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物理學(xué)畢業(yè)論文

固體物理教學(xué)

時(shí)間:2022-10-07 18:34:20 物理學(xué)畢業(yè)論文 我要投稿
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固體物理教學(xué)

  固體物理教學(xué)【1】

固體物理教學(xué)

  摘 要:基于固體物理理論綜合性強(qiáng)、學(xué)科發(fā)展快和抽象難學(xué)的特點(diǎn),本文就教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了一些探索,以期在固體物理教學(xué)中能取得更好的教學(xué)效果。

  關(guān)鍵詞:固體物理;教學(xué)方法;教學(xué)手段

  固體物理學(xué)是物理學(xué)中最重要分支學(xué)科之一的凝聚態(tài)物理學(xué)的基礎(chǔ),當(dāng)今一系列新技術(shù)、新材料和新器件的誕生都是固體物理的外向延拓。

  固體物理作為物理學(xué)科的一門基礎(chǔ)課程,其重要性是不言而喻的。

  然而,在固體物理的教學(xué)中仍存在著諸多問題亟待解決。

  首先,固體物理是一門不斷發(fā)展的學(xué)科,其知識(shí)更新的速度非?,傳統(tǒng)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)已經(jīng)不能滿足作為新興學(xué)科的需求。

  其次,在固體物理教學(xué)中,簡單的理論傳授不能讓學(xué)生從本質(zhì)上理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

  最后,學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)中普遍感到枯燥無味、難度大,這是由于沒有很好地結(jié)合多媒體技術(shù)。

  鑒于這些方面的問題,本文就固體物理教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了探索,以滿足新時(shí)期學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的需求。

  一、改革教學(xué)內(nèi)容

  固體物理作為一門重要的基礎(chǔ)課程,在很多專業(yè)中都會(huì)開設(shè),但要求不盡相同。

  教師應(yīng)按專業(yè)對(duì)內(nèi)容進(jìn)行大膽取舍,而非完全依據(jù)教材逐個(gè)講授。

  如師范類專業(yè)應(yīng)著重物理原理、物理概念和物理模型的描述,同時(shí)涉及與中學(xué)物理中有關(guān)現(xiàn)象問題的理論解釋;而對(duì)微電子專業(yè)則要加強(qiáng)對(duì)固體器件技術(shù)問題和一些比較前沿問題的討論。

  具體對(duì)內(nèi)容取舍應(yīng)嚴(yán)格遵循教學(xué)大綱和專業(yè)發(fā)展方向的要求。

  固體物理作為一門發(fā)展中的課程,新概念、新知識(shí)和新問題不斷涌現(xiàn),但教材不會(huì)及時(shí)更新。

  教師可結(jié)合具體知識(shí)點(diǎn)介紹固體物理最新的發(fā)展動(dòng)向及面臨的問題,以開闊學(xué)生眼界和提高學(xué)習(xí)興趣。

  如講解半導(dǎo)體PN結(jié)知識(shí)點(diǎn)時(shí),可結(jié)合介紹發(fā)光二極管的最近研究進(jìn)展以及在照明中應(yīng)用。

  結(jié)合原有的教學(xué)內(nèi)容,適當(dāng)增添一些物理前沿方面的內(nèi)容,這樣能讓學(xué)生打好進(jìn)一步學(xué)習(xí)這些知識(shí)的前期基礎(chǔ),處理好新舊內(nèi)容之間的聯(lián)系、區(qū)別和發(fā)展,有利于理解和鞏固原有知識(shí)和原理,也有益于深化對(duì)新知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

  但是介紹發(fā)展前沿應(yīng)本著宜簡不宜繁、宜短不宜長、宜定性不宜定量的原則。

  二、改進(jìn)教學(xué)方法

  固體物理的教學(xué)方法同樣不失一般性。

  為了提高本課程的教育質(zhì)量,重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展,課堂教學(xué)應(yīng)遵循自身的原則和規(guī)律,但模式不固定。

