材料物理專業范文10篇

1我校材料物理專業畢業實習的背景和現狀

根據教學計劃，畢業實習通常安排在第八學期之初，目標是將理論知識與生產實際相結合，實習時間長、強度大，更加貼近學生就業后的實際工作環境和狀態，可以深化和檢驗所學知識，增強學生分析解決實際問題的能力和創新意識.因此，對于即將就業的畢業生來說，實習效果將影響到學生能否順利適應、承擔未來的工作，我校的材料物理專業于2000年經教育部批準設立，2001年開始招收第一屆學生，材料物理專業是在材料學、金屬材料和冶金工程傳統專業基礎上組建的，旨在充分發揮內蒙古自治區稀土資源優勢，在材料的設計、研究、性能改進、開發新材料和新技術等方面，圍繞稀土功能材料和稀性的金屬材料等展開基礎和應用研究.在這種情況下孕育的材料物理專業基本沒有可以借鑒的先例，需自身不斷建設、發展和創新.十幾年來，專業課程的培養方案、教學計劃和教學大綱等理論教學，順應時展要求不斷進行改革和創新，已取得一定成果.在實踐教學環節中，尤其是對企業依賴性較強的畢業實習環節，作為新的材料物理專業，按照畢業實習教學大綱基本要求，依靠學校專業特色，在金屬材料等專業中尋找滿足條件的實習基地和車間，多年來的實踐證明，實習方案對培養高水平的專業技術人員起到了積極的作用，是行之有效的.但面對新時期對高素質、綜合型人才目標的要求，并由于受實習基地、學校經費支持、學生主觀態度和指導教師水平等多方面因素影響，現行的畢業實習方案還存在一些問題和不足.

2我校材料物理專業畢業實習中存在的問題

自1998年教育部頒布了新的高等院校本科專業目錄，到2012年的幾次專業培養計劃的修訂，普通高校對本科專業的設置進行了一系列調整，培養目標緊跟時展潮流，教學計劃更是以就業為導向不斷調整.然而，畢業實習依然由學校組織，教師帶隊，統一集中的形式展開，實習的方案、內容和基地幾乎未變.因此，目前的畢業實習教學存在著難以適應不斷改進的專業培養目標，人才培養與社會需求無法對接等問題.這些問題出現在實習環節中的實習方案、學生、實習基地、指導教師和學校諸多方面.首先，實習制度相對落后，大規模團隊實習方式有漏洞；其次，學生實習積極性性不高，實習過程淺嘗輒止；第三，企業接收學生的熱情不高，實習基地數量不足、質量跟不上；第四，教師在實習過程中的作用和指導力度不夠；第五，學校對畢業實習的投入不足，實習經費捉襟見肘；最后，畢業實習的考核方式和成績評定標準存在弊端.以上的問題影響了畢業實習的質量和效果，如何在新形勢下改進畢業實習，確保實習的順利進行，逐步提高實習質量和效果是高校實踐環節必須解決的問題，對此我校進行了積極的探索和實踐.

3我校材料物理專業畢業實習改革的對策

3.1深化實習制度改革，全面改進實習方式在深入推進教育教學改革，不斷提高人才培養質量背景下，全面貫徹黨的十八大精神，以“卓越計劃”為契機，不斷創新教育教學改革，改變傳統實習觀念，大幅提高工程應用型人才培養質量.為此，黨中央及教育主管部門已作出一系列改革措施，從1999年的“質量工程”到2010年“卓越工程師教育培養計劃”的制定，十年間教育教學改革不斷深化和創新，由以人為本提高教育質量逐漸轉變為提高應用型人才培養質量的人才培養理念，我校材料物理專業應貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大教育計劃，以及《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見（教思政[2012]1號）》，緊密結合專業培養方案，以材料和物理兩學科為中心，重點研究功能材料和稀性金屬材料的成分、結構、組織與性能的內在關系，較系統地學習材料科學的理論和研究方法，發揮區域資源優勢，培養造就一大批能夠面向社會需求、創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路，建設創新型國家和人才強國戰略服務.為此應徹底變革畢業實習方案，實習方式由單一的集中實習調整為集中和分散相結合的模式.分散實習是指部分學生到已簽訂就業協議或有就業意向的企業中實習，這些與本專業相關的企業由學校負責聯系，學生直接到未來工作崗位或車間內實習，類似于高職教育實習中的頂崗實習，優點不言而喻.集中實習是指余下的學生仍然集中統一實習.采用分散和集中相結合的新型畢業實習方式，按照實習的基本要求和目標，逐一落實實習的內容，不再強求學生參加集中實習，比較符合學生臨近畢業時的心愿，同時可減輕企業接待大規模實習的壓力.

