材料物理专业范文10篇

1我校材料物理专业毕业实习的背景和现状

根据教学计划，毕业实习通常安排在第八学期之初，目标是将理论知识与生产实际相结合，实习时间长、强度大，更加贴近学生就业后的实际工作环境和状态，可以深化和检验所学知识，增强学生分析解决实际问题的能力和创新意识.因此，对于即将就业的毕业生来说，实习效果将影响到学生能否顺利适应、承担未来的工作，我校的材料物理专业于2000年经教育部批准设立，2001年开始招收第一届学生，材料物理专业是在材料学、金属材料和冶金工程传统专业基础上组建的，旨在充分发挥内蒙古自治区稀土资源优势，在材料的设计、研究、性能改进、开发新材料和新技术等方面，围绕稀土功能材料和稀性的金属材料等展开基础和应用研究.在这种情况下孕育的材料物理专业基本没有可以借鉴的先例，需自身不断建设、发展和创新.十几年来，专业课程的培养方案、教学计划和教学大纲等理论教学，顺应时展要求不断进行改革和创新，已取得一定成果.在实践教学环节中，尤其是对企业依赖性较强的毕业实习环节，作为新的材料物理专业，按照毕业实习教学大纲基本要求，依靠学校专业特色，在金属材料等专业中寻找满足条件的实习基地和车间，多年来的实践证明，实习方案对培养高水平的专业技术人员起到了积极的作用，是行之有效的.但面对新时期对高素质、综合型人才目标的要求，并由于受实习基地、学校经费支持、学生主观态度和指导教师水平等多方面因素影响，现行的毕业实习方案还存在一些问题和不足.

2我校材料物理专业毕业实习中存在的问题

自1998年教育部颁布了新的高等院校本科专业目录，到2012年的几次专业培养计划的修订，普通高校对本科专业的设置进行了一系列调整，培养目标紧跟时展潮流，教学计划更是以就业为导向不断调整.然而，毕业实习依然由学校组织，教师带队，统一集中的形式展开，实习的方案、内容和基地几乎未变.因此，目前的毕业实习教学存在着难以适应不断改进的专业培养目标，人才培养与社会需求无法对接等问题.这些问题出现在实习环节中的实习方案、学生、实习基地、指导教师和学校诸多方面.首先，实习制度相对落后，大规模团队实习方式有漏洞；其次，学生实习积极性性不高，实习过程浅尝辄止；第三，企业接收学生的热情不高，实习基地数量不足、质量跟不上；第四，教师在实习过程中的作用和指导力度不够；第五，学校对毕业实习的投入不足，实习经费捉襟见肘；最后，毕业实习的考核方式和成绩评定标准存在弊端.以上的问题影响了毕业实习的质量和效果，如何在新形势下改进毕业实习，确保实习的顺利进行，逐步提高实习质量和效果是高校实践环节必须解决的问题，对此我校进行了积极的探索和实践.

3我校材料物理专业毕业实习改革的对策

3.1深化实习制度改革，全面改进实习方式在深入推进教育教学改革，不断提高人才培养质量背景下，全面贯彻党的十八大精神，以“卓越计划”为契机，不断创新教育教学改革，改变传统实习观念，大幅提高工程应用型人才培养质量.为此，党中央及教育主管部门已作出一系列改革措施，从1999年的“质量工程”到2010年“卓越工程师教育培养计划”的制定，十年间教育教学改革不断深化和创新，由以人为本提高教育质量逐渐转变为提高应用型人才培养质量的人才培养理念，我校材料物理专业应贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大教育计划，以及《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见（教思政[2012]1号）》，紧密结合专业培养方案，以材料和物理两学科为中心，重点研究功能材料和稀性金属材料的成分、结构、组织与性能的内在关系，较系统地学习材料科学的理论和研究方法，发挥区域资源优势，培养造就一大批能够面向社会需求、创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路，建设创新型国家和人才强国战略服务.为此应彻底变革毕业实习方案，实习方式由单一的集中实习调整为集中和分散相结合的模式.分散实习是指部分学生到已签订就业协议或有就业意向的企业中实习，这些与本专业相关的企业由学校负责联系，学生直接到未来工作岗位或车间内实习，类似于高职教育实习中的顶岗实习，优点不言而喻.集中实习是指余下的学生仍然集中统一实习.采用分散和集中相结合的新型毕业实习方式，按照实习的基本要求和目标，逐一落实实习的内容，不再强求学生参加集中实习，比较符合学生临近毕业时的心愿，同时可减轻企业接待大规模实习的压力.

