陶 麗，李 杰

（成都信息工程大學(xué)，四川 成都 610225）

1 課程思政融入固體物理的意義和背景

2016年12月以來，為了落實習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)的“守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思政課同向同行、形成協(xié)同效應(yīng)”，推進(jìn)課程思政建設(shè)是其重要舉措，旨在發(fā)揮課程教學(xué)是育人的主要戰(zhàn)場，使德育與智育教育相統(tǒng)一，推動實現(xiàn)全方位育人[1-3]。

《固體物理》是我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)微波方向和微電子方向以及能源科學(xué)系的一門學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)必修課。固體物理學(xué)包含有晶體結(jié)構(gòu)、晶體的結(jié)合、晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)、晶體缺陷、金屬電子論和能帶理論幾個章節(jié)，課程是研究固體的結(jié)構(gòu)，及組成粒子之間相互作用與運(yùn)動規(guī)律，以闡明固體性能和用途的學(xué)科，以固態(tài)電子論和固體的能帶理論為主要內(nèi)容[4]。重點在于固體的宏觀性質(zhì)，以及形成這些性質(zhì)的原因，加以控制、利用和改善。通過《固體物理》課程學(xué)習(xí)，能夠基于本課程的相關(guān)專業(yè)知識，掌握相關(guān)問題的數(shù)學(xué)、物理模型以及研究方法，推演、分析涉及微波、微電子以及能源科學(xué)相關(guān)工程問題的性能極限和優(yōu)化途徑，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，具備分析半導(dǎo)體材料和器件特性的能力，并設(shè)計滿足特定需求的半導(dǎo)體材料與器件。

固體物理主要研究固體的微觀結(jié)構(gòu)與性能及有關(guān)問題的科學(xué)，它也是一門以實驗為主，理論基礎(chǔ)性很強(qiáng)的學(xué)科。為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生在光電子與微電子相關(guān)材料、器件、工藝研究和工程應(yīng)用中的理解、設(shè)計、分析和創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的理工科教育中比較注重科學(xué)研究、注重實驗教學(xué)，教研活動較為忽視，固體物理的課程開設(shè)時段在大二下學(xué)期，有半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)、電磁場與電磁波、電子材料與元器件等多門專業(yè)課，而教學(xué)內(nèi)容具有與學(xué)科前沿緊密聯(lián)系的屬性，或者和工程的結(jié)合度高，授課內(nèi)容緊湊，導(dǎo)致教師沒有充分思考課程思政內(nèi)容。通過融入課程思政教育能夠起到加強(qiáng)本科生社會主義核心價值觀引領(lǐng)作用，挖掘愛國主義教育、責(zé)任感、使命感、協(xié)作精神等思政元素，傳承中華民族的優(yōu)秀文化，更好地塑造學(xué)生的價值觀和道德觀，讓教學(xué)的責(zé)任田更加肥沃[5]。

2 當(dāng)前課程思政在固體物理課程中實施時面臨的問題

《固體物理》固體物理主要研究固體的微觀結(jié)構(gòu)與性能及有關(guān)問題的科學(xué)，它也是一門以實驗為主，理論基礎(chǔ)性很強(qiáng)的學(xué)科，需要大學(xué)物理、量子力學(xué)、理論物理、高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法等眾多先修學(xué)科的理論基礎(chǔ)。在我校2018版人才培養(yǎng)方案中，電科和能源科學(xué)系開設(shè)《固體物理》課程的時間在大二下學(xué)期，電科學(xué)生在學(xué)完大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)后就直接上的《固體物理》課程，學(xué)生的理論物理的基礎(chǔ)還不是很扎實和深厚。能源科學(xué)系的學(xué)生《固體物理》和《理論物理》課程在同一學(xué)期同一時間上，同樣存在著基礎(chǔ)不牢靠的問題。在傳統(tǒng)的教學(xué)活動中，主要強(qiáng)調(diào)基本概念的講解、基本公式的推導(dǎo)，少有思政教育的切入，難免讓學(xué)生感到枯燥乏味，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難思想，導(dǎo)致教學(xué)效果不好，教與學(xué)未能實現(xiàn)真正的雙向奔赴。在工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下，基于成果導(dǎo)向教育（OBE）的理念亟待貫穿教育過程的始終，建設(shè)“一流金課”，打造有溫度、有理想、有情懷的理工科課程迫在眉睫[6]。

3 固體物理課程中融入思政教學(xué)的有效方案

3.1 將教學(xué)設(shè)計中的教學(xué)目標(biāo)細(xì)化為知識目標(biāo)和思政目標(biāo)

