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摘要：根据固体物理学科的发展速度快，涵盖知识面广，与前言学科联系密切的特点，随着各专业的课程体系和人才培养模式的变化，为了适应专业特点和新形势下的培养目标，以电子信息科学与技术专业为例，通过教学内容、教学方法以及考核体系的调整与优化，探讨了与专业特色相符的固体物理教学的调整与优化。
关键词：固体物理学；专业特色；教学调整与优化
作者简介：关玉琴（1975-），女，蒙古族，内蒙古通辽人，内蒙古工业大学理学院，副教授。（内蒙古 呼和浩特 010051）
基金项目：本文系内蒙古工业大学精品课程建设项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0121-02
固体物理学是主要研究固体的结构，研究组成固体的粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的课程，在当代高新技术的发展中起着关键的作用。[1]固体物理课程，不仅是物理学专业而且是电子学、材料学等相关专业的专业必修基础课，是基础理论和众多高科技应用学科之间的桥梁。该课程本身涵盖的知识面广，不同类型学校的固体物理课程均有不同的取舍和特点 。随着学科的发展和人才需求的变化各专业的课程体系和人才培养模式应与时俱进地作相应的改革，不断完善和发展以适应专业特点和新形势下的培养目标。本文针对固体物理教学自身的特点，结合电子信息科学与技术非微电子专业学生的培养模式和特点，讨论了几点关于固体物理课程教学的优化与调整方案。
一、根据专业特色调整和优化教学内容
电子信息科学与技术专业是整个电子信息科学的基础和支柱，专业覆盖面宽，属于多学科的交叉学科。内蒙古工业大学（以下简称“我校”）的电子信息科学与技术专业方向为光电子技术，固体物理是光电技术专业重要专业基础课。重视基础是我国本科教育的优良传统，培养创新型人才已成为新世纪教学改革的中心议题。培养创新型人才要重视基础抓好“五基”教学。[2]“五基”教学要求在基础理论、基础知识和基本技能这“三基”基础上，加入基本思维和基本能力。固体物理是一门综合性很强，除了需要原子物理、量子力学和统计物理等方面的内容外在传统的内容上增加了不少现代科技内容。电子信息科学与技术等非物理专业的学生本身基础知识薄弱，学时少，再加上固体物理课程本身的内容多、与应用和前言领域联系密切等因素，很容易导致教师教不下去，学生学不下去的恶性循环。为了适应课程特色与专业培养目标，本文提出了以下几点教学调整与优化方案。
1.传统教学内容的调整和优化
工科类光电技术专业的学生主要从事光电工程技术与光电器件应用等工作，需要理论与实际结合，把理论知识能够应用在生产与工作当中。而固体物理面对的是复杂而具体的体系和问题，需要抓住物理过程的主要方面，构造简化的模型，才能有效地进行数学处理，其中最关键的是必须有清楚的物理图像。因此讲述固体物理传统内容时，紧扣物理思想和模型，适当降低起点，适当减少传统固体物理内容与光电技术类专业关联不大的内容；在使学生初步具备固体物理的基础知识，如周期结构结构、能带论、晶格动力学等内容的前提下，将与光电技术专业密切结合的晶体的缺陷、晶体衍射和金属电子论等章节作为重点讲授的内容。教学内容顺序上尽量保持知识的系统性和连惯性。例如，第四章的布里渊区的内容[3]应该放在倒格空间内容之后，布里渊区之后应该讲解晶体衍射。有了倒格空间和原胞的基础知识再讲解布里渊区，学生清楚地理解和掌握布里渊区的概念及物理图像。接着讲解晶体衍射，一方面无形中强调了抽象而难理解的倒格空间和布里渊区概念的重要性，另一方面使得教学内容具有很强的系统性和连贯性。