摘要:专业英语是专业知识与英语知识的融合和升华。在材料物理研究领域，专业英语对于把握最新科研动态、参与国际学术交流、论文撰写等科研工作至关重要。因此，在专业英语的日常教学中授课教师应尝试不同的教学模式，培养学生对专业英语的学习兴趣，从“听”、“说”、“读”、“写”四个角度全面考察并提升学生的专业英语水平。

关键词:材料物理;专业英语;教学模式;改革专业

英语是各专业高等教育人才的必修课，它是以提升学生在其各个专业领域内的“听”、“说”、“读”、“写”等英语能力为目的而开设的课程［1］。专业英语是衔接在一所大学的基础英语教学与专业课程教学之间不可或缺的一门课程，是学生将所学的专业知识与英文文献的阅读相结合的重要工具［2］。该课程希望学生通过对专业英语的学习，掌握一定数量的专业词汇及术语，一方面获得最基本的文献阅读和文章撰写技巧，另一方面具备与国外学者进行一些简单学术交流的英语听说能力，从而为之后的科研工作夯实基础。因此，就材料物理专业的学生而言，专业英语这门课程的教学对于提高其综合科研能力来说十分重要［1－2］。

1当前教学模式存在的问题

针对材料物理专业英语的教学现状，从学生的英语水平和课程安排方面提出了两个较为突出的问题。1.1学生英语基础良莠不齐。无论是高考还是考研，对于学生的英语水平的要求都相对不高，且对其综合能力的考察较为不足。故而入学的学生之间的英语基础有高有低，且“听”、“说”、“读”、“写”四项技能并不能够面面俱到，大多数学生都存在“语法不精”、“词汇量不足”、“羞于开口讲英文”等现象，尤其是“听”和“说”的能力常常不能与读写能力兼顾。因此导致了相当一部分学生听不懂、说不出、读不懂长难句、写作时把握不好句子结构，长此以往逐渐对英语失去兴趣，形成恶性循环［3］。1.2课程缺乏针对性和深度。专业英语一般属于公共基础课，故常以大班的形式进行授课。例如:材料类的学生，无论是材料物理、材料化学还是材料科学与工程，这些专业的学生都在同一个班学习;且在专业英语的教学过程中，授课内容通常侧重阅读和写作部分，基本以翻译文献片段和用英文回答专业问题为主。如此一来，老师授课就只能教授学生一些基础的、具有共性的专业词汇和句式，学生只是浅显地学习了片面的内容，并不能全面掌握自己研究领域的相关专业词汇和术语。这并没有达到专业英语这门课程的教学目标。

2改革措施

摘要:基于“新工科”和“双一流”建设的背景及要求，针对材料专业物理化学实验教学中的问题，通过教学内容、教学模式、课程思政及英文教学等方面对于实验课程进行改革探索，兼具“科学”与“工程”特色，不断革新实验内容、改革教学模式、融入课程思政及探索留学生培养模式，对于工科专业基础实验课程改革提供参考，并为“卓越工程师”的培养奠定基础。

关键词:材料专业;物理化学实验;教学改革

自2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”，“天大行动”和“北京指南”。随着2019年以来“双一流”建设的如火如荼开展，对于新工科建设提出了进一步的挑战，特别是高校的实验教学，这种实践性要求比较高的课程［1－2］。物理化学实验作为化学、化工、材料、药学等专业的必修基础实验课程，是一门兼具理论知识和实践应用的课程，特别突出强调实践性，是培养学生一丝不苟的科学态度、严谨认真的实验作风以及灵活创新的分析和解决问题能力的重要教学环节。然而，现在的物理化学实验内容多为较传统实验，以验证性实验为主，且与实际生活关联性较小，不利于激发学生的学习动力;教学模式较单一，多为“填鸭式教学”，课堂上教师讲解和演示操作，学生只是掌握了基本的实验操作技能，不利于思维创新能力的培养;课堂讲解多为枯燥的实验相关的单一理论知识点，很难保证学生时刻集中注意力，不利于知识的学习及综合运用知识能力的培养;此外，目前多为中文教学或者中英双语授课，不利于留学生的培养及本土学生全球视野的培养［3－4］。因此，针对目前物理化学实验课程的现状，基于“新工科”与“双一流”建设的背景及要求，通过对物理化学实验课程教学过程中的经验积累及学生反馈情况，对于材料专业的物理化学实验课程进行改革已是当务之急，刻不容缓。本文主要通过实验教学内容、教学模式、课程思政及英文教学等方面进行改革探索，旨在推动材料专业物理化学实验课程的不断革新，为新时代德才兼备的“卓越工程师”的培养助力。

