量子力学教学范例
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关键词:课程思政;量子力学;教学改革
在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节［1］。要把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，要用好课堂教学渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。在此背景下，如何在专业课程的教学中将课程思政元素融入课堂、如何育人成为当前各个高校和教师们关注的热点［2－6］。量子力学是物理学专业的核心课程之一，它的主要内容是以微观世界粒子为研究对象，根据量子力学的五大基本假设，通过解薛定谔方程得到微观粒子的力学量本征值，进而得到微观世界粒子运动的基本规律。量子力学在物理学中占有极其重要的位置，也是从事当代科学技术研究的基础之一。量子力学可以培养学生扎实的物理基本功，为固体物理学和半导体物理学等后继课程的学习做准备。量子力学被广泛地应用到化学、电子学、计算机科学、天体物理学等其他学科。量子力学课程的学习对培养学生严谨的科学学风、科学方法及抽象逻辑思维能力、创新精神等起到十分重要的作用。因此，充分发掘和运用量子力学中蕴含的思政教育资源，强化思想理论教育和价值引领，在量子力学课程的教学中融入课程思政元素，对于塑造学生的马克思主义世界观、人生观和价值观具有重要的理论和现实意义。已有研究者通过对量子力学的知识结构的再梳理，以及对量子力学课程中所蕴含的思政元素的深入挖掘，形成思政案例，探索了量子力学课程与思政元素相融合的问题［7－9］，这些工作对量子力学课程思政教育理念的推广起到了很好的促进作用。然而，在探索和实践地方本科高校量子力学课程思政教育的过程中，量子力学课程与思政元素的有机结合仍然有很多困难和问题，需要去探索和解决。
一、课程思政教学的基本现状
(一)专业课教师思政元素的提炼能力稍显不足。按照课程思政的育人要求，专业课教师在培养人才、讲授专业知识和技能的同时，要引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观。教师是执行课程思政育人功能的第一责任人，其自身要具备一定的思政素质和修养。然而，地方普通高校尤其是应用型本科高校的多数理工科专业教师在参加工作后，很少有机会学习如何将思政元素系统地应用于专业课程教学中的方法。按照传统的课程归类和育人模式，人们通常认为思想政治教育是思政教师和学生党团组织的事情，专业课程的育人功能主要体现在专业课教师对专业知识的讲授上。这就导致很多专业课教师在课程思政是什么的问题上陷入迷茫，更不知道如何开展课程思政。另外，很多理工科专业教师毕业于非师范类高校，缺少系统的教师技能培训。如果不对这部分教师进行课程思政教学技能培训，只是机械地在专业课堂中加入思政内容，就会造成课程思政与专业课教学相脱节的问题，达不到课程思政的育人目的。
(二)专业课程教材的思政元素表现不足。当前制约地方本科高校开展课程思政教育的另一个重要问题就是专业课程的教材建设。地方本科高校由于受办学历史短、积累少、师资力量薄弱、课程建设经费投入不足等多方面因素的影响，都是直接采用省部级以上规划教材或重点大学的教材。这类专业教材的主要特点是非常重视专业知识的能力培养和训练。像量子力学这类物理学核心课程，教材强调知识体系的完整性，内容呈现专业化、数学化和系统化的特点，几乎找不到用思政元素来描述知识点的语句。这就在客观上增加了教师将思政元素融入教学的难度，同时也造成学生在学习的过程中想不到量子力学课程中还有思政元素存在。因此，地方普通本科高校要实施好专业课程的思政育人功能，就必须加大课程思政教学研究力度，积极构建适合专业人才培养需求的课程思政教材体系。
二、提升量子力学课程思政教学效能的有效路径
教育部提出课程思政教育理念后，从学校到基层教学组织单位都强调要加强课程思政教学，但是对教师如何在专业课的教学中开展课程思政教学的具体措施强调得比较少。为此本研究在开展量子力学课程思政教学过程中进行了一定的探索和实践。
(一)提升专业教师对课程思政的理解和认知。教师是进行课堂教学的第一责任人。开展课程思政教学，教师首先要主动学习和理解课程思政的思想内涵。本研究通过查阅上级和学校教育管理部门下发的课程思政文件，查阅一些课程思政探索类文献，并与河南工程学院马克思主义学院的教师进行交流，逐渐对当下党中央为什么要开展课程思政有了深刻的理解。第一，课程思政不是一门或一类特定的课程，而是一种教育教学理念、一种育人思维方式。任何一门课程都有培养专业能力及思想政治教育双重功能。在专业教学过程中，教师要有意、有机、有效地对学生进行思想政治教育，培养学生具有辩证唯物主义的世界观、人生观和价值观。第二，课程思政不同于思政课程，教师不能简单直接地把思政课的部分内容搬到专业课的教学中，也不能停留在每节课的教学内容上进行一番空洞的思想政治说教。课程思政不是要学生死记硬背、生搬硬套政治口号，而是要结合课程的知识点讲授，在探索知识产生的过程中，师生共同感受到活的价值观、方法论。例如，教师在讲授量子力学知识点、挖掘知识点产生过程的时候，让学生感受到在追求真理的道路上要实事求是，要尊重科学，尊重事物发展的规律，只有按规律办事，才能达到事半功倍的效果。第三，课程思政是党中央提出的“三全育人”工作目标的具体体现和实现这一育人目标的有效载体。课程思政要求各级各类学校通过构建全员、全过程、全课程的育人格局模式，实现专业课程与思想政治课同向同行，形成协同效应。最终目的就是要以新时代中国特色社会主义思想为指导，坚持专业知识传授和价值引领相结合，培养大学生的理想信念、家国情怀，把个人的发展和社会的责任紧密结合起来，进而实现党中央提出的“立德树人”的教育根本任务。为此，专业课教师就必须通过精心的课程思政教学设计、丰富多彩的教学形式，达到启迪学生心智、陶冶情操、让学生潜移默化地感受到专业课程中所蕴含的丰富思政元素的效果。
(二)提升专业课教师对思政元素的储备和提炼能力。课程思政是一种全新的育人理念，专业课教师由于受学校办学历史和办学层次等因素的影响，很少进行系统的思政理念学习，导致自身所储备的思政元素资源有限。因此，要想讲好课程思政，专业课教师就必须积极努力做好课程思政元素的备课工作，以免出现“巧妇难为无米之炊”的困境。挖掘课程思政元素可从三个方面入手:一是教研室组织学习。专业课教师在教授专业课的同时以教研室为单位系统学习马克思主义立场、观点和方法及相关课程的课程思政案例。二是让思政课教师下沉到学校各二级学院的教研室。由专业课教师负责课程体系构建，思政课教师负责凝练课程中的思政元素，让专业教育与思政教育相辅相成，把握正确的育人方向。三是教师自主学习。教师可以在政府网站、教育管理部门网站、学习强国平台等找到大量的思政素材，及时了解最新时事热点，提升自己的思想政治修养和理论水平。挖掘课程的思政元素之后，就要充分发挥基层教学组织———教研室的作用。首先，教研室可以开展集体备课、集体讨论研究，认真挖掘专业课程中所蕴含的丰富的思政资源。其次，教研室将这些思政资源纳入教学大纲、教学讲义和课件。最后，借助多媒体等现代教学手段和教学方式的再加工，融入专业课程的教学过程中，切实做到教学目标与教学内容的统一。这样才能让学生自然而然地从内心接受课程思政的熏陶和教育，而不至于让学生感觉课程思政和专业课教学存在“两张皮”的问题。
(三)提升专业课教师对课程思政教学体系的设计能力。教案是任课教师的具体教学实施方案。教师在授课前要通过精心的设计，将思政元素巧妙地融入量子力学课堂，潜移默化地引导学生。下面是笔者在课堂教学中采用的几个案例。案例1:在讲授量子力学的前言章节时，从创新的角度来分析量子力学的产生过程。借助量子物理发展中的10个基本问题展开讲解，让学生深刻体会量子力学的课程之美、育人之美。向学生介绍20世纪初众多年轻的物理学探索者，代表人物如普朗克、德布罗意、爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔和狄拉克等，讲述他们如何冲破固有思维，挑战已有权威，勇于突破经典物理理论权威的束缚，才使得量子力学挣脱牢笼，在实践中形成和发展起来的故事。进而介绍量子力学如何推动了20世纪科技的发展，为现代高新技术提供了重要的理论基础。最后得出结论:没有创新，就没有量子力学，也就没有当前的现代高新技术。在课堂上向学生介绍这个激动人心的过程，对于增强学生的学习兴趣、激发学生的创新意识、培养学生创造性思维有重要意义。创新是一个民族进步的灵魂，正如在报告中这样深情寄语年轻一代:“青年兴则国家兴，青年强则国家强。青年一代有理想、有本领、有担当，国家就有前途，民族就有希望。中国梦是历史的、现实的，也是未来的;是我们这一代的，更是青年一代的。中华民族伟大复兴的中国梦终将在一代代青年的接力奋斗中变为现实。”［10］案例2:在讲述物质波部分时，着重讲述量子力学创立者之一德布罗意的成长故事。德布罗意是法国理论物理学家、物质波理论的创立者、量子力学的奠基人之一。他从小就酷爱读书，中学时代就显示出文学才华，18岁开始在巴黎索邦大学学习历史，1910年获文学学士学位。