“互聯(lián)網(wǎng)+”時代固體物理課程教學(xué)改革探析

王玉嬋++周前能

摘 要：“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來給教育者提供了許多創(chuàng)新教學(xué)方法，包括微課、MOOC、混合教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等。面對“互聯(lián)網(wǎng)+”新時代、新形式的要求，如何將互聯(lián)網(wǎng)與專業(yè)課程教學(xué)相融合，是一個值得研究與實踐的教育問題。本文以固體物理為應(yīng)用對象，結(jié)合作者固體物理教學(xué)存在的問題，對“互聯(lián)網(wǎng)+”時代該課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和分析，為固體物理課程教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+” 固體物理 教學(xué)改革

中圖分類號：G642；O631-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（c）-0204-02

固體物理是物理、微電子、光電子等專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果以及學(xué)生未來的就業(yè)和發(fā)展。固體物理具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容繁多、學(xué)生掌握難度大等特點，其教學(xué)內(nèi)容涉及到大學(xué)物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理、數(shù)學(xué)物理方程、晶體結(jié)構(gòu)學(xué)、量子力學(xué)等多學(xué)科的相關(guān)知識。目前大多高校包括重慶郵電大學(xué)對于固體物理的教學(xué)仍然以課堂講授為主，教學(xué)方式單一、落后，且缺乏實踐型，教學(xué)效果并不理想[1-3]。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代到來，如何將將互聯(lián)網(wǎng)與專業(yè)課教學(xué)深度融合，是一個值得研究與實踐的教育問題[4-6]。鑒于上述情況，本文以固體物理為應(yīng)用對象，結(jié)合作者在固體物理教學(xué)中存在的問題，對“互聯(lián)網(wǎng)+”時代該課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和分析。

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”時代下教學(xué)內(nèi)容改革

重慶郵電大學(xué)開設(shè)固體物理課程主要針對微電子專業(yè)學(xué)生，采用的教材為山東大學(xué)出版社出版的，王矜奉主編的《固體物理教程》[7]。固體物理課程有著嚴(yán)密理論性，其傳統(tǒng)內(nèi)容中大部分是基本內(nèi)容，即為基礎(chǔ)性內(nèi)容，其中長期起作用的（如晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)合力、晶格振動、固體電子理論）或不一定長期但當(dāng)前還在起作用的，要繼承下來。教學(xué)內(nèi)容的更新體現(xiàn)了課程的先進(jìn)性，隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，半導(dǎo)體、磁學(xué)、激光、超導(dǎo)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究取得了重大突破，固體物理學(xué)科發(fā)展日新月異，高新技術(shù)層出不窮，新概念不斷涌現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容必須不斷更新，與時俱進(jìn)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，網(wǎng)絡(luò)信息化應(yīng)運(yùn)而生，結(jié)合豐富的網(wǎng)絡(luò)資源使教學(xué)內(nèi)容更加豐富多彩。同時，課程設(shè)置和課程內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)調(diào)與學(xué)生專業(yè)緊密相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容的引入，使學(xué)生在有限學(xué)時內(nèi)掌握固體物理學(xué)基礎(chǔ)知識。例如，在介紹導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的區(qū)別時，我們可以根據(jù)微電子專業(yè)特點，重點介紹目前常用的半導(dǎo)體Si的結(jié)構(gòu)和能帶特點以及其在實際生活中的應(yīng)用，并和學(xué)生一起通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺了解目前微電子行業(yè)的新材料和新技術(shù)，極大地拓寬了學(xué)生的知識面。

固體物理課程有著嚴(yán)密理論性的同時，也是具有很強(qiáng)的實踐性，尤其是在晶體結(jié)構(gòu)部分。在固體物理課程內(nèi)容的選擇、課程講解方法、公式推導(dǎo)等方面要注重理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生對所學(xué)理論知識有更為深刻的認(rèn)識，為以后的研究生學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。同時，可以把我們實驗室研究最新成果引入課堂，加深學(xué)生對固體物理知識應(yīng)用的理解和興趣。