1创新实验内容，兼具“科学”与“工程”特色

传统的物理化学实验主要包括热力学、动力学、电化学、表面化学(胶体化学)和物质结构五个部分的内容，从五个方面选取部分实验让学生进行操作及学习。实验内容多为验证性实验，上课时学生只需根据实验方案，并按照老师讲解及演示进行操作，学生能够掌握实验操作技能，但缺乏对于实验的认知与思考，不能激发学生的思考与创新思维。由于实验内容偏理论，且实验试剂多为日常生活中并不常见物质，不利于激发学生学习兴趣，从而导致学生学习缺乏积极性和主动性。因此，我们通过“燃烧热的测定实验”对于物理化学实验内容改革进行初探。传统且经典的“燃烧热的测定实验”测定的物质为苯甲酸和萘，通过测定一种物质的恒容燃烧热，计算出量热计的比热容，然后再通过测试和计算得到另一种物质的燃烧热。本实验可以培养化学专业学生的一系列基本实验技能，是理科的经典实验，但是作为材料专业的工科学生，既要掌握基本的“科学”技能，又要具备“工程”实践能力，因此，本实验将苯甲酸和萘换成了木头、煤炭和木炭，以日程生活最常见的“烧烤”引入，提出问题:为什么我们烧烤采用木炭作为燃料，而不使用煤炭和木头呢?学生会从多方面进行回答，如木头容易将食物表面烧糊，煤炭烟尘比较大等，进一步引导学生哪种燃料的热值比较大呢，学生会猜测可能是木炭，那么我们通过实验进行验证，所谓的“热值”就是实验中我们要测定的“燃烧热”，通过实验测定三种可燃物质的燃烧热，并从科学角度回答日常生活中的问题。为了充分锻炼学生的动手能力，实验准备了木棒、煤块和木炭块，并准备了刀锯和锤子，学生需要自己将样品制作成1克左右的小块，因此，学生纷纷动手使用刀锯将木棒锯成1克的短棒，用锤子将煤块和木炭块分割成1克左右的小块。学生在制备样品过程中体会到了“劳动”的乐趣，也为以后的工业实习奠定了实践基础。实验中通过称量、充氧、使用量热计测定温度变化，将“科学”基础理论与“工程”实践相结合，通过实际动手操作并计算实验结果回答了日常生活中的实际问题，提高了学生分析问题和解决问题的能力，激发了学生学习的积极性和主动性，并且有利于提升学生的思维和创新能力。

2融入“微课”和“雨课堂”的混合教学模式创新

摘要：将天津理工大学材料物理专业培养方案与材料类教学质量国家标准进行了对比。结果表明，目前运行的培养方案在培养目标、专业总学分数方面符合国家标准要求，但是现有方案在终身学习能力方面体现不足，对于一些通识性的知识还需要加强对学生的训练。

关键词：材料物理；材料类；教学质量

国家标准2018年1月31日，教育部《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》（以下简称《标准》），这是我国的第一个高等教育教学质量国家标准。《标准》有三大特点，一是既有“规矩”又有“空间”，既对各专业类提出统一要求、保证基本质量，又为各校各专业人才培养特色发展留出足够的拓展空间，形象地说就是“保底不封顶”；二是既有“底线”又有“目标”，既对各专业类提出基本要求，兜底线、保合格，又对提升质量提出前瞻性要求；三是既有“定性”又有“定量”，既对各专业类标准提出定性要求，又包含必要的量化指标。