1911年他听到第一届索尔维物理讨论会秘书莫里斯谈到光、辐射、量子性质等问题后，产生了对物理学的强烈兴趣，特别是他读了庞加莱的《科学的价值》等书后，转向研究理论物理学。1913年获理学学士学位。第一次世界大战期间，他在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役六年，熟悉了有关无线电波的知识。他的哥哥M．德布罗意是一位实验物理学家，从哥哥那里他了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，进一步产生了对物理学的极大兴趣。经过一番思想斗争，德布罗意放弃了已决定的研究法国历史的计划，选择了物理学的研究道路。1924年德布罗意获巴黎大学物理学博士学位，在博士论文中他首次提出了“物质波”概念。1929年德布罗意获得诺贝尔物理学奖。以他的成长经历来激发学生兴趣，能使学生感受到他们还年轻，还有时间和机会成为优秀的物理学工作者，进而树立积极向上的人生观、价值观。案例3:在讲述不确定原理时，向学生展示2018年度国际物理学领域的十项重大进展之一的“墨子号”卫星照片，简要向学生介绍“墨子号”卫星是我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子卫星的成功发射和在轨运行，有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。指出:“实践反复告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”［11］这个案例的学习可以引导学生树立学习量子力学的信心，树立国家荣誉感和自豪感。
(四)提升专业课教师引导学生参与课程思政的广度与深度。教学的最终目的是培养人。一门课程建设的成效最终要通过课程的接受者———学生的反馈来体现。开展课程思政教学改革后，对专业课程的考核就应增加课程思政方面的考核。然而，课程思政作为一种育人理念，很难通过标准化考试的方式进行考核，可行的办法就是通过平时成绩来体现。为此，在课堂教学中，笔者通过图片、音乐、电影等多媒体工具和手段增加学生的学习兴趣。笔者根据教学内容给学生布置课外调研内容，让学生撰写心得体会，开展课堂讨论等。一方面通过观察学生学习的主动性和参与性，考查学生是否具备了良好的职业素养;另一方面也考查学生是否通过课程思政的学习树立了正确的世界观、人生观和价值观。
三、结语
关键词：课程思政；固体物理；教学模式；课程评价方式；改革
要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。[1]”中共教育部党组在2017年印发的《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》中提出了课程育人质量提升体系。大力推动以“课程思政”为目标的课堂教学改革，优化课程设置，修订专业教材，完善教学设计，加强教学管理，梳理各门专业课程所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，融入课堂教学各环节，实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一[2]。北方民族大学是国家民委直属的一所建立在民族自治区省会城市的综合性民族类普通高等院校，多数学生来自我国少数民族和边疆地区，经济落后，人才紧缺，对北方民族大学这样的高等院校而言，为少数民族和边疆地区培养高素质创新型人才，并对这部分学生适时进行课程思政，加强爱国主义教育，将学生培养成具有家国情怀、专业素质过硬的经济和社会主义建设者就显得尤为重要。固体物理作为材料类专业学生的一门专业核心课程，起着连接基础理论知识与实际应用技术的桥梁作用[3-4]。学习固体物理往往需要前期系统学习高等数学、热力学与统计物理、量子力学和电动力学。根据北方民族大学19版培养方案的要求，材料类专业的学生往往只学习一年的高等数学和普通物理，热力学统计物理和电动力学在普通物理只讲了很少的一部分，量子力学根本没有接触。加之民族院校学生大多数来自少数民族和边疆地区，学生基础差，学习固体物理课程时感觉很困难，尤其是遇到理论推导时，学生难以理解，从而造成部分学生产生厌学情绪。为了改变北方民族大学材料类各专业固体物理教学过程中教师难教、学生畏学的现状，必须对固体物理的教学模式进行改革，采取一系列措施提高学生的参与度，提高课堂效率。结合多年固体物理教学经验，将从教学大纲修订、调整教学内容、改变教学模式和课程评价方式等方面进行思考和探索；结合固体物理课程的学科背景和特点，在教学中适时切入思政素材，将爱国主义、民族责任感和家国情怀融入到固体物理教学中，激发学习兴趣，培养正确的世界观、人生观和价值观，达到思政育人的目的。下面就课程思政视阈下民族院校固体物理教学模式改革谈几点看法。
一、制定科学的固体物理课程思政的教学大纲
根据课程思政育人目标、北方民族大学学情、课程特征和时代发展的要求，适当删减和调整部分重点难点内容和讲授次序，并在固体物理讲授中融入思政素材，把社会主义核心价值观和大国工匠精神等爱国主义教育融入到教学大纲，重新修订教学大纲，依据教学大纲确定教学目标。彰显教师要树立“课程思政”育人的主体意识，从根本上保证思政元素进入课堂。
二、教学内容和教学模式改革
目前多数高校使用的固体物理教材，内容基本包括晶体的结构、晶体的结合、晶格振动与晶体的热学性质、晶体中的衍射、金属电子轮和周期场中的电子态等内容。作为一个学期的专业核心课程，大部分的高校计划64学时，而北方民族大学材料类专业的学时数只有48学时，只能讲授固体物理基础的部分内容。加之缺少热力学统计物理与量子力学方面的知识，全面讲授固体物理有很大的困难。为了解决这个矛盾，将对授课内容做以下调整。（1）有选择性地讲授。对固体物理各章节讲授要有主次之分，重点内容精讲，在其他课程中涉及的内容可以略讲或不讲[5]。例如，固体物理中关于什么是晶体、晶体结构和晶体结合等内容学生已经在材料科学基础里学过了，所以在讲授这部分内容时只选择性地讲解重点和难点，对基本概念和术语一带而过[5]。（2）重思想轻推导。对于有些章节的难点，不追求烦琐的数学推导，更多地突出物理思想的表达[5]；比如应用量子力学的微扰理论求解准自由电子模型和紧束缚模型时，力求讲清量子力学的处理思路，对于求解复杂的薛定谔方程的过程可以一带而过，不要陷入复杂的公式推导和繁杂的方程求解过程中。对于某一个具体理论要重点讲述其建立过程与物理模型。物理模型尽量简单，深入浅出，让学生学会用固体物理学的方法思考和处理问题。（3）适时增加固体物理学科前沿内容的讲授，合理补充与固体物理学科联系紧密的半导体物理学科最新的学术成果与进展[5]。引导学生积极参与老师的科研实验，鼓励学生多听学校邀请的国内专家的学术报告，了解最新的学术动态，培养对科学研究的兴趣，为学生继续深造和从事科研工作奠定基础。
三、找准思政教育在固体物理课堂的切入点，让爱国主义家国情怀进入课堂
课程思政并非“思政课”，在讲授固体物理时千万不可牵强地大讲思政。只讲大道理和强拉硬拽式的课程思政就全方位育人而言效果甚微，把握不好反而会使学生对固体物理课程失去兴趣甚至产生反感，要深刻领会隐性教育的理念和原则，在不经意中达到“润物细无声”的育人目标。经过广泛搜集和慎重考虑，选取和固体物理高度关联的思政素材，适时切入课堂，以期达到课程思政全方位育人的目的，学生在学习固体物理知识的同时形成正确的世界观、人生观和价值观，成为德才兼备，具有家国情怀的优秀人才。（1）固体物理的学科背景是建立在量子力学之上的一门学科[4]，以此为切入点，讲述量子力学的发展简史。量子力学是在世人的反对和质疑声中诞生和逐步发展起来的，是一部曲折且充满传奇色彩的发展史，在此过程中，尤以普朗克、爱因斯坦和波尔等伟大科学家的付出和努力最大。早在1894年普朗克受其导师———基尔霍夫的重托，开始研究长期困扰经典物理理论的黑体辐射问题，大约花了6年的时间，提出叫作“基础无序原理”的解决方法，在此基础上最终成功地推衍出著名的普朗克黑体辐射定律，并于1900年在德国物理学会上首次公布。之后不久，由于普朗克提出的量子思想和经典物理理论格格不入，遭到当时几乎所有科学家的反对，这其中也包括其导师———基尔霍夫，于是普朗克在一片质疑和反对声中抛弃了量子思想，“量子”便成为一个弃婴，流浪在荒野之中。流浪了5年之久，时间来到了1905年，偶遇了当时还比较落魄的爱因斯坦，据说爱因斯坦在大学期间一直思考那个追光实验，没有引起老师们的注意，毕业时没有老师愿意推荐其到大学和研究所工作，使得他毕业后很长一段时间没有工作。经过多番努力，最后在瑞士的一个专利局谋到了一名小职员的职位，专门为科技工作者整理专利资料，工作之余继续思考他的追光实验，当时困扰经典物理学的又一问题———光电效应长期得不到理论解释，这一问题引起了爱因斯坦的注意，其经常深夜把自己关在一个小房间，潜心研究光电效应问题，不经意间读到了普朗克在6年前发表的论文，其中的量子思想引起了爱因斯坦的注意，把当年被普朗克抛弃的量子思想应用到光电效应实验中，提出了著名的光量子假设，成功解释了光电效应。