改革视点

　　【编者按】“课堂是教育的主战场。课堂一端连接学生，一端连接着民族的未来。教育改革只有进入到课堂的层面，才真正进入了深水区。课堂不变，教育就不变；教育不变，学生就不变。课堂是教育发展的核心地带。”近年来，学校坚持立德树人，持续深入推进教学模式与培养模式改革，建设高水平挑战性研究型教学体系和高水平新工科教育体系；掀起“课堂革命”，不断打造“金课”、淘汰“水课”，涌现出一批先进人物和典型案例。新闻中心开设“课堂革命”栏目，将陆续报道分享他们的好做法、好经验。本期推出新工科教改优秀案例、光电学院《固体与半导体物理》课程组的教改经验，以飨读者。

　　专业基础课的重要性不言而喻，但传统的讲授方式存在很大的不足：以教师授课为主，几乎没有涉及学生在课程中的自主学习，从而导致学生掌握知识面较窄，能动性差，教师教学质量不高。这个长期以来的共性难题，如何解决？

　　光电学院《固体与半导体物理》课程组的探索方案是：引入课程设计。这一尝试，收效不错！尤其是，让学生以“创意动画”的方式来直观形象地展示所理解的晶体结构，令学生受到了挑战、也取得了丰硕收获。

　　光电学院2016级黄铮同学幽默地说，“上这门挑战性课程之前，第一章作业是百度搜索‘手把手’教我写的；交了作业后，发现老师居然特别认真地做了作业报告，让我为自己草率的作业感到愧疚；一学期过后，我就彻底与那个不爱学习、不善学习的自己诀别了。”

　　“课堂灵动，学生心动。”在学校第二届本科教学改革与创新论坛（I）暨2018年度本科教学工作总结会上，课程组刘爽教授分享了教学方法和心得。她表示，“我们对课程效果的期望是要用心对待每一堂课、用情对待每一位学生，成为学生心中的好老师”。

新思路：让课堂更活跃

　　工科专业的专业基础理论课，其教学目的是使学生牢固掌握本专业工程技术中所必需的专业基础知识、基本理论和基本方法。它是普通基础课和专业课之间的纽带，也是学生毕业后从事专业技术工作的基础。

　　专业基础理论课可以帮助学生建立起本领域的框架，通过分析和综合，形成概念和原则，提出新的想法和意见，甚至还要预测未来发展方向。但是，要上好这类课程并不容易。刘爽说，这类课程体系完整、理论严密、内容抽象、高度概括，上课容易出现枯燥无味、学生参与度低等问题。

　　《固体与半导体物理》是光电信息科学与工程、电子科学与技术等多个专业的专业基础课，其中，固体物理部分主要内容包括晶体结构、晶格振动、电子能量状态等。对于不同晶体结构中原子的占位，特别是较为复杂的晶体结构，如果仅靠PPT文字和图片让学生通过空间想象去学习，大多数学生会感到困惑，因而参与度不高，课堂氛围往往会比较沉闷。

　　为了让课程更“接地气”，每学期上课前，刘爽都会走访相关的老师，了解前序课程的学习情况，以决定在《固体与半导体物理》课程中是“继续补”还是“直接用”；同时，要了解学生的出勤、作业、互动、课堂表现等情况并采取针对性的措施，“如果太飘，就压一压；如果太闷，就抬一抬；如果太实，就拔一拔。”

　　她也会和学生零距离接触，深入了解学生在选课前对《固体与半导体物理》课程到底有哪些疑惑、顾虑或者期望，并考察学生对作业的认识、作业的实际作用、完成状况等，进而摸清学生怎么想、喜欢什么样的交流方式。

新内容：让课程更新鲜

　　经过多年来对该门课程教学与专业结合的积累与思考，课程组在教学内容及教学方法上做了一系列的动态调整，以适应专业领域和前沿科学方面不断的发展与更新。

　　在教学内容方面，课程组进一步夯实了重要的物理基础，如有关晶体结构、晶格振动及能带论的基本固体物理原理，以及平衡与非平衡载流子等基本物理模型，让学生在“接受原理-熟练细节-深入思考”三步递进的模式下，完成对重要物理原理的学习。

　　同时，课程组充分考虑了课程本身与专业应用和后续课程的结合，如把晶体结构内容与光学晶体结合，把晶格振动内容与光学非线性结合，把半导体器件物理与半导体光电子学结合，跳出传统基础物理教学的思维模式，引导并延伸学生的教学思考，强化学生的专业认知和工程意识。

　　另外，课程组还注重课程本身与专业前沿的结合，通过课堂内容的更新、小班研讨和课程设计等，调动各种教学模式、调整教学内容，使之与学科前沿的物理机制衔接。例如，把石墨烯、三五族半导体等光电材料引入实际教学内容，既巩固学生的物理基础，也启发其学术思维。

　　在第一堂课，老师会引导学生概览整个学科的知识谱系，并介绍《固体与半导体物理》在这个谱系中的角色和地位。然后，向学生分述各章节的内容及其关系，并详细说明教材、参考书、作业要求，以及小组讨论的时间、内容、形式等，以便让学生带着问题进入理论学习当中。