一、培养目标

1.材料类教学质量国家标准。材料类专业培养具有坚实的自然科学基础、材料科学与工程专业基础和人文社会科学基础，具有较强的工程意识、工程素质、实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、国际视野、沟通和组织管理能力的高素质专门人才。材料类专业毕业的学生，既可从事材料科学与工程基础理论研究，新材料、新工艺和新基础的研发，生产技术开发和过程控制，材料应用等材料科学与工程领域的科技工作，也可承担相关专业领域的教学、科技管理和经营工作。2.材料物理专业的培养方案。本专业培养具有良好的思想品德，掌握坚实的材料科学和物理学基础知识及技能，具备材料工程实践能力的高素质应用型高级人才。毕业生能在新材料、电子信息、半导体、冶金、能源、化工等领域，从事材料科学研究、产品研发、制备加工、测试分析、工艺改进、教学、生产及经营管理等工作。本专业目前设置电子信息材料和纳米材料两个主要方向。对标材料类专业国家标准，天津理工大学材料物理专业培养方案中的培养目标定位在高素质应用人才，这是符合我们目前生源特点的。培养方案对培养学生的服务领域提出了更具体细化的要求。对于培养目标的设定我们目前的培养方案是符合国家质量标准的。

二、参考总学分

一、大学物理课程的教学现状

1.教学模式固定化，与专业脱节

大学物理作为一门基础课程，人们往往强调它的基础性，而忽视了不同专业学生对物理内容的不同需求。教学中按照多年来形成的固定模式，对不同专业的学生采用统一的教学大纲和同一个授课标准。同时，由于大学物理自身理论性较强，与专业课程结合不紧密，致使学生对物理课的学习经常感到枯燥无味，提升不了学学物理的兴趣，甚至出现大学物理“无用论”。

2.教学学时有限，教学内容广泛

“高等院校非物理类专业基础物理课程教学指导委员会”专门制定和了《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》。其中建议完成大学物理核心内容所需的最低学时数为126学时。实际情况是大多数非重点院校的培养计划增加了专业课的学时，将作为基础课的大学物理学时做了一系列调整，达不到126学时的最低标准。为了完成教学大纲规定的全部内容，教师往往照本宣科，很难对知识点的应用进行详细的剖析和展开。

3.考评方式相对单一

【摘要】为适应本校人才培养的目标，培养具有良好应用能力的人才，并结合本校各个专业的专业特点，针对本校物理化学课程课堂教学中存在的各种问题，进行物理化学理论教学内容和教学方法的改革。将这些改革措施应用到具体的实际教学中，从而达到良好的物理化学课堂教学效果。

【关键词】物理化学；教学方法；教学内容；改革

1引言

物理化学是四大基础化学之一，同时该课程是材料、化工、环境和生物等专业必修的一门重要的专业基础课。物理化学的学习是为后期专业课程的学习奠定基础，该门课程学的好坏直接影响到学生对专业知识的理解和应用能力。由此可见物理化学课程的重要性。同时，物理化学也是一门理论性较强的课程，教学内容比较多，理论性较强，概念性比较抽象，公式较多较难，相对繁琐，而且应用条件也相对复杂。这就导致学生对物理化学课程的学习信心不足，学习的积极性不高，严重影响学生对该门课程理论知识的理解和掌握，更不利于学生用已掌握的物理化学基础知识和方法，用于提出问题、分析问题和解决问题的能力的培养，从而就达不到学校培养具有实用技术能力的应用型人才的培养目标。我校是一所应用型本科院校，遵循我校人才培养目标，所有课程的教学大纲都在不断地修改完善。物理化学课程的大纲也已经经过多次修改，总体的趋势是教学课时不断在压缩，这就要求物理化学课程的教学内容必须精简。虽然教学课时数在减少，但还不能影响学生对物理化学理论知识点的理解和掌握程度，这必然要求对物理化学教学内容进行精选优化，采用有效的教学方式和方法，能够保质保量的完成预期的教学目标。鉴于以上问题，笔者从教师自身素质和知识水平，教学内容和教学方法三个方面进行了改革。