  固體物理內(nèi)容體系十分龐大,各部分有各部分的特點(diǎn),須采取多元化的教學(xué)方法,如啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)和研究式教學(xué)等。

  在學(xué)習(xí)成熟的原則和規(guī)律方面,采用啟發(fā)式教學(xué)以便于學(xué)生掌握這些知識(shí);而在一些相關(guān)的前沿課題中應(yīng)本著討論式原則,鼓勵(lì)學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)去解釋那些新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象問題。

  要一切從學(xué)生出發(fā),鼓勵(lì)學(xué)生突破傳統(tǒng),敢于提出獨(dú)到見解。

  同時(shí),引導(dǎo)學(xué)生充分利用電子資源的巨大優(yōu)勢,通過超星數(shù)字圖書館和CNKI中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫等搜索與固體物理課程相關(guān)的前沿進(jìn)展,并就這些發(fā)展開展師生間的討論,然后布置相關(guān)的小論文,培養(yǎng)學(xué)生科研的初步能力。

  固體物理課程具有很強(qiáng)的理論綜合性,對(duì)理論物理基礎(chǔ)要求很高。

  學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)普遍感覺到知識(shí)的跳躍性很大,尤其是教材中經(jīng)常將理論物理的知識(shí)隨意引入到某一個(gè)問題上,會(huì)使學(xué)生感到來得太突然,進(jìn)而有知其然而不知其所以然的感覺,次數(shù)多了,學(xué)生容易產(chǎn)生畏難厭學(xué)情緒。

  針對(duì)這種情況,教師應(yīng)改變傳統(tǒng)的授課模式,將重要知識(shí)點(diǎn)分解成專題進(jìn)行講授。

  為了讓學(xué)生更好地理解相應(yīng)的專題,教師首先需安排一定的時(shí)間回顧與本專題相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí),但這種回顧不是重新講解,而是就內(nèi)容、方法和結(jié)論作簡要敘述。

  三、優(yōu)化教學(xué)手段

  固體物理教學(xué)中存在的嚴(yán)重問題之一就是“有理無物”,這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到非常抽象,提高了課程的難度。

  要使固體物理中一些抽象的概念直觀化、形象化,加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,在信息技術(shù)比較發(fā)達(dá)的今天并不是很難,關(guān)鍵是在教學(xué)過程中如何最大限度地發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢。

  如固體物理教學(xué)中首先遇到的是晶體結(jié)構(gòu)的教學(xué),如何將晶體的結(jié)構(gòu)直觀地展示出至關(guān)重要。

  虛擬現(xiàn)實(shí)語言VRML是個(gè)不錯(cuò)的選擇,利用VRML描述的三維晶體結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放、傾斜等操作,方便從各個(gè)角度觀察晶體結(jié)構(gòu)。

  也可通過OpenGL編程的方法,此方法的優(yōu)點(diǎn)就是可以獲得三維圖像,幾何體的大小、位置及其運(yùn)動(dòng)可以嚴(yán)格按照給定參數(shù)或函數(shù)描繪。

  這些不同的方法在晶體結(jié)構(gòu)的描述方面各有優(yōu)缺點(diǎn),可配合著使用。

  除此之外,適當(dāng)引入現(xiàn)代研究手段進(jìn)行教學(xué),能使固體物理教學(xué)的抽象教學(xué)更為直觀。

  四、結(jié)論

  綜上所述,在比較抽象的固體物理教學(xué)中,應(yīng)采取各種有用的教學(xué)手段使教學(xué)內(nèi)容直觀化,本著激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性的原則,在學(xué)生了解和掌握知識(shí)的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

  參考文獻(xiàn):

  [1]黃昆,韓汝琦.固體物理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2005.

  [2]何敏.VRML與3D化學(xué)結(jié)構(gòu)顯示[J].化學(xué)通報(bào),1998,(55).