课程导览让学生明白知识谱系和内容体系

新方法：让学生更主动

　　讨论课的设计是《固体与半导体物理》课程的“点睛”之笔。它把传统教学中“教师讲，学生听”的模式转变为“学生讲，学生听，教师引导”的模式，通过学生之间的争论引起他们思想上的碰撞，激发对有争议问题的进一步思考，调动学习积极性和主动性。

　　在讨论课的题目设置上，课程组引入了光电信息领域的部分重要材料和器件，或者是学生容易感兴趣的一些光电前沿热点，以促进学生把固体物理的相关知识点与实际材料联系起来，加深对理论知识的理解。

　　通过资料收集，学生还可以对比不同概念，思考各个知识点之间的关联，实现对课程的整体把握；课程引入3DMAX等动画制作软件，不仅可以加深学生对原子占位及晶体结构的理解，而且对学生今后的科研和工作也大有裨益。

　　研讨的内容是通过开课前的多次课程组讨论得出的，依据教学内容与进度，确定了内容、时间、具体要求、计分比例与方式，并在开课的第一周公布于课程QQ讨论群。助教会提前3周组织分组，每个小组确定一个主题进行准备，学生可以自行开展组内分工，包括内容、PPT、主讲、问题回答等，同时也要对其他小组内容有所关注。

学生正在分组讨论

　　讨论中，学生组合为多个小班，每个小班5组，每个小组7-9人，1位老师组织1个小班进行讨论。分数共由5部分构成，分别是：作业10%+课程设计10%（共2次，每次5%）+研讨20%（共4次，每次5%）+期中10%+期末50%。

　　每组由1人或多人结合PPT讲解本组观点，时间为8分钟；其他4组同学结合课程知识和讲解内容提问，时间为10分钟，主要由讲解组回答；如果讲解组不能回答，其他同学可以代回答。

　　为了提升学生在课程中的参与度，调动他们的兴趣，确保评分的公平，小组得分由老师打分和学生打分共同组成，打分比重是：老师分50%+学生分50%。每个小组都要给其他小组和学生打分，取平均值计分。

　　在此过程中，教师所起的作用是：记录同学的发言情况，给予加分；引导讨论方向，使学生不能偏离主题太远；控制讨论中的异常情况，如学生因讨论过于激烈而引起的情绪失控等——当然，这只是以防万一。

　　课程组王小菊副教授表示，“虽然基础理论课程容易出现课堂枯燥的现象，但实践证明，积极改进教学模式，充分利用现代化信息手段，开展如课程设计等环节，能让课堂灵动起来，也有助于增强了学生的自信和成就感。”

新成效：让作业更出彩

　　该课程共拟定了4次研讨，其中，第二次研讨的内容是，结合课程相关内容，分别讨论黑硅、石墨烯、黑磷、光子晶体和碳纳米管材料的基本特性、研究进展及优缺点。

　　黑硅、石墨烯、黑磷、光子晶体和碳纳米管这五种材料都是光电信息领域的重要材料，也是目前非常热点的光电材料。学生通过查阅资料可以理解课程知识与工程应用的结合情况，还能了解新型光电材料的应用前景以及所涉及的基础知识，能有效提高他们对课程深入学习的兴趣。

　　光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其最根本的特征是具有光子禁带，被誉为光半导体。而光子禁带的概念就是借用教学内容中电子禁带的理论，有力地拓展了同学们的学术视野和思维方式。

学生的第一次作业

学生的第一次作业（上图）和以后的作业（下图）反映了水平和态度都有很大改变

　　为了让学生更直观形象地理解晶体的结构，课程还要求学生利用任意一款软件（比如3DMAX）设计晶体结构动画，最终要提交所设计的动画作品和设计报告。设计报告要写明设计的思路与过程、心得与收获。

　　通过梳理课堂所学晶体结构知识，回顾常见晶体结构、14种布拉菲格子、晶向晶面及倒格子、布里渊区等知识，并运用3DMAX等软件仿真，各小组分别制作出了晶体结构动画，直观展现各结构特点，以便更好理解课本上的内容，加强记忆，为以后学习打下坚实基础。

　　同时，学习使用3DMAX等软件，还提升了学生制作晶体结构立体模型的能力，以及运用视频剪辑软件制作晶体结构动画的能力，进一步培养学生自学、构思、设计等能力，帮助学生对课程建立兴趣。

　　从第2周各组长将组员和分工情况报助教，到第12周上交成熟的作业设计，该课程对学生作业进行了严格的过程把控，完全按照相关环节和时间节点跟踪推进作业进展。学生的表现也十分给力。

　　有的学生设计出了NaCl结构动画，有的学生设计了铅锌矿结构动画，有的甚至完成了相对难以理解的“布里渊区”的动画设计。由于有内容分数的引导，部分学生还能结合热点材料自学并进行设计，如石墨烯的结构动画。

学生自己设计的晶体结构3D动画展示作品（点击图片观看视频）

　　“当我们自己用3DMAX把密堆积、立方晶体、体心立方、面心立方、石墨烯、碳纳米管和足球烯等建模并制作出了演示动画，那种获得感和成就感，不能用言语形容。”光电学院2016级雷傲同学在总结中说，“上《固体与半导体物理》课程，让我们找到了学习的乐趣！”