摘要:專業英語是專業知識與英語知識的融合和升華。在材料物理研究領域，專業英語對于把握最新科研動態、參與國際學術交流、論文撰寫等科研工作至關重要。因此，在專業英語的日常教學中授課教師應嘗試不同的教學模式，培養學生對專業英語的學習興趣，從“聽”、“說”、“讀”、“寫”四個角度全面考察并提升學生的專業英語水平。

關鍵詞:材料物理;專業英語;教學模式;改革專業

英語是各專業高等教育人才的必修課，它是以提升學生在其各個專業領域內的“聽”、“說”、“讀”、“寫”等英語能力為目的而開設的課程［1］。專業英語是銜接在一所大學的基礎英語教學與專業課程教學之間不可或缺的一門課程，是學生將所學的專業知識與英文文獻的閱讀相結合的重要工具［2］。該課程希望學生通過對專業英語的學習，掌握一定數量的專業詞匯及術語，一方面獲得最基本的文獻閱讀和文章撰寫技巧，另一方面具備與國外學者進行一些簡單學術交流的英語聽說能力，從而為之后的科研工作夯實基礎。因此，就材料物理專業的學生而言，專業英語這門課程的教學對于提高其綜合科研能力來說十分重要［1－2］。

1當前教學模式存在的問題

針對材料物理專業英語的教學現狀，從學生的英語水平和課程安排方面提出了兩個較為突出的問題。1.1學生英語基礎良莠不齊。無論是高考還是考研，對于學生的英語水平的要求都相對不高，且對其綜合能力的考察較為不足。故而入學的學生之間的英語基礎有高有低，且“聽”、“說”、“讀”、“寫”四項技能并不能夠面面俱到，大多數學生都存在“語法不精”、“詞匯量不足”、“羞于開口講英文”等現象，尤其是“聽”和“說”的能力常常不能與讀寫能力兼顧。因此導致了相當一部分學生聽不懂、說不出、讀不懂長難句、寫作時把握不好句子結構，長此以往逐漸對英語失去興趣，形成惡性循環［3］。1.2課程缺乏針對性和深度。專業英語一般屬于公共基礎課，故常以大班的形式進行授課。例如:材料類的學生，無論是材料物理、材料化學還是材料科學與工程，這些專業的學生都在同一個班學習;且在專業英語的教學過程中，授課內容通常側重閱讀和寫作部分，基本以翻譯文獻片段和用英文回答專業問題為主。如此一來，老師授課就只能教授學生一些基礎的、具有共性的專業詞匯和句式，學生只是淺顯地學習了片面的內容，并不能全面掌握自己研究領域的相關專業詞匯和術語。這并沒有達到專業英語這門課程的教學目標。

2改革措施

摘要:基于“新工科”和“雙一流”建設的背景及要求，針對材料專業物理化學實驗教學中的問題，通過教學內容、教學模式、課程思政及英文教學等方面對于實驗課程進行改革探索，兼具“科學”與“工程”特色，不斷革新實驗內容、改革教學模式、融入課程思政及探索留學生培養模式，對于工科專業基礎實驗課程改革提供參考，并為“卓越工程師”的培養奠定基礎。

關鍵詞:材料專業;物理化學實驗;教學改革

自2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”，“天大行動”和“北京指南”。隨著2019年以來“雙一流”建設的如火如荼開展，對于新工科建設提出了進一步的挑戰，特別是高校的實驗教學，這種實踐性要求比較高的課程［1－2］。物理化學實驗作為化學、化工、材料、藥學等專業的必修基礎實驗課程，是一門兼具理論知識和實踐應用的課程，特別突出強調實踐性，是培養學生一絲不茍的科學態度、嚴謹認真的實驗作風以及靈活創新的分析和解決問題能力的重要教學環節。然而，現在的物理化學實驗內容多為較傳統實驗，以驗證性實驗為主，且與實際生活關聯性較小，不利于激發學生的學習動力;教學模式較單一，多為“填鴨式教學”，課堂上教師講解和演示操作，學生只是掌握了基本的實驗操作技能，不利于思維創新能力的培養;課堂講解多為枯燥的實驗相關的單一理論知識點，很難保證學生時刻集中注意力，不利于知識的學習及綜合運用知識能力的培養;此外，目前多為中文教學或者中英雙語授課，不利于留學生的培養及本土學生全球視野的培養［3－4］。因此，針對目前物理化學實驗課程的現狀，基于“新工科”與“雙一流”建設的背景及要求，通過對物理化學實驗課程教學過程中的經驗積累及學生反饋情況，對于材料專業的物理化學實驗課程進行改革已是當務之急，刻不容緩。本文主要通過實驗教學內容、教學模式、課程思政及英文教學等方面進行改革探索，旨在推動材料專業物理化學實驗課程的不斷革新，為新時代德才兼備的“卓越工程師”的培養助力。

