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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇材料物理論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】固體物理與化學 教學 改革與實踐 應用型
【基金項目】2013年銅仁學院教改項目“《固體物理》課程的教學改革思考與實踐”(項目編號:JG201346)。
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)08-0126-02
固體物理是研究固體的微觀結構、各種微觀粒子運動形態和規律以及它們相互關系的學科。它是材料類專業的重要基礎課程,涉及力、熱、聲、電、磁和光學等各方面的內容。固體物理理論在很多研究領域都有廣泛應用,它是微電子、光電子、半導體等各項技術和材料科學的基礎。固體化學著重研究物質的化學反應、合成方法、晶體生長、化學組成和結構,特別是固體中的缺陷及其對宏觀物理化學性質的影響。固體物理和固體化學知識在前沿科學中的應用越來越多,相關材料類專業也都開設了這兩門課程。
隨著科學技術的不斷進步,材料科學的研究正不斷開拓新的研究領域。作為材料類學生的專業必修課,固體物理和固體化學兩門課程原有的知識體系均存在著不同程度的局限性。具體來講,傳統固體物理是一門理論性很強的課程,它用量子理論研究物質的微觀結構,用以解釋宏觀物理性能,以理論教學為重點,實踐教學占的比重不多,與前沿科學的結合也不夠,不符合材料專業對應用型和實踐性的需求;固體化學課程內容包含材料制備工藝和分析手段等實踐內容,但對固體的研究方法、結構與性能關系等方面的探索還需要依靠固體物理理論的指導。針對具體的研究對象,往往需要綜合固體物理和固體化學的知識才能解決問題。這種解決實際問題的需求使得在材料專業設置固體物理與化學課程很有必要。
目前,在國內大學的材料類專業,固體物理和固體化學一般作為兩門獨立的課程設置,兩門課的教學內容既有重疊部分,也有互補需要。可以合并固體物理和固體化學兩門課程,刪去重復知識點,縮短學時;提取、凝練知識點互補部分,利用“固體物理”理論更好地指導“固體化學”實踐,達到“1+1>2”的效果。
根據銅仁學院的辦學定位和教學實際:適應區域經濟社會發展需要,按照“突出應用、培育特色、提高質量”的原則,培養高素質的應用型人才,注重社會服務的教學服務型大學。固體物理和固體化學作為材料專業的核心課程,其教學水平對學生的后續發展至關重要。銅仁學院為新升本科院校,固體物理和固體化學這兩門課程的開設時間不久,而且目前我們的教學還是偏重理論,實踐性不強。因此,為了改變我校材料物理專業固體物理和固體化學教學過程中的問題,培養和造就高素質的應用型本科人才,創新性地設置固體物理與化學課程。
一、改革教學內容
材料學科是一門應用型學科,材料研究的目的就是為了開發設計新材料及其功能應用。根據材料學科的特點和我校材料物理專業的人才培養目標,優化設置教學內容。
(一)將固體物理和固體化學課程的內容有機融合
固體物理和固體化學兩門課的教學內容既有重疊部分,也有互補部分。內容的重疊表現在晶體結構、晶體結合和晶體缺陷為兩門課程共有部分,但側重點不同;互補表現為某一研究問題的解決需要綜合兩門課程的知識點,并且固體化學中關于晶體衍射、固相反應等內容恰好是固體物理中倒易點陣、擴散等理論知識的實際應用。新開設的固體物理與化學將固體化學的知識有機融入固體物理,兩門課程的內容“”。具體來說,將固體化學關于點缺陷的反應式納入固體物理晶體缺陷章節;將振動光譜、波譜技術與晶格振動聯系起來;將晶體的熱學性質與熱重分析、差熱分析聯系起來;將金屬鍵與能帶理論相結合;固相反應與擴散理論相結合等等。刪掉固體化學中的相圖內容,此部分在材料科學基礎課程中講授。合并后的固體物理與化學學時為72學時,少于原先兩門課程的總學時。
(二)重視知識體系構建,縮減理論學時
固體物理是以熱力學統計物理、理論物理、量子力學等課程為基礎的課程。固體物理的學習需要這些基礎理論作保證,但材料類專業的學生在這方面基礎相對較薄弱。特別是固體物理中有很多新概念,通常需要建立復雜的物理模型和理論計算得到。復雜的數學推導過程和物理假設使很多學生感到困惑,在學習過程中也感到十分困難,造成部分學生失去興趣。因此不能一味追求推導過程,更多的是突出概念的本質和含義,重點講述物理假設和物理過程。物理模型的建立應簡單易于理解,把復雜問題簡單化,讓學生學會用最簡單的方式去解決復雜的問題。比如倒格子概念抽象,是固體物理的一個知識難點。在講授倒格子時,盡量簡化其推導過程,類比普通物理平面波中波矢的概念,將倒格矢與波矢類比,建立抽象的概念與已有的物理圖像之間的聯系,講清楚為什么引入倒格子以及引入倒格子后對于我們解決問題的好處,讓學生直觀理解其背后的物理意義,幫助學生在倒空間中思考問題。
(三)融入前沿科學,提高學生學習興趣
