低維材料物理與技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)思考

摘? 要：低維材料物理與技術(shù)基礎(chǔ)課程是針對(duì)工科院校材料化學(xué)專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)必修課，其理論要求學(xué)生必須掌握并能實(shí)際應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)教材內(nèi)容分析、教學(xué)方法和手段的思考、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的探討，提出了一些改進(jìn)和設(shè)想。

關(guān)鍵詞：材料物理;教學(xué)改革;創(chuàng)新能力

一、引言

材料是人類社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，材料科學(xué)涉及的范圍非常廣泛，隨時(shí)科技水平的不斷提升，材料的發(fā)展日漸迅猛，電力和電子工業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)了材料的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用。了解材料的內(nèi)容結(jié)構(gòu)與組成，對(duì)理解材料的性能評(píng)價(jià)及用途具有較深的意義。低維材料物理與技術(shù)課程是材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，也是專業(yè)入門(mén)課，本課程主要闡述材料科學(xué)中物理方面的有關(guān)內(nèi)容，較詳細(xì)地論述材料的物理性能及其微觀機(jī)理，其理論性較強(qiáng)，知識(shí)面廣泛，理論知識(shí)較為抽象，涉及多種數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，需要學(xué)生具有較扎實(shí)的數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，其教學(xué)效果如何對(duì)學(xué)生能否打下一個(gè)良好的專業(yè)基礎(chǔ)起著至關(guān)重要的作用。本課程通過(guò)理論知識(shí)講授并結(jié)合課后習(xí)題解答，使學(xué)生對(duì)所學(xué)原理進(jìn)一步理解和掌握，授課過(guò)程從教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的創(chuàng)新等方面對(duì)課程建設(shè)談幾點(diǎn)思考。

二、全面分析教材、理論聯(lián)系實(shí)際、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性

《低維材料物理與技術(shù)基礎(chǔ)》課程主要講授材料物理性能（材料的力學(xué)、材料的熱學(xué)、材料的電學(xué)、材料的光學(xué)、材料的磁學(xué)、材料的聲學(xué)及材料的功能轉(zhuǎn)換）。第一章材料的力學(xué)是本教材的重要的基礎(chǔ)性內(nèi)容，主要闡述與材料多種力學(xué)性能有關(guān)的物理定義及用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)理解材料的微觀機(jī)理，尤其是掌握材料的蠕變與應(yīng)力松馳的特點(diǎn)，模擬Maxwell模型和Voigt模型，并能解決實(shí)際力學(xué)問(wèn)題。對(duì)于材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，關(guān)于量子力學(xué)部分的內(nèi)容其數(shù)學(xué)和物理知識(shí)儲(chǔ)備相對(duì)薄弱，可作為次要內(nèi)容介紹。第二章材料的熱學(xué)，主要闡述材料多種熱學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達(dá)式以及其微觀機(jī)理，重要內(nèi)容包括一維單原子及雙原子的晶格熱振動(dòng)、熱容量的兩種不同理論，并能根據(jù)微觀振動(dòng)所產(chǎn)生的點(diǎn)陣動(dòng)能的分析，而算出固體的宏觀熱容量。理解材料的熱膨脹、熱傳導(dǎo)微觀機(jī)理。第三章材料的電學(xué)是本書(shū)的最重要內(nèi)容，主要闡述與材料多種電學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達(dá)式及其微觀機(jī)理。包括金屬的自由電子論、金屬的電導(dǎo)率，會(huì)利用能帶理論判斷導(dǎo)體、半導(dǎo)體及介電體的區(qū)別。對(duì)于只含有一種雜質(zhì)的半導(dǎo)體，會(huì)判斷在不同的溫度條件下的電離情況，并以此分析其雜質(zhì)濃度及費(fèi)米能級(jí)大小。第四章材料的磁學(xué)可在前三章基礎(chǔ)上進(jìn)行比照閱讀，主要闡述與材料多種磁學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達(dá)式及其微觀機(jī)理。第五章材料的光學(xué)主要闡述材料的多種光學(xué)性能有關(guān)的物理定義和數(shù)學(xué)表達(dá)式及其微觀機(jī)理，包括：光的折射與反射、光的吸收、光的色散與散射、材料的透光性和顏色，發(fā)光及其材料、激光及其材料，光學(xué)纖維材料以及光纖通信材料有關(guān)專題。本課程選用科學(xué)出版社的熊兆賢編著的《材料物理導(dǎo)論》第三版作為主要教材，化學(xué)工業(yè)出版社的李志林主編的材料物理為輔助教學(xué)。

教學(xué)過(guò)程中采用理論授課與課后習(xí)題實(shí)例相結(jié)合的方式講解，例如，講授麥克斯韋模型時(shí)，先講授材料的蠕變與應(yīng)力松馳特點(diǎn)，推導(dǎo)麥克斯韋模型的結(jié)論，并求解松馳時(shí)間值，這樣既在課堂上消化理解了理論原理，又將理論在實(shí)際中得到了較好的應(yīng)用。在傳授基礎(chǔ)理論知識(shí)的前提下，適當(dāng)充實(shí)一些現(xiàn)代物理學(xué)中的材料科學(xué)知識(shí)，如利用光學(xué)理論制造高純度并且有低損耗的纖維，并使光纖具有精確的折射率分布形狀，以便在一定工作波長(zhǎng)區(qū)域獲得低散射效果。使學(xué)生在材料物理學(xué)習(xí)中深刻夠感受到現(xiàn)代材料與物理科學(xué)的濃厚氛圍。課堂上還要使用科學(xué)的教育教學(xué)方法，在進(jìn)行重要的定理和公式講授和推導(dǎo)時(shí)，適當(dāng)?shù)卮┎逡恍┛茖W(xué)實(shí)驗(yàn)方法和現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，及著名科學(xué)家在科學(xué)研究中奮斗的故事，這樣能使學(xué)生感知科學(xué)研究的成果，同時(shí)與學(xué)生產(chǎn)生共鳴，激發(fā)學(xué)學(xué)習(xí)興趣。