此外，我們開設(shè)的學(xué)生對象為微電子相近專業(yè)的學(xué)生，因而在課程內(nèi)容設(shè)置時還要考慮學(xué)生知識水平及其知識結(jié)構(gòu)等問題。重慶郵電大學(xué)微電子相近專業(yè)學(xué)生大都開設(shè)了大學(xué)物理等課程，但是還有很多專業(yè)未開設(shè)量子力學(xué)和熱力學(xué)統(tǒng)計物理等前置課程，學(xué)生缺少相應(yīng)的背景知識。因此，在課程內(nèi)容設(shè)置上，需要將部分量子力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)的相關(guān)知識融合貫穿在教學(xué)中。根據(jù)上述實際情況，我們主要給學(xué)生講授以下三部分內(nèi)容：一是晶體的結(jié)構(gòu)及組合；二是晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)；三是固體電子理論基礎(chǔ)?？傊瑢τ谖㈦娮訉W(xué)科固體物理課程的教學(xué)，既要重視基礎(chǔ)內(nèi)容，又要結(jié)合應(yīng)用熱點和科研前沿，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的目的。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”時代下教學(xué)方式改革

為了讓學(xué)生能較好地掌握固體物理中涉及的理論及模型，需要采用多樣化的教學(xué)方法和手段。多媒體演示教學(xué)方式具有形象生動、有聲有色、信息量大，便于保存等優(yōu)點，目前已成為一種常見的教學(xué)方式。在固體物理教學(xué)中，多媒體教學(xué)方式有著重要的作用。通過多媒體教學(xué)方式，可以將一些晶體結(jié)構(gòu)形象生動地展現(xiàn)出來，使得學(xué)生對晶體結(jié)構(gòu)有一個直觀準(zhǔn)確的認(rèn)識。比如，學(xué)生往往很難理區(qū)分密堆積結(jié)構(gòu)中的面心立方密堆積和六角密堆積，通過多媒體教學(xué)給學(xué)生建立三維的空間概念，使得學(xué)生很容易理解兩種堆積方式，很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)板書教學(xué)的不足。

應(yīng)用多媒體教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，“互聯(lián)網(wǎng)+”時代還為我們帶來了更多新的教學(xué)方法和手段，比如在線測試、微課及“網(wǎng)絡(luò)云平臺”等多種信息化手段。在固體物理的教學(xué)過程中，我們將結(jié)合這些教學(xué)手段，使邏輯思維形象化，教學(xué)信息具體化，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性和主動性，從而達(dá)到提高課堂教學(xué)質(zhì)量的目的。例如，我們可以利用material studio、3D max[8]等軟件畫出不同的晶體結(jié)構(gòu)，并將內(nèi)容制作成直觀的Flash動畫，放在網(wǎng)絡(luò)平臺讓學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生更直觀地了解不同晶體結(jié)構(gòu)的類型。

3 “互聯(lián)網(wǎng)+”時代下考核方式改革

依據(jù)過程考核優(yōu)于結(jié)果考核等研究成果，建立學(xué)生參與“互聯(lián)網(wǎng)+”討論的激勵、獎勵與考核機(jī)制，改革課程的考核評價，形成有效的多元化教學(xué)評價，重點突出過程考核。因此，對考核方式作如下嘗試：（1）在授課過程中，針對課程的某些重點知識點，設(shè)計幾個小題目，進(jìn)行課堂討論，從而增強(qiáng)學(xué)生上課積極性及獨立思考能力；（2）選擇微電子相關(guān)領(lǐng)域中的前沿?zé)狳c問題，讓學(xué)生自行查閱相關(guān)資料并運(yùn)用固體物理中所學(xué)到的知識來撰寫研究報告，從而擴(kuò)展學(xué)生思維，以適應(yīng)社會的需求；（3）學(xué)期末提交針對課程總結(jié)的課程論文，使學(xué)生在對課程有更深入了解的同時，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造積極性。

4 結(jié)語

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”帶來了機(jī)遇也面臨著挑戰(zhàn)，本文結(jié)合固體物理課程特征，對“互聯(lián)網(wǎng)+”時代該課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和分析。然而固體物理教學(xué)改革是一項復(fù)雜龐大的工程，尤其是學(xué)科領(lǐng)域不斷延伸和現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，如何有效利用“互聯(lián)網(wǎng)+”帶給我們的資源來進(jìn)一步提升固體物理的教學(xué)質(zhì)量，仍需我們在實踐中不斷探索和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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[8] 吳玉輝，吳盼，李永濤.Materials Studio軟件在固體物理教學(xué)實踐中的應(yīng)用[J].學(xué)園，2013（33）：54-55.endprint