很多新技術、新材料的發明離不開固體物理和固體化學知識,在教學過程中要適當加入前沿科學和當今世界的研究熱點,使學生認識到課程內容的重要性和實用性,例如,在講解固體分類的時候,就要介紹準晶體;在講晶體結構的時候,可以介紹石墨烯、碳納米管。材料由于晶體結構的不同,其物理化學性質相差很大,在講金剛石結構的時候,要提到另一種具有相同結構的硅材料。還有超晶格與晶體結構、半導體與能帶理論的聯系;材料的磁性與原子結構之間的關系;巨磁電阻效應等現象。使學生了解固體物理理論在前沿科學中的應用,擴展學生的知識范圍,提高學習興趣。
(四)注重實踐教學,提高學生實踐能力
材料學是實踐性很強的專業,需要在教學中加入實踐內容,在每章最后專門設置一個小節內容作為本章應用舉例,可以更好地幫助學生理解課本上的理論,更重要的是把理論知識應用到實踐中,理論與實踐結合,培養學生獨立思考問題的能力。例如,在講解X射線衍射的時候,可以用某物質的XRD圖譜作為例子,簡單教學生使用Jade分析XRD圖譜如何確定衍射峰的晶面指數,如何根據衍射峰來計算晶面間距,結合材料的晶體結構,從而確定材料的晶格常數,這樣就把晶體結構這一章的知識全部串聯起來。在講晶體對稱性的時候,可以列舉相關材料,例如晶體的鐵電性與對稱中心的關系。
(五)增加科普知識,引入情感教學
在教學內容中增加科普知識,有助于增強學生的認同感,提高學生的科學素質。在講授某個學科知識點的時候,增加其發展的歷史故事,有助于學生更好地理解這門學科和這個理論。科學家是科學發展的主體,也是某一學科知識的締造者。介紹相關科學家對某知識點的貢獻和科學家的生平故事,可以有效提高學生學習的興趣。能帶理論是固體物理中的一個重要理論,通過對固體電導理論發展史的講授,使學生更好地理解這個理論和實際應用。
二、改革教學方法
(一)多媒體教學和模型教學,建設網絡課程資源
傳統的理論教學以板書為主,其優點是有利于學生理解理論推導過程。但不足在于耗費時間、且有些圖形動畫板書不夠形象。而應用多媒體教學具有形象生動、有聲有色、節約時間等優點,可以利用Material Studio等計算機軟件制作晶體模型,增加一些動態元素,突出趣味性、形象性,把抽象的物理模型用文本、視頻、動畫等多種方式展示出來,增強課堂教學的直觀感染力。在課堂增加一些實物模型,比如講晶體的結構,可提供一些球棍模型,讓學生自己動手組裝,使學生能直觀感受晶體的結構,對理解晶體的對稱性有很大的幫助。還可以制作一些CAI課件。在學院網站建立固體物理與化學課程板塊,將課件、模型、視頻等資料作為網絡課堂,為學生提供課下學習資源。
(二)采用教學互動模式,激發學生學習興趣
現代教學不是一個老師教、學生學的單一過程,更不是“填鴨式”的灌輸過程,而是以學生為主體、老師為主導,相互參與的過程。教師要鼓勵學生發現和探索問題。學習每個章節,都要探討三個問題:這章的知識體系是什么,本質是什么,在課程中的作用和地位是什么。通過這樣啟發式的問題,引導和鼓勵學生思考、討論,能力的提高在于發現問題和尋找答案的過程,鼓勵學生提出自己觀點和見解,不怕出錯,反復思考,對某一問題深究到底,營造積極活潑的課堂學習氣氛。
(三)創新作業形式,提高學生知識應用能力
在現有教學方式中,課后作業以習題形式為主,不利于發揮學生積極主動性,有礙學生發現問題和解決問題能力的培養。因此需要改變傳統作業形式,將作業以論文的形式呈現。地方本科院校的學生基礎相對薄弱,需要采取循序漸進的方式進行指導,使他們盡快適應新的學習方式。在前期,由教師選擇涵蓋課程知識點的中文期刊論文,學生自學并整理期刊論文內容,制作做成PPT課件,并在課堂上講解自己制作的課件;到后期,教師給出一些材料科學中與課程相關的研究熱點問題,不再具體指定論文,引導學生圍繞主題發現問題,檢索信息,解決問題,并且撰寫小論文。這樣不僅提高了學生的自學和解決問題的能力,還開闊了學生的眼界,使他們對理論在實踐中的應用有更深刻的體會。
三、改革考核方式
考核是檢驗學生課程學習情況的重要途徑,學術型學生的培養,主要以閉卷考試為主,但應用型學生的培養,應該以過程考核為主。引入實例討論環節并將其計入平時成績,加強學生在此過程中的參與程度,在教學過程中將學生分成不同的課題組,分配不同的課題給他們。因此,我們采取改變平時成績計算方法和在期末考試中設置開放性試題的辦法,平時成績設置起始分數,有積極表現的加分,比如課堂主動提出問題和回答問題、平時小論文寫作、課堂做專題論文PPT報告都可以加分,沒按要求完成任務的則扣分。在期末考試中設置開放性試題考察學生對于學科知識體系的理解,開放性試題不設標準答案。通過考核方式的改變,引導學生改變不良的學習習慣,培養積極主動的學習方式。
四、結語
根據培養高素質應用型本科人才的培養目標,需要增加實踐性應用性的課程,較少理論性課程和學時,在這樣的背景下,通過內容優化整合,將固體物理和固體化學合并成一門課程,即縮減了總學時,又不減少知識點,同時還加大了實踐技能的教學,達到了人才培養的目標。
參考文獻:
[1]黃昆,韓汝琦.固體物理學[M].北京:高等教育出版社,1997.
[2]王矜奉.固體物理教程[M].濟南:山東大學出版社,2010.
[3]朱建國,鄭文琛,鄭家貴,等.固體物理學[M].北京:科學出版社,2005.
[4]龐震.固體化學[M].北京:化學工業出版社,2008.
[5]趙軍偉,趙覓.材料類專業固體物理課程創新教學改革與實踐初探[J]. 輕工科技,2012,158(1):134-135.