2不断提升教师的自身素质和知识水平

物理化学是一门理论性较强的课程，概念比较抽象，公式复杂，这就要求物理化学教师具有良好的知识储备。在教学过程中，一旦发现学生存在知识的盲点时，能够及时讲解补充，保证教学顺利有效地进行[1]。对于物理化学教师的整体素质和水平的提升，可以采用以下几种方式：2.1开展教研活动，建立学习和交流机制。目前我校从事物理化学课程教学的老师共有十人，十人定期开展教研会议，主要是针对具体的教学中存在的各种问题，例如各个章节讲授的知识点，重难点的确定，教学的方法，确定案例分析。对于较难的、理论性特别强的教学内容，相互交流，各抒己见，确定最佳的教学方式和方法。同时年轻的教师会走进资深教师的课堂，一方面学习资深教师的教学方法，另一方面还能够从学生的角度去感受课堂氛围，为进一步深入的交流探讨奠定基础。通过这种相互学习交流的方式，不但提高各位老师自身的知识水平和素质，而且还能提升整个教学团队的水平，必然能够达到良好的教学效果。2.2校外进修课程，促进学校间的交流合作。除了本校教研室间开展物理化学课程的研讨和交流外，还可以组织一到两名物理化学主讲教师走出去，前往优秀学校进修该门课程，听取国家物理化学精品课程示范课和相关学科前沿进展的讲座，或是参与优秀教师的科研项目，进一步充实教师的职业技能和拓展教学知识面。例如本校教师就到武汉理工大学进修物理化学的课程，向该校物理化学优秀教师学习教案的书写，教学内容的选择，教学方法的改革，考评考察等方面的学习。通过校外的进修学习，大大提高了教师的知识水平和综合能力，收益匪浅。进修过的老师回到本校再开展教研活动，集体学习外校先进的教学理念和教学方法，从而提高本校整个物理化学教学团队的教学水平。这势必会进一步提升物理化学课程的教学质量。2.3深入相关企业中，提高教师的实践能力。为了培养具有良好工程实践能力的应用型人才，必须加强师资队伍建设，提高教师教学水平，尤其是实际生产的认识水平。定期组织教师进厂进行集中培训，提高教师自身能力。鼓励教师积极同企业联系，申请与企业合作的横向项目[2]，这样既能提高教师的实践能力，同时还能够引导学生积极参与到企业的生产和研发过程，培养学生解决企业生产中遇到的实际问题，真正做到学以致用。

摘要:为适应新时期人才培养需要，在我校教学项目的支持下，对大四专业实验课程半导体物理实验进行一系列的教学改革，旨在侧重于学生的实践动手能力、创新能力和综合素质的培养和提高。通过两年的实践，教师和学生普遍感觉到新实验教学体系的目的性、整体性和层次性都得到了极大的提高，教学内容和教学方式的调整，使学生理论联系实际的能力得到增强，大大提高了学生的积极性和主动性。

关键词:半导体物理实验;教学改革;专业实验

实验教学作为高校教学环节中的一个重要组成部分，不仅因为其是课堂教学的延伸，更由于通过实验教学，可以加深学生对理论知识的理解，培养学生的动手能力，拓展学生的创造思维［1，2］。实验教学分为基础实验和专业实验两部分［3，4］:基础实验面向全校学生，如大学物理实验、普通化学实验等，其主要任务是巩固学生对所学基础知识和规律的理解，旨在提高学生的观察、分析及解决问题的能力，提供知识储备［5，6］;与基础实验不同，专业实验仅面向某一专业，是针对专业理论课程的具体学习要求设计的实验教学内容，对于学生专业方向能力的提高具有极强的促进作用［7～8］。通过专业实验教学使学生能够更好的理解、掌握和应用基础知识和专业知识，提高分析问题的能力并解决生活中涉及专业的实际问题，为学生开展专业创新实践活动打下坚实的基础［9～11］。