1創新實驗內容，兼具“科學”與“工程”特色

傳統的物理化學實驗主要包括熱力學、動力學、電化學、表面化學(膠體化學)和物質結構五個部分的內容，從五個方面選取部分實驗讓學生進行操作及學習。實驗內容多為驗證性實驗，上課時學生只需根據實驗方案，并按照老師講解及演示進行操作，學生能夠掌握實驗操作技能，但缺乏對于實驗的認知與思考，不能激發學生的思考與創新思維。由于實驗內容偏理論，且實驗試劑多為日常生活中并不常見物質，不利于激發學生學習興趣，從而導致學生學習缺乏積極性和主動性。因此，我們通過“燃燒熱的測定實驗”對于物理化學實驗內容改革進行初探。傳統且經典的“燃燒熱的測定實驗”測定的物質為苯甲酸和萘，通過測定一種物質的恒容燃燒熱，計算出量熱計的比熱容，然后再通過測試和計算得到另一種物質的燃燒熱。本實驗可以培養化學專業學生的一系列基本實驗技能，是理科的經典實驗，但是作為材料專業的工科學生，既要掌握基本的“科學”技能，又要具備“工程”實踐能力，因此，本實驗將苯甲酸和萘換成了木頭、煤炭和木炭，以日程生活最常見的“燒烤”引入，提出問題:為什么我們燒烤采用木炭作為燃料，而不使用煤炭和木頭呢?學生會從多方面進行回答，如木頭容易將食物表面燒糊，煤炭煙塵比較大等，進一步引導學生哪種燃料的熱值比較大呢，學生會猜測可能是木炭，那么我們通過實驗進行驗證，所謂的“熱值”就是實驗中我們要測定的“燃燒熱”，通過實驗測定三種可燃物質的燃燒熱，并從科學角度回答日常生活中的問題。為了充分鍛煉學生的動手能力，實驗準備了木棒、煤塊和木炭塊，并準備了刀鋸和錘子，學生需要自己將樣品制作成1克左右的小塊，因此，學生紛紛動手使用刀鋸將木棒鋸成1克的短棒，用錘子將煤塊和木炭塊分割成1克左右的小塊。學生在制備樣品過程中體會到了“勞動”的樂趣，也為以后的工業實習奠定了實踐基礎。實驗中通過稱量、充氧、使用量熱計測定溫度變化，將“科學”基礎理論與“工程”實踐相結合，通過實際動手操作并計算實驗結果回答了日常生活中的實際問題，提高了學生分析問題和解決問題的能力，激發了學生學習的積極性和主動性，并且有利于提升學生的思維和創新能力。

2融入“微課”和“雨課堂”的混合教學模式創新

摘要：將天津理工大學材料物理專業培養方案與材料類教學質量國家標準進行了對比。結果表明，目前運行的培養方案在培養目標、專業總學分數方面符合國家標準要求，但是現有方案在終身學習能力方面體現不足，對于一些通識性的知識還需要加強對學生的訓練。

關鍵詞：材料物理；材料類；教學質量

國家標準2018年1月31日，教育部《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》（以下簡稱《標準》），這是我國的第一個高等教育教學質量國家標準。《標準》有三大特點，一是既有“規矩”又有“空間”，既對各專業類提出統一要求、保證基本質量，又為各校各專業人才培養特色發展留出足夠的拓展空間，形象地說就是“保底不封頂”；二是既有“底線”又有“目標”，既對各專業類提出基本要求，兜底線、保合格，又對提升質量提出前瞻性要求；三是既有“定性”又有“定量”，既對各專業類標準提出定性要求，又包含必要的量化指標。

一、培養目標

1.材料類教學質量國家標準。材料類專業培養具有堅實的自然科學基礎、材料科學與工程專業基礎和人文社會科學基礎，具有較強的工程意識、工程素質、實踐能力、自我獲取知識的能力、創新素質、創業精神、國際視野、溝通和組織管理能力的高素質專門人才。材料類專業畢業的學生，既可從事材料科學與工程基礎理論研究，新材料、新工藝和新基礎的研發，生產技術開發和過程控制，材料應用等材料科學與工程領域的科技工作，也可承擔相關專業領域的教學、科技管理和經營工作。2.材料物理專業的培養方案。本專業培養具有良好的思想品德，掌握堅實的材料科學和物理學基礎知識及技能，具備材料工程實踐能力的高素質應用型高級人才。畢業生能在新材料、電子信息、半導體、冶金、能源、化工等領域，從事材料科學研究、產品研發、制備加工、測試分析、工藝改進、教學、生產及經營管理等工作。本專業目前設置電子信息材料和納米材料兩個主要方向。對標材料類專業國家標準，天津理工大學材料物理專業培養方案中的培養目標定位在高素質應用人才，這是符合我們目前生源特點的。培養方案對培養學生的服務領域提出了更具體細化的要求。對于培養目標的設定我們目前的培養方案是符合國家質量標準的。

二、參考總學分

一、大學物理課程的教學現狀

1.教學模式固定化，與專業脫節

大學物理作為一門基礎課程，人們往往強調它的基礎性，而忽視了不同專業學生對物理內容的不同需求。教學中按照多年來形成的固定模式，對不同專業的學生采用統一的教學大綱和同一個授課標準。同時，由于大學物理自身理論性較強，與專業課程結合不緊密，致使學生對物理課的學習經常感到枯燥無味，提升不了學學物理的興趣，甚至出現大學物理“無用論”。