  [3](美)安杰爾.OpenGL程序設(shè)計(jì)指南[M].張文祥,譯.北京:清華大學(xué)出版社,2005.

  固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐【2】

  摘要:針對(duì)物理學(xué)專業(yè)固體物理課程的內(nèi)容特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際,通過總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),充分利用學(xué),F(xiàn)有教學(xué)資源,積極對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行大力的實(shí)踐和改革并取得了較好的成效,為物理學(xué)專業(yè)課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。

  關(guān)鍵詞:固體物理;課堂教學(xué);教學(xué)改革

  固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子(原子、離子、電子等)之間相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律以闡明其性能與用途的學(xué)科。

  固體物理與凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連,是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要物理基礎(chǔ),是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一,因此它是物理學(xué)專業(yè)高年級(jí)的一門重要基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的課程。

  該課程對(duì)固體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究是從原子、電子和分子的角度進(jìn)行的。

  它與金屬物理、普通物理、材料科學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理,尤其是量子力學(xué)等相關(guān)學(xué)科聯(lián)系非常緊密。

  對(duì)于固體電子論、固體的磁性、晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì)、超導(dǎo)體、半導(dǎo)體等專題要著重研究。

  所以說,在物理學(xué)專業(yè)起到承前啟后作用的專業(yè)課程是固體物理。

  如何較好地講授該門課程,取得良好的教學(xué)效果,是一個(gè)值得深入研究的問題。

  就當(dāng)前固體物理在教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題,我們從其教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等三個(gè)方面進(jìn)行探索性的實(shí)踐與改革。

  一、教學(xué)中存在的問題

  1.教學(xué)內(nèi)容方面的問題。

  首先固體物理課程所包含的知識(shí)面較為廣泛,理論性和專業(yè)性較強(qiáng),抽象難懂,大量運(yùn)用比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理方法,增加了學(xué)習(xí)強(qiáng)度,使學(xué)生的學(xué)習(xí)變得較為困難。

  其次,固體物理的較高要求,使得學(xué)生的空間想象能力變得更加豐富,尤其是在學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容的時(shí)候,空間想象是必不可少的,這更進(jìn)一步地增加了學(xué)習(xí)難度。

  再者,由于諸多方面的原因?qū)е鹿腆w物理教學(xué)學(xué)時(shí)緊張,固體物理課程被不可避免的壓縮刪減。

  這樣就使得教師在基本的講授時(shí)間之外,選擇用很少的課余時(shí)間進(jìn)行專題講解,這樣非常不利于拓展學(xué)生的視野和知識(shí)層面。

  另外,在社會(huì)不斷進(jìn)步、科技發(fā)展迅猛的時(shí)代,激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)等一系列現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究均取得了很大的突破,固體物理學(xué)科發(fā)展也發(fā)生著日新月異的變化,層出不窮的高新技術(shù),不斷涌現(xiàn)出來的新概念,而現(xiàn)有的經(jīng)典教材卻少有前沿知識(shí)的更新,對(duì)固體物理前沿的新動(dòng)態(tài)、新成果、新概念介紹得不夠,這樣就很容易導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣,同時(shí)也給我們的固體物理教學(xué)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

  2.教學(xué)手段方面的問題。

  傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)手段基本采用“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)模式,教師依然使用傳統(tǒng)教具和較為抽象的語言來傳授知識(shí),沒有具體的形象描述。

  而固體物理課程內(nèi)容相對(duì)豐富,對(duì)于稍微復(fù)雜的三維晶體結(jié)構(gòu)、倒易空間及其能帶結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)等難以描述清楚,致使學(xué)生難以理解一維到三維的擴(kuò)展,對(duì)該門課程沒有形象深刻的認(rèn)識(shí),感覺很空洞,對(duì)固體物理的基本定理、公式、概念等沒有較多的體會(huì),這就讓固體物理變得非常難學(xué),學(xué)生越學(xué)越受挫,從而對(duì)固體物理失去學(xué)習(xí)的興趣,最終導(dǎo)致學(xué)生對(duì)固體物理產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