1半导体物理实验课程存在的问题与困难

半导体物理实验是物理学专业电子材料与器件工程方向必修的一门专业实验课，旨在培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践操作能力，其教学效果直接影响着后续研究生阶段的学习和毕业工作实践。通过对前几年本专业毕业生的就业情况分析，发现该专业毕业生缺乏对领域内前沿技术的理解和掌握。由于没有经过相关知识的实验训练，不少毕业生就业后再学习过程较长，融入企事业单位较慢，因此提升空间受到限制。1．1教学内容简单陈旧。目前，国内高校在半导体物理实验课程教学内容的设置上大同小异，基础性实验居多，对于新能源、新型电子器件等领域的相关实验内容完全没有或涉及较少。某些高校还利用虚拟实验来进行实验教学，其实验效果远不如学生实际动手操作。我校的半导体物理实验原有教学内容主要参照上个世纪七、八十年代国家对半导体产业人才培养的要求所设置，受技术、条件所限，主要以传统半导体物理的基础类实验为主，实验内容陈旧。但是在实验内容中添加新能源、新型电子器件等领域的技术方法，对于增加学生对所学领域内最新前沿技术的了解，掌握现代技术中半导体材料特性相关的实验手段和测试技术是极为重要的。1．2仪器设备严重匮乏。半导体物理实验的教学目标是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法，为半导体材料与器件的开发设计与研制奠定基础。随着科学技术的不断发展，专业实验的教学内容应随着专业知识的更新及行业的发展及时调整，从而能更好的完成课程教学目标的要求，培养新时代的人才。实验内容的调整和更新需要有新型的实验仪器设备做保障，但我校原有实验教学仪器设备绝大部分生产于上个世纪六七十年代，在长期实验教学过程中，不少仪器因无法修复的故障而处于待报废状态。由于仪器设备不能及时更新，致使个别实验内容无法正常进行，可运行的仪器设备也因为年代久远，实验误差大、重复性低，有时甚至会得到错误的实验结果，只能作学生“按部就班”的基础实验，难以进行实验内容的调整，将新技术新方法应用于教学中。因此，在改革之前半导体物理实验的实验设计以基础类实验为主，设计性、应用性、综合性等提高类实验较少，且无法开展创新类实验。缺少自主设计、创新、协作等实践能力的训练，不仅极大地降低学生对专业实验的兴趣，且不利于学生实践和创新创业能力的培养，半导体物理实验课程的改革势在必行。

2半导体物理实验课程改革的内容与举措

20世纪80年代以来，计算机已经成为各个材料领域研究专家的必备工具，并且随着计算机技术和算法的发展，计算模拟方法也已经成为材料研究新的重要手段．计算模拟技术以物理学、化学等相关的基本理论为基础，在计算机模拟环境下对宏观、介观以及微观的不同尺度的材料进行多层次的模拟研究，计算材料的力学、热学、光学、电学和磁学等多方面的物理性质，并进一步探求这些材料的组分、结构和功能之间的本质规律和内在联系，为实验制备新材料提供理论支持，变盲目的材料合成为针对材料性能的某类特定需求来主动地、有意识地设计材料的结构．计算模拟在材料科学中的作用已经不仅仅停留在计算机辅助和数据处理上，人们已经认识到计算模拟已经与实验、理论研究一样能够发现新的科学现象、新的科学概念，从而计算模拟已经成为第三条科学发现的途径．因此，现代材料科学已经不再是单纯的实验科学，计算模拟方法已成为与理论研究和实验方法同样重要的研究手段，实验、理论和计算成为材料研究的3大支柱[4]．而且随着计算材料科学的进一步发展，计算模拟方法在未来的材料研究中将显示出越来越大的应用潜力．因此，了解和掌握材料计算和模拟的基本知识已成为现代材料研究工作者必备的技能之一．

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

摘要：《材料物理化学》是材料科学与工程专业方向中一门重要的专业基础课，该课程注重理论理解与公式推导。该课程的学习将为学生学习材料成形原理提供理论基础。本文从教学方法、教学模式、教学内容和考核方式环节对《材料物理化学》课程进行教学改革实践与探索。

关键词：材料物理化学;教学改革;教学质量

《材料物理化学》是材料科学与工程专业重要的专业基础课程，该课程主要包括物质状态转变、化学反应等过程热力学及动力学特性方面的内容。《材料物理化学》课程意在使学生从理论角度掌握材料传输与成形过程的特性，进而能够通过理论计算预测材料在特定条件下所表现出的行为，这一课程将为后续材料成形原理的学习奠定理论基础。

《材料物理化学》课程为材料成形理论的学习提供重要的理论基础。然而，现有的教学模式与考核方式往往无法充分调动学生学习的主动性，间接降低了学生对材料成形原理相关理论的理解能力。目前，广泛运用的教学方式主要以教师课堂讲授为主，成绩考核由试卷分数和平时成绩两部分来评定学生对课程内容的掌握情况。这种教学与考核方式导致学生被动、机械地学习理论知识，阻碍了学生对理论的理解及运用能力，也使教学质量处于较低水平。