2.教學學時有限，教學內容廣泛

“高等院校非物理類專業基礎物理課程教學指導委員會”專門制定和了《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》。其中建議完成大學物理核心內容所需的最低學時數為126學時。實際情況是大多數非重點院校的培養計劃增加了專業課的學時，將作為基礎課的大學物理學時做了一系列調整，達不到126學時的最低標準。為了完成教學大綱規定的全部內容，教師往往照本宣科，很難對知識點的應用進行詳細的剖析和展開。

3.考評方式相對單一

【摘要】為適應本校人才培養的目標，培養具有良好應用能力的人才，并結合本校各個專業的專業特點，針對本校物理化學課程課堂教學中存在的各種問題，進行物理化學理論教學內容和教學方法的改革。將這些改革措施應用到具體的實際教學中，從而達到良好的物理化學課堂教學效果。

【關鍵詞】物理化學；教學方法；教學內容；改革

1引言

物理化學是四大基礎化學之一，同時該課程是材料、化工、環境和生物等專業必修的一門重要的專業基礎課。物理化學的學習是為后期專業課程的學習奠定基礎，該門課程學的好壞直接影響到學生對專業知識的理解和應用能力。由此可見物理化學課程的重要性。同時，物理化學也是一門理論性較強的課程，教學內容比較多，理論性較強，概念性比較抽象，公式較多較難，相對繁瑣，而且應用條件也相對復雜。這就導致學生對物理化學課程的學習信心不足，學習的積極性不高，嚴重影響學生對該門課程理論知識的理解和掌握，更不利于學生用已掌握的物理化學基礎知識和方法，用于提出問題、分析問題和解決問題的能力的培養，從而就達不到學校培養具有實用技術能力的應用型人才的培養目標。我校是一所應用型本科院校，遵循我校人才培養目標，所有課程的教學大綱都在不斷地修改完善。物理化學課程的大綱也已經經過多次修改，總體的趨勢是教學課時不斷在壓縮，這就要求物理化學課程的教學內容必須精簡。雖然教學課時數在減少，但還不能影響學生對物理化學理論知識點的理解和掌握程度，這必然要求對物理化學教學內容進行精選優化，采用有效的教學方式和方法，能夠保質保量的完成預期的教學目標。鑒于以上問題，筆者從教師自身素質和知識水平，教學內容和教學方法三個方面進行了改革。

2不斷提升教師的自身素質和知識水平

物理化學是一門理論性較強的課程，概念比較抽象，公式復雜，這就要求物理化學教師具有良好的知識儲備。在教學過程中，一旦發現學生存在知識的盲點時，能夠及時講解補充，保證教學順利有效地進行[1]。對于物理化學教師的整體素質和水平的提升，可以采用以下幾種方式：2.1開展教研活動，建立學習和交流機制。目前我校從事物理化學課程教學的老師共有十人，十人定期開展教研會議，主要是針對具體的教學中存在的各種問題，例如各個章節講授的知識點，重難點的確定，教學的方法，確定案例分析。對于較難的、理論性特別強的教學內容，相互交流，各抒己見，確定最佳的教學方式和方法。同時年輕的教師會走進資深教師的課堂，一方面學習資深教師的教學方法，另一方面還能夠從學生的角度去感受課堂氛圍，為進一步深入的交流探討奠定基礎。通過這種相互學習交流的方式，不但提高各位老師自身的知識水平和素質，而且還能提升整個教學團隊的水平，必然能夠達到良好的教學效果。2.2校外進修課程，促進學校間的交流合作。除了本校教研室間開展物理化學課程的研討和交流外，還可以組織一到兩名物理化學主講教師走出去，前往優秀學校進修該門課程，聽取國家物理化學精品課程示范課和相關學科前沿進展的講座，或是參與優秀教師的科研項目，進一步充實教師的職業技能和拓展教學知識面。例如本校教師就到武漢理工大學進修物理化學的課程，向該校物理化學優秀教師學習教案的書寫，教學內容的選擇，教學方法的改革，考評考察等方面的學習。通過校外的進修學習，大大提高了教師的知識水平和綜合能力，收益匪淺。進修過的老師回到本校再開展教研活動，集體學習外校先進的教學理念和教學方法，從而提高本校整個物理化學教學團隊的教學水平。這勢必會進一步提升物理化學課程的教學質量。2.3深入相關企業中，提高教師的實踐能力。為了培養具有良好工程實踐能力的應用型人才，必須加強師資隊伍建設，提高教師教學水平，尤其是實際生產的認識水平。定期組織教師進廠進行集中培訓，提高教師自身能力。鼓勵教師積極同企業聯系，申請與企業合作的橫向項目[2]，這樣既能提高教師的實踐能力，同時還能夠引導學生積極參與到企業的生產和研發過程，培養學生解決企業生產中遇到的實際問題，真正做到學以致用。