把教學(xué)目標(biāo)細(xì)分為知識目標(biāo)和情感目標(biāo)，不僅強(qiáng)調(diào)知識的傳授，更注重學(xué)生對科學(xué)問題的思考、對學(xué)生責(zé)任意識的審視。課程既能讓學(xué)生對敬畏科學(xué)、不忘初心砥礪前行、精益求精方得始終等價值觀產(chǎn)生共鳴，也為后面讓學(xué)生獲得專業(yè)認(rèn)同感奠定基礎(chǔ)?！按猴L(fēng)化雨，潤物無聲”是教師追求的理想境界，教學(xué)過程中引入科學(xué)成果，傳播科學(xué)家勇于探索未知世界的精神、愛國愛家和堅韌不拔的精神氣質(zhì)，激發(fā)學(xué)生攀登科學(xué)高峰的意志力，讓學(xué)生在分析問題、判斷問題、吸收養(yǎng)分的基礎(chǔ)上內(nèi)化為自身素質(zhì)修養(yǎng)、外化為具體行為習(xí)慣。

課程開篇講到固體物理學(xué)緒論時給學(xué)生介紹著名的固體物理學(xué)家黃昆先生，他是中國固體物理學(xué)和半導(dǎo)體物理學(xué)的奠基人。黃昆先生嘔心瀝血為國家培養(yǎng)半導(dǎo)體人才，在科學(xué)研究上不斷創(chuàng)新、勇于探索，治學(xué)上嚴(yán)謹(jǐn)求實，具有淡泊明志的高尚情操，為我們留下舉世矚目的科學(xué)成果。教師需要在課堂上進(jìn)行價值引領(lǐng)，激勵學(xué)生為社會主義核心價值觀而奮斗，勇敢承擔(dān)肩上的重任，為中華民族復(fù)興而奮斗。

講到半導(dǎo)體的知識點的時候，給學(xué)生介紹從“天問一號”探測火星到北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)服務(wù)全球，從“嫦娥五號”探夢星空到“奮斗者號”載人潛水器的萬米深潛，一系列寶貴數(shù)據(jù)和樣品的搜集，一項項科技前沿成果引起全世界范圍的關(guān)注。但我們也有薄弱之處，引入我國的中興、華為被美國卡脖子的困境，如何突破困境，實現(xiàn)科技創(chuàng)新，尖端科技不依賴國外，正是同學(xué)們需要思考的問題，以此為點融入使命感教育。習(xí)近平總書記在二十大報告里講道：“青年強(qiáng)，則國家強(qiáng)。當(dāng)代中國青年生逢其時，施展才干的舞臺無比廣闊，實現(xiàn)夢想的前景無比光明。全黨要把青年工作作為戰(zhàn)略性工作來抓，用黨的初心使命感感召青年，做青年朋友的知心人、青年工作的熱心人、青年群眾的引路人。”教師在講授半導(dǎo)體的應(yīng)用相關(guān)知識點時，在適當(dāng)時機(jī)引入使命感的話題，幫助學(xué)生樹立成長目標(biāo)，作為學(xué)習(xí)生活目的和矢志奮斗的指針，指導(dǎo)學(xué)生對固體物理課程的學(xué)習(xí)，提供前進(jìn)的不竭源泉和動力，激發(fā)學(xué)生積極地成才以及對自己專業(yè)的認(rèn)同感，努力掌握課程的核心內(nèi)容，與教師一起共同實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。讓學(xué)生能夠腳踏實地，敢想敢為，又敢擔(dān)當(dāng)、能吃苦、肯奮斗，讓青春在大學(xué)階段的課程實踐中綻放絢麗之花。讓學(xué)生能夠肩負(fù)使命，勇于今后的學(xué)習(xí)和工作中擔(dān)負(fù)重任，富于創(chuàng)新，善于突破，改善決定芯片性能的關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，提升學(xué)生對“難課”的學(xué)習(xí)自主性