三、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新力

在教學(xué)過(guò)程中，除了講授課本上知識(shí)，更要注重學(xué)生創(chuàng)新能力及動(dòng)手能力的培養(yǎng)，提升學(xué)生的科研業(yè)務(wù)水平，培養(yǎng)他們認(rèn)識(shí)事物與探索知識(shí)的能力，正確處理好“學(xué)與究”的關(guān)系，尤其是本課程涉及到較多數(shù)學(xué)與物理的理論知識(shí)與數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，如何引導(dǎo)學(xué)生的興趣，激發(fā)他們的積極性是教學(xué)過(guò)程中需要思考的問(wèn)題。多鼓勵(lì)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)之余，參與校內(nèi)外組織的各類項(xiàng)目，突破單一的封閉思維方式，建立起多種知識(shí)體系，提高創(chuàng)新力，也可將教師自身的科研成果帶入到課堂與學(xué)生討論分享，樹(shù)立他們的信心，盡可能多的熟悉工程設(shè)計(jì)及思維的開(kāi)發(fā)，為進(jìn)一步的科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

四、教學(xué)方法的改革

教師教學(xué)實(shí)際是與學(xué)生互動(dòng)的過(guò)程，教學(xué)方法是該過(guò)程和諧統(tǒng)一的重要手段?！兜途S材料物理與技術(shù)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容多、抽象性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)較為零碎、理論性較強(qiáng)。為提高教學(xué)效果，教師需對(duì)教學(xué)方法和手段深入思考。傳統(tǒng)的教學(xué)手段是一支粉筆一塊黑板向?qū)W生講授知識(shí)點(diǎn)，該教學(xué)手段在數(shù)百年來(lái)的教學(xué)過(guò)程中起到了不可替代的作用，但完全依賴該方法的局限性大、較為枯燥、不易保存、復(fù)習(xí)不便，較難吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生的學(xué)習(xí)處于被動(dòng)地接受地位，故教學(xué)方法改革要樹(shù)立“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的觀念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主題，不能單一依賴教師填鴨式的教學(xué)方式，應(yīng)實(shí)現(xiàn)從“以教學(xué)為主”向教學(xué)互動(dòng)、以學(xué)生為主的理念的轉(zhuǎn)變?！兜途S材料物理與技術(shù)基礎(chǔ)》課程的特點(diǎn)是內(nèi)容多、理論性強(qiáng)，知識(shí)面廣泛，理論知識(shí)較為抽象，涉及多種數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，需要學(xué)生具有較扎實(shí)的數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)使用多媒體授課與板書(shū)相結(jié)合。教師在教學(xué)過(guò)程中充分運(yùn)用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，可以將原本抽象、枯燥的物理知識(shí)和概念形象化，使學(xué)生易于理解和掌握，同時(shí)還增加了教學(xué)信息量，減少了授課學(xué)時(shí)。有些微觀結(jié)構(gòu)看不見(jiàn)、摸不到，教師感到難教、學(xué)生感到難學(xué)的知識(shí)，借助多媒體輔助手段是切實(shí)可行的教學(xué)方法和手段。所以使用多媒體教學(xué)加上適量的板書(shū)，可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)推導(dǎo)的理解，加強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶。

五、結(jié)語(yǔ)

教師教學(xué)實(shí)際是與學(xué)生互動(dòng)的過(guò)程，教學(xué)方法是該過(guò)程和諧統(tǒng)一的重要手段。傳統(tǒng)的教學(xué)手段的局限性大、較為枯燥，較難吸引學(xué)生的注意力，學(xué)生的學(xué)習(xí)處于被動(dòng)地接受地位。不利于激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！兜途S材料物理與技術(shù)基礎(chǔ)》課程通過(guò)理論知識(shí)講授并結(jié)合課后習(xí)題解答，使學(xué)生對(duì)所學(xué)原理進(jìn)一步理解和掌握，授課過(guò)程從教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的創(chuàng)新等方面對(duì)課程建設(shè)的幾點(diǎn)思考，并獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。但是我們深知，當(dāng)前我國(guó)材料學(xué)科教育改革的任務(wù)還十分艱巨，不斷加強(qiáng)實(shí)踐與探索，推動(dòng)課程教學(xué)向更好的方向發(fā)展，培養(yǎng)“寬基礎(chǔ)、多方向、重實(shí)踐”的高素質(zhì)復(fù)合型人才，是我們努力的目標(biāo)。

六、所用教材及參考書(shū)

（一）課程所用教材

熊兆賢.材料物理導(dǎo)論[M].科學(xué)出版社，2012.

（二）主要參考書(shū)目

田蒔.材料物理性能[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

李志林.材料物理[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

參考文獻(xiàn)

[1]田蒔.材料物理性能[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

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作者簡(jiǎn)介

王秋凡（1988—），女，湖北襄陽(yáng)人，中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，講師，主要研究方向?yàn)樾履茉醇{米材料與器件。