摘要:為適應新時期人才培養需要，在我校教學項目的支持下，對大四專業實驗課程半導體物理實驗進行一系列的教學改革，旨在側重于學生的實踐動手能力、創新能力和綜合素質的培養和提高。通過兩年的實踐，教師和學生普遍感覺到新實驗教學體系的目的性、整體性和層次性都得到了極大的提高，教學內容和教學方式的調整，使學生理論聯系實際的能力得到增強，大大提高了學生的積極性和主動性。

關鍵詞:半導體物理實驗;教學改革;專業實驗

實驗教學作為高校教學環節中的一個重要組成部分，不僅因為其是課堂教學的延伸，更由于通過實驗教學，可以加深學生對理論知識的理解，培養學生的動手能力，拓展學生的創造思維［1，2］。實驗教學分為基礎實驗和專業實驗兩部分［3，4］:基礎實驗面向全校學生，如大學物理實驗、普通化學實驗等，其主要任務是鞏固學生對所學基礎知識和規律的理解，旨在提高學生的觀察、分析及解決問題的能力，提供知識儲備［5，6］;與基礎實驗不同，專業實驗僅面向某一專業，是針對專業理論課程的具體學習要求設計的實驗教學內容，對于學生專業方向能力的提高具有極強的促進作用［7～8］。通過專業實驗教學使學生能夠更好的理解、掌握和應用基礎知識和專業知識，提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業的實際問題，為學生開展專業創新實踐活動打下堅實的基礎［9～11］。

1半導體物理實驗課程存在的問題與困難

半導體物理實驗是物理學專業電子材料與器件工程方向必修的一門專業實驗課，旨在培養學生對半導體材料和器件的制備及測試方法的實踐操作能力，其教學效果直接影響著后續研究生階段的學習和畢業工作實踐。通過對前幾年本專業畢業生的就業情況分析，發現該專業畢業生缺乏對領域內前沿技術的理解和掌握。由于沒有經過相關知識的實驗訓練，不少畢業生就業后再學習過程較長，融入企事業單位較慢，因此提升空間受到限制。1．1教學內容簡單陳舊。目前，國內高校在半導體物理實驗課程教學內容的設置上大同小異，基礎性實驗居多，對于新能源、新型電子器件等領域的相關實驗內容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實驗來進行實驗教學，其實驗效果遠不如學生實際動手操作。我校的半導體物理實驗原有教學內容主要參照上個世紀七、八十年代國家對半導體產業人才培養的要求所設置，受技術、條件所限，主要以傳統半導體物理的基礎類實驗為主，實驗內容陳舊。但是在實驗內容中添加新能源、新型電子器件等領域的技術方法，對于增加學生對所學領域內最新前沿技術的了解，掌握現代技術中半導體材料特性相關的實驗手段和測試技術是極為重要的。1．2儀器設備嚴重匱乏。半導體物理實驗的教學目標是使學生熟練掌握半導體材料和器件的制備、基本物理參數以及物理性質的測試原理和表征方法，為半導體材料與器件的開發設計與研制奠定基礎。隨著科學技術的不斷發展，專業實驗的教學內容應隨著專業知識的更新及行業的發展及時調整，從而能更好的完成課程教學目標的要求，培養新時代的人才。實驗內容的調整和更新需要有新型的實驗儀器設備做保障，但我校原有實驗教學儀器設備絕大部分生產于上個世紀六七十年代，在長期實驗教學過程中，不少儀器因無法修復的故障而處于待報廢狀態。由于儀器設備不能及時更新，致使個別實驗內容無法正常進行，可運行的儀器設備也因為年代久遠，實驗誤差大、重復性低，有時甚至會得到錯誤的實驗結果，只能作學生“按部就班”的基礎實驗，難以進行實驗內容的調整，將新技術新方法應用于教學中。因此，在改革之前半導體物理實驗的實驗設計以基礎類實驗為主，設計性、應用性、綜合性等提高類實驗較少，且無法開展創新類實驗。缺少自主設計、創新、協作等實踐能力的訓練，不僅極大地降低學生對專業實驗的興趣，且不利于學生實踐和創新創業能力的培養，半導體物理實驗課程的改革勢在必行。