但是量子思想还是得不到物理学界的承认，因为一份不连续的思想和经典物理连续的思想始终格格不入，于是“量子”在被爱因斯坦领养之后不久又被抛弃了，继续过着流浪的生活。“量子”又流浪了7年之久，时间来到了1913年，丹麦物理学家玻尔为了解释导师卢瑟福提出的原子核式结构模型中电子绕原子核运动问题，当时的经典电磁理论解释不了核外电子的运动问题，波尔苦思冥想，突然间想起了曾经被普朗克和爱因斯坦两度抛弃荒野的“量子”，应用量子思想提出了有名的核外电子运动的定态假设，成功解释了原子核外电子运动问题，从此打开了人们通向微观世界的大门，揭开了微观世界神秘的面纱。自此，流浪的“量子”终于得到世人的承认，此后得到薛定谔和海森堡等科学家的发展，最终发展为一门学科，名曰量子力学。从量子力学曲折且充满传奇色彩的发展史来看，三位科学家在寻求科学真理的道路上经受了全世界的质疑和反对，义无反顾地提出和应用量子思想，成功地解决了长期困扰经典物理理论的世界性难题：黑体辐射、光电效应和原子的核式结构。这就是宝贵的科学精神，在追求真理的道路上敢于质疑和挑战，实现了自己的人生价值，由此启发学生要树立实事求是、崇尚科学和追求真理的世界观、价值观和人生观。（2）固体物理中能带理论是半导体物理与器件的主要理论基础，在讲完这部分内容时，适时切入思政素材，讲述自新中国成立以来，居民家用电器从无到有，产品不断升级、更新换代的发展历程，戏说我国在这一领域取得的伟大成果，让同学们了解我国半导体行业的发展概况。在新中国成立之际，中华大地千疮百孔，满目疮痍，百废待兴；人民生活条件极其艰苦，在党和国家的坚强和正确领导下，全国人民奋勇前行，不向困难低头，加班加点，积极投入到劳动和工作中来，艰苦的生活条件较新中国成立之前有很大改善，但是全国人民的生活水平依然很低，仅仅在吃穿上有所改善，直到20世纪70—80年代，条件好的百姓家里有了唯一的家用电器———手电筒，收音机只有条件更好的家庭才能买得起，甚至有的一个村才有一台收音机或者广播，这是唯一和外界联系的设备；那时很多人都没有见过固定电话，打电话更是一种奢望，只能在电影的场景里看到，遇到急事迫不得已只能去邮局发电报。现如今，我国在经济和科技等方面取得了巨大的发展，基于“互联网+”的生活方式彻底改变了传统的生活方式，“一机在手，出门无忧”已成为现代社会生活的主旋律；网上购物、购票、排队，线上就医挂号，线上教学，线上点餐等，将20世纪80年代中国农村和城市的生活方式和条件与现在相比较，让同学们在惊讶和不可思议中感受中国改革开放40多年以来在经济建设和科技等方面所取得的巨大成就，中国在微电子领域发展得太快太好，尤其在通信领域，引领全世界5G网络的构建和发展，触动了以美国为代表的西方国家的利益，由于我国的设备用的芯片还要国外公司代工，美国抓住这一弱点实施制裁；结合美国断供我国华为、中兴事件，适时讲解中国航空航天和量子科技领域的发展历程。想当初我国开始涉足航天领域时是零基础，去和别人谈合作的条件都没有，怎么办？只能自己干，没人愿意帮助，必须从零开始，经过我国几代航天人的努力付出，中国航天人努力实现载人航天和登月两大历史性任务，2003年中国神舟五号飞船搭载一名航天员绕地在轨运行14圈，历时21小时23分；表明中国掌握载人航天技术，成为中国航天事业在21世纪的一座新的里程碑。此后神舟六号的多人多天的绕地飞行；神州七号飞船满载3名宇航员在轨飞行，实现了宇航员在轨出舱任务；神州八号飞船组合体在轨飞行，实现了和天宫一号的刚性连接；神舟九号首次完成与天宫一号载人交会对接任务；神舟十号实现了与天宫一号目标飞行器实现手控交会对接；神舟十一号载人飞船是中国第六次载人飞行任务，也是创造中国载人航天在轨飞行时间的新纪录的重要里程碑[6]；神舟十二号载人飞船是空间站关键技术验证阶段第四次飞行任务，也是空间站阶段首次载人飞行任务。目前各项任务都已圆满完成，可喜可贺。同时，我国也发起了对月球的探测，实施绕、落、回三步走战略，嫦娥一号和嫦娥二号实现了奔月，嫦娥三号和嫦娥四号分别携带月球巡视器玉兔号和玉兔二号实现了登月，并打卡互拍；有了“四位姐姐”前期的奔月和登月准备，嫦娥五号携带着陆器和上升器组合体与轨道器和返回器组合体，闯过月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接和再入返回等多个难关后，历经重重考验携带月球样品，成功返回地面。通过一件件科技强国案例，进一步增强学生的爱国热情和民族责任感和自尊心，激发学生的学习兴趣和动力，鼓励同学们要以我国航天人为榜样，刻苦、努力学习，将来学有所成之时敢于攻克科技难关，为科技强国战略贡献自己的力量，从而增强学生的民族责任感、自豪感和爱国热情；待学生毕业之时，鼓励并引导同学们积极响应党和国家的就业政策，回到基层，回到少数民族和边疆地区，到祖国最需要的地方去，以过硬的技能和满腔热情投身到国家的各项建设中去。在我国现阶段的发展中以身作则，敢于冲锋陷阵，贡献自己的智慧。
四、课程思政视域下的评价方式改革
基于我国基本国情的考虑，少数民族和边疆地区教育落后，学生基础知识差既成事实，学习专业课有很大困难，部分学生即使在课中和课后很认真地学习固体物理，在期末考试中仍不及格，导致这部分学生失去学习信心，认为即使努力学习，期末考试仍不及格，这门课仍不过关，各级学生口口相传，从而导致低年级学生惧怕学习固体物理，从一开始就放弃学习固体物理[7]。造成多数学生不来上课的现状，即使来上课了，也会形成要么睡觉，要么玩手机等非常消极的课堂氛围。据此，为了改变如此沮丧、被动的课堂氛围，必须进行课程评价改革，着重加强教学过程性评价的比重。加大课堂评价和学习过程评价在总评中的比重，达到50%，旨在改善课堂学习氛围和课后学习的积极性，不管学生基础如何，有多大能力，就做多大的事，先鼓励学生全身心投入到课堂教学中来，只要学生在课堂中用心积极思考，就有收获，就有可能提高学习效果。具体来讲就是加强学生出勤、课堂讨论和课后学习成果（作业）的评价比重：比重依次为20%、60%和20%，三项总分按100分计。只要学生来上课，就能获得出勤评价成绩；课前预习、查阅相关文献资料，积极主动参与课堂讨论，并根据所学内容回答老师随时随机所提问题，根据学生讨论和回答问题情况现场打分，学生在课上每一分钟的表现都能为自己挣得高的课堂评价成绩；认真做作业并书写整齐，就能获得很高的作业评价成绩。因此，学生课前查阅、整理的每一份资料，认真上的每一堂课；在课上的每一次讨论和认真做的每一次作业都关系到平时成绩的高低。从而营造了一种不旷课、不迟到、不睡觉和不玩手机的良好课堂氛围，由改革之前的绝望和沮丧转变为满满的参与感和存在感，学生通过积极参与课堂学习活动看到了希望，有了努力的方向，自实行评价改革以来，同学们学习积极性非常高，通过课前、课中和课后参与的每一项学习活动都可争取到过程性评价的平时成绩（这就好比80年代农村生产队包产到户的情形一样，不管是大人小孩，也不论劳动能力大小，只要干自己力所能及的活，都会得到相应的公分报酬，从而使得农村人民参与劳动的积极性飞涨）；不管学生基础如何，只要以积极的态度投入到学习中来，积极参与老师引导的每一项学习活动中来，每天都会有进步、有收获，有收获就会有成就感，有成就感就会让人心情愉悦、舒畅，这样一来，学生的自信心也就上来了，学生爱学习了，爱课堂了，如果大学生四年里的每一天都如这般投入、充实和心情愉悦，学习成绩会差吗?会抑郁吗？心理会出问题吗？回答是：肯定不会！当然，在实施学习过程性评价和期末考试各占50%的评价方案过程中，老师要做到非常了解自己的学生，而且课前要有方案，对每个学生保证公平，给出的每一项学习过程性评价的成绩要公示，在学生中间不能产生异议，随时随机就讲解的内容提问学生，对提问的时机和对象要做到有的放矢，目的是要营造一种学生认真听讲，勤于思考，时刻准备回答问题的课堂学习氛围，当然在提问的过程中可以视学生学习情况而灵活设置，对学习好的同学可以一步步提高问题的难度，对于学习基础差的学生可以先设置难度低的问题，然后再视回答问题的情况逐步提高难度，不管是学习基础好的学生还是基础差的学生，设置问题时首先要做到一上来就能回答70%~80%，给学生以信心，不能设置学生一点都答不上来的问题，容易冷场，接着视学生掌握情况逐步提高问题难度，学生必须经过思考才能回答，营造一种既富有挑战性，又能全神贯注的投入课堂提问交流的氛围[8]。
五、结束语
关键词：大学物理；基础课；教学改革