2.现代科技内容的弹性增加
新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。结合我国本科教学的专业核心能力[4]和创新能力的培养目标，考虑到传统的固体物理教学内容和日新月异的固体物理前沿内容问的关联，在教学中引入和穿插与专业相关的学科前沿研究的具体问题。比如，与晶体结构有关的C60和碳纳米管的研究进展、[1]与能带理论有关的LED的研究进展和应用和固体激光器等与光电技术相关的前言知识穿插在教学当中，强化学生的基础知识学习，明确学生的专业方向，提高学生的学习兴趣，拓宽学生的视野。
二、根据专业特色调整和优化教学方法
教学实际上是教员与学员互动的过程，科学有效的教学方法是培养学员创新意识、增强创新能力的催化剂。传统固体物理偏重理论体系的学习，学习起来枯燥，不易引起学员兴趣，教学方法多样化和相互结合不够。不同层次的大专院校开办专业也应定位于不同的培养层次上。因此，教学过程中应该做到根据专业特色调整和优化教学方法。为满足人才培养以及专业教学内容和课程体系改革的需要，结合学生实际情况，在教学中贯彻“教为主导，学为主题”[5]的基础上，在教学方法上进行了以下几点调整和优化，达到了事半功倍的效果。
1.引导式教学法在教学当中的应用
引导式教学方法的前提条件是有一定的基础知识，而对于工科类院校的学生来说固体物理基础知识比较薄弱，针对这一现象，本文中用大学物理基础知识引导学生掌握固体物理学的内容。例如，从大学物理中的光的衍射增强现象[6]引入倒格矢的概念；再如，从牛顿第二定律引导学生掌握一维单原子链和一维双原子链的振动方程而不是泰勒展开式出发；从大学物理中理想气体的刚性和非刚性双原子模型引导学生掌握声学波和光学波的异同点。这样，即使是只有大学物理基础的学生也很轻松地掌握固体物理中的难而抽象概念的物理图像及物理本质。
2.比较式教学法在教学当中的应用
比较式教学法是指在教学中一些相关、相似或者具有某种关联和区别的教学内容放在一起进行讲解，便于学生理解、掌握和记忆。固体物理的教学现状存在着教材不统一，同一个概念在不同教材中描述方法不一致，除此之外固体物理学中还存在不少的概念容易混淆。针对工科类院校的学生基础薄弱，学时有限的情况，若应用比较法进行对比、辨析、比较它们的共同点和差异性，进而抽象和概括，达到理解、巩固、深化概念、开拓学生的思维、培养学生的能力，也是帮助学生纠正错误最有效的措施。笔者在以下案例教学过程中应用了比较法，明显提高了教学质量。 （1）第一布里渊区和维格纳-塞茨（Wigner-Seitz）原胞的比较：第一布里渊区和维格纳-塞茨（Wigner-Seitz）原胞的概念，一个在正格空间，一个是倒格空间中的两个不同的概念，很多教科书把它们放在不同的章节。但是这两个概念的几何作图法完全一样，把这两个概念放在一起用比较法讲解时很容易指出异同点，学生清楚理解概念，不容易混淆。
（2）米勒指数和晶面指数的比较：不少的固体物理学和结晶学教科书中存在着米勒指数和晶面指数概念的区分度低，学生容易混淆。其一，米勒指数和晶面指数都是晶面在坐标轴上截距系数的倒数的互为整数。但是二者对应的坐标系的不同，米勒指数是指晶胞基矢坐标轴的截距，晶面指数是指原胞基矢坐标轴的截距。此处用比较法指出两个面指数的异同点，能解除初学者的疑惑，提高教学质量。其二，有些教科书[3]讲面指数时强调离坐标原点最近的晶面或第一晶面，而有些教科书[6]强调任一晶面。这样，初学者很容易产生到底是第一晶面还是任一晶面的疑虑。此时，可以用比较法比较出它们的异同点，让学生明确两种讲法的本质是一样的。
三、根据专业特色调整和优化考核体系
