研究性学习在固体物理教学中的探索与实践

研究性学习在固体物理教学中的探索与实践

摘要：科学技术的迅猛发展对固体物理课程教学提出了现代化改革的迫切要求，固体物理教学必须适应学科快速发展和学生培养目标的新要求。“研究性学习”能最大程度地发挥学生的学习积极性，促进其创造性的发挥，增强其实践创新能力，已成为当今国内外基础教育课程改革的一个热点。

关键词：固体物理研究性学习研究热点

中图分类号：g642 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）02（b）-0194-01

该文结合固体物理学本身的教学内容以及相关研究热点，谈谈自己在教学实践中将学科前沿发展动态融入“研究性学习”的一些体会，以求抛砖引玉，促进该课程教学的发展。

1.教学内容的组织与优化

根据课程内容的重要性和安徽大学物理与材料科学学院学科发

展特点，我们在教学时，抓住课程主线，集中讲授核心内容，略掉枝节，并不做到面面俱到。我们将课程内容所有知识点按不同的特点细化为三层。

1.1精华知识层

这一层次的知识是固体物理学最基础、最重要的知识。我们精心设计教学案例，以引人入胜的提出问题的方式引导学生对核心知识点进行思考，探究，进而在课堂上精讲，总结。如，在简单介绍完“多晶体是由许多晶粒构成，品粒之间的交界处称为晶界，人们习

惯上把晶界看作缺陷，而视完整晶体为主体”这一概念后，引导学生反向思考“如果晶界为主体，而小的晶粒所占比例较小，即：缺陷占相当大比例的材料”将会是怎样呢？并就此布置学生通过学校图书馆电子文献资源调研纳米固体材料，组织一节课时间的学术沙龙。通过这种方法，引入前沿课题不仅能够启迪学生的创造性思维，而且可以培养学生反向思考问题并进行学术交流的能力。再比如在讲授金刚石晶体结构时，引入碳纳米管、石墨烯这一当前研究热点，调动学生探讨碳的各种同素异形体及其相关应用。

1.2拓展知识层

这一层次知识的传授以课堂教学为辅，案例思考，课程论文为主的形式进行传授。学生在课堂上听了老师的讲解后，引导其在课下就自己感兴趣的问题通过文献调研、学术沙龙的形式向更深或更广的层次学习。如在讲授晶体热膨胀非谐效应时以为什么水泥地面中间总是有一道道空隙间隔为出发点，引导学生思考热膨胀现象，培养学生发现问题的能力。通过简谐晶体势函数展开非谐项的引入培养学生分析问题和解决问题的能力。最后，通过当前科研热点“零热膨胀材料和负热膨胀材料”概念的引入，培养学生调研文献和将所学理论应用实践的能力精神。

1.3自主学习知识层

学生在学习了第一层的精华知识后，完全有能力在此基础上自学相关内容。一方面培养了学生自主学习知识的能力，另一方面，节约了课时，保证了精华知识层和拓展知识层次的学习时间。

2.教学形式的革新及综合应用

（1）启发式教学：知识点在讲解时以一串环环相扣的问题为线索，当这一串问题都被解决后，知识点就成功地被学生掌握了。比如传授能带的形成时，与孤立原子的分离能级相对比，以晶体的成键作用如何影响其能级简并度为出发点，引入紧束缚近似理论，讨论其对能带的影响。进而引入当前科研热点：“金属绝缘体转变”，以虚拟实验金属钠晶体膨胀情形下，其电导率随品格常数a的变化规律为讨论对象，分组讨论如何应用紧束缚近似理论加以处理。（2）案例教学：选取符合知识点应用要求的、贴近生活与技术发展的、学生感兴趣的案例，师生共同分析、讨论，从而提高学生的分析问题能力与知识应用能力。比如课程体系讲授到品格常数时，引入聚苯乙烯微球人工微结构概念和半导体超品格概念（超品格和微结构是比实际晶体的品格常数大的人造品格），并要求学生就相关概念进行文献分组调研，ppt制作，下次课程时间面向同学进行介绍。相比以前老师直接给学生举例的教学方式，案例教学法激发了学生的学习热情，使学生成为学习的主人、课堂的主角，课堂气氛生动活泼。

（3）综合性课题研究：结合固体物理学当前学科发展前沿，布置相关课题文献综述，如石墨烯，金属氢，mort绝缘体，左手材料等要求学生以研究小组为单位申请相关课题，运用所学知识，结合文献调研进行研究。组长负责好组内分工，每位学生要有明确的任务，小组成员团结协作，共同完成任务，制作好ppt，并在课堂上

各组代表展示本组研究成果，小组间提问交流，老师对设计成果进行评价。学生通过综合性课题研究，提高了利用所学知识解决实际问题的能力，激发了创造力，促进了学生间的交流与协作，加强了口头与书面表达能力，提升了学生的综合素质。

3.研究性教学实践体会与心得

3.1教师角色的转变

研究性教学以学生为主体，教师的主要任务不再是向学生灌输知识，而应把大量精力用在研究性教学方法的研究、研究性教学的设计与组织上。课程教学要以教师启发引导、学生小组讨论，课程论文撰写等形式进行。

3.2充分利用本学科的优势

教师应利用好所在学科的优势，将该优势与固体物理的教学有机结的结合起来。例如，x射线衍射是一种非常重要的材料研究方法，该课程的基本理论正好是固体物理的晶体结构部分。因此，固体物理教学时，可以结合x射线衍射实验，学生不但学到了理论知识，通过亲自实验，大大加深了对晶体结构的感性认识，同时也提高了学生的观察能力、动手能力和分析问题的能力。

3.3课程教学内容的选择与组织

因课程教学时间上的限制，教师应安排组织好课堂教学内容，课程大纲上的教学内容绝对不可以面面俱到，以保证精华知识层在研究性教学上的实施。同时，固体物理学学科发展一日千里，相关研究热点非常之多，教师在课程教学实施过程中，应选择好接入点，

以有利于新旧内容之间的联系、区别和发展，使学生对所学的固体物理知识能理解、巩固和应用为主。最后相关研究热点不可过多引入，以防喧宾夺主。