英文名稱:Journal of Atomic and Molecular Physics
主管單位:四川省科學與技術協會
主辦單位:中國物理學會;原子與分子物理專業委員會
出版周期:雙月刊
出版地址:四川省成都市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1000-0364
國內刊號:51-1199/O4
郵發代號:62-54
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1984
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽:
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
期刊簡介
《原子與分子物理學報》是全國原子與分子物理領域內唯一的專業性刊物,在整個東南亞也是唯一的。她是由中國物理學會原子與分子物理專業委員會,四川省物理學會和四川大學聯合主辦的全國性學術刊物。該期刊一直被評為全國物理領域知名的中文期刊。
論文關鍵詞:在初中物理實驗教學中如何培養能力
在初中物理實驗教學中,著眼于開發人的潛能,培養學生動手動腦和創新能力。發展、弘揚學生的主體性,培養富有個性、協作性、創造性的身心和諧發展的現代人。一、 引導學生進行觀察和實驗
1、觀察: 首先應該使學生知道:所謂觀察是指直接運用眼、耳、鼻、舌、皮膚等感覺器官,或者間接借助于器材對物理現象的一種有目的、有計劃,并且持續、反復的知覺過程。就是要有目的地辨明觀察對象的主要特征,注意發現引起變化的條件和原因。其次,要使學生了解:觀察是要經過一定的努力,克服一定的困難,才能發現問題,才能對事物的正確認識,才能得到正確的結論。(1)在演示實驗中培養學生的觀察能力。在學習過程中有許多演示實驗,學生對演示實驗很感興趣,但在進行觀察時往往抓不住關鍵,這就要求教師要在實際教學中,引導學生進行觀察演示實驗,對培養學生的觀察能力是很重要的。教師對所做演示實驗的每一步都應該對學生提出具體的觀察要求,使學生掌握正確的觀察方法。 (2)在分組實驗中進行培養學生的觀察能力。 現行初中物理教科書學生分組實驗,其中初二年級開始的幾個實驗,就是有意識的安排學生觀察,培養學生的觀察能力的。如觀察水的沸騰實驗中要求學生注意觀察在給水加熱的過程中,能看到什么?在此基礎上引導同學討論觀察的方法和應當注意的問題。(3)開展課外活動激發學生的觀察興趣。組織學生參觀、做課外小實驗等,激發學生的觀察興趣。如學習音調前,就布置學生制作音樂瓶,使學生主動地去觀察了解樂音的相關物理知識,在此基礎上進行觀察演講,活躍了學生的思維,調動了學生的積極性,提高了學生學習物理的興趣,達到了培養觀察能力的目的,組織學生參加社會實踐活動,使學生了解物理知識在生產實際中的廣泛應用。(4)、盡可能利用多媒體教學手段輔助教學,提高學生的觀察興趣和能力。特別是將計算機多媒體引入初中物理教學中,作為一種新的教學手段,它改變了以前呆板的教學方式,它圖、文、聲、動畫、影像并茂,加強了表現效果,提高了學生的學習興趣和熱情,培養了學生的觀察能力,幫助了學生對知識的理解。在輕松的學習氛圍中完成了知識復習、思考練習;操作模擬仿真的實驗,學習了實驗方法初中物理論文初中物理論文,鍛煉了實驗技能,為課內外動手實驗作出了成功的基礎準備。由于中學物理實驗條件有限,某些物理現象,如運動和靜止、力的作用效果、力的相互作用、慣性、壓強、物體浮沉、電荷流動、擴散、分子無規則運動、磁場分布等等,學生不能得到完整的感性材料,容易造成感知上的障礙而影響物理學習。而應用電腦教學軟件,通過計算機多媒體,不僅能再現或模擬各類物理現象,而且還能通過各種手段使復雜的問題簡捷化,將漫長或瞬間的物理演變過程成為可控、有序的演化過程,可以使學生在課堂上完整、清晰、形象地感知于物理現象,給學生提供思維過程中必須的感受性材料,大大激發學生的學習興趣,降低教學難度,很好地促進學生的觀察和認識能力的健康發展。
2、實驗是學習前人的“創新”。 (1)、認識物理實驗及其作用。 物理學是一門以觀察、實驗為基礎的科學。人們的許多物理知識是通過觀察和實驗認真地加以思索和總結得到的。初中學生對為什么要做物理實驗存在著不正確的想法,有的是無所謂,有的是強烈的好奇心渴望老師多做實驗,實際上他們都不知道為什么要做物理實驗。如對于彩虹,學生認為只有在特定雨天后才能看到,平時看不到。在序言中教學中我就用三棱鏡做光的色散實驗讓彩虹出現在教室里,當上午或下午有太陽光時,還帶領學生到室外背向太陽光站立,用噴霧器或學生用口斜向上方噴射水霧,就可以看到一道人造小彩虹,使學生感到新奇,通過這段教學師生共同討論,形成共識,知道什么是實驗。實驗就是在人工控制條件下對物理現象進行觀察和研究的活動。通過實驗,能夠對物理事實獲得具體的明確的認識,有助于理解物理概念和規律。實驗中要有實事求是的科學態度。教育學生每做一個實驗都應該:了解實驗目的,理解掌握實驗原理,正確使用儀器,作必要的記錄,得出相應的結論,整理好實驗器材。根據實驗觀察到的現象和結果得出結論,做出正確的實驗報告。向學生適當介紹一些物理科學家所做的物理實驗以及所取得的成績論文格式。以達到激發學生渴望實驗的目的。 (2)、促使學生認真做實驗。 ①、引導學生利用課本做好初中物理開始階段的實驗,應指導學生做好教材中安排的實驗,這樣做有利于培養學生正確使用教科書的好習慣,養成尊重科學的好品質。這個階段主要使學生知道怎樣進行物理實驗。初中階段學生做實驗時,其動機和目的往往是有不確定性的,實驗中經常會出現一些違反操作規范的事,教師要注意發現學生實驗中出現的各種問題并及時進行指導,形成良好的實驗習慣,培養學生嚴謹的科學作風。 ②、創造機會多做實驗,養成勤動手的好習慣。學生實驗能力的培養是一項長期的工作,應貫穿在整個物理教學過程中,只要有可能就讓學生參與。在課堂演示實驗中也要盡可能創造機會讓學生動手,如聲的產生中的音叉實驗、摩擦起電實驗等就請學生做;將其中的一些演示實驗改成學生分組實驗,如平面鏡成像特點實驗、決定導體電阻大小的因素實驗等;做好教材中的小實驗;讓學生參與教師準備和整理實驗器材之中,使學生有更多的接觸實驗器材的機會,以便了解器材的性能、用途。處理好實驗性的習題,準備好相關的實驗器材,讓學生親自動手做,進行觀察從中得出結論。總之增加學生動手的機會有利于調動學生學習的積極性。 ③、用簡單器材做好實驗。做好物理實驗,對于物理學習是有很大幫助的,做好物理實驗是需要一定的物理實驗器材,但物理實驗有時用簡單的器材就能說明問題,例如學習力的作用是相互的這部分內容時,就讓學生通過敲桌子感到手疼來體會。我經常用學生身邊的物品做實驗,如用鉛筆和小刀做壓強實驗,用汽水瓶做液體壓強與深度關系的實驗,用汽水瓶做大氣壓實驗,用小藥瓶做物體的浮沉實驗,用水和玻璃做光的色散實驗等,這樣有利于培養學生的創新意識,培養創造能力。