物理学是材料学发展的基础，材料的发展离不开物理，材料科学中遇到的难题不断吸引物理学家去解答，新材料、新工艺和各种微观结构性能的研究又涉及到物理学的各个领域，材料学最新的研究方向更是从偏重化学实验转向偏重物理分析。大学物理是材料类学生的一门重要的基础课程，也是大一新生走进大学校园最先接触到的课程之一，这门课程旨在培养学生对物理原理的理解，为学生进一步学习材料专业的相关理论知识打下良好的基础。与此同时，大学物理还能培养物理特色的思维方式，对学生处理其他问题也具有指导作用：即透过现象看本质、抓主要矛盾、做合理假设、建数学模型，从而真正做到举重若轻、事半功倍。大学物理是世界范围内理工科高等院校普遍开设的基础课程。美国哈佛大学[1]的物理教学模式主要包括，第一，案例教学；第二，互动讨论法教学；第三，教研结合教学；第四，教师独立教学。麻省理工学院提出了以研究为主的大学物理教学模式[2]，在教学过程中，教师只是起到指导作用，学生是教学活动的主体，从而更好的培养和造就科技人才。北卡罗来纳州立大学采用以学生为中心的教学法[3]，学生们在小组里互相合作，进行活动，而教师负责通过讨论，对学生进行指导。伊利诺伊大学香槟分校的大学物理教学中，整个教学过程都是以学生为主体[4]，强调学生的参与，教师在授课过程中，大量提问，学生积极踊跃参与讨论。德国克劳斯塔尔工业大学也注重教学和科研的统一[5]。这种教学与科研密切结合的体制，对提高大学物理教学质量大有裨益。这些世界一流名校的经验对于国内的普通高校未必适用，我们只需加以借鉴，并不一定要完全照搬。目前国内尤其是地方院校，大学物理的教学情况是：学时少，现代化教育手段运用不足。更严峻的是，扩招给地方院校带来巨大的压力，师资力量无法满足需要，而生源质量又大幅下降，因此对大学物理教学的影响压力很大。我们在聊城大学材料科学与工程学院多年的大学物理的教学过程中发现，很多学生认为大学物理内容过于深奥抽象，难以学以致用。还有一部分学生觉得大学物理的内容与自己的专业课程联系不大，没有多少实际用途，以致于学学物理的兴趣不佳，主动性差，甚至有厌学情绪。上课不认真，玩手机，学习其他课程甚至逃课，课后抄袭作业甚至不写作业，考试时作弊等现象比比皆是。很多学生不为学会知识，只为应付考试及格。目前材料专业的大学物理教学基本上是沿袭物理专业的教学模式进行的，这样的模式不适用于材料专业建设和学生主动性培养的要求，主要表现在：1.材料学的发展日新月异，然而我们所用的大学物理教材内容依然是沿用多年前的教材体系，教材里只有极少的现代科技发展的简介，对学生缺乏足够的吸引力。2.大学物理教学内容对学生的专业、学科没有区分，与专业结合不够紧密，教师只注重物理知识的讲授，忽视物理学与材料专业之间的紧密联系及物理知识在实际中的应用，因此无法激发学生的学习热诚。3.大学物理课堂内容多以教师讲述为主，课堂上演示性、设计性实验较少，以致于很多抽象的原理学生理解不了，同时，课堂和课后师生间互动较少，教学质量大大降低。当前，各学校各专业都在积极的探索适合本专业学生的大学物理教学模式，以解决当前阻碍大学物理教学改革的瓶颈。本文根据聊城大学材料学院的实际情况，以提高材料专业大学物理课程教学质量、培养学生科研精神、增强学生分析问题解决问题的能力为出发点，依据大学物理教学的目标与要求，结合材料专业特色，注重物理知识与材料知识的联系，体现物理知识是材料专业研究工具的特点，开展对材料专业大学物理教学模式改革的探讨，最终调动学生的学习热诚，使学生懂得学习物理的重要性并能用物理知识解决专业问题，使物理知识与材料专业知识相辅相成、互相促进。本文的改革方案如图1所示：
一、积极探索，改革教学软件
利用专业软件工具包制作一套适合材料专业学生的大学物理电子教程。大学物理课堂上，加入材料、物理、生物、计算机、天文学的前沿科技，弥补传统教材体系落后于时代、应用性不强的缺点。让学生能够了解到社会的发展和科技前沿的最新动态，将学生代入一个生动、形象、具体的环境，活跃课堂气氛，开阔学生视野，增加学生的求知欲望。
二、将物理学史贯穿融入到物理课的教学中去
讲课过程中，融入与课本相关的物理方面的名人轶事和物理学史。通过讲述科学家的趣事和成长成才经历，让学生体会到大学物理的方法论是如何演绎的，让学生感悟物理学家是如何考虑科学问题，如何解决问题的，了解物理学大师科学创造的思路，使学生从中获得启发、感悟和熏陶。让学生自己体会做学问的三个境界：昨夜西风凋碧树，独上高楼，望断天涯路；衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴；众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。掌握了这三个境界，学生便很自然的掌握了科学的逻辑思维方法。
三、结合专业特色，改革教学内容
针对材料专业特色对大学物理各部分的内容有所取舍，一是要保证基本的大学物理教学内容，二是预留一定的学时，根据学生专业的紧密程度作出调整。例如：力学部分，对材料专业的同学，应花更多的时间讲述利用原始概念通过微积分计算物理量的方法，而对各种守恒规律计算的练习可适量减少，并补充《流体力学》、《工程力学》、《工程材料力学性能》、《材料力学》的相关知识点。热学部分对材料类学生作用很大，因此，这一部分应多花时间。光学部分，增加讲述与《材料研究与测试方法》相关联的内容，着重介绍光谱分析与应用，并对最新的材料检验手段及其基本原理稍做介绍。另外，这部分内容中教材内没有涉及波速的问题，而材料力学牵涉到波速的问题，电磁学部分，要简要介绍对应的实验方法、仪器、结论，简要介绍电路分析方法，将其应用到以后的材料学研究中，讲电容的时候可以增加与功能陶瓷材料性能参数及其表征相关的内容，并讲授色环法识别电阻和电感电容在电子器件中的应用等相关知识，以有助于将来学生工作和科研的需要，这部分内容整体上与材料学关系不太密切，可以略讲。量子力学是现代物理学的基础，要深入了解材料的基本结构，光唯象地知道晶体结构、大致了解统计力学上的朗道相变、“大致”“可能”地定性说明原因，在如今的材料学研究中是远远不够的！就现在的发展趋势而言，材料学已经离以前”炒菜式“的研究方式越来越远了，很多时候都要先进行理论或半定量的粗略计算对性能进行预测，然后再进行制备。很多材料在纳米尺度上量子效应是不能忽视的，因此在计算和预测的过程中需要用到量子力学的内容。而电子材料相关的理论全要用到量子力学，比如能带理论，PN结等都需要用量子力学来解释和分析。固体物理中，近自由电子近似、紧束缚近似等这些模型都需要量子力学的内容来支撑。因此，增加量子力学部分的内容。
四、重视实验教学，拓展演示实验和虚拟仿真实验的教学范围
杨振宁曾在《物理通报》中题词：”物理学是以实验为本的科学“。开展实验探索教学不仅能为学生提供丰富的感性认识，为思维加工提供大量素材，而且能为学生能力培养，创造良好的条件。大学物理演示实验具有形象化，具体化，学生兴趣高的特点，演示实验生动立体，能调动学生的各种感官，让学生更好的了解物理原理与实际生活现象的联系。根据课程需要，购买适用于进行演示实验的教具，例如标准音叉，磁悬浮列车，锥体上滚，手触式蓄电池，茹科夫斯基椅等，让学生明白，物理其实就存在于我们生活中的点点滴滴。由于受到场地、器材等各方面的影响，对于不方便进行道具演示的实验，可以用教学软件进行仿真实验向学生们进行演示，以克服实验室器件、品种、规格和数量不足以及仪器损坏的困难，节约大量昂贵的实验仪器费用。购买合适的仿真实验教学软件，例如LabVIEW图形化编程软件可进行信号分析处理的电路实验，VR编程软件可实现核磁共振系列实验，MATLAB编程软件可实现倒立摆原理的实验等，同时，教师要掌握仿真技术与现代化教学手段，优化教学过程，设计好虚拟仿真形式的物理实验。
五、师生合力，共同打造互动讨论式教学模式
打破传统教学模式中教师讲授的单一方式，通过提炼出一些专题内容，由学生通过自主学习、交流合作和讨论的方式进行自行学习。挖掘学生的自学能力和自学意识。课前给学生提出问题，提高学生自学能力。课堂上通过多媒体、网站等进行演示，以现代教育思想和现代材料科技的成就为主线，向材料类学生介绍现代物理学的整体知识结构，内容从单一基础物理实验到红外应用、超导、液晶显示、低温技术等现代技术领域，并以此为题目给学生布置小论文，充分调动学生探索物理知识的积极性。课堂教学采用“案例教学法”即根据学生的实际情况和教学内容的要求，运用典型案例，进行深入讨论和分析，还可以采用“问题向导式教学”法即以通过精心设计提出问题，引导学生自主分析问题，以理清学生解决问题的思路，使学生的思维处于激活的状态。课后的习题布置要贴近工程实际，典型有趣，能充分体现物理思想、物理方法，便于培养提高学生的探究能力，引发创新冲动。课后还可以开发和设计研究课，激励和引导有需要的学生自由组队进行课外研究，最后由学生代表在课堂上进行讲授，开展学生的自评和互评，整个过程学生自主学习起主导作用。
六、教师定期开展教学研究活动，提高教学水平
规范管理，大学物理的四位任课老师定期和不定期的开展教学研究的活动，一般每周一次。讨论教学内容、教学方法、学生情况等，在交流、讨论、争论中提高教学水平。
七、结束语
综上所述，物理学研究的进展促进了材料科学的发展，同时材料科学中的问题也向物理学家提出意义深远的挑战，材料和物理是紧密结合的，大学物理课程要与科技的快速发展同步，一成不变的教学思想已经不适应当今社会对于培养人才的要求，材料专业的大学物理的教学改革势在必行。通过对大学物理课程的一系列改革，不仅可以让学生积极主动的学学物理，紧密的联系学生的专业知识，紧跟科技前沿，更重要的是培养学生的科学素养和科技创新能力。因此，教师在教学中要注重物理知识与材料知识的联系，实现物理教学与材料专业教学的衔接。学生在学习过程中应加深对大学物理与专业课之间关系的认识，使材料知识与物理知识相辅相成、互相促进。
参考文献：
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[6]于一，叶柳.浅议大学物理教学现状与课程改革方向[J].高教学刊，2016（02）：57-58.