本文通过对《材料物理化学》课程中教学方法、教学模式、教学内容和考核方式环节进行教学改革，推行课堂讲授、启发、互动型教学和多媒体立体、形象型教学，结合课内实验环节，优化考核环节，强化学生对《材料物理化学》课程的理论理解和运用能力。

一、教学方法改革

摘要:本文从培养“新工科”人才的教育目标出发，提出了新工科背景下多学科交叉创新性物理实验改革方案，从拟解决的问题及目的、国内外各个高校关于此问题的改革措施、多学科交叉创新性物理实验课程的改革方案的具体思路和举措等方面做了详细阐述．该改革方案将传统的物理实验与多学科科学前沿相结合，推动教师将科研成果及时转化为教学内容，设计开发各学科交叉融合的新型物理实验，将为“本研贯通人才培养”奠定基础．

关键词:新工科;多学科交叉;创新性

1多学科交叉创新性物理实验课程改革方案拟解决的问题及目的

在新工科背景下，目前我国物理实验课程所面临的问题主要有以下几个方面:1)物理实验内容陈旧过时，知识点单一，往往只是教科书上已有基本物理知识的简单重复，实验内容不交叉、不综合，当前的物理实验内容很难体现最新的科学研究成果［3］．导致物理实验教学内容跟不上时代的发展，在当前高速发展的科学前沿新知识和新技术面前显得格格不入;2)在传统物理实验教学体系中，物理实验往往被简单分割为普通物理实验与近代物理实验两门相互独立的课程．而其中普通物理实验又被分为力、热、光、电、磁等相互独立的内容，实验内容在物理学科内部都很少实现交叉融合．学生更难将物理实验内容与本专业科研应用交叉联系，这与当前发展多学科交叉新工科的目标相违背;3)传统物理实验课程的教学模式一般都是教师讲授实验原理和演示实验操作，学生按照老师的操作步骤要求按部就班的按照一样的实验方法重复同样的实验内容．过程中学生各自利用实验室配备的相同的实验仪器完成同样的数据测量．这样的教学模式枯燥无味且毫无创新性和趣味性，学生不感兴趣，只是机械的完成课堂任务，过程中很少有机会激发学生的创新和创造意识，很难培养学生发现问题和解决问题的能力．正因为这样，多年来我国培养的学生与西方先进国家学生相比，虽然考试中可以发挥的很出色，但是一到解决具体问题时，就显得很不自信，面对问题不知所措，相比之下，动手能力和创新能力就显得尤其匮乏;4)按照传统教学模式授课，教师方面也大多只是每节课机械的完成相同的教学内容，就教师教学而言，也很难激发教师的教学主动性和开发新实验内容的兴趣．针对以上问题，本文提出多学科交叉创新性物理实验课程建设，从面向新工科发展和培养多样化、创新型人才的角度来考虑，期望通过改革实现以下目标:1)将传统的物理实验结合多学科科学前沿，推动教师将科研成果及时转化为教学内容，设计开发各学科交叉融合的新型物理实验，将本专业科学前沿与物理实验内容相结合．使学生不仅仅能熟练掌握自己专业领域的知识技能，还能够学会融会贯通，理解各个学科之间的交叉融合．达到“举一反三”的教学效果，为“本研贯通人才培养”奠定基础．2)培养学生具有工程设计思维，学会用批判性的思维角度看待科学问题，进一步提高学生的创新创业能力，具有独立自主学习的能力，具有跨学科交叉融合的新工科人才特征，具有利用所学知识解决现有实际问题的能力，并且有能力通过学习新知识和新技术去预测和解决未来科学发展过程中可能会遇到的问题．3)将现代信息技术带入教学，比如“雨课堂”等．结合翻转课堂的教学方法，改变目前传统单一的“教师讲、学生听”的授课模式．通过信息化的教学手段，使学生真正融入课堂教学，调动学生的学习积极性，也充分调动教师教学热情和激情．