二、引導學生善“問”
1、問題是創新的前提, 學生對于問題的認識是不以為然的,對此應引起學生的足夠重視,教學中經常引導學生回顧科學史上因善于發現問題而取得成就的例子,如瑞利就是通過測密度的方法而發現氬氣的。1935年獲諾貝爾物理獎的查德威克就是從約里奧?居里夫婦的論文中發現問題進而發現中子的等。教育學生要善于發現問題,取得成就。使學生認識到發現問題也是學習,而且是更深的學習。
2、善于設計問題。 在初中物理教學中,教師要善于設計問題,從而引導學生學習新知識,設計的問題應該有其藝術性,應根據教學內容由淺入深,在不同的階段設計不同的問題,如在學習《杠桿平衡》一節內容時,從實驗過渡到實際應用,設計了將將托盤天平做成不等臂的可以嗎?引導學生想到托盤天平的制作原理,為什么要調節天平平衡?引導學生想到在設計制作托盤天平時初中物理論文初中物理論文,要考慮到杠桿等臂和平衡螺母。
3、引導學生提問題。 經常通過各種方式啟發學生提問題,剛開始學物理時就引導學生討論為什么學習物理?進一步引導學生從閱讀課文中提出問題,在社會實踐活動中提出問題,讓學生將發現的問題及時提出,并定期開展問題研討。
三、綜合提高創新的實踐。
1、培養學生應用物理知識解決問題的能力。在學生認識物理實驗的重要性后,會積極主動做好實驗, 當學生能夠做基本實驗后,教師應當對學生實驗提出較高層次的要求,如指導學生做一些驗證性的和設計性的實驗。適當增加設計性實驗。如在學完力學知識后我就讓學生,根據實驗室所能提供的器材,要求學生解決如何測金屬塊的密度問題,學生提出了這樣一些問題:①怎樣用天平、量筒、水等測金屬塊的密度?②如何用怎樣用天平、燒杯、水等測金屬塊的密度?③怎樣用量筒、水等測金屬塊的密度?④怎樣用彈簧秤、水等測金屬塊的密度?⑤怎樣用天平、量筒、水等測金屬塊的密度?⑥怎樣用準確的砝碼、直尺、水等測金屬塊的密度?等等,根據學生提出的問題,讓學生自己設計實驗方法進行實驗。組織開展課外興趣小組,積極鼓勵學生進行“小制作、小論文、小實驗、小發明”, 開展豐富多彩的課外活動。如學生自己制作出“土電話”、“驗電器”、“橡皮筋測力計”、“密度筆”、“重垂線水平儀”、“兩用秤”等,培養了學生的創新意識和動手能力,有利于學生個性的發展和智力的開發,也有利于發現人才和培養人才。
2、引導學生學習新知識。掌握已學知識是為了更好的學習新知識,當學生學習了一些知識后,就應該讓學生主動的去學習新知識,如學生學完長度測量的內容后,就建義學生去測量教室的體積,測量教學樓的高度,樹干的周長,一張紙的厚度等.復習舊知識,學習新知識,如通過對物態變化的復習,引導學生講座為什么會發生物態變化,進而導入分子運動,內能的學習,通過內能的學習,引入熱機知識的學習,通過質量,體積的測量,進一步研究物質密度的測量,通過歐歐姆定律的學習,引導學生思考,如何測導體的電阻等,使學生知道新知識的增加都是建立在已學知識的基礎上的,學習了知識后要進一步學習新知識。
3、應用物理知識解決實際問題。學完簡單機械后,就引導學生討論自行車中的力學問題,學生通過對自行車的觀察與分析提出了(1)輪胎為什么要有花紋?(2)自行車下坡時為什么不宜急剎前輪?(3)自行車在正常使用時有幾種摩擦?(4)自行車的輪胎為什么是圓的?(5)自行車是省力機械還是費力機械?(6)自行車上使用了那些簡單機械?(7)自行車的座墊下面為什么要安裝彈簧?(8)自行車輪胎中的氣體減少后對地面的壓強是增大了還是減小了?(9)普通自行車與比賽用的自行車有什么不同?等許多問題,并且對這些問題許多同學都談了自己的觀點,從而進一步提高了學習物理的積極性。
總之,在物理實驗教學中培養學生的創新意識,能使學生學會學習,開發智力,促使學生能力全面發展、個性健康發展。
[關鍵詞]科研實踐;物理化學;教學
物理化學是一門借助物理的基本原理,揭示化學基本規律的學科,也是一門理論性、系統性、邏輯性很強的學科,具有理論公式多,推導復雜的學科特點。初學者往往感到抽象難懂,對數學知識要求高,容易產生畏難情緒,也往往認為理論知識學了沒有用途,導致失去學習的興趣。為了解決物理化學中抽象難懂的問題,通常采用的方法是在教師授課時列舉一些與生活實踐相關的現象,借助物理化學知識加以解決,但是這只是一些簡單的應用,并且借助于互聯網絡都能得到容易理解的結果,但是對于有一定知識水平的大學生似乎顯得過于簡單,并不能激發他們對物理化學學習興趣,解決他們對物理化學理論學習的困惑,展示理論知識與科學實踐和生產實踐的緊密聯系,從而體現物理化學作為基礎學科的價值。另外,物理化學中化學規律和數學公式都是從科學實踐總結出來的,能指導科學實踐活動。因而,在物理化學實際教學中,除了要結合生活實踐之外,教師應該適當闡述理論公式的實際科研來源以及這些理論知識在科學前沿研究和生產實踐的應用價值,才能引導學生逐漸認識到物理化學知識理論學習的重要性,同時也可以通過科研實例刺激學生的好奇心和求知欲,從而激發學生對物理化學學習的興趣。因此,教師科研能促進物理化學理論教學,也能促進學生對當前科研前沿的了解,激發學生的求知欲,培養學生的科學素養,為今后的發展奠定基礎。
1科研實踐對物理化學教學的促進作用
1.1物理化學理論在科研實踐中的應用