学生成绩评定是教学过程的主要环节之一。目前常用的考核方式有闭卷和开卷期末考试两种形式。闭卷考试一般主要考课本上的内容，需要学生记住一些知识，不离开书本，缺乏应用性和综合性的题目，很容易加强学生靠死记硬背通过考试。开卷考试的试题，虽然说更具开放性，更加灵活，为学生回答问题提供了充分的思考空间，有利于学生充分发表自己的见解，展现自己的能力，发挥自己的水平。但是，考试时间安排在结课之后，容易导致大部分学生不及时消化所学内容，考前积累问题过多，复习时概念混淆，掌握不彻底。即便是开卷考试，可能出现“看书能看懂，做题不会做”的现象。因此，对于固体物理课笔者采取以下考核措施：
第一，开卷、闭卷相结合，分章节考试、期末考试相结合。这样做虽然加大任课教师的工作量，但是提高学生学习、听课的主动性，督促学生及时复习所学内容，提高课堂效率。
第二，平时成绩的计算上，除了传统的考勤、作业分以外还设置了小论文的成绩。小论文的题目涉及到本课程基础知识的应用和与本课程相关的前言内容，引导学生主动探索分析学科应用领域和前沿动态，提高学生的综合分析问题和解决问题的能力。
第三，成绩的综合评定上分章节考试占30%，期末考试占30%，平时成绩占40%（其中考勤和作业各站10%，小论文占20%）。这样，在考核体系中包含了与本课程有关的所有教学活动，能够体现出学生对本课程的真实掌握情况。
参考文献：
[1]张礼.近代物理学进展[M].北京：清华大学出版社，1998.
[2]施开良，陈令梅，姚天扬，等.培养创新型人才要重视基础抓好“五基”教学[J].大学化学，2004，19（3）：16-18.
[3]黄昆，韩汝琦.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1988.
[4]谭会生，朱晓青，易吉良.电子信息科学与技术专业建设的研究[J].电气电子教学学报，2012，34（4）：13-15.
[5]邢永富，吕秋芳.素质教育——观念的变革与创新[M].太原：山西教育出版社，2002.
[6]王矜奉.固体物理教程[M].济南：山东大学出版社，2004.
（责任编辑：王意琴）
关键词：固体物理学；专业特色；教学调整与优化
作者简介：关玉琴（1975-），女，蒙古族，内蒙古通辽人，内蒙古工业大学理学院，副教授。（内蒙古 呼和浩特 010051）
基金项目：本文系内蒙古工业大学精品课程建设项目的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0121-02
固体物理学是主要研究固体的结构，研究组成固体的粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的课程，在当代高新技术的发展中起着关键的作用。[1]固体物理课程，不仅是物理学专业而且是电子学、材料学等相关专业的专业必修基础课，是基础理论和众多高科技应用学科之间的桥梁。该课程本身涵盖的知识面广，不同类型学校的固体物理课程均有不同的取舍和特点 。随着学科的发展和人才需求的变化各专业的课程体系和人才培养模式应与时俱进地作相应的改革，不断完善和发展以适应专业特点和新形势下的培养目标。本文针对固体物理教学自身的特点，结合电子信息科学与技术非微电子专业学生的培养模式和特点，讨论了几点关于固体物理课程教学的优化与调整方案。
一、根据专业特色调整和优化教学内容
