性和 构中弹性波问题，建立品格动力学理论的雏形；3) 目前的教学情况出发，结合作者十几年来讲授固体 金属导电的自由电子理论，德鲁特和洛伦兹发展了 物理的心得和体会，针对教学内容、教学方法和教学 经典的自由电子理论，但是不能解释金属的高电导 难点等方面提出一些改革措施． 率；泡利和索末菲发展了基于费米统计的自由电子 理论，形成能带论的先导；4)铁磁性的研究，居里测 1 辨证的思维方法引入课堂 定了铁磁体顺磁转变的临界温度(居里点)，外斯提 在教学中将辨证的思维方法引入课堂，使得学 出了铁磁性相变的分子场理论，海森伯提出了局域 生对固体物理的学习有一个总体的认识．比如在绪 电