[关键词]有机化学；多媒体；教学；高等教育；化学专业
有机化学是高等学校化学专业以及应用化学专业的必修专业基础课程，是研究有机化合物的一门基础学科[1]。有机化学理论课程包含的内容较广，涵盖有机化合物的微观分子结构、反应机理、宏观物理化学性质以及有机合成等方面。有机化学既包含一些传统的化学键以及化学反应概念，也有来自量子力学的电子云、原子及分子轨道等概念。有机分子的结构复杂，涉及碳链异构、位置异构、官能团异构、对映异构和非对映异构等同分异构概念，学习这些概念对学生的空间想象力以及逻辑思维能力等都有一定的要求。此外，有机化学中的反应历程和立体化学选择性依赖于有机分子的三维空间结构。一方面，对于老师而言，在有限时间内画出复杂有机分子的空间结构或是将一个复杂的反应机理用精炼的语言讲清楚都是较有挑战的问题。另一方面，对学生来说，有机化学按照官能团分类导致知识点相对零散，涉及空间结构的理论知识学习难度较大，自学容易受到挫折，导致自主学习的动力不足，效果也不佳。在压缩课时成为高等教育教学改革的大趋势之后，众多高校减少了包括有机化学在内的各种课程的理论教学课时，但是教学内容并没有显著的变化[2]。这就对于有机化学的理论讲授提出了更高的要求，亦即教师如何在更少的时间内完成相关知识的传授并达到较好的效果。为了增强学生的学习积极性以及学习成效，国内众多高校教师对于有机化学的理论教学改革开展了探讨，认为多媒体对于压缩课时背景下的理论教学可以起到很好的辅助作用[3-7]。多媒体技术在高等教育中已经得到了广泛的应用，通过计算机和投影仪将事先做准备好的课件(可以包含图像、动画、音频和视频等内容)投影到大屏幕上，可减少老师的简单重复劳动而节约大量时间。以有机物为例，常见分子结构可以制造成三维球棍模型。在ChemDraw、Gaussview以及Chemoffice等专业化学作图软件的支持下，这些结构模型可以很容易实现旋转、平移以及缩放等效果[8-9]，增加了知识点的可读性与趣味性从而提高学生的学习兴趣及效果。
1多媒体技术在近代价键理论中的应用
绪论是有机化学的第一章，也是打下学习基调的重要章节。为了让学生保持较高的学习兴趣，一种方案是让学生了解有机化学的发展历史以及在国民经济以及社会生活中的重要作用，并让他们意识到有机化学的学习有规律可循，无需焦虑。对于原子与分子轨道的理解需要引入近代价键理论，涉及量子化学波函数以及原子、分子轨道等抽象概念。为吸引学生兴趣，我们在课上介绍了量子力学的发展历史、在量子力学发展中起到重大作用的德布罗意、薛定谔、波尔、爱因斯坦、海森堡、狄拉克等著名科学家。我们也给学生讲解了吴有训、叶企孙和王守竟等我国的老一辈学者在国外求学时也在量子力学领域做出了一些比较重要的贡献，从而增强学生的民族自豪感和民族自信心。这些历史人物的照片以及参考资料以幻灯片的方式展示给学生，让学生在瞻仰前辈学者形象的同时也能汲取他们锐意创新进取的精神。在介绍电子波函数的时候，我们将几种典型的波函数通过三维彩图的方式投影在屏幕上，在不同相位标注上不同的颜色，这样分子的化学键或者是反键对应的电子云分布就能看得很清楚。我们也针对碳原子的不同杂化情况，用三维作图软件画出了相应的杂化轨道以及电子云分布彩图。和教科书上的二维黑白图片相比，ChemDraw、Gaussview以及Chemoffice等专业化学作图软件提供的三维空间彩图能揭示更多细节。通过这些信息的综合展示，学生在有限的时间里对于分子的微观结构有了更加感性的认识，提高了学习的信心。
2多媒体技术在烷烃以及环烷烃结构与性质中的应用
在烷烃与环烷烃的章节内容中涉及到碳原子的sp3杂化。传统的结构式写法是将分子用平面结构的方式画出来，但是实际即使是直链烷烃分子的碳链也是以锯齿状弯曲的方式，而环烷烃的结构也并非是平面结构。我们用多媒体技术展示这些分子结构的球棍模型，其中不同大小和不同颜色的球来表示不同的原子，细棍则表示两个原子之间的化学键。根据这些三维模型，学生可以清楚地看出直链烷烃分子的碳骨架呈锯齿形状，环烷烃的碳原子则以船型或椅型构象作为其稳定结构，而较小的环烷烃的碳原子也并不处在同一个平面上，这样也能容易理解小环的张力问题。为了让学生更好地理解构象的概念，我们在软件中操作乙烷分子模型中的一个CH3基团发生转动，通过透视角度来看两个基团的相对位置，让学生直观理解分子构象的概念。在教材中只将烷烃的一部分热力学参数做成了图，我们则进一步将表格中给出的燃烧热、生成热等信息也做成图，这样学生能更方便地看到烷烃的性质随着烷烃碳链长度的变化趋势。而在涉及烷烃的氯化反应时，我们用卡通动画来形象地显示一个氯分子在吸收光子之后变成两个氯原子，之后氯原子又和甲烷分子碰撞产生甲基自由基以及氯化氢分子，甲基自由基又进一步和氯分子产生氯甲烷以及氯原子的一系列自由基链反应过程。这些都切实提高了学生的注意力，提高了他们参与课堂的积极性。
3多媒体技术在对映异构中的应用
对映异构与手性是有机化学立体化学的重要概念。左旋与右旋物质满足镜像对称，他们不仅原子组成相同，原子之间的化学键也没有差异，仅仅是手性不同。立体异构的左旋与右旋物质的熔沸点、凝固点、汽化热、反应热等物理化学性质完全一样，在传统的认识中左旋体与右旋体的化学性质相同，作为药物时其药效不会有区别。人们认识到立体化学的重要性需要等到出现一些大的药物悲剧事件发生。其中最知名的是上世纪六十年代“反应停(沙利度胺)”作为妇女妊娠初期的抗恶心药而导致的“海豹儿”事件。经研究发现，悲剧的发生是因为沙利度胺有左旋和右旋两种结构，其中左旋体有减轻孕吐的疗效且无副作用，但是其右旋体却有导致畸形的副作用。通过这个案例相关资料的幻灯片展示，学生们增强了对手性以及立体化学重要性的感性认识。此外，我们也利用化学软件做出了一些典型的含有不对称碳原子的有机分子(比如乳酸、酒石酸、甘油酸、苹果酸等)的左旋与右旋三维结构，并通过幻灯片实现旋转、翻转等操作，让学生对于对映异构的概念有了直观的了解。
4多媒体技术在芳烃结构学习中的应用
以苯分子及其衍生物为代表的的芳烃也是有机化学研究的最重要内容。按照现代量子化学的研究，苯环中的六个碳原子形成共轭大π键，因此每个碳原子的地位相同。按照经典的凯库勒式，苯环中的单双键交替排列，实际上是并不存在的环己三烯。由于单键比双键要长一些，所以凯库勒式对应的碳环也不是正六边形。为了解决这个矛盾，化学家引入了共振式的概念来描述苯环结构，亦即，表示苯分子的电子云分布等于两个经典结构式的叠加，这样六个碳原子完全等价。我们也和学生指出共振式中的经典结构式不代表真实存在的分子，共振不能和化学平衡的概念混淆。此时应用计算机多媒体教学介绍苯分子的结构，就能够消除这样的误解。我们将苯分子的六个分子轨道用三维空间的图像表示出来并标上其相应的能级，根据能量最低原理可以很容易找出其中的三个成键轨道以及三个反键轨道。在稠环芳烃的知识部分，苯环以及碳原子的数量可能会很多。比如教材中提到的superacene分子是含有222个碳原子的平面结构，富勒烯家族中的足球烯则是含有60个原子的球状三十二面体，如果选择在黑板上将它们画出来将花费很多时间。我们事先在幻灯片中放入此类复杂的分子结构模型，上课时就可以很方便地为学生来展示。零维的球形或椭球型富勒烯分子、一维碳纳米管以及二维石墨烯是当今科学研究的热点，在材料科学领域得到了很多应用，每年都有相关的科研成果发表在英国的《自然》以及美国的《科学》等权威杂志上。在多媒体教学过程中，我们也将这些前言研究进展以文字简报或图片的方式给学生做介绍，从而提高他们的学习兴趣。
5多媒体技在有机化学复习与总结中的应用
教学中常用的系统教学法按照每章(主要是按官能团分类)的知识点来做成课件，进行复习和强化。然而，为了让知识形成一个网状结构，就需要打破章节结构，将不同章节的知识点按照反应特点以及性质来进行重新分类和合并。比如，有机合成中考虑碳链增长，就可以把炔钠与卤代烃反应、格式试剂与醛酮反应、傅克烷基化以及傅克酰基化反应以及醛酮与环氧乙烷反应等反应归为一类；若考虑碳链变短，则可将碘仿反应、不饱和烃的氧化反应和脱羧反应等过程归到一类。此外还有一些特殊反应，包括不饱和的双键或三键会使得溴水或高锰酸钾溶液褪色；端炔可以使银氨溶液产生白色沉淀或者是使亚铜氨溶液产生红色沉淀。这些显色或者褪色的反应可以用于物质的鉴定与区分。通过在关键词上设置超链接，多媒体教学中很容易实现知识点之间的关联与转换。通过按章节的纵向知识点复习以及按照反应特点来分类的横向知识点复习，就可较好地把有机化学知识构成一张网。
6多媒体技术的应用对于教师的要求
多媒体技术的广泛应用对于教师自身素质也提出了较高的要求。一方面，多媒体技术的应用最终需要落到以学生为主体的原则上。针对有机化学课程自身的特点以及课程学时不断减少的趋势，减少简单重复劳动是一种重要的方法。对于复杂的化学结构，教师如果在黑板上临场作图花费的时间较多，就会占用其他信息的教学。有了计算机多媒体技术，教师就可以把此部分花费的时间转移到备课的阶段。只要做好了课件，相应的内容就可以在以后多次使用。另一方面，多媒体技术对于教师的英语水平以及化学专业水平也提出了一些要求。众多的专业化学作图软件比如ChemDraw以及Gaussview等是纯英文操作界面，教师自身也需要对有机化学的知识有比较充分的了解才能够让这些软件发挥最大的作用。此外，高质量幻灯片的制作还涉及到排版的美观性、逻辑性等要求，这些也对教师的人文素养提出了一些要求。因此，为了更好地教好有机化学的课程，高校教师需要在自己的专业水平、英语水平、计算机软件操作乃至于人文素养等方面都不断提高自己。此外，教师也必须反思过多应用多媒体技术可能带来的弊端[10]。老师授课的作用不应简单地理解为灌输知识。如果过多依赖于幻灯片的使用，教师和学生之间就会缺乏足够的互动，学生感受不到教师作为一个传道受业解惑榜样应有的温度与热情。有一些教师只是简单地把书上的知识点照搬罗列到幻灯片上，上课的时候也只是机械的点击鼠标放映幻灯片并照本宣科，学生难以抓住学习的要点乃至于会产生厌倦心理。时间一长，有些学生因此而失去对课程的学习兴趣。在这个意义上，了解学生的思维方式，有意识地用合适的方式来引导他们自主学习是教师需要长期重视的问题，只有这样才能更有效地提高学生的学习效率。