电子信息科学与技术专业是整个电子信息科学的基础和支柱，专业覆盖面宽，属于多学科的交叉学科。内蒙古工业大学（以下简称“我校”）的电子信息科学与技术专业方向为光电子技术，固体物理是光电技术专业重要专业基础课。重视基础是我国本科教育的优良传统，培养创新型人才已成为新世纪教学改革的中心议题。培养创新型人才要重视基础抓好“五基”教学。[2]“五基”教学要求在基础理论、基础知识和基本技能这“三基”基础上，加入基本思维和基本能力。固体物理是一门综合性很强，除了需要原子物理、量子力学和统计物理等方面的内容外在传统的内容上增加了不少现代科技内容。电子信息科学与技术等非物理专业的学生本身基础知识薄弱，学时少，再加上固体物理课程本身的内容多、与应用和前言领域联系密切等因素，很容易导致教师教不下去，学生学不下去的恶性循环。为了适应课程特色与专业培养目标，本文提出了以下几点教学调整与优化方案。
1.传统教学内容的调整和优化
工科类光电技术专业的学生主要从事光电工程技术与光电器件应用等工作，需要理论与实际结合，把理论知识能够应用在生产与工作当中。而固体物理面对的是复杂而具体的体系和问题，需要抓住物理过程的主要方面，构造简化的模型，才能有效地进行数学处理，其中最关键的是必须有清楚的物理图像。因此讲述固体物理传统内容时，紧扣物理思想和模型，适当降低起点，适当减少传统固体物理内容与光电技术类专业关联不大的内容；在使学生初步具备固体物理的基础知识，如周期结构结构、能带论、晶格动力学等内容的前提下，将与光电技术专业密切结合的晶体的缺陷、晶体衍射和金属电子论等章节作为重点讲授的内容。教学内容顺序上尽量保持知识的系统性和连惯性。例如，第四章的布里渊区的内容[3]应该放在倒格空间内容之后，布里渊区之后应该讲解晶体衍射。有了倒格空间和原胞的基础知识再讲解布里渊区，学生清楚地理解和掌握布里渊区的概念及物理图像。接着讲解晶体衍射，一方面无形中强调了抽象而难理解的倒格空间和布里渊区概念的重要性，另一方面使得教学内容具有很强的系统性和连贯性。
2.现代科技内容的弹性增加
新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。结合我国本科教学的专业核心能力[4]和创新能力的培养目标，考虑到传统的固体物理教学内容和日新月异的固体物理前沿内容问的关联，在教学中引入和穿插与专业相关的学科前沿研究的具体问题。比如，与晶体结构有关的C60和碳纳米管的研究进展、[1]与能带理论有关的LED的研究进展和应用和固体激光器等与光电技术相关的前言知识穿插在教学当中，强化学生的基础知识学习，明确学生的专业方向，提高学生的学习兴趣，拓宽学生的视野。
二、根据专业特色调整和优化教学方法
教学实际上是教员与学员互动的过程，科学有效的教学方法是培养学员创新意识、增强创新能力的催化剂。传统固体物理偏重理论体系的学习，学习起来枯燥，不易引起学员兴趣，教学方法多样化和相互结合不够。不同层次的大专院校开办专业也应定位于不同的培养层次上。因此，教学过程中应该做到根据专业特色调整和优化教学方法。为满足人才培养以及专业教学内容和课程体系改革的需要，结合学生实际情况，在教学中贯彻“教为主导，学为主题”[5]的基础上，在教学方法上进行了以下几点调整和优化，达到了事半功倍的效果。
1.引导式教学法在教学当中的应用
引导式教学方法的前提条件是有一定的基础知识，而对于工科类院校的学生来说固体物理基础知识比较薄弱，针对这一现象，本文中用大学物理基础知识引导学生掌握固体物理学的内容。例如，从大学物理中的光的衍射增强现象[6]引入倒格矢的概念；再如，从牛顿第二定律引导学生掌握一维单原子链和一维双原子链的振动方程而不是泰勒展开式出发；从大学物理中理想气体的刚性和非刚性双原子模型引导学生掌握声学波和光学波的异同点。这样，即使是只有大学物理基础的学生也很轻松地掌握固体物理中的难而抽象概念的物理图像及物理本质。
2.比较式教学法在教学当中的应用