2半導體物理實驗課程改革的內容與舉措

20世紀80年代以來，計算機已經成為各個材料領域研究專家的必備工具，并且隨著計算機技術和算法的發展，計算模擬方法也已經成為材料研究新的重要手段．計算模擬技術以物理學、化學等相關的基本理論為基礎，在計算機模擬環境下對宏觀、介觀以及微觀的不同尺度的材料進行多層次的模擬研究，計算材料的力學、熱學、光學、電學和磁學等多方面的物理性質，并進一步探求這些材料的組分、結構和功能之間的本質規律和內在聯系，為實驗制備新材料提供理論支持，變盲目的材料合成為針對材料性能的某類特定需求來主動地、有意識地設計材料的結構．計算模擬在材料科學中的作用已經不僅僅停留在計算機輔助和數據處理上，人們已經認識到計算模擬已經與實驗、理論研究一樣能夠發現新的科學現象、新的科學概念，從而計算模擬已經成為第三條科學發現的途徑．因此，現代材料科學已經不再是單純的實驗科學，計算模擬方法已成為與理論研究和實驗方法同樣重要的研究手段，實驗、理論和計算成為材料研究的3大支柱[4]．而且隨著計算材料科學的進一步發展，計算模擬方法在未來的材料研究中將顯示出越來越大的應用潛力．因此，了解和掌握材料計算和模擬的基本知識已成為現代材料研究工作者必備的技能之一．

材料的計算模擬方法介紹

材料的計算模擬研究是近年來飛速發展的一門新興學科和交叉學科．它綜合凝聚態物理學、理論化學、材料物理學和計算機算法等多個相關學科．它的目的是利用現代高速計算機，模擬材料的各種物理化學性質，深入理解材料從微觀到宏觀多個尺度的各類現象與性能，并對材料的結構和物性進行理論預言，從而達到設計和開發新材料的目的．材料的多尺度計算模擬方法主要有以下幾種:

(1)第一性原理計算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理論的第一性原理計算方法是目前研究微觀電子結構最主要的理論方法．第一性原理計算方法只用到普朗克常數(h)，玻爾茲曼常數(kB)，光速(c)，電子靜態質量(m0)和電子電荷電量(e)這5個基本物理變量和研究體系的基本結構．從量子力學出發，通過數值求解薛定諤方程，計算材料的物理性質．在密度泛函理論，局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)框架下的計算已廣泛應用于第一性原理的電子結構研究中，并已經取得很大的成功．結合一些能帶結構計算的方法，對于半導體和一些金屬基態性質，如晶格常數，晶體結合能，晶體力學性質都能夠給出與實驗符合得很好的結果，同時能夠比較精確地描述很多體系的電子結構(如能帶結構、電子態密度、電荷密度、差分電荷密度和鍵布局等)、光學性質(介電函數、復折射率、光吸收系數、反射光譜及光電導等)和磁性質，從微觀理論角度分析和揭示材料物理性質的起源，使實驗者主動對材料進行結構和功能的控制，以便按照需求制備新材料．

(2)分子動力學方法(MolecularDynamicsMethods)分子動力學是一種確定性方法，是按照該體系內部的內稟動力學規律來確定位形的轉變，跟蹤系統中每個粒子的個體運動，然后根據統計物理規律，給出微觀量(分子的坐標、速度)與宏觀可觀測量(壓力、溫度、比熱容、彈性模量等)的關系來研究材料性能的一種方法[5]．分子動力學方法首先需要建立系統內一組分子的運動方程，通過求解所有分子的運動方程，來研究該體系與微觀量相關的基本過程．對于這種多體問題的嚴格求解，需要建立并求解體系的薛定諤方程．根據波恩－奧本海默近似，將電子的運動與原子核的運動分開來處理，電子的運動利用量子力學的方法處理，而原子核的運動則使用經典動力學方法處理．此時原子核的運動滿足經典力學規律，用牛頓定律來描述，這對于大多數材料來說是一個很好的近似．只有處理一些較輕的原子和分子的平動、轉動或振動頻率γ滿足hγ＞kBT時，才需要考慮量子效應．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在簡單的理論準則基礎上(如簡單的物質與物質或者物質與環境相互作用)，采用反復隨機抽樣的手段，解決復雜系統的問題．該方法采用隨機抽樣的手法，可以模擬對象的概率與統計的問題．通過設計適當的概率模型，該方法還可以解決確定性問題，如定積分等．隨著計算機的迅速發展，蒙特卡洛方法已在材料、固體物理、應用物理、化學等領域得到廣泛的應用[6]．蒙特卡洛方法可以通過隨機抽樣的方法模擬材料構成基本粒子原子和分子的狀態，省去量子力學和分子動力學的復雜計算，可以模擬很大的體系．結合統計物理的方法，蒙特卡洛方法能夠建立基本粒子的狀態與材料宏觀性能的關系，是研究材料性能及其影響因素的本質的重要手段．

摘要：《材料物理化學》是材料科學與工程專業方向中一門重要的專業基礎課，該課程注重理論理解與公式推導。該課程的學習將為學生學習材料成形原理提供理論基礎。本文從教學方法、教學模式、教學內容和考核方式環節對《材料物理化學》課程進行教學改革實踐與探索。

關鍵詞：材料物理化學;教學改革;教學質量

《材料物理化學》是材料科學與工程專業重要的專業基礎課程，該課程主要包括物質狀態轉變、化學反應等過程熱力學及動力學特性方面的內容。《材料物理化學》課程意在使學生從理論角度掌握材料傳輸與成形過程的特性，進而能夠通過理論計算預測材料在特定條件下所表現出的行為，這一課程將為后續材料成形原理的學習奠定理論基礎。

