《固体物理》教学中学生科学素养的培养

【摘 要】固体物理学是物理学、材料科学、光电子学、微电子学等专业一门重要的专业必修课，它与现代科学、技术、社会关系密切，在固体物理教学中渗透STS（科学、技术与社会）教育和提高学生科学素养就显得尤为重要。本文结合自己的教学实践，对如何在《固体物理》课程教学中培养学生的科学素养提供了几点做法。

【关键词】固体物理；科学素养；课程教学

0 引言

2006年3月我国颁布和实施了《全民科学素质行动计划纲要（2006 ～ 2010 ～ 2020）》，在这部纲要中大学生科学素养的培养被提到了一个前所未有的高度。大学生是国家建设和发展的中坚力量，同时也承担着向其他公众传播科学知识、科学方法、科学精神的历史重任，他们的科学素养水平对我国的发展起着举足轻重的作用。科学素养包括科学知识与技能、科学态度、情感与价值观以及科学、技术与社会的关系。科学素养的培养应使学生不仅获得科学知识与技能，还应使学生在科学思想、科学精神和科学方法上得到熏陶与培养。

固体物理学是物理学、材料科学、光电子学、微电子学等专业所开设的一门重要的专业必修课，它是在量子力学基础上研究固体的结构及其组成粒子（原子、离子、电子等）之间相互作用与运动规律以阐明其用途与规律的学科，其成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，并正在形成新的交叉领域。固体物理学的这种特点为培养和提高学生的科学素养提供了很好的教学素材。本文从固体物理课程自身的特点和目前的教学情况出发，结合作者近年来讲授固体物理的心得体会，针对提高学生科学素养谈谈自己的一些做法。

1 挖掘固体物理学发展史，培养学生科学素养

《固体物理》教学中涉及大量的基础理论，在这些基础理论形成的背后都有科学家艰辛曲折的研究历程，教学中可充分挖掘这方面的信息，将科学家的成长历程，科学研究过程、获奖事迹、成果应用等方面的内容有机融合起来，使学生领略其中的科学精神。如在讲授晶格振动章节中长波近似里的黄昆方程时，向学生介绍我国著名固体物理学家黄昆院士在固体物理学中的学术成就及其对我国固体物理研究所做的贡献，让学生了解科学家科学研究的历程和方法，领略科学进步的魅力，激励学生热爱科学、追求真理，勇于创新的科学精神，培养学生实事求是的科学态度，提高他们的科学素养。

2 利用相关教学内容素材，培养学生科学素养，激发学生学习兴趣

在固体物理教学中，教师可结合具体教学内容向学生传递一些现代固体物理学所取得的最新成就，让学生了解固体物理不是一些空洞的概念和理论，而是与科学技术密切相关的，藉此培养学生科学素养，激发学生学习兴趣。例如讲解晶体结构时可向学生讲解一些有关准晶体、石墨烯、高温超导体、拓扑绝缘体、左手材料的结构、性能及其应用；在晶体的X光衍射教学中除了向学生讲解其工作原理外，重点向学生介绍X射线衍射仪在现代材料分析中的应用；在晶体缺陷的教学中可向学生介绍在下现代材料研究中缺陷的控制及利用；在晶体能带论的教学中讲解完基本的理论后，重点向学生介绍能带理论在现代半导体材料及器件中的重要应用。在每次课前预留5分钟左右的时间，就现代固体物理研究领域中的某一方面让学生以综述性、科普性报告的形式在课堂上讲解，从而开阔学生的视野。学生通过查阅资料、信息检索与提炼、整理报告和汇报的过程，对文献信息的分析、归纳以及口头表达能力就会得到很大提高。通过这些做法使学生了解固体物理学研究的新动态、新成果、新观点，以此培养学生关注科学的学习习惯和探讨科学知识的兴趣。

3 加强实验教学，在实验过程中培养学生的科学素养

固体物理学是一门理论与实验相结合的学科，实验教学是理论教学的补充和延伸。在固体物理教学中，结合自身学校的实验资源，我们向学生开设了利用X射线衍射仪测试晶体的结构参数；用LCR阻抗分析仪测试晶体材料的介电常数、利用金相显微镜及扫描电镜观察晶体缺陷以及结合晶格振动、能带理论教学开设利用Materials Studio分子模拟软件中的Castep模块计算晶体的振动谱及能带结构等实验。通过实验可帮助学生理解固体物理中的相关概念和原理，提高学生的动手能力、观察能力和分析解决问题，同时在实验过程中培养学生求真务实的科学态度。

4 让学生参与教师的教学、科研活动，在教、研过程中培养学生的科学素养

在课堂教学活动中，部分教学内容可以让学生参与到具体的教学过程中来，教师可以采取提前布置教学任务，将学生分成若干小组就某一问题展开讨论，然后各小组选出代表进行总结发言，教师在教学活动中扮演组织者、引导者的作用。如在讲解离子晶体结合能中马德隆常数的计算时，教师可预先讲解完相关理论知识点，然后提出问题如何计算具体的离子晶体的马德隆常数，将学生分成小组，从最简单的一维离子链晶体、二维正方离子晶体到三维的NaCl晶体马德隆常数计算，学生总结计算方法，教师补充，并要求学生在课后利用学校的中文文献数据库查找复杂离子晶体马德隆常数计算相关论文，以拓宽学生的视野。实践表明采用这种教学方式，比单纯的教师说教效果要好得多。科学研究是高校教师的职责之一，在平时的科研活动中，可以让学生参与到教师的科研项目中来，在此过程中对学生进行科研方法训练和科学态度培养。近年来结合作者本人的科研工作，作者将感兴趣的学生纳入自己的课题研究中，指导学生制备材料，用X射线衍射仪测量其结构，用扫描电镜观察其显微组织结构，以及对其进行电学性能表征，使学生对固体物理学的研究方法和手段有进一步的了解，从而激发其学习和探索的兴趣。

5 结束语

在固体物理教学中培养学生的科学素养是一项跨学科的复杂工程，需要相近及相关专业教师一起做更多的研究和探索。同时，学生科学素养的提高对任课教师也提出了较高的要求，教师除应具备渊博的知识外，还应具备先进的教育理念，把现代固体物理学最新科学研究成果及时结合到自己的教学内容中来，并且掌握先进的实验技能，不断创新和改革教学方法和手段，才能更好地培养学生的科学素养。

【参考文献】

[1]王矜奉.固体物理教程[M].济南：山东大学出版社，2010.

[2]黄昆.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]韦丹.固体物理[M].北京：清华大学出版社，2007.

[4]李根全.以提高学生综合素质为目标的《固体物理学》的教学实践与探索[J].南阳师范学院学报，2010，9（9）：84-87.

[5]梅显秀.固体物理学教学改革的探索与实践[J].大学物理，2010，29（7）：43-45.

[6]邵庆益.固体物理课程教学的现代化问题探索[J].曲靖师范学院学报，2010，29（11）：9-12.

[责任编辑：汤静]