  3.教學(xué)方法方面的問題。

  固體物理教學(xué)的傳統(tǒng)形式比較單一,“填鴨式”教學(xué)模式讓教師成為主體,教師唱獨(dú)角戲。

  這種教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)全面,公式推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)、精練,只能使學(xué)生被動(dòng)地接受前人已經(jīng)積累的知識(shí),單純靠機(jī)械記憶,從而降低了學(xué)生的理解程度。

  這種教學(xué)模式也沒有對(duì)學(xué)生進(jìn)行很好的引導(dǎo),讓學(xué)生積極主動(dòng)地去思考和研究,去發(fā)現(xiàn)問題和提出問題,甚至解決問題,限制了學(xué)生的創(chuàng)造性。

  教學(xué)方法的單一也使學(xué)生缺少了對(duì)本門課程的整體認(rèn)識(shí),不知道各章節(jié)間的聯(lián)系,腦中只有零散的知識(shí)點(diǎn),學(xué)習(xí)效果大打折扣,覺得固體物理課程原理多、模型多、定律和概念多,這就更容易使學(xué)生對(duì)固體物理學(xué)習(xí)失去興趣。

  在教學(xué)過程中大量講授物理模型的推導(dǎo)過程,比如黃昆的《固體物理》中能帶理論等章節(jié)含有大量涉及量子力學(xué)的理論推導(dǎo),這使學(xué)生接受起來比較困難,學(xué)生對(duì)理論性相對(duì)較強(qiáng)的內(nèi)容可能不太感興趣,而對(duì)實(shí)用或未來就業(yè)價(jià)值更高的知識(shí)比較感興趣。

  二、課程教學(xué)改革和實(shí)踐

  針對(duì)我校的實(shí)際情況和固體物理課程教學(xué)中存在的諸多問題,我們相應(yīng)改革了課堂教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容,以期推動(dòng)固體物理課程的建設(shè)。

  1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

  針對(duì)本校本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)以及課程的學(xué)時(shí)安排,對(duì)固體物理課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和整合。

  第一章晶體結(jié)構(gòu),主要講述晶格、周期對(duì)稱性、幾種基本的晶體結(jié)構(gòu)和倒格子;第二章固體的結(jié)合,主要介紹晶體結(jié)合力的物理本質(zhì),并介紹基于不同結(jié)合力的幾種基本晶體類型;第三章晶格振動(dòng)和晶體的熱學(xué)性質(zhì),重點(diǎn)講述愛因斯坦模型、德拜模型以及一維單原子鏈和一維雙原子鏈,其他內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)。

  第四章能帶理論,主要講述布洛赫定理,近自由電子近似,緊束縛近似,固體能帶,能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算,介紹費(fèi)米面和態(tài)密度定義及其物理實(shí)質(zhì);第五章晶體中電子在電場和磁場中的運(yùn)動(dòng),講述特定電場、磁場下電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;第六章缺陷,簡要講述缺陷產(chǎn)生機(jī)制,介紹點(diǎn)缺陷,其他內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué)。

  另一方面,在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)添加一些與本學(xué)科相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)和物理前沿,開闊學(xué)生眼界、提高學(xué)習(xí)興趣和積極性。

  2.教學(xué)手段多樣化。

  以前課堂教學(xué)是單一的黑板教學(xué),而固體物理對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求高,因此,為提高課堂教學(xué)質(zhì)量和講課效率,引入具有生動(dòng)、形象、直觀、靈活、信息量大等突出優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)代多媒體教學(xué)。

  根據(jù)教學(xué)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上選擇合適的動(dòng)畫和圖片,設(shè)計(jì)和建立一套完善的多媒體課件教學(xué)系統(tǒng)。