盡管物理化學科研實踐的實驗方法和手段比較復雜,但是常常使用了大學物理化學書本上的基本原理和基礎知識,因而,我們可以選擇一些合適的科研實踐活動將其應用到物理化學教學中,以提高學生對物理化學基礎理論重要性的認識,幫助他們更好地理解這些基礎知識,激發他們對物理化學學習的興趣。這里我們以原電池的基本原理在科研中的應用來闡述物理化學基礎理論知識學習的重要性。已有文獻報道具有缺陷的碳納米管浸入到一定濃度的氯鉑酸或者氯金酸溶液中,通過原子力顯微鏡能夠觀察到在碳納米管的邊壁缺陷上快速形成金屬鉑納米粒子或者金納米粒子[1]。這金屬離子自發還原沉積碳納米管上的現象歸因于金屬離子與碳納米管之間的原電池效應,電極反應分別是PtCl42-+2e-=Pt+4Cl-,AuCl4-+3e-=Au+4Cl-。根據電極電勢的數學公式計算出PtCl42-和AuCl4-的還原電勢以及碳納米管的氧化電勢,并比較它們的大小,從而能判斷出金屬鉑或者金粒子是否能沉積在碳納米管的邊壁上。更進一步地研究表明利用原電池效應可以在碳納米管的表面邊壁上沉積四氧化三鐵、氧化亞銅、二氧化釩等中間價態的金屬氧化物,計算這些金屬離子與碳納米管之間的電極電勢ΔE=φ(Fe3+/Fe2+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)、ΔE=φ([Cu(NH3)4]2+/[Cu(NH3)2]+)-φ(R-CNTs/O-CNTs)和ΔE=φ(V5+/V4+)-φ(R-CNTs/O-CNTs),通過控制溶液的pH值和碳納米管的結構等反應條件實現中間價態的金屬氧化物沉積在碳納米管的表面,關鍵是通過原電池效應合成的碳納米管-金屬氧化物復合材料在催化加氫反應、苯酚羥基化反應等催化反應中展示了比其他方法合成的該種復合材料更加優異的性能,體現了合理的使用電化學方法合成材料具有重要的應用價值[2-4]。盡管這些科研工作涉及的內容比較廣泛,考慮的因素復雜,但是在材料合成方面的基本原理仍然是物理化學中原電池電極電勢的相關基礎知識。實際上,物理化學中熱力學、溶液中的化學勢、物質的相圖、吸附脫附、動力學研究等基本知識在當前的科研都有廣泛的應用,利用這些基本知識來驗證過程的可行性或者借助它們推斷出物理化學及其相關學科中更深層次的機理或者原理[5-7]。因此,物理化學的基礎知識在當前的科學研究工作中仍然具有重要的價值,是學生為今后工作和學習所必須要掌握的。
1.2科研實踐對學生物理化學學習的促進作用
物理化學中的基礎知識都是比較抽象,數學公式比較多,這增大了學生學習的困難,但是這些基礎知識都是來自科學實踐,相應地能用來指導科學實踐活動,因而,學習物理化學基礎知識的時候借助于科研實踐來展示這些知識,能幫助學生更好了解和掌握這些知識。首先,科研實踐的學術論文為了更好地解釋相關原理往往都使用大量的圖表或者視頻,直觀地展示和支撐他們的實驗結果,幫助讀者理解論文的結論。教師可以根據物理化學相關章節的內容提煉這些學術論文,在教學中利用論文中直觀的圖片或者視頻給學生展示對應的知識點,使得抽象的知識圖像化、具體化,同時將枯燥無味的理論知識形象生動地呈現到學生的面前,加深學生對該知識點的印象,促進學生對該知識點的理解和掌握。其次,物理化學的教學過程中可以借助科研實踐論文生動地展示給學生,不僅能幫助學生理解這些知識點,更能讓學生意識到物理化學課程中基礎知識與生產實際有緊密的聯系,而不是為了學習抽象的知識而學習這些知識。它們能夠直接應用到實際科研和生產實踐中,并指導科學實踐和生產實踐活動,使得學生不再認為理論知識難學而沒有用途,更不會消極地學習和理解這些物理化學基礎理論知識。學生會更加積極主動理解和掌握所學知識點,甚至通過網絡數據庫等相關工具,更進一步地詳細了解與物理化學書本上相關知識內容,從而間接地提高他們的自學能力,培養他們積極主動學習的能力。最后,借助物理化學教學引入科研生產實踐的概念,讓學生接觸基礎知識應用到令人好奇的未知世界,從而提高學生學習物理化學基礎知識的興趣。既使學生學習到必須掌握的物理化學基礎知識,同時又接觸到物理化學方向科研和生產實踐的前沿,掌握當前物理化學科研和生產實踐的動態。讓學生從一開始學習基礎知識灌輸科研實踐的相關知識,引導學生關注本學科發展前沿和科研動態,使學生浸潤在科研的氛圍下,產生濃烈的科研傾向[8]。從而使學生尋找自身喜歡的學習方向和學習興趣,建立嚴謹的科研和學習態度,刺激學生對未知世界的求知欲望,并潛移默化地培養他們的科學素養,為今后的工作學習提供基礎。因此,物理化學教學中引進科研實踐,不僅將枯燥無味的理論知識形象生動化,而且能讓學生認識到物理化學理論知識學習的重要性,培養他們的基本科學素養,激發他們對未知世界的求知欲望。
1.3教師科研實踐對物理化學教學的重要影響
對于普通本科院校來講,無論什么樣的教學改革都是圍繞教學方式和手段在課堂教學過程中的運用,無法代替教師的角色,無法改變教師授課主體的本質,因而,教師在教學過程中起著重要的作用。只有通過教師的教導和示范作用才能使課堂教學變得更加生動鮮活,也對學生的學習和行為有直接地引導作用。因而,教師自身的專業水平決定了他的教學水平和教學能力,而科研實踐活動對教師有很大的鍛煉和啟發作用,增加了教師的業務知識水平,對課堂教學有非常大的促進作用,因而,要提高教師的專業水平應該鼓勵教師積極參與科研實踐工作[9]。首先,本學科專業教師開展科研實踐工作之前必須不斷查閱大量新的文獻資料,了解當前科技發展的動態,及時跟蹤本學科領域的最新進展,更新和豐富本學科的理論和知識。這個過程有利于提高教師發現問題、分析問題和解決問題的能力,并不斷更新和完善自己的知識體系,能更好地將當前本學科科技發展動態傳授給學生,同時隨著知識水平的提高教師將以新的高度去思考學科發展趨勢,自然而然地應用到教育教學和人才培養的模式,進而思考未來人才的發展趨勢和人才培養的最佳方法。其次,教師從事科研工作對該學科未知領域的探索研究是一個長期而艱苦的過程,能提高教師的邏輯思維能力和表達能力,能培養教師一絲不茍和勇于創新的嚴謹治學態度、頑強拼搏的精神以及良好的科研素質,激發教師的創新思想,迎合當前國家鼓勵創新創業的潮流。教師在科研中的鍛煉往往對學生起到表率作用,促進培養學生的創新能力、頑強拼搏精神以及嚴謹的科學作風,對學生成才起到推動作用。此外,教師的科研成果能讓學生直接感受到科研并非遙不可及,對學生有很大的引導和促進作用,同時可以激發學生對科研的興趣和求知欲望,主動參與到教師的科研實踐,激起他們對物理化學基礎理論學習的熱情[9]。因此,教師要實現物理化學教學的改革創新,適應當前形式下物理化學教學的發展,僅憑教學經驗是遠遠不夠的,必須從事科學研究去實踐、去探索、去創新,進一步提高本學科的知識結構,從而加快教育觀念的更替,逐步形成具有自身特色的教學方式,將新理論、新方法滲透到物理化學教學實踐中,才能改變多年從教的疲憊與困惑,同時也激發了自身潛在的創造力。
