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固体物理课程教学探索

固体物理课程教学探索 张国光李琴 (南昌航空大学材料科学与工程学院，江西南昌 3 3 0 0 6 3 )

摘

要：针对材料科学与工程专业少学时的研究生固体物理课程教学，为实现传授知 研究生材料学科教学具体的授课内容调整数学知识的比例。因为学生普遍具备微积分、数理方程和傅立叶变化等方面的数学基础，在相关物理概念讲解和模型建立中要求学生进行

识和培养能力的教学目的，在教学内容和教学方式上提出了一些实践经验。 关键词：固体物理

固体物理是一门理论性很强的课程，研究固体物质微观结构、宏观物理性质以及构成物质的各种粒子 的运动形态、微观结构和宏观性质之间相互关系的科学。该课程融汇了晶体学、普通物理、热力学、统计物理和量子力学等多学科的知识，为了定量表达这些问 题，需要很多数学知识来表征固体的物理问题。本文主要从固体物理学在工科研究生教育中的重要性结合

相关的数学推导，例如在 N a C 1离子晶体的马德隆常数和一维晶体振动模式的色散关系部分，要求学生能够 通过数学推导和求解，理解相关概念和模型；而在能带理论部分内容的学习中，则重点介绍各种模型、结果和结论的物理意义，对数学推导不做要求。 在教学内容上，虽然学时有限，但对物理学史的适当介绍有利于激发学生学习兴趣，通过固体物理的学习了解科学发展的一些规律，让学生思索发现规律在各自研究领域发展中的作用。例如通过对上世纪初量

南昌航空大学(以下简称“我校” )金属材料热处理和腐蚀与防护方向研究生的培养模式和特点，结合作者讲授固体物理的心得和体会，在教学内容、教学方法和手 段等方面提出一些课程建设措施。

1教学内容选择近十年来，我校材料科学与工程专业研究生主要

子力学发展的历史进行简单介绍，结合学生课后自学， 要求学生思考不同学科专业发展规律的一些共性，了解不同学科的发展都是不断扬弃的过程，没有一种范 式是完美的，都有局限性，不能用来解释一切现象；并

从事金属材料热处理、材料成型和金属材料腐蚀与防 护专业方向的学习和研究，固体

物理课程作为必修的

基础理论课学时为 4 o学时，要在有限的时间内使学生 掌握固体物理的基本概念、基本理论方法和基本技术，

且范式本身也通过发现反常现象，不断提出新理论来 解决问题…,在这个过程中通过学生自己搜集、阅读和总结材料，锻炼了自主学习能力。 2教学方法‘

培养学生的物理思维，必须根据学生的基础条件精选教学内容。首先在教材选择上，国内外固体物理经典著作和教材众多，课程选用沈以赴编著，化学工业出版

社出版的“固体物理学基础教程”为正式教材，该书的教学内容和知识结构层次更多地考虑到材料科学与工 程专业工科背景学生的特点，同时以黄昆原著韩汝琦

教学方法服务于教学目的和教学内容。借鉴国内 一

些高校讲授固体物理课程中的经验。】,在具体授课 ( 1 )注重学生在课堂上的作用

过程中注重以下两方面： 固体物理课程理论性较强，如何避免学生产生枯 燥的感觉，是在备课时应时时考虑到的问题。在教学

改编，高等教育出版社出版的“固体物理学”、方俊鑫、 陆栋著上海科技出版社出版的“固体物理学”和c .基 泰尔著，项金钟译化学工业出版社的“固体物理导论” 为参考教材。

实践中通过介绍物理常用到的一些思维技巧如理想化、形象化、数模化、归比和类比，结合具体的物理概念，帮助学生加深理解。如在讲授倒易空间时，讲一些常见的实空间和到易空间画出来，从线、面到体，一步 一

根据学生本科阶段的基础和研究生阶段将从事研究工作的特点，在授课内容上主要讲授四方面的内容： ( 1 )晶体结构和表征技术： ( 2 )晶格振动和晶体的热学性质； ( 3 )量子力学基础；

步讲解虚和实空间的变换规律和对应关系，然后让

学生自己画出一些实空间的倒易空间，再结合晶体的电子衍射花样分析，加深学生对倒易空间的理解。 ( 2 )注重问题的作用

( 4 )自由电子模型和能带理论。 各部分内容的讲授学时根据当年学生的基础进行适当调整，在授课过程中保证有足够的教学时间用于物理模型、数学推导和结论的物理意义讲解上。根据

备课时多从学生角度考虑如何接受教学内容，学生学习时会存

在什么问题，通过提问题，设计问题，让