  比如,在講晶體結(jié)構(gòu)的時(shí)候,可以加入氯化鈉、金剛石等晶體的三維結(jié)構(gòu)圖,讓學(xué)生360度觀看晶體結(jié)構(gòu);在講布里淵區(qū)的時(shí)候,利用ppt動(dòng)畫效果,使學(xué)生深刻理解布里淵區(qū)的畫法。

  但是,在實(shí)際教學(xué)過程中也暴露出僅用多媒體教學(xué)的不足之處。

  據(jù)學(xué)生反映,多媒體畫面具有瞬息多變、一晃而過、翻頁太快使學(xué)生來不及思考、概念印象模糊、記憶膚淺等弊端,因此必須恰當(dāng)使用多媒體課件。

  筆者的體會(huì)是,使用多媒體但決不能依賴多媒體,而是將使用多媒體課件與傳統(tǒng)講課方法有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ),獲得最佳授課效果。

  這就要求多媒體課件不能是書本的拷貝,更不能對(duì)著多媒體課件照本宣科,而是要求課件制作必須精良,使用要恰到好處。

  將一些國內(nèi)外優(yōu)秀的記錄片引入到固體物理的教學(xué)中。

  如,在課程的開始階段介紹該教材的編著者――黃昆先生。

  我們可以以記錄片的形式介紹黃昆先生的生平,讓學(xué)生在了解編著者的同時(shí),對(duì)這本教材也有更進(jìn)一步的了解,這就很容易地調(diào)動(dòng)起學(xué)生對(duì)本門課程的學(xué)習(xí)興趣。

  又如,在講解超導(dǎo)時(shí),教師可以運(yùn)用《絕對(duì)零度》這一紀(jì)錄片,讓學(xué)生對(duì)超導(dǎo)體的特殊性質(zhì)和超導(dǎo)的研究歷史有更加形象的認(rèn)識(shí)。

  3.教學(xué)方法靈活化。

  結(jié)合本校本專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn),靈活的運(yùn)用教學(xué)方法,選擇學(xué)生易于理解的方法進(jìn)行講授,盡量避免大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。

  對(duì)于物理概念、物理原理和物理模型的描述是固體物理教學(xué)中具體問題闡述的著重點(diǎn),同時(shí),教師對(duì)于較為詳細(xì)的固體器件技術(shù)問題和較為繁瑣的教學(xué)推導(dǎo)都要盡量減少。

  在講解推導(dǎo)過程較為復(fù)雜但結(jié)論卻很重要的內(nèi)容時(shí),教師一般會(huì)直接給出結(jié)果,這是大多數(shù)學(xué)生都愿意接受的,相對(duì)于那些少數(shù)需要更深入學(xué)習(xí)研究的學(xué)生,我們就可以采取將具體的推導(dǎo)過程用別的課件給出的形式,盡量讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究,碰到問題再與老師進(jìn)行探討。

  在教學(xué)中貫徹“教為主導(dǎo),學(xué)為主體”的原則。

  采用啟發(fā)式教學(xué),讓學(xué)生在教學(xué)過程中通過積極思考對(duì)問題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和提問,促使學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。

  在各章節(jié)的教學(xué)中也采用同樣的方法,使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入思考,并且經(jīng)常聯(lián)系前面學(xué)過的知識(shí),找出知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系,使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容有宏觀的認(rèn)識(shí),避免知識(shí)學(xué)的零散雜亂。

  三、結(jié)語

  當(dāng)今社會(huì),科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,使得固體物理教學(xué)也面臨著越來越多的改革和挑戰(zhàn),固體物理的教學(xué)諸方面也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和轉(zhuǎn)變。

  針對(duì)物理學(xué)專業(yè)固體物理課程特點(diǎn),結(jié)合本學(xué)校本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn),開展該課程課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法的改革與實(shí)踐,有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),使學(xué)生學(xué)出了自信和成效,讓老師和學(xué)生共同分享到課堂教學(xué)改革的樂趣和收獲,為物理學(xué)專業(yè)課程的課堂教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。

  參考文獻(xiàn):

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