2国内外各个高校关于物理实验课程的改革措施

由于国外先进的教学理念，它们更加突出物理实验“设计性、研究性、探索性”的教育功能，国外著名大学各自形成了各具特色、比较完善和先进的物理实验教学模式．德国大学所开设的物理实验课偏重于设计性实验．著名的德累斯顿大学(DresdenUniversity)和凯泽斯劳腾大学(KaiserslauternUniversity)对物理实验相当重视，他们开设的“物理实验”课程中包含很多研究性物理实验，教材中不给出实验步骤和过程，只提问题和要求，要求学生自行设计并完成实验方案，过程中不仅要求学生设计具体实验内容和实验方案，实验所需的仪器也需要学生开动脑筋去构思设计，实验室不给学生提供现成的实验仪器，需要学生自己根据设计思路，采购所需配件进行组装，最后利用组装好的仪器再进行测量［4-6］．这个过程虽然耗时，但是真正锻炼了学生的动手能力和创新能力，通过该课程，使学生不仅学习了某个实验的原理和现象，还掌握了仪器测量原理．例如，几何光学关于薄透镜的实验项目，我们现在的传统实验是要求学生根据提供的光学元件，利用光学原理测量透镜的焦距等，实验枯燥又缺少实际意义，学生虽然学习了透镜原理，但是连日常生活中的透镜应用原理也说不清楚;德国大学将薄透镜实验按设计性实验教学，实验要求学生利用提供的若干块薄透镜先自己组装透镜组装置，比如望远镜和显微镜等，然后再利用所组装仪器进行观察并测量分辨本领和放大倍率等，虽然实验难度上比较大，但事实上这种设计性实验对培养学生的动手能力和创新能力等方面却有很好的效果．英国的曼彻斯特理工大学对实验教学也非常重视，与我国高校要求大二开始做实验不同，曼彻斯特大学要求物理专业学生从大学入学开始就着手设计性实验的练习，学生以小组形式完成实验，各成员之间分工合作，过程中首先需要搜集资料，然后根据整理的资料进行组内团讨，整理出实验方案，就实验方案开展实验，遇到问题大家一起讨论寻找解决办法，也可以根据讨论结果征求教师的指导意见，取得一致意见后继续开展实验．在整个实验过程中，小组内各个同学分别发挥出了各自特长，在搜集资料、实验设计、实验操作和论文书写等方面分工协作完成．另外，实验内容上，基本各个设计性实验内容都与教师的科研工作相结合，使学生逐步了解和适应科研工作，锻炼了学生的科学研究能力［7］．而我国大部分高校仍采取传统验证性物理实验教学模式，学生在规定的时间统一完成规定的实验内容，不利于学生创新思维的形成，严重制约了创新型人才的培养，与我们现在“本研贯通”的人才培养目标严重脱节，另外，继续按照这种验证性教学模式教学也不利于我国高新科学技术的发展．近年来，国内一些高校逐渐意识到该局面的严重性，逐步开始采取一些措施改变当前实验教育现状，相继开设了一定量的研究性和设计性的实验项目，为一部分能力较强的学生提供了进一步发展和提高的机会［8］．其中，复旦大学走在国内高校物理实验教学改革的前列．他们所开设的设计性实验，教材中没有实验步骤，只有实验研究课题没有实验原理，只有一系列的问题．他们将设计性实验以选修课的形式开设，但是授课模式近似于课题研究形式，要求学生按照实验要求，最少一个学期完成一个研究性课题．过程中学生自己先根据课题名称和教师列出的一系列问题查阅资料，以自学为主，自己设计实验方案，组装和调试实验装置，测量数据，完善测量装置和方法，最后完成课题［9］．浙江大学也开设有“小课题物理实验”，主要是设计性实验．首先由学生根据各自兴趣爱好特长等选择所研究的课题，实验室配备基本实验仪器和所需基本资料等，学生按照课题要求在规定时间内完成实验，但是由于课题的设计性和开放研究性，完成时间会较长，一般为一学期内完成，实验授课模式不局限于课堂教学，学生随时可与教师取得联系，针对遇到的问题进行讨论，最终完成实验内容［10］．北京交通大学全面改革了物理实验教学模式，核心就是变原来的解释性实验为设计性实验，让学生在亲自参与和动手设计中训练实际动手能力和数据分析能力［11］．综上所述，国内部分高校已经开始着手创新型实验的改革，但是就改革内容来说大多只是针对教学方法和手段进行改革，将传统物理实验原有内容改为设计性或研究性实验，而并没有针对适应新工科要求的多学科交叉特点对实验内容做颠覆性改革．本论文提出的多学科交叉创新性物理实验课程改革，以开发适应新工科人才培养要求的多学科交叉创新性物理实验为目标，结合相应教学方式的改革，期望为培养多元化、创新型人才提供支撑．