7结束语
关键词：大学物理;教学理念;教学内容;课程思政
在高校政治思想会议上指出高校的立身之本在于立德树人，要充分利用好高校的各个渠道特别是课堂教学这个主渠道，把思想教育和文化素质教育融合，实现各门课程的教育教学的全过程育人、全方位育人。要将高校思想政治教育融入到其它课程教学和改革的各环节、各方面，形成一个协同效应[1]。怎样把大学物理课程与思政教育结合起来是我们每位大学物理教师要探究的课题。本文从以下几个方面对大学物理教学过程融入思政进行了探索。
1教师要树立新的教育教学理念
无论是进行基础课程教学还是专业课程教学，教师时刻都应该记住我们的使命是教书育人，既要对学生进行文化知识的传授和能力的培养，又要结合课程内容对学生进行思想政治教育[2]，引导他们树立正确的人生观和价值观，先天下之忧而忧,后天下之乐而乐，为建设繁荣昌盛的社会主义祖国而勤奋学习。
2思想政治教育融入大学物理课堂教学过程
2.1大学物理课程教学大纲要体现课程思政
教学大纲是指引教师实施教学过程的方向标，因此，我们首要任务是对原来的教学大纲进行修改。在撰写大学物理教学大纲时要根据专业人才培养目标要求，既要有文化知识目标和能力目标，又要有思政目标，充分挖掘物理知识中的思政元素[3]，找到大学物理课程思政的切入点。
2.2从物理定律、原理[4]产生的背景进行人生观和价值观教育
在讲授力学时，通过介绍万有引力定律就是在哥白尼、开普勒、伽利略等人的研究基础上，牛顿又经过长达20多年的探索和研究才得以完成的；在讲授电磁学时，介绍法拉弟电磁感应定律的建立是在电流的磁效应提出后由法拉弟等很多的科学工作者经过长达30年的研究才得出……通过对物理定律、物理原理的建立过程的介绍，使学生能从科学家的探索精神、治学态度、科学方法以及不畏艰险，追求真理和无私贡献的高尚品德等方面获得教益与启迪，从而增强学生的社会责任感和使命感，培养实事求是的科学态度和合作研究的精神，引导学生形成正确的人生观和价值观。
2.3从物理理论建立的过程进行正确的科学观教育
物理学理论是经过许多科学工作者在长期漫长的研究过程中通过实践到理论，理论到实践如此反复的过程建立的。如对于原子结构的认识，就是1997年J.J.汤姆孙在实验中发现电子并提出原子结构模型即“葡萄干蛋糕模型”，再到卢瑟福做α粒子散射实验并提出原子的有核模型，再到原子光谱实验规律的发现，波尔提出波尔理论的假设，直到量子力学建立后，人们对原子结构及原子内电子的运动才有了基本正确的认识。在近代物理基础的教学中，介绍狭义相对论和量子论的诞生过程等等。通过这些实例让学生明白物理学理论以及任何一门其它科学理论都不是终极的真理，它们都存在着局限性和未解决的问题，不要被旧理论束缚，要有勇于探索真理的精神，学习科学家不迷信权威，大胆的提出一些新的观点，推动科学不断地向前发展。从而培养学生创造性思维能力和批判性思维能力，形成正确的科学观。
2.4结合相关的物理知识进行辩证唯物主义教育
物理学为哲学的存在和发展提供了科学基础。如在研究物体经凸透镜成像情况时，凸透镜成像的虚实、倒正、大小，取决于物距，随着物距的量变可以引起像的质变。通过凸透镜成像的规律引导学生理解哲学中的量变质变规律。在讲质点运动的描述时，物体的运动是绝对的，静止是相对的即相对于参照物的运动，对学生进行物质世界的绝对运动和相对静止的辩证统一的教育。在讲授爱因斯坦的相对论时，阐明爱因斯坦的狭义相对论揭示了空间—时间的辩证关系，爱因斯坦的广义相对论揭示了物质运动与时间空间的相互联系……因此，在物理教学中充分挖掘这些哲学思想和原理，也是对学生进行辩证唯物主义教育的一笔很好的财富。
2.5物理学的发展推动社会进步进行热爱科学的教育
在教学中结合相关的教学内容介绍每一次物理理论的大综合都带来了新的技术革命，推动了社会的发展和人类的进步，使学生全面认识物理科学的发展、作用和影响。如17~18世纪的第一次工业革命是建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用；19世纪的第二次工业革命是建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用；20世纪的第三次工业革命是建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。从而鼓励学生热爱科学，勤奋学习科学知识，在今后建设社会主义道路中不仅能掌握新技术、应用新技术，还能发展新技术、创造新技术，成为能参与国际上高新技术竞争的技术人才。
3结语
因此，在大学物理教学过程中开展课程思政，教师要精心设计教学内容，采用适合学生学习的教学方法和教学模式，融入各种思政元素对学生进行课程思政，把知识的传授、能力培养与思政融合起来，实现知识、技能和人生价值的全面发展，对于实现从教书育人到立德树人具有非常重要的意义。
参考文献：
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关键词:大学物理；教学改革；教学手段
0引言
《大学物理》是高等院校、理工科专业学生所必修的一门公共基础课。主要内容包括力学、热学、光学、电磁学及量子物理部分[1]。涉及内容较多，覆盖面较广，同时要求严密的逻辑推导能力与数学运算能力。因此理工科专业学生在学习过程中面临较大困难。同时，很多理工学科的学生往往对大学物理重视程度不够，视其为一般大学公共课程。此外，随着互联网技术发展，大学生往往被形形色色的网络所吸引，相对枯燥的大学物理往往缺少足够的趣味性以致不能激发大学生学习物理的兴趣。以上种种因素造成大学物理学科发展缓慢。而事实上，大学物理不单单是理工专业公共基础课，同时是其他学科如材料科学与工程、机械工程、通信工程、热能与动力工程、土木工程等学科的基础。此外，面对日益发展的科学技术，物理学科往往承载着重要作用。环顾三次工业革命，无一不一随着物理学科发展而发生[2]。第四次工业革命也可能随着量子通信、量子计算机、可控核聚变等物理技术的发展而发生。因此，新时期下《大学物理》教学改革非常必要，不但有利于促进物理学科的发展，同时有利于为社会培养高技能理工科专业人才。本文将从教学内容、教学手段、教学形式等方面浅析教学改革举措，以此提高大学物理教学水平。
1教学内容改革
新时期下，理工专业对物理学科重视程度越来越低。由于课程较难、不及格学生较多，一些院校将大学物理的课程由通常的140学时，逐步减少至120学时、96学时甚至80学时[3]。因此，在有限授课时间内，对教学内容及时调整尤为重要。（1）因材施教、依据专业性质调整教学内容：由于大学物理涉及内容广泛，而理工专业学科众多。在有限的教学课时内，如若兼顾所有物理学研究内容，一是学而不精，二是容易造成顾此失彼。因此，按照专业相近程度，划分不同大学物理教学内容，做到合理的取舍。如对材料科学与工程、化学与工程、环境与工程等学科，加重热学、量子物理部分教学讲解；对机械工程、土木工程、建筑环境与设备工程等学科，适当增加牛顿力学部分教学；对通信工程、电子信息与工程等学科，增加电磁学比重。这样，即使在有限的教学课时内，突出重点，仍然能够使学生掌握本科学所需的物理专业知识。（2）增加物理学史与物理趣味性，吸引学生学习兴趣：物理课程不同于其他课程。物理课程需要严谨的逻辑推导与数学运算。物理往往比较枯燥，难于吸引学生兴趣。因此，适当增加教学内容的趣味性，可以大大激发学生学习兴趣，提高学生学习物理的动力。回顾物理学史，包含着无数趣味物理实验，以及物理谬论引发的趣味讨论，同时很多物理大家本身就幽默风趣。将这些有趣的故事，适当引入课堂，有助于缓解枯燥的物理教学，激发学生学习物理兴趣，更好地掌握物理概念、物理原理及物理定律的推导方法。
2教学手段改革