2結論
論文關鍵詞:第一原理計算,磁性,超導
1.引言
2008年2月底,日本東京工業大學教授領導的研究小組報道在鐵基層狀化合物中通過F摻雜發現了高達26K的超導電性[1]。這一突破性進展立刻引起了人們對鐵基超導體的強烈關注。隨后,人們相繼發現一系列擁有四方晶系結構的超導材料LnFeAsO1-xFx(和等),它們的超導轉變溫度從10K到55K不等[2-5]。接著,人們又發現了三類新的超導材料,他們分別是(和) [6-8], [9,10],它們的超導轉變溫度分別是38K物理論文,18K和8K。Fe基超導化合物的共同特征是它們都擁有準二維晶體結構,其中FeAs層是超導層,而LaO層或者A原子層充當“電荷庫”。根據超導體的經驗,研究者們首先改變了“電荷庫”,比如層和A層[9-11]。他們發現了在LnO1-xFxFeAs()[2-5]和[6]中有超導性。隨后,他們集中研究層,這是因為費米能級附近的能帶主要來自層。當和化合物中的Fe原子被Ni或Co原子取代時超導現象出現[12,13]。
由于高溫超導電性有著巨大的應用前景和科學意義,所以科學研究者們一直不斷探索具有較高超導轉變溫度的超導材料。直到最近,幾乎所有的研究者均集中于研究基化合物,如果我們用取代,同時用Se取代As,于是就得到化合物,由于在層的電子數和層的電子數相同,所以我們預測的電子結構和的電子結構非常相似。先前對Mn基化合物的研究主要集中在巨磁阻性質[14-20] 。這些研究發現Mn原子有很強的磁性[14-20],這和中的Fe原子顯磁性相似,這些研究[14-20]啟發我們用Mn原子代替Fe原子論文開題報告。因此我們通過第一性原理計算研究了的結構、電子性質和磁性質等。我們發現的性質和的一些性質很相似,因此物理論文,我們預測可能是超導材料的一個新的母體化合物。
2.計算方法和計算細節
本文的所有計算都是利用BSTATE軟件包[21]完成的,該軟件包是基于平面波超軟贗勢方法。為了確定真正的基態,我們研究了體系的四個磁性態:非磁態(NM)、鐵磁態(FM)、棋盤狀反鐵磁態(AF1,近鄰原子自旋反平行)以及條紋狀反鐵磁態(AF2,Mn原子在對角方向自旋反平行)。條紋狀反鐵磁態是從費米面嵌套效應[22-24]預測出來的。我們取平面波的截斷能量為400eV。對于NM態、FM態和AF1態我們用的格子,對于AF2態我們用的格子。我們的交換關聯勢采取廣義梯度近似(GGA)[25],在計算之前,我們優化了體系的晶格常數和原子位置,見附表1。通過計算比較各種磁性態的能量,發現AF2態是基態。
表一 非磁態下優化得到的晶體結構(空間群:P4/nmm;a=4.03726?,c=8.64508?)
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關鍵詞:本科生畢業論文(設計);課程設置體系;學科前沿;團隊
作者簡介:李春先(1977-),女,湖北黃岡人,長沙理工大學物理與電子科學學院,講師;王成志(1974-),男,山東濰坊人,長沙理工大學物理與電子科學學院,講師。(湖南 長沙 410114)
基金項目:本文系湖南省教改課題“探索物理學專業本科畢業論文(設計)教學新模式,培養創新型人才”(批準號:湘教通[2011]308號)的研究成果。
中圖分類號:G642.477 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)07-0177-02
本科畢業論文(設計)(以下簡稱“畢業論文”)是學生在系統學習完本專業的基礎課后,按照科學的思維方法和規范化的研究進程,系統完成一項具有綜合性和創新性的科研活動。它是本科教育的最后一個環節,其目的是總結、消化在校期間的學習成果,使學生能夠初步掌握運用所學知識分析問題和解決問題的方法以及學會科學研究的基本程序,培養學生的科學研究能力和創新實踐能力。畢業論文要求具有一定的創見性,能夠較好地解決學科領域中不太復雜的問題,立論要科學,觀點要創新,論據要翔實嚴密。由此可見,畢業論文是本科教育中很重要的一個實踐環節,但近年來高校本科畢業論文的質量受到諸多因素的影響,出現了一定的下滑,并引起了學術界關于畢業論文是否有必要存在的爭議。因此分析影響本科畢業論文質量的因素,探索提高畢業論文質量的有效方法與措施,確保畢業論文的質量,應是當前高校教學研究工作中的重要課題之一。[1]近幾年,畢業論文課題組把畢業論文的改革與課程設置體系的改革有機地結合起來,對如何提高本科畢業論文質量進行了有益探索,取得了較好的效果。近幾屆本科畢業論文的質量顯著提高,在學校檢查中名列前茅,并且取得了一系列學術成果,本科生以第一作者分別在《物理學報》[2-5]等權威期刊上發表多篇學術論文。這些成果不僅為學生進一步科學研究奠定了基礎,同時也說明只要改革得當,研究的質量會顯著提高,產生高水平的成果是可能的。以物理學專業為例,下面對提高畢業論文質量的做法和體會進行闡述。
一、 改革課程設置體系,大力開設前沿選修課是提高畢業論文質量的前提