《材料物理化學》課程為材料成形理論的學習提供重要的理論基礎。然而，現有的教學模式與考核方式往往無法充分調動學生學習的主動性，間接降低了學生對材料成形原理相關理論的理解能力。目前，廣泛運用的教學方式主要以教師課堂講授為主，成績考核由試卷分數和平時成績兩部分來評定學生對課程內容的掌握情況。這種教學與考核方式導致學生被動、機械地學習理論知識，阻礙了學生對理論的理解及運用能力，也使教學質量處于較低水平。

本文通過對《材料物理化學》課程中教學方法、教學模式、教學內容和考核方式環節進行教學改革，推行課堂講授、啟發、互動型教學和多媒體立體、形象型教學，結合課內實驗環節，優化考核環節，強化學生對《材料物理化學》課程的理論理解和運用能力。

一、教學方法改革

摘要:本文從培養“新工科”人才的教育目標出發，提出了新工科背景下多學科交叉創新性物理實驗改革方案，從擬解決的問題及目的、國內外各個高校關于此問題的改革措施、多學科交叉創新性物理實驗課程的改革方案的具體思路和舉措等方面做了詳細闡述．該改革方案將傳統的物理實驗與多學科科學前沿相結合，推動教師將科研成果及時轉化為教學內容，設計開發各學科交叉融合的新型物理實驗，將為“本研貫通人才培養”奠定基礎．

關鍵詞:新工科;多學科交叉;創新性

1多學科交叉創新性物理實驗課程改革方案擬解決的問題及目的

在新工科背景下，目前我國物理實驗課程所面臨的問題主要有以下幾個方面:1)物理實驗內容陳舊過時，知識點單一，往往只是教科書上已有基本物理知識的簡單重復，實驗內容不交叉、不綜合，當前的物理實驗內容很難體現最新的科學研究成果［3］．導致物理實驗教學內容跟不上時代的發展，在當前高速發展的科學前沿新知識和新技術面前顯得格格不入;2)在傳統物理實驗教學體系中，物理實驗往往被簡單分割為普通物理實驗與近代物理實驗兩門相互獨立的課程．而其中普通物理實驗又被分為力、熱、光、電、磁等相互獨立的內容，實驗內容在物理學科內部都很少實現交叉融合．學生更難將物理實驗內容與本專業科研應用交叉聯系，這與當前發展多學科交叉新工科的目標相違背;3)傳統物理實驗課程的教學模式一般都是教師講授實驗原理和演示實驗操作，學生按照老師的操作步驟要求按部就班的按照一樣的實驗方法重復同樣的實驗內容．過程中學生各自利用實驗室配備的相同的實驗儀器完成同樣的數據測量．這樣的教學模式枯燥無味且毫無創新性和趣味性，學生不感興趣，只是機械的完成課堂任務，過程中很少有機會激發學生的創新和創造意識，很難培養學生發現問題和解決問題的能力．正因為這樣，多年來我國培養的學生與西方先進國家學生相比，雖然考試中可以發揮的很出色，但是一到解決具體問題時，就顯得很不自信，面對問題不知所措，相比之下，動手能力和創新能力就顯得尤其匱乏;4)按照傳統教學模式授課，教師方面也大多只是每節課機械的完成相同的教學內容，就教師教學而言，也很難激發教師的教學主動性和開發新實驗內容的興趣．針對以上問題，本文提出多學科交叉創新性物理實驗課程建設，從面向新工科發展和培養多樣化、創新型人才的角度來考慮，期望通過改革實現以下目標:1)將傳統的物理實驗結合多學科科學前沿，推動教師將科研成果及時轉化為教學內容，設計開發各學科交叉融合的新型物理實驗，將本專業科學前沿與物理實驗內容相結合．使學生不僅僅能熟練掌握自己專業領域的知識技能，還能夠學會融會貫通，理解各個學科之間的交叉融合．達到“舉一反三”的教學效果，為“本研貫通人才培養”奠定基礎．2)培養學生具有工程設計思維，學會用批判性的思維角度看待科學問題，進一步提高學生的創新創業能力，具有獨立自主學習的能力，具有跨學科交叉融合的新工科人才特征，具有利用所學知識解決現有實際問題的能力，并且有能力通過學習新知識和新技術去預測和解決未來科學發展過程中可能會遇到的問題．3)將現代信息技術帶入教學，比如“雨課堂”等．結合翻轉課堂的教學方法，改變目前傳統單一的“教師講、學生聽”的授課模式．通過信息化的教學手段，使學生真正融入課堂教學，調動學生的學習積極性，也充分調動教師教學熱情和激情．