在融入思政元素的教學(xué)中，需要以學(xué)生學(xué)為中心，因地制宜，針對不同章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，選擇有效的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生積極參與課堂，引導(dǎo)學(xué)生深度思考相關(guān)課程內(nèi)容。根據(jù)固體物理課程的特點，針對性地改進(jìn)教學(xué)方法。例如，第一章的晶體結(jié)構(gòu)，晶格的一般結(jié)構(gòu)、正空間、倒空間、宏觀對稱性和微觀對稱性等一些抽象不具體的概念可以用形象化的具體模型來講授，講解時以學(xué)生為主體操作相關(guān)的晶體模型，切身地感受原子的空間位置、各種宏觀操作類型等。讓學(xué)生在MaterialStudio（MS）等軟件的演示里，導(dǎo)入相關(guān)的晶體結(jié)構(gòu)，不同的原子標(biāo)注不同的顏色，讓學(xué)生觀察原胞與晶胞的區(qū)別，簡約布里淵區(qū)的形狀，原子占位的情況等。在第六章能帶理論，布洛赫定理、近自由電子近似和緊束縛近似講授結(jié)束后引導(dǎo)學(xué)生在MS軟件里構(gòu)建TiO2晶體結(jié)構(gòu)，介紹基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，對銳鈦礦的TiO2進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到優(yōu)化后能量最低、結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的TiO2晶體結(jié)構(gòu)，再基于MS軟件的Properties功能對銳鈦礦的TiO2能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度進(jìn)行計算，讓學(xué)生能夠直觀地感受到能帶結(jié)構(gòu)，能夠區(qū)分金屬、半導(dǎo)體和導(dǎo)體。課堂教學(xué)過程中能夠做到理論和實踐相結(jié)合，極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。

固體物理課程的內(nèi)容上，相比于傳統(tǒng)的理論講授，還需要繼續(xù)增加相關(guān)的科學(xué)發(fā)展資源、視頻資源和動畫資源提升課程的活潑性和可理解性。例如，第一章晶體結(jié)構(gòu)的試驗確定，學(xué)生只在《大學(xué)物理》中光的衍射這一章節(jié)接觸過X射線，并未深入了解X射線的來源。在這里引入X射線相關(guān)的發(fā)展歷程，從1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強(qiáng)的射線開始到倫琴1901年獲得首屆諾貝爾物理學(xué)獎；再到勞厄?qū)Σ煌w的X射線衍射試驗這個最美試驗證明了晶體的原子點陣微觀結(jié)構(gòu)，獲得1914年的諾貝爾物理學(xué)獎，后來用到研究金屬和合金，正是X射線衍射理論才能給地球拍攝胸透照片；再到布拉格父子齊心，其利斷金，搭建X射線的設(shè)備，分析晶體結(jié)構(gòu)，給出了X射線衍射現(xiàn)象的解釋，獲得1915年諾貝爾物理學(xué)獎。固體物理的發(fā)展過程，匯聚了歷史上眾多天才級的科學(xué)巨匠，包括開普勒、歐姆、法拉第、布拉維、居里、普朗克、勒納德、愛因斯坦、外斯、昂尼斯、泡利、海森堡、薛定諤等，逐漸形成了好奇心驅(qū)使的科學(xué)精神。科學(xué)精神成為驅(qū)動社會進(jìn)步的不竭動力。在建設(shè)創(chuàng)新型國家的大背景下，倡導(dǎo)科學(xué)精神和創(chuàng)新精神順應(yīng)時代的需求。物理學(xué)家通過敏銳的眼光和嗅覺捕捉到科研熱點，孜孜不倦的探究精神促成了常人觀察不到的結(jié)果，這是當(dāng)代大學(xué)生值得學(xué)習(xí)的可貴的科學(xué)精神，能夠促進(jìn)科技發(fā)展創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新性發(fā)展。第三章晶格振動和晶體的熱學(xué)性質(zhì)，在講到晶體中原子之間相互作用，是以波的形式在晶體中傳播，形成格波[4]。借助學(xué)生在大學(xué)物理1A中學(xué)過的宏觀可觀測的彈簧振子的簡諧運(yùn)動以及機(jī)械波的形成的基礎(chǔ)知識，過渡到微觀世界晶格中格波的形成這個抽象的概念。在這個章節(jié)中，需要能夠畫出一維晶體原子振動模型，可以形象地體現(xiàn)出長聲學(xué)波中原胞質(zhì)心的平動，長光學(xué)波中相鄰兩個原子的相反振動方向，讓抽象化的事物能夠更加形象化，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性。第六章能帶論，介紹能帶的基本概念和性質(zhì)，以及兩種最簡單的計算能帶的近似方法——近自由電子近似和緊束縛近似，以及能帶論在解釋固體的性質(zhì)的應(yīng)用。該章節(jié)是固體物理的核心內(nèi)容，學(xué)生只有深入理解了能帶的形成才能夠?qū)腆w的導(dǎo)電性作出正確的解釋。在介紹晶體電子的時候，實時引入光子晶體（在空間周期排列不同介電常數(shù)的介質(zhì)材料，那么其中傳播的光子的能量和頻率會呈現(xiàn)類似電子能帶的結(jié)構(gòu)）以及光子晶體的應(yīng)用（聯(lián)系自身科研背景介紹變色龍變色機(jī)制，光子晶體在抑制自發(fā)輻射的應(yīng)用等等）和聲子晶體（將介質(zhì)的彈性常數(shù)作周期性排列，聲波在其中傳播時也會呈現(xiàn)聲的帶結(jié)構(gòu)），在此啟發(fā)學(xué)生的聯(lián)想對比思維和學(xué)習(xí)前沿科研。教學(xué)過程中，教師自身的科學(xué)研究是鮮活的、充滿說服力的，可以使得教學(xué)活動更加有活力。在該部分可以向?qū)W生展示能帶形成機(jī)制的視頻，錄制光子晶體和聲子晶體的微課視頻，形成強(qiáng)烈的視覺沖擊，讓能帶的概念深入人心，能讓學(xué)生順利掌握帶的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。