根據教師科研方向,把教師劃分為六個科研團隊:分子器件科研團隊、光電信息物理科研團隊、凝聚態物理科研團隊、空間物理科研團隊、量子光學和量子信息科研團隊、電子信息技術科研團隊。在傳統必修基礎課的基礎上,大力增加前沿選修課,規定每個科研團隊開展1~2門具有前沿性且與科研相結合的選修課,例如“石墨烯分子器件物理基礎”、“光電檢測技術”、“太陽能電池”、“光信息處理”、“凝聚態物理前沿專題”、“空間物理現象的物理基礎”、“量子光學導論”、“量子信息基礎”、“電子設計和制作”等選修課,一般為48個課時。由于選修課具有新穎性和前沿性,因此深受學生的歡迎。
對于這些選修課,在教學方法上與傳統基礎課不同,采取討論和探索式教學的方式,手段靈活多樣,不拘一格。針對物理課概念性強的特點,在討論中加深了對課程內容的理解和基本方法的掌握,形成了“勤于思考,樂于探討”的學術氛圍。在課堂上教師只講解要點,其他內容和相關問題留給學生。把學生分成幾個組,給予每組相應的內容和問題,幾個人一組通過查找文獻完成給定的任務,然后教師要求學生在課堂上展示自己的答案。另外,課程的內容和要求要與該課程的相關科研手段和方法匹配,這樣學生不但學到了基礎知識和基本技能,而且學到了與該課程相關的科研方法和手段,為今后的畢業論文奠定了基礎。因此,在該前沿方向中選擇一些問題作為本科畢業論文題目,不但具有可行性、前沿性、新穎性和專業性,而且有利于鍛煉學生利用知識解決問題的能力以及創新能力,這正是畢業論文的目的所在。
二、選題是提高畢業論文的基礎
選題就是指導教師確定畢業論文的研究內容。一個好的選題,要充分鍛煉學生利用本專業知識理論解決問題的能力以及創新能力。選題是畢業論文的第一個環節,也是畢業論文的基礎。課題組可從以下幾個方面進行選題:
第一,與本專業相結合,即在本專業范圍內選題。
第二,與科研結合,與學科前沿結合,做到選題新穎。將本學科的前沿、熱點問題融于畢業論文之中,把科研中遇到的問題轉化為畢業論文的課題。只有題目新,才能有創新的空間,只有內容新,才能有新的結果和結論。從學生選題來看,學生對科研型題目的選擇熱情逐年增高,使得這些題目具有較好的需求基礎。特別是計劃考研的學生很愿意接受一次科研訓練,從而為以后從事科研工作提供一定的基礎。
第三,可行性。選題難度要適中,既要考慮學生的學識水平,又要考慮學生潛能的最大發揮。前沿選修課為學生提供了一定的基礎,只要選題得當,本科生同樣能對學科前沿問題進行深入研究。例如,量子相干態兩個正交分量在相空間的幾何表示是橢圓,但教材和文獻上沒有給出系統的證明,但是只要理解了《量子光學基礎》的一些定義和物理意義就可以利用學過的數學知識給出完整的證明。
第四,實行雙向選擇。指導教師把題目放在網上,實行雙向選擇。在過去,選題方式一般由教師給學生單方面定題,學生缺乏主動性,限制了學生的主觀能動性,學生對導師的研究方向和進行的課題缺乏了解,在選題方面存在被動接受的情況;在選題過程中,留給學生選題的時間過少,普遍存在著“指導教師報題隨意、學生選題盲目”等問題。目前教師把題目、內容和要求詳細顯示在網絡上,給出足夠的時間讓學生選。在選題的過程中,師生可以通過網絡充分交流使學生對課題有充分的了解。在教學網絡上學生確定題目,然后出題教師與選定該題目的學生進行面試或者交流,雙方滿意即可確定指導和被指導的關系。這樣既避免了選題的盲目性,也有利于因材施教。
三、指導方式是提高畢業論文質量的關鍵
為了加強對畢業論文的指導可實行團隊指導。如前所述,有六個科研團隊,研究方向相同的學生歸到相應的團隊內,實行分類指導和團隊指導。團隊內的資源共同利用,學生統一管理,集體答疑,定期對學生畢業論文進行答疑和檢查,了解和解決學生遇到的困難,提出每一階段的要求和任務,確保論文的質量和進度。共同組織針對選題的學術講座、學術交流會和論文寫作交流會,組團可大大提高指導效率,節約成本。指導教師之間密切協作,充分利用了教師資源,大大提高了指導效率,節約了資源。團隊內的學生各有所長,共同討論問題,發現對方的長處,取長補短,還可以培養學生團隊合作的精神。
四、學院和教研室強有力的管理與監管是提高畢業論文質量的保障
根據學校的有關精神,實行學院、教研室兩級管理,學院制定制度和措施,教研室負責具體執行。
1.成立院畢業論文領導小組及答辯領導小組
院畢業論文領導小組負責全院畢業論文工作的領導和指導,包括擬訂畢業論文工作計劃、向全院教師布置畢業論文任務、選配畢業論文指導教師、組織畢業論文題目的審定并報學校審批。
2.物理學專業教研室成立畢業論文指導小組
畢業論文指導小組負責畢業論文的具體工作,包括組織畢業論文題目審查、確定畢業論文指導教師,并報院審核;組織學生選題;組織畢業論文指導教師向學生下達任務書;負責畢業論文進行過程的管理、檢查并及時整理有關材料;設立畢業論文答辯小組,具體負責各組的論文審查、論文答辯。
3.課題實行兩級審評制度,嚴把課題關
物理學教研室組織指導畢業論文豐富的教師對所報題目進行審批,不符合學校和學院要求的題目要撤掉,或者通知出題者進行修改,直到滿足要求為止。教研室把評審符合要求的題目匯總,交給學院畢業論文指導小組評審,檢查是否有不符合要求的課題,合格的課題方可進入選題系統供學生選擇。
4.對畢業論文的各個環節進行檢查和監控
組織指導教師開會,明確指導教師的任務。指導教師需提出論文應達到的目的與要求;介紹主要參考文獻;指導學生制訂論文撰寫計劃;檢查學生論文撰寫的進度質量,并給予及時指導幫助;指導學生修改論文初稿;審閱畢業論文并提出論文答辯資格及給出成績評定建議;參加論文答辯;撰寫指導總結。在論文指導過程中,指導教師應注重對學生勤奮、嚴謹、求實的科學態度和勇于創新的精神的培養。教研室在整個畢業論文期間擔負著管理和監督的職責,應進行嚴格管理,組織畢業論文中期檢查或抽查,并對檢查工作進行認真總結。
五、結束語
近幾年采取把畢業論文的改革和課程設置體系的改革有機結合、把科研前沿融入畢業論文中、團隊指導、強有力的行政監管等措施對如何提高畢業論文進行了初步改革和探索,取得了較好的效果,學生和教師的積極性提高了,論文質量大幅提高,學生的創造性得到了增強,不僅使本科生取得了一系列學術成果,發表了一些有價值的學術論文,而且得到了學校主管部門與學生的一致好評。
參考文獻:
[1]姚明仁.提高本科畢業設計質量的研究與實踐[J].中國電力教育,
2008,(8):147-148.