（1）数学是物理学的基础：纵观每一位物理大师，都有着高深的数学基础。数学与物理同为逻辑性较强的课程。然而，结合我们对以往教学的观察，相比于高等数学等数学类公共基础科，大学物理不及格人数相对较多。究其原因反应对物理概念、物理原理的综合运用能力较差。因此，在教学过程中应该强调将复杂的物理模型具体数学化，转化为数学问题，便于求解。比如，量子力学的核心内容是薛定谔方程和矩阵力学，简单来说就是求解二阶偏微分方程和矩阵求特征值的问题。用数学的语言去求解复杂的物理模型，往往事半功倍。（2）力是物理学的核心：大学物理主要内容包含力学、热学、光学、电磁学、量子物理部分。这几部分看似相互独立，事实上这几部分紧密联系。学生对大学物理，由于找不到各个部分的关联性，往往顾此失彼。刚学会新的，就忘记前面部分。因此，在教学过程中要注意各部分之间的关联。大学物理是一脉相承，紧密相关的。力是连接各部分之间的纽带。比如，量子力学的基础是确定哈密顿量，进而转化为数学问题；电磁学的基础是分析带点体系的库仑力与洛伦兹力；热学部分的基础是热力学第一定律，反映能量与做功的问题；光学部分虽然是光的相干性问题，干涉增强或者衍射增强的基础仍然是基于振动力学合成问题。在教学过程中，引导学生善于运用力学的观点去分析物理模型，做到综合掌握物理各部分内容。（3）启发、联想式教学更容易掌握知识点：大学物理教学内容丰富，基本物理概念、物理定律，描述物体的物理量相对较多，各个物理量容易混淆。尤其力学部分，相关物理量、公式及定律达几十个之多。在教学过程中，多多利用启发、联想式教学，可以让学生充分把握相关物理原理，理清各部分之间的关联与区别。比如，已知位矢，我们能够得到哪些物理量？通过对时间求导，我们可以得出速度、加速度，物体的受力问题，进一步得到动量定理、动能定理，力对物体的做功；通过位矢与速度的叉乘，可以得到力矩信息，继而得到刚体角动量定理、定轴转动定理，刚体做功问题等等。从这个例子可以看出，只要得到位矢，整个力学部分便全部可以进行求解。通过这样的联想式、启发式教学，有助于学生牢固大学物理相关原理与定理。（4）密切联系生活，激发学生求知欲：大学物理与日常生活紧密相关。我们日常生活中所看见的、听见的、感受到的，无一不充满着物理原理。同时，大学物理中的基本原理在日常生活普遍存在。例如，雨天行走，撑伞往前撑，静止时垂直撑伞；微波炉加热物体的原理等等。培养学生对生活的洞察能力，善于发现问题，解决问题。有助于激发学生求知欲，主动学学物理的能力。
3教学形式改革
（1）多媒体教学为主，注重物理原理的动画引入：随着科技的进步，多媒体技术在现代教学中扮演重要作用。面对复杂的物理模型、物理原理，借助多媒体动画展示，可以使学生直观的理清物理原理，物理定律。将抽象的物理原理图形化，以图形化的记忆，更易于掌握物理相关知识点。（2）结合科技，线上与批改作业：作为一种逻辑性很强的学科，一定量的大学物理作业是必须的。经过作业的练习，可以使学生灵活运用物理原理而非只将知识点停留在课堂层面。传统的纸质作业在作业、批改、分发作业本中浪费大量的时间。基于科技进步，采用线上作业，学生线下练习，并上传系统，教师线上批改作业。不但节省大量时间，同时教师可以快速确定学生错题范围，集中降解。（3）结合国内外优秀公开课视频，提升物理综合素养：作为一种传统学科，大学物理在全世界各个国家有着广泛的基础，世界知名高校为了推动学校全球化、物理学科发展，都不同程度地推出了公开课。课下鼓励学生观看网易公开课，观看知名高校大学物理视频。不但提升学生英语水平，同时让学生体验“原滋原味”的物理定律、物理原理描述，更好地掌握物理知识。
4结语
大学物理作为一门传统的学科，是众多理工科专业的基础，对于推动科技进步起着至关重要的作用。本文围绕大学物理教学改革，从教学内容、教学手段、教学形式等方面进行阐述。对学生而言，可以激发学生学习物理的兴趣，进而积极主动的学学物理相关知识，提高大学物理相关知识的综合运用能力；对教师而言，可以更好地提高对大学物理课程的教学；对社会而言，为高校、社会培养高技能人才打下坚实的基础。同时，需要指出的是大学物理教学改革是一个循序渐进的过程，不断的做到与时俱进，才能更好地培养人才，服务社会。
参考文献
[1]马文尉.物理学[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]刘瀚文.浅谈物理学与工业革命之间的关系[J].教育科学，2017,07,00297.
【关键词】物理学史；物理教学；教育作用
物理学史的学习是物理学习的重要组成部分，在高中物理教学中，引导学生通过物理学史的学习，让学生体会知识形成过程中的科学探究过程，科学家研究所用的科学方法、坚韧不拔的科学探索精神，概念与概念、概念和规律间的关系等。让学生以物理学史为线索，梳理知识体系，学习科学方法，体会探究过程，培养学生的思维能力。以下是笔者利用物理学史进行教学的一点体会与做法。
一、再现科学家的研究过程，体现科学思维方法
科学家探索物理规律经历了漫长的过程，科学思维方法也是在探究规律的过程中总结和归纳出来的。在教学中再现科学家的研究过程，对学生科学思维方法的形成有积极的促进作用。例如，在自由落体运动的教学中，介绍伽利略对落体运动的研究过程：伽利略通过逻辑推理，指出了亚里士多德“重的物体下落得快”论断的问题，得出重物与轻物应该下落同样快慢的结论。为了进一步研究落体运动规律，伽利略首先建立了描述运动的物理量，如平均速度、瞬时速度、加速度等概念，接着猜想落体运动的速度可能随时间均匀变化，为了检验猜想是否正确，伽利略想办法用实验来检验v与t成正比是否正确。伽利略通过理论推导，得出如果速度随时间的变化是均匀的，位移就与时间的二次方成正比，只要测出位移和时间，就可以检验物体的速度与时间的关系。为了便于测量，克服落体时间短，时间不能测量的困难，伽利略设计了斜面实验，让铜球沿阻力很小的斜面滚下，加速度小，时间长，就容易测量了。伽利略通过大量实验，证明小球沿斜面下滑的运动是匀加速直线运动。换用不同质量的小球，从不同高度开始释放，只要斜面倾角相同，小球的加速度就相同。伽利略将上述实验进行了合理外推，当斜面倾角很大时，小球的运动跟落体运动差不多。当倾角增大到90°时，小球的运动就是自由落体运动。伽利略在研究运动的过程中，不仅建立了描述运动的基本概念，而且创造了把实验和逻辑推理相结合，将实验结果合理外推的科学研究方法，为近代科学研究提供了科学思维方式和科学研究方法。
二、让学生经历规律的形成过程，培养学生的科学思维和科学探究素养
在物理规律的教学中，引导学生推导规律，经历规律的形成过程，使让学生对规律的理解更深刻，也提升了学生的逻辑推理能力。例如，在万有引力定律的教学中，先介绍伽利略、开普勒、笛卡儿、胡克、哈雷等科学家对引力研究的重要贡献，牛顿在总结前人研究成果的基础上，用数学知识推导出了太阳和行星之间引力与距离的关系及行星的轨迹，提出了万有引力定律。在教学过程中，引导学生沿着科学家的研究足迹，体会万有引力定律的推导过程，运用牛顿运动定律和开普勒行星运动定律，结合圆周运动知识，引导学生把行星的运动看作匀速圆周运动，让学生分析向心力的来源及方向，通过分析，得出太阳为行星的引力提供向心力，引力方向沿着二者连线指向太阳，向心力大小为F=mv2r，行星公转周期为T，则有v=2πrT，联立得F=4π2mrT2，根据开普勒第三律r3T2=k，变形为T2=r3k，代入上式得F=4π2kmr2，可知F与mr2成正比，又根据牛顿第三定律，行星与太阳的引力F与m太mr2成正比。接着介绍了牛顿的研究过程：在推导出太阳与行星的引力之后，为了验证地球与月球之间的作用力、地球对苹果的吸引力和太阳与行星间的作用力是同一种力，牛顿推出导月球的向心加速度与苹果的自由落体加速度之比为a月a苹=1602用数据证明了上述设想的正确性，从而得出万引力定律具有普适性的结论。在课堂教学中，通过创设情境，设置问题让学生思考，参与教学过程，应用所学知识推导万有引力定律，理解万有引力定律中各物理量的意义和适用条件以及在日常生活应用等。通过教学过程，学生不但学习了物理知识，也体会了科学家的研究过程和研究方法，严谨的科学态度，同时培养了学生的科学精神、科学探究素养和科学思维。
三、以物理学史为线索，揭示原子结构
在原子物理知识的学习中，知识点比较多且琐碎，涉及不同章节，和光学及经典物理知识相关联。在教学中，笔者通过梳理科学家发现原子结构的过程，沿着“以实验为基础，提出原子结构模型，与实验或原有理论存在矛盾，进一步探索和研究”的思路，引导学生循着科学家的研究足迹，体会科学家的研究方法，认识原子的结构。
（一）电子的发现
首先发现电子的是物理学家汤姆孙，他根据带电粒子在电场和磁场中的偏转情况，确定阴极射线就是带负电的粒子流，他把这种“微粒”命名为“电子”。发现电子后，美国科学家密立根采用油滴实验测定了电子的电荷值，并根据荷质比，计算出电子的质量。随着电子的发现，科学家继续探索原子的结构，提出了不同的原子模型，其中汤姆孙提出了原子的枣糕模型，他认为“原子是由正电荷构成的一个密度均匀的球体，电子就像枣糕中的枣一样镶嵌在其中”。但随着科学家对原子结构的进一步研究，原子的枣糕模型无法解释较高速度的电子很容易穿透原子的现象，也无法解释α粒子散射实验现象，需要做进一步研究。
（二）原子的核式结构模型
在研究原子结构的过程中，英国物理学家卢瑟福做了α粒子散射实验，用α粒子轰击金箔，实验结果表明，绝大多数α粒子穿过金箔后几乎不发生偏转，只有极少数α粒子发生大角度偏转。在对实验结果进行科学分析后，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，他设想：原子中带正电的部分体积很小，几乎集中了全部质量，成为原子核，电子在核外绕核旋转。原子的核式结构模型很好地解释了α粒子的散射实验，从而否定了汤姆孙的枣糕模型。但核式结构模型在解释原子的稳定性和原子光谱是明线光谱时，与经典电磁理论发生了矛盾。“按照经典电磁理论：带电粒子在做加速运动的过程中会放出能量，电子的轨道半径会越来越小，落在原子核上，原子就不稳定，而事实上原子是稳定的；核外电子绕核做周期性的圆周运动，应向外辐射电磁波，其频率应该等于电子绕核运行的频率，若电子的轨道半径发生变化，电子绕核运行的频率也会发生变化，原子辐射电磁波的频率也会不断变化，大量原子发光的光谱就应该是连续光谱。然而，实际上原子光谱是由一些不连续的亮线组成的明线光谱”。