2國內外各個高校關于物理實驗課程的改革措施

由于國外先進的教學理念，它們更加突出物理實驗“設計性、研究性、探索性”的教育功能，國外著名大學各自形成了各具特色、比較完善和先進的物理實驗教學模式．德國大學所開設的物理實驗課偏重于設計性實驗．著名的德累斯頓大學(DresdenUniversity)和凱澤斯勞騰大學(KaiserslauternUniversity)對物理實驗相當重視，他們開設的“物理實驗”課程中包含很多研究性物理實驗，教材中不給出實驗步驟和過程，只提問題和要求，要求學生自行設計并完成實驗方案，過程中不僅要求學生設計具體實驗內容和實驗方案，實驗所需的儀器也需要學生開動腦筋去構思設計，實驗室不給學生提供現成的實驗儀器，需要學生自己根據設計思路，采購所需配件進行組裝，最后利用組裝好的儀器再進行測量［4-6］．這個過程雖然耗時，但是真正鍛煉了學生的動手能力和創新能力，通過該課程，使學生不僅學習了某個實驗的原理和現象，還掌握了儀器測量原理．例如，幾何光學關于薄透鏡的實驗項目，我們現在的傳統實驗是要求學生根據提供的光學元件，利用光學原理測量透鏡的焦距等，實驗枯燥又缺少實際意義，學生雖然學習了透鏡原理，但是連日常生活中的透鏡應用原理也說不清楚;德國大學將薄透鏡實驗按設計性實驗教學，實驗要求學生利用提供的若干塊薄透鏡先自己組裝透鏡組裝置，比如望遠鏡和顯微鏡等，然后再利用所組裝儀器進行觀察并測量分辨本領和放大倍率等，雖然實驗難度上比較大，但事實上這種設計性實驗對培養學生的動手能力和創新能力等方面卻有很好的效果．英國的曼徹斯特理工大學對實驗教學也非常重視，與我國高校要求大二開始做實驗不同，曼徹斯特大學要求物理專業學生從大學入學開始就著手設計性實驗的練習，學生以小組形式完成實驗，各成員之間分工合作，過程中首先需要搜集資料，然后根據整理的資料進行組內團討，整理出實驗方案，就實驗方案開展實驗，遇到問題大家一起討論尋找解決辦法，也可以根據討論結果征求教師的指導意見，取得一致意見后繼續開展實驗．在整個實驗過程中，小組內各個同學分別發揮出了各自特長，在搜集資料、實驗設計、實驗操作和論文書寫等方面分工協作完成．另外，實驗內容上，基本各個設計性實驗內容都與教師的科研工作相結合，使學生逐步了解和適應科研工作，鍛煉了學生的科學研究能力［7］．而我國大部分高校仍采取傳統驗證性物理實驗教學模式，學生在規定的時間統一完成規定的實驗內容，不利于學生創新思維的形成，嚴重制約了創新型人才的培養，與我們現在“本研貫通”的人才培養目標嚴重脫節，另外，繼續按照這種驗證性教學模式教學也不利于我國高新科學技術的發展．近年來，國內一些高校逐漸意識到該局面的嚴重性，逐步開始采取一些措施改變當前實驗教育現狀，相繼開設了一定量的研究性和設計性的實驗項目，為一部分能力較強的學生提供了進一步發展和提高的機會［8］．其中，復旦大學走在國內高校物理實驗教學改革的前列．他們所開設的設計性實驗，教材中沒有實驗步驟，只有實驗研究課題沒有實驗原理，只有一系列的問題．他們將設計性實驗以選修課的形式開設，但是授課模式近似于課題研究形式，要求學生按照實驗要求，最少一個學期完成一個研究性課題．過程中學生自己先根據課題名稱和教師列出的一系列問題查閱資料，以自學為主，自己設計實驗方案，組裝和調試實驗裝置，測量數據，完善測量裝置和方法，最后完成課題［9］．浙江大學也開設有“小課題物理實驗”，主要是設計性實驗．首先由學生根據各自興趣愛好特長等選擇所研究的課題，實驗室配備基本實驗儀器和所需基本資料等，學生按照課題要求在規定時間內完成實驗，但是由于課題的設計性和開放研究性，完成時間會較長，一般為一學期內完成，實驗授課模式不局限于課堂教學，學生隨時可與教師取得聯系，針對遇到的問題進行討論，最終完成實驗內容［10］．北京交通大學全面改革了物理實驗教學模式，核心就是變原來的解釋性實驗為設計性實驗，讓學生在親自參與和動手設計中訓練實際動手能力和數據分析能力［11］．綜上所述，國內部分高校已經開始著手創新型實驗的改革，但是就改革內容來說大多只是針對教學方法和手段進行改革，將傳統物理實驗原有內容改為設計性或研究性實驗，而并沒有針對適應新工科要求的多學科交叉特點對實驗內容做顛覆性改革．本論文提出的多學科交叉創新性物理實驗課程改革，以開發適應新工科人才培養要求的多學科交叉創新性物理實驗為目標，結合相應教學方式的改革，期望為培養多元化、創新型人才提供支撐．