課堂的教學(xué)形式要能夠體現(xiàn)先進(jìn)性、互動性、針對性，教學(xué)組織形式可采用課堂對話、探究式、研討式，構(gòu)建開放課堂，線上和混合式課程信息化構(gòu)建合理。在每一章節(jié)的相關(guān)知識點的切入時，查閱當(dāng)下最新固體物理學(xué)發(fā)展的科研論文，引導(dǎo)學(xué)生主動討論。課堂不再是一言堂，學(xué)生能夠?qū)W習(xí)討論最新的科研論文，討論其創(chuàng)新點，分析其與課堂知識點的結(jié)合，學(xué)習(xí)其思維方法，發(fā)展他們的科學(xué)精神和團(tuán)隊協(xié)作精神。

此外，固體物理教學(xué)的實施也可以借助學(xué)院實驗室和老師等科研條件來鼓勵學(xué)生參與導(dǎo)師的科研課題，能夠撰寫提交一篇小論文或者在課堂上做口頭報告進(jìn)行交流和討論，這個學(xué)以致用的過程能夠鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、組織能力和表達(dá)能力，提高學(xué)生的科學(xué)思維、研究能力和課堂參與積極性，實現(xiàn)師生之間的共享、共鳴、共情，教與學(xué)同頻共振。

3.3 構(gòu)建學(xué)習(xí)成效及評價體系多元化

建設(shè)一流課程，需要能夠體現(xiàn)有知識傳授、能力培養(yǎng)和世界觀塑造幾個層次，通過多層次的調(diào)研來持續(xù)改進(jìn)。每學(xué)期課程考試后，需要生成課程目標(biāo)達(dá)成度報告，驗證對在校學(xué)生學(xué)習(xí)有用。對在讀研究生、博士生校友的調(diào)研課程滿意的，驗證對校友的發(fā)展是否有用。對人才育人的有效度調(diào)研，驗證是否對校友的終身發(fā)展有支持。學(xué)生的總體成績構(gòu)成不再呈現(xiàn)單一化，對固體物理的考核形式應(yīng)多樣化，翻轉(zhuǎn)課堂、線上平臺學(xué)習(xí)、固體物理前沿動態(tài)、作品展示（用MS構(gòu)建晶體模型計算能帶，團(tuán)隊協(xié)作）、案例分析、期末考試等等多種考核形式。

4 總結(jié)及展望

固體物理課程團(tuán)隊將會繼續(xù)把握課程建設(shè)主戰(zhàn)場，課堂教學(xué)主渠道，承擔(dān)好育人責(zé)任，使課程建設(shè)與思政育人機(jī)制同向同行，助力全程育人大格局。產(chǎn)出導(dǎo)向?qū)W習(xí)的教育理念下，固體物理作為電子信息類學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，把思政融于教學(xué)迫在眉睫，如何把理工科的難課變成柔課、有水準(zhǔn)的金課是相關(guān)教學(xué)者必須要思考的問題。融入思政教學(xué)，不僅要求施教者具備高水平的教學(xué)能力，更是打造學(xué)生能夠成為課堂的主體，一切以學(xué)生為中心，成果產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)才是教育者的最終目標(biāo)。期望通過固體物理課程思政建設(shè)，培養(yǎng)出具有探究精神、主動學(xué)習(xí)的好學(xué)生，培養(yǎng)出具有批判、創(chuàng)造、實踐思維的學(xué)生，培養(yǎng)出愛國主義精神、責(zé)任感、合作精神和發(fā)現(xiàn)分析解決問題的科學(xué)方法的有情懷有熱忱的電子信息專業(yè)化人才。