新工科背景下固体物理课程教学改革实践

[中图分类号] G642.0 [文献标志码] A [文章编号]

一、引言

新工科建设作为高等教育领域应对全球科技革命和产业变革的重要举措，正深刻重塑着工程教育的人才培养模式。固体物理作为连接基础物理与工程应用的桥梁课程，在多个新工科专业中占据重要地位。[1]

然而，当前固体物理课程教学仍存在诸多与新工科人才培养目标不匹配的问题。[2]从教育理念来看，部分教师仍秉持 “重理论、轻应用” 的传统观念 践能力 从教学实施层面，教学内容更新滞后于产业发展，教学方法难以激发学生的创新思维。 很多新工科专业学生认为固体物理课程与后续专业课程衔接不足，而相关企业则反馈应届毕业生在解决实际工程问题时缺乏固体物理知识的应用能力。[3]

在此背景下，探索固体物理课程教学改革路径，构建适应新工科建设需求的教学体系，对于培养具备扎实理论基础和突出实践能力的高素质工程人才具有重要意义。二、新工科对固体物理课程教学的要求

新工科的显著特征是多学科的交叉融合，这要求固体物理课程打破传统学科壁垒，与材料科学、信息技术、能源工程等相关学科紧密结合。例如，在讲解半导体物理时，需融入微电子技术和集成电路设计的相关知识；在介绍磁性材料时，应关联新能源汽车和储能技术的应用场景。

新工科人才培养以实践能力和创新精神为核心，固体物理课程教学需从 “理论灌输” 向 “实践探究” 转变。[4] 课程应设置更多与工程实际相关的实践环节，让学生在实验设计、数据采集、结果分析等过程中提升解决实际问题的能力。同时，鼓励学生参与创新项目和学科竞赛，培养其创新思维和团队协作能力。

三、固体物理课程教学现状及存在的问题

目前，多数高校的固体物理教材仍以经典理论为主，如晶体结构、固体的结合、晶格振动和电子能带等，对新兴研究领域的覆盖不足。传统的固体物理教学多采用 “板书 + PPT” 的讲授模式，教师主导课堂，学生被动接受知识。这种教学方法不仅难以激发学生的学习兴趣，还限制了学生创新思维的发展。部分固体物理教师缺乏工程实践经验，其教学重点往往放在理论推导上，对工程应用场景的讲解不够深入。在与企业合作开展教学项目时，教师难以有效指导学生将理论知识转化为工程实践，影响了教学效果的提升。

四、新工科背景下固体物理课程教学（一）构建动态化教学内容体系

1、模块化知识整合：将教学内容划分为基础理论模块、应用拓展模块和前沿专题模块。基础理论模块保留晶体结构、晶格振动、能带理论等核心内容，确保学生掌握扎实的理论基础；应用拓展模块结合不同专业方向，融入材料制备、器件设计等工程应用知识；前沿专题模块通过邀请行业专家讲座、开设研讨课等形式，介绍二维材料、量子计算等前沿领域。

2、教材与资源更新：编写适应新工科需求的教材，增加案例分析和工程应用章节。同时，建设在线教学资源库，收录学术论文、产业报告、实验视频等资料，为学生自主学习提供丰富素材。

（二）创新多元化教学方法

1、项目式教学法：以实际工程问题为导向，设置课程项目。如在讲解晶格振动时，让学生分组设计一个基于声子传热原理的散热材料方案，并通过实验验证其性能。

2、虚拟仿真教学：利用虚拟仿真技术构建三维晶体结构模型、模拟电子输运过程等，帮助学生直观理解抽象的物理概念。[5] 例如，通过虚拟仿真实验，学生可以观察不同晶体结构对电子导电性的影响，增强对理论知识的感性认识。

3、翻转课堂教学：将知识点讲解视频上传至在线平台，学生课前自主学习，课堂时间主要用于讨论、答疑和实践操作。这种教学模式能够充分调动学生的学习主动性，提高课堂教学效率。

（三）完善实践教学体系

1、增加综合性、设计性实验：减少验证性实验比例，增设如 “基于固体物理原理的传感器设计与制作” 等综合性实验项目，让学生自主设计实验方案、选择实验仪器、分析实验数据，培养其实验设计能力和创新精神。2、建设校企联合实验室：与企业合作建立实验室，引入企 中的问题作为实验课题。例如，与半导体企业合作开展 “半导体材料性能测试与优化” 实验，让学 工程问题，提升其工程实践能力。3、开展创新创业训练：鼓励学生参与国家级、 计划项目，指导学生将固体物理知识应用于创新项目中。如鼓励学生团队利用压电材料的物理特性，设计一种新型振动能量收集装置。

（四）建立多元化教学评价体系

1、过程性评价与终结性评价相结合：过程性评价包括课堂表现、实验报告、项目成果等，占总成绩的 40% ；终结性评价采用开卷考试形式，侧重考查学生运用知识解决实际问题的能力，占总成绩的 60% 。

2、引入企业评价指标：在校企合作项目中，邀请企业工程师对学生的项目成果进行评价，评价指标包括方案可行性、工程实用性等，使评价结果更贴合企业需求。

（五）提升师资队伍工程素养

1、加强教师工程实践培训：安排教师到企业挂职锻炼，参与企业的研发项目，积累工程实践经验。如组织固体物理教师到半导体企业参与芯片研发，使教师能够将企业实际案例融入课堂教学。

2、组建跨学科教学团队：吸纳材料、电子等专业的教师参与固体物理课程教学，形成跨学科教学团队，共同开发课程内容和教学项目，提升教学的学科交叉性。

五、结论

新工科背景下，固体物理课程教学改革是适应工程教育发展的必然要求。通过构建动态化教学内容体系、创新多元化教学方法、完善实践教学体系、建立多元化教学评价体系和提升师资队伍工程素养等措施，能够有效提升课程教学质量，培养学生的学科交叉思维、实践创新能力和工程应用能力。教学改革是一个持续探索和完善的过程，需要教育工作者不断更新教育理念，紧跟时代发展步伐，积极探索适应新工科建设需求的教学模式，为培养更多高素质工程人才贡献力量。

参考文献：

[1]陈大明. 专业认证背景下材料科学与工程专业固体物理课程改革与创新[J].热固性树脂,2025,40(02):71.

[2]惠迎雪,周顺,张进,等. 新工科背景下电子科学与技术专业固体物理课程改革与实践[J].物理通报,2025,(02):20-23+28.

[3]刘雅娜. 专业认证背景下材料科学与工程专业“固体物理”课程改革探索[J].科教导刊,2024,(21):132-13

[4]石锋,张灵翠,徐越,等. 工科材料类专业固体物理教材改革探索[J].大学,2024,(32):55-58.

[5]陈俊臣,于博,郭秉淑. 问题驱动与虚拟仿真相结合的“固体物理”课程教学探索[J].教育教学论坛,2025,(10):96-99.

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作者简介]

杨雯，材料与工程学院教授，研究方向：凝聚态物理。

[基金项目]

山西省高等学校教学改革创新项目“材料类《固体物理学》课程的教学改革与探索”（J20230842）。