研究性學(xué)習(xí)在固體物理教學(xué)中的應(yīng)用獲獎科研報告論文

研究性學(xué)習(xí)在固體物理教學(xué)中的應(yīng)用獲獎科研報告論文【摘要】固體物理是當今凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域里最重要的學(xué)科之一，具有非常高的理論性和實用性，而且近年來其發(fā)展更新速度也是非常迅速。由于固體物理學(xué)其概念抽象、物理理論深奧、對于學(xué)生來說比較難以掌握。本文從教學(xué)方法入手，探討如何結(jié)合當前固體物理學(xué)發(fā)展的新形勢，把研究性學(xué)習(xí)方法引入到固體物理的教學(xué)中來。

【關(guān)鍵詞】固體物理研究性學(xué)習(xí)教學(xué)方法

【基金項目】南華大學(xué)博士啟動項目（2014XQD06）。

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研究性學(xué)習(xí)是一種新型的學(xué)習(xí)方式，它是以學(xué)生的自主探索性為基礎(chǔ)，用類似科學(xué)研究的方式，通過親身實踐獲取直接經(jīng)驗，提倡綜合運用所學(xué)知識解決實際問題。研究性學(xué)習(xí)不同于傳統(tǒng)的課堂講授，而是知識講授的擴展與升華。固體物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，其內(nèi)容十分豐富，而且它涉及龐大的抽象概念體系和嚴密的理論推導(dǎo)，所以要教好固體物理，不僅要求任課教師具有良好的數(shù)學(xué)和物理學(xué)修養(yǎng)，而且還要保持對固體物理學(xué)前沿動態(tài)的了解。因此，固體物理學(xué)也通常被認為是老師難教，學(xué)生難學(xué)的一門課程。本教學(xué)團隊在固體物理的教學(xué)過程中開展研究性學(xué)習(xí)，目的是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。本文結(jié)合筆者研究和講授固體物理學(xué)的感想，探討如何把研究性學(xué)習(xí)方法引入到固體物理的教學(xué)中來。

一、扎實的基本知識是研究性學(xué)習(xí)的根本

根據(jù)筆者多年學(xué)習(xí)研究固體物理學(xué)的經(jīng)驗，要對固體物理進行透徹的講解，涉及到微積分、線性代數(shù)、群論等數(shù)學(xué)知識和量子力學(xué)、原子物理學(xué)、理論力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)等物理知識，這對教師和學(xué)生都提出了非常高的要求。在實際的教學(xué)過程中，經(jīng)常會碰到學(xué)生的基礎(chǔ)知識不扎實，導(dǎo)致無法理解新知識的情況。例如在講解周期性場中電子運動的近自由電子近似時，就涉及到量子力學(xué)中關(guān)于在有限勢阱下的電子運動狀態(tài)的描述以及微擾理論的運用，這部分內(nèi)容在普通的量子力學(xué)教科書中都有詳細的說明。因此，為了更好地掌握固體物理這門課程，筆者建議學(xué)生在碰到相關(guān)問題時把量子力學(xué)和原子物理等課程進行認真的學(xué)習(xí)，這樣才能學(xué)好固體物理，學(xué)生結(jié)合新的物理問題可以增進對以前學(xué)過知識的認識。

二、通過類比法研究問題

為了使學(xué)生更好地理解固體物理學(xué)中的知識點，可以通過類比的教學(xué)方法聯(lián)系多個不同的概念，而目標概念與已知概念在某個性質(zhì)上具有相同的特征。例如在講解半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)時，它的主要特征是能帶分成導(dǎo)帶和價帶兩支，中間夾有一段禁帶，而電子是不可能存在于禁帶中的。固體中電子能級的這個性質(zhì)可以與已經(jīng)學(xué)過的原子能級和分子能級進行對比，原子和分子中的電子能級具有不連續(xù)、分立的特征，這是學(xué)生們已經(jīng)掌握的內(nèi)容，比較好理解，固體能帶中的禁帶就類似于原子能級或者分子能級之間的間隔，同樣也是不允許有電子存在的。這樣通過類比的教學(xué)方法，就能夠使學(xué)生對物理圖像的統(tǒng)一性有更高一層的認識。

三、重點突破固體物理學(xué)中的難點問題

研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)模式不同于講授式，也不同于自學(xué)式，它的主要過程是：發(fā)現(xiàn)問題-研究探索-獲得結(jié)論。為了發(fā)展學(xué)生在學(xué)習(xí)中進行研究的能力，需要重視學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的培養(yǎng)，要尊重學(xué)生的自主探索，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新精神。根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗，有時候為了弄清楚固體物理的某個難點問題，需要查閱很多相關(guān)文獻和資料，因此，對某個問題進行重點分析和突破是進行具有自主特征的研究性學(xué)習(xí)的基本方法。在這個過程中提出問題很重要，所提出的問題應(yīng)該是學(xué)生之前沒有遇到過的，問題的性質(zhì)應(yīng)該是開放的，對這種問題的解釋應(yīng)該是多元的，這樣才具有研究討論的空間。讓學(xué)生自由地討論和研究問題是激發(fā)他們學(xué)習(xí)熱情、獲得學(xué)習(xí)成就以及掌握科學(xué)研究方法的重要途徑。

四、在處理實際問題的過程中進行研究性學(xué)習(xí)

研究性學(xué)習(xí)重視學(xué)生知識運用能力和實踐能力的培養(yǎng)。固體物理學(xué)是一門理論與實驗相結(jié)合的學(xué)科，因而處理實際問題的實踐活動直接影響教學(xué)效果，關(guān)系到學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了增強學(xué)生分析和解決實際問題的能力，筆者結(jié)合具體情況提出一系列小課題來實施教學(xué)。通過這個過程的訓(xùn)練，鍛煉了學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力，促進了學(xué)生間的交流與協(xié)作，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

通過對以上研究性學(xué)習(xí)方法的實施和改進，較好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)固體物理的主動性。