比较式教学法是指在教学中一些相关、相似或者具有某种关联和区别的教学内容放在一起进行讲解，便于学生理解、掌握和记忆。固体物理的教学现状存在着教材不统一，同一个概念在不同教材中描述方法不一致，除此之外固体物理学中还存在不少的概念容易混淆。针对工科类院校的学生基础薄弱，学时有限的情况，若应用比较法进行对比、辨析、比较它们的共同点和差异性，进而抽象和概括，达到理解、巩固、深化概念、开拓学生的思维、培养学生的能力，也是帮助学生纠正错误最有效的措施。笔者在以下案例教学过程中应用了比较法，明显提高了教学质量。 （1）第一布里渊区和维格纳-塞茨（Wigner-Seitz）原胞的比较：第一布里渊区和维格纳-塞茨（Wigner-Seitz）原胞的概念，一个在正格空间，一个是倒格空间中的两个不同的概念，很多教科书把它们放在不同的章节。但是这两个概念的几何作图法完全一样，把这两个概念放在一起用比较法讲解时很容易指出异同点，学生清楚理解概念，不容易混淆。
（2）米勒指数和晶面指数的比较：不少的固体物理学和结晶学教科书中存在着米勒指数和晶面指数概念的区分度低，学生容易混淆。其一，米勒指数和晶面指数都是晶面在坐标轴上截距系数的倒数的互为整数。但是二者对应的坐标系的不同，米勒指数是指晶胞基矢坐标轴的截距，晶面指数是指原胞基矢坐标轴的截距。此处用比较法指出两个面指数的异同点，能解除初学者的疑惑，提高教学质量。其二，有些教科书[3]讲面指数时强调离坐标原点最近的晶面或第一晶面，而有些教科书[6]强调任一晶面。这样，初学者很容易产生到底是第一晶面还是任一晶面的疑虑。此时，可以用比较法比较出它们的异同点，让学生明确两种讲法的本质是一样的。
三、根据专业特色调整和优化考核体系
学生成绩评定是教学过程的主要环节之一。目前常用的考核方式有闭卷和开卷期末考试两种形式。闭卷考试一般主要考课本上的内容，需要学生记住一些知识，不离开书本，缺乏应用性和综合性的题目，很容易加强学生靠死记硬背通过考试。开卷考试的试题，虽然说更具开放性，更加灵活，为学生回答问题提供了充分的思考空间，有利于学生充分发表自己的见解，展现自己的能力，发挥自己的水平。但是，考试时间安排在结课之后，容易导致大部分学生不及时消化所学内容，考前积累问题过多，复习时概念混淆，掌握不彻底。即便是开卷考试，可能出现“看书能看懂，做题不会做”的现象。因此，对于固体物理课笔者采取以下考核措施：
第一，开卷、闭卷相结合，分章节考试、期末考试相结合。这样做虽然加大任课教师的工作量，但是提高学生学习、听课的主动性，督促学生及时复习所学内容，提高课堂效率。
第二，平时成绩的计算上，除了传统的考勤、作业分以外还设置了小论文的成绩。小论文的题目涉及到本课程基础知识的应用和与本课程相关的前言内容，引导学生主动探索分析学科应用领域和前沿动态，提高学生的综合分析问题和解决问题的能力。
第三，成绩的综合评定上分章节考试占30%，期末考试占30%，平时成绩占40%（其中考勤和作业各站10%，小论文占20%）。这样，在考核体系中包含了与本课程有关的所有教学活动，能够体现出学生对本课程的真实掌握情况。
参考文献：
[1]张礼.近代物理学进展[M].北京：清华大学出版社，1998.
[2]施开良，陈令梅，姚天扬，等.培养创新型人才要重视基础抓好“五基”教学[J].大学化学，2004，19（3）：16-18.
[3]黄昆，韩汝琦.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1988.
[4]谭会生，朱晓青，易吉良.电子信息科学与技术专业建设的研究[J].电气电子教学学报，2012，34（4）：13-15.
[5]邢永富，吕秋芳.素质教育——观念的变革与创新[M].太原：山西教育出版社，2002.
[6]王矜奉.固体物理教程[M].济南：山东大学出版社，2004.
（责任编辑：王意琴）