（三）玻尔的原子模型
丹麦物理学家玻尔认为卢瑟福的模型是正确的，但要找到一个根本性的修正方法，既能说明原子的稳定性，又能解释原子的明线光谱。在普朗克的量子理论和爱因斯坦关于光子概念的启发下，玻尔将量子概念用到了卢瑟福的原子模型中，并且将原子结构与光谱联系起来，提出了玻尔的氢原子模型。这个模型是以下面两个基本假设为基础的：“轨道量子化与定态：核外电子绕核运动的轨道半径是一些不连续的固定值，电子在这些轨道上绕核运动时不产生电磁辐射，是稳定的，原子系统只能具有一系列不连续的能量状态；频率条件：当电子从一个具有较大定态能量En轨道跃迁到另一个较低定态能量Em轨道时，原子会以光子的形式放出能量，光子的能量由前后两个能级的能量差决定。”玻尔理论很好地解释了已知的氢原子谱线，也成功预言了当时尚未观察到的紫外区和远红外区的谱系。玻尔理论推广到类氢原子（锂、钠、钾等）也获得了很大成功。这样，终于解开了令人费解三十多年的氢光谱之谜，为量子论和原子物理的发展奠定了基础。但玻尔理论也有局限性：它不能解释多原子光谱，也不能说明谱线的强度和偏振情况，也与经典电磁理论存在矛盾。在玻尔理论中，既承认经典理论规律，把电子看作经典力学中的粒子，在库仑力作用下绕核做圆周运动，又加上同经典理论基本概念相矛盾的量子化条件，硬性规定电子绕核运动时没有电磁辐射产生，这显然是矛盾的。玻尔理论解决不了这个问题，人们期待着新思想的产生。德布罗意在光的波粒二象性的启发下，在对玻尔理论以及相对论进行深入研究的基础上，把波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子具有波粒二象性。电子的波长与微尘等粒子波长不同，如果把电子看成满足宏观运动规律的粒子，显然与事实不符。随着量子力学的建立，德国物理学家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造，使之可以适用于更普遍的情况，物理学家薛定谔提出了薛定谔方程，使玻尔理论的局限性得以消除。原子物理知识的章节小结和高考复习中，以物理学史为线索，引导学生对所学知识进行归纳和总结，将科学家对原子结构的探索过程作为线索，梳理知识：汤姆孙发现电子，否定了原子不可分割理论，建立了枣糕模型；卢瑟福的α粒子散射实验与枣糕模型出现矛盾，说明枣糕模型是错误的，从而提出了核式结构模型，但用经典电磁理论无法解释核式结构模型，说明核式结构模型不完善；玻尔为了解释原子稳定性和氢原子线状谱产生矛盾，提出了玻尔的原子模型，玻尔模型也有其局限性，需要进一步研究和探索，随着对粒子的波动性和量子力学的深入研究，玻尔理论的局限性得以消除。通过梳理，使学生理清了的知识脉络与结构，取得了很好的教学效果。物理学史是物理教学中的重要内容，发挥物理学史在教学中的作用，引导学生理清知识脉络，体验知识的生成过程，学习科学家的研究方法和科学态度，能达到理解知识，学习方法，培养学生学科核心素养的效果。
【参考文献】
[1]普通高中课程标准实验教科书物理选修3—5[M].北京：人民教育出版，2016.
随着计算机的普及和利用，多媒体教室普遍存在，并被广泛使用。多媒体教学手段的利用，有助于学生对固体微观结构的理解。例如，可以通过视频或PowerPoint文件，可以直观地展示晶体的微观结构、原胞的选取、原胞的形状等。与传统板书相比，利用多媒体呈现并分析固体的微观结构以及晶体的结构特征，对教师而言，更加省时、省力；几何关系的表达也更为准确，便于学生的理解。此外，若能结合三维的原子实物模型，那么，固体的微观结构将能更为直观地展现在学生眼前。多媒体与三维模型的应用对于学生理解固体的微观结构、晶格的周期性、原胞、晶体的对称性等基础概念很有好处。当然，多媒体教学也存在着一定的局限性。例如，在公式的推导、基础概念的讲解等方面，板书其实更受学生的欢迎。与多媒体教学相比，板书的节奏慢，师生间可以有较多的互动；学生相对容易跟上教师思考问题、解决问题的步伐，学生也能有较充分的时间来理解各个知识点、梳理要点以及做笔记等。因此，多媒体教学还需适当地与传统板书相结合才能达到较好的教学效果。
二、教学内容的取舍
由于固体物理学融合了普通物理、热力学与统计物理、量子力学、晶体学等多学科的知识，其知识面广、量大，在有限的学时里，不可能面面俱到地讨论固体物理学所涉及的所有知识点。因此，实际教学中可以结合本专业的特色，有选择地取舍部分教学内容。例如，侧重固体热学性质的专业可以考虑以晶格振动等内容为主；而侧重微电子的专业则可以考虑以能带理论、半导体中的电子等内容为主。当然，一些多个领域都涉及到的基础知识也应是这门课程不可缺少的一部分内容。固体的微观结构和结合方式是固体物理学的基础，因此，晶体的结构和晶体的结合等知识点应是这门课程的基础知识之一。考虑到理想晶格由原子实和电子组成，晶格的运动主要在晶格振动等部分讨论；而电子的运动主要在能带理论等部分讨论，具体还可以分为金属中电子的运动和半导体中电子的运动等部分。尽管这原子实和电子的运动实际上相互联系，但很多时候，可以分别侧重讨论。此外，实际晶体也并非理想晶体；实际晶体除了有边界之外，也常含有缺陷。但在许多情况下，晶格的振动、电子的运动和缺陷的影响依然可以依据实际情况分别讨论，并得到与实际较为符合的理论结果。因此，晶格振动、能带理论和缺陷等知识点之间相对独立，或可根据各专业的实际情况取舍部分教学内容。在许多固体物理学的教材中，例如黄昆等的《固体物理学》教材和阎守胜的《固体物理基础》教材，密度泛函理论并没有被提到。事实上，密度泛函理论是一个被广泛使用的基础理论，它是凝聚态物理前言研究的有效手段之一，也是材料设计的一种有效方法。教学过程中，教师可以结合各专业的实际情况介绍一些密度泛函理论的基础知识。同时，还可以介绍一些最新的相关研究进展，以拓展学生的知识面、提高学生的学习兴趣。
三、模块化的教学形式
如前所述，固体物理学中的许多知识点间相对独立；基于这门课程的特征，教师在教学过程中可以考虑模块化的教学形式，以子课题的形式将相应内容呈现给学生。可能的模块如：讨论晶体的结构和晶体的结合方式的基础模块———晶体的结构与结合；讨论晶体中原子实运动的模块———晶格振动；讨论晶体中电子运动的模块———能带理论；讨论实际晶体中可能存在的缺陷的模块———晶体的缺陷等；其中，能带理论部分还可分为：近自由电子模型、紧束缚模型、赝势方法等数个部分。这样做首先有利于教学内容的取舍；其次，有利于学生对各知识点的理解、有利于学生梳理清楚各个知识点之间的关系。此外，固体物理学是凝聚态物理前沿研究的基础之一；其基础知识、理论推导、实验背景以及处理问题的方式方法等，都是开展凝聚态物理研究的基础。而模块化教学，以课题研究的形式提出问题、解决问题，将教学内容以问题为导向呈现给学生，这有助于培养学生的学习能力和解决实际问题的能力。而且，课题研究的教学模式，既是在教授学生知识，也是在开展科研，有助于提高学生对科研的认识、有助于培养学生的科研能力。这种课题研究的模块化教学形式还可以结合基于原始问题的教学来开展。
四、基于原始问题的教学
所谓原始问题，可简单理解为：现实生活中实际存在的、未被抽象加工或简化的问题。于克明教授、邢红军教授等人详细探讨了原始物理问题的诸多方面；此外，周武雷教授等人还讨论了原始物理问题含义的界定等相关问题，并呼吁将基于原始物理问题的教学实践引入大学物理的教学中。这应是个值得提倡的建议，毕竟现实生活中遇到的具体问题都是原始问题。与传统的习题不同，原始问题未被抽象、加工或简化。学生处理实际问题的第一步便是将问题适当简化，这也是学生需要学习的一种能力。事实上，合理的模型简化是各种理论的基础，也是实际应用或科研必不可少的一种能力。例如，讨论晶格热容的爱因斯坦模型和德拜模型，尽管模型简单，但它们数十年来是我们讨论、分析相应问题的基础。今天，那些被写进教科书的基础理论，在当时、在理论刚被提出时，都是为了原始问题的解决。下面以晶体热容为例，稍加详述。问题的背景：根据经典的热力学理论，晶体的定体摩尔热容是个与温度无关的常数。实验发现晶体的热容在高温下确实接近于常数，但是晶体的热容在低温下并不是个常数，其与温度的三次方成比例关系。问题的提出：理论预言与实验观测为何不相符？如何解释实验现象？20世纪初刚刚发展起来的量子力学是否能解释这个实验现象？这些问题在爱因斯坦的年代应该都是前言的科研问题。问题的简化：（1）不考虑边界、缺陷、杂质等的影响，将实际晶体抽象为理想晶体；（2）基于绝热近似，不考虑电子的具体空间分布，将原子当作一个整体，原子—原子间存在相互作用；（3）基于近邻近似，只考虑近邻原子间的相互作用；（4）基于简谐近似，将原子间的相互作用势在原子的平衡位置作泰勒级数展开，并保留到二阶项。问题的解决：基于上面的模型简化，写出描述原子运动的牛顿第二定律，并求解方程组，这些方程组与相互独立的简谐振子的运动方程组相对应。结合量子力学，得到体系的能量本征值；写出晶格振动总能的表达式，继而给出由晶格振动贡献的晶格热容的表达式。由于晶格热容的表达式复杂，很难直接与实验结果对比，因此引入进一步的简化和近似———爱因斯坦模型或德拜模型。这种提出问题、分析问题、解决问题的方式与做前言科学研究的方式相接近，既能提高学生对科研的认识、培养学生的科研能力，又能培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。
五、小结