适应材料物理和电子科学与技术专业需求的固体物理学课程教学改革和实践.docxVIP

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适应材料物理和电子科学与技术专业需求的固体物理学课程教学改革和实践

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适应材料物理和电子科学与技术专业需求的固体物理学课程教学改革和实践

引言

随着人才需求的不断变化和学科的发展，不同专业的课程体系和人才培养模式应与时俱进地作相应的调整和优化，不断完善和发展以适应专业特点和新形势下需求的培养目标。①②固体物理学课程主要研究固体（晶体）的微观结构特征、相互作用及其运动规律，并阐述其用途的学科。固体物理学课程是物理、材料、化学和电子等专业的基础课程。③但受传统教学内容、教学手段和有限课时等的影响，不少学生缺少对该课程在专业培养中的重要作用的认识，学习重视程度不够，缺乏学习积极性。因此，有必要根据不同专业方向特点，在教学内容、教学方法和考核体系等方面对固体物理学课程进行教学改革。

材料物理和电子科学技术是郑州轻工业学院物理与电子工程学院的两个专业，我们在这两个专业开设了固体物理学课程，分别制定了课程标准和课程教学目标。针对固体物理教学课程自身的特点，结合材料物理和电子科学与技术专业学生的培养模式和需要，根据多年对固体物理学在两个专业的教学实践，提出了关于固体物理课程教学根据专业不同需求的优化与调整方案，并在教学中进行了实践，取得了一定的效果。

1根据专业特点，进行教学内容的调整和优化

固体物理学是一门综合性很强的课程，除了需要量子力学和统计物理、大学物理等方面的基础知识外，在传统的内容上也是增加了很多现代科技前沿的内容。由于不同专业学生的背景和培养目标的差异，在授课内容方面首先要进行一定的调整和优化。

材料物理专业是我校较早开设的传统专业，其目的是培养较系统地掌握材料科学的基本理论与方法，具备材料物理相关的基本技能和基本知识，能在材料科学与工程及与其相关的领域从事教学、研究、教学科技开发教学及相关管理工作的材料物理高级专门人才。由于学生的材料和物理背景较好，考虑到该专业与固体物理学联系较紧密的特点，需要对传统固体物理学课程教学内容进行强化和延伸。

如在讲解晶体结构一章时，在让学生深刻理解晶体结构平移性和对称性特点的基础上，我们适当增加了材料结构分析方面的内容，除了晶体结构详细讲解外，对非晶体、准晶等也要做一定的介绍，并结合科研工作中常见的晶体缺陷问题，对相关材料进行分析，增加了如何利用X射线衍射分析晶体结构，并安排学生动手制备一些新材料，学习应用扫描电子显微镜、投射电子显微镜、XRD等工具对所制备材料的微观结构进行表征分析，从而加深学生对所学知识的理解，提高解决实际问题的能力，获得了对固体物理课程学习的主动性和针对性。

在讲述晶体结合一章，增加了氢键结合形成不同晶体的特点及规律，将共价性结合和金属结合的特点和规律采用第一性原理进行计算，并将结果进行课堂视频展示;在讲述金属、半导体电子结构章节中，有意识地增加了态密度、掺杂、能带调控等概念，在此基础上，适当分析一下半导体材料的电子结构对其电学和光学性质的影响，有意识地加强材料物理专业学生的分析和解决问题的能力。结合当前材料科学研究的新材料如石墨烯、二硫化钼等纳米材料、金属氧化物量子点等，进行了结构和潜在应用的分析，对拓宽学生的知识结构、开阔视野和提高学习兴趣起到了积极作用。

在讲解能带理论一章时，注重问题提出和解决的思路方法，将复杂的材料问题运用合理的物理近似处理方法，使材料物理专业能够把所学的物理知识和材料有机结合起来，并能够运用所学知识解决实际问题，通过实践，收到较好效果。

针对电子科学与技术专业主要培养学生从事与光电子器件应用与光电工程技术等工作，需要实际与理论相结合，并且能够把理论知识能够运用在生产与工作当中的要求，在讲述固体物理传统内容时，抓住物理过程的主要方面，构造简化的模型，进行有效的数学处理。教学过程紧扣物理模型和思想，适当降低知识难度，而且还要适当减少传统固体物理内容与电子科学和技术专业关联不大的问题。将与电子科学技术专业密切相关的能带理论、晶体缺陷、半导体电子伦和金属电子论等章节作为重点讲授的内容，同时也尽量保持知识的连惯性和系统性。

科技发展日新月异，不断出现的新技术和新发现为固体物理学课程内容的延伸不断开拓出新的研究领域。在教学实践中，我们将传统的固体物理学教学内容与日新月异的物理前沿内容间的关联有机结合起来，例如，与能带理论有关的LED、与晶体结构有关的C60、太阳能光伏电池的研究进展和应用、以及固体激光器等与光电技术相关的前言知识穿插在教学当中，强化学生的基础知识学习，提高学生的学习兴趣、明确学生的专业方向，拓宽学生的视野。

2根据专业特色调整和优化教学方法

针对材料物理和电子科学与技术专业的不同特点，除了进行固体物理教学内容的优化调整外，在教学方法也要进行改革，以适应这两个专业的培养目标需要。