[2]梅龍偉,張振華,丁開河.單壁碳納米管電子輸運特性的穩定性分析[J].物理學報,2009,58(3):1971-1979.
[3]胡海鑫,張振華,劉新海,等.石墨烯納米帶電子結構的緊束縛法研究[J].物理學報,2009,58(10):7156-7160.
【關鍵詞】生態住宅 設計技術 策略 趨勢
中圖分類號: TU2 文獻標識碼: A 文章編號:
一.引言
近年來, 資源和環境的問題引起了人們的廣泛關注。我們知道,住宅建筑可以說是人和自然環境相互關系中的重要因素, 也是人類實現可持續發展的重要環節之一。改革開放以來,隨著我國經濟的發展,人們的生活水平不斷的提高, 所以人們對住房的要求也是越來越高,清新優雅的自然環境成為了人們追求的趨勢,也有越來越多的人希望能夠回歸自然, 來享受輕松舒適的生活。近幾年, 我國建筑行業有了較大的發展,建筑行業在可持續發展理念的指引下,已經進入了生態建筑時代。所以就如何真正做到保護生態環境、節能節地已經成為了當前建筑設計關注的焦點問題。由此“ 生態住宅” 的新概念就產生了。以下就結合新江灣九里以及寧波•卡納湖谷的生態住宅項目作簡要的分析。
二.背景項目
2011年6月 - 2012年4月:華潤置地新江灣九里
項目描述:華潤新江灣九里延續“九里系”的高品質內涵,法式建筑,結合宮廷園林設計,講究十字對稱的儀式感和尊崇感,產品均以160-300平米左右的大平層為主。華潤新江灣九里從規劃到設計,從地塊到戶型,均致力于為“生活充滿傳奇“的城市精英們打造一個符合他們居住夢想的“家”。
2012年4月 - 今:華潤置地寧波•卡納湖谷
項目描述:華潤•卡納湖谷 總占地面積為487畝,內擁稀缺至極的90畝內湖和70畝天然山林,整體項目規劃約300余戶,也是目前寧波最大的純別墅社區。華潤•卡納湖谷采用地中海式風格,立面結構敦實、質樸、大方、浪漫,展現純粹的坡地原生莊園世界。
其在具體的工作中主要運用的是生態學原理,在設計時必須遵循可持續發展及生態平衡的原則。也就是要遵循綜合系統效率最優的原則。在設計和組織建設時要綜合考慮各種因素, 主要是指使得物質和能源在建筑系統中能夠有秩序地循環轉換規律,這樣就可以達到一種無污染、高效、節能的生態平衡建筑環境。我們在這里的所說的環境不僅包括住宅區的自然環境, 比如土體、水體、空氣、綠化、能源以及動植物等, 還包括住宅區中的人文環境、社會環境以及經濟系統環境。在這種的設計理念下,住宅建筑的建設和發展始終都會保持以生態平衡為中心,使得住宅生態環境保持在一個良性循環的狀態。
三.項目設計原則
所謂的生態住宅設計, 就是指綜合的運用當代建筑學、生態學、人工環境學以及其他科學技術來設計和建設住宅建筑, 這樣可以把住宅建筑打造成為一個小的良性的生態系統, 能夠為居住者提供比較健康、節能、環保、高效、舒適的生活環境。如下圖所示:
圖一:住宅示范房
圖二:規劃設計綠化用地
圖三:減輕居住區環境污染
1.要樹立“以人為本”的指導思想。人是社會生活的主體,所以在追求高效節約的同時不能降低生活質量,如果以犧牲人們的生活質量為代價這是毫無意義的。
2.設計時要做到生態化。生態住宅首先必須要遵循的原則就是生態化,也就是節約能源、資源,做到無污染以及可循環。
3.在規劃設計時要做到因地制宜。在進行綠色生態住宅在設計時要了解當地氣候、地形、水文、植物以及當地的經濟、人文、歷史、習俗等條件, 再結合一些健康的建筑材料和環保的施工技術作出合理科學的設計方案。
4.堅持整體設計的原則。在住宅設計時應該強調“整體設計”的思想, 要結合氣候、經濟、文化等許多因素進行了綜合的分析, 不能盲目的追求先進生態技術,所以不能只著眼于局部而是要顧全整體。
5.要減輕居住區的環境污染。在生態環境建筑設計時減輕污染是一個必要的環節。所以要盡可能的使環保的材料和設計方法,爭取做到零污染, 做到資源的再生、循環使用。
四.存在的問題
1.很多人認為占地大, 容積率低才能建設生態住宅。所以片面追求住宅區大規模、低容積率、綠化空地大、樓宇間距寬, 忽視綠色住宅區節約資源和能源的要求。
2.有些人把建造生態住宅區等同于建高檔豪華住宅小區。事實上,高檔豪華住宅并不等于綠色生態住宅,房子建的再高檔, 如在開發時不注意自然生態保護,甚至為追求高檔裝飾使用有放射污染的裝飾材料或在住宅中裝氟里昂空調, 就背離了綠色消費的真諦。
3.一些人認為洋建筑就是綠色的、生態的。不少新開發的住宅崇尚歐式、澳式風格, 并將此作為樓盤的賣點, 生搬硬套, 而不考慮當地的實情, 結果建起來后只好看不好住, 造成了新的浪費。
4.有些人認為生態住宅就是多種花草、樹木的綠色園林式住宅。這比過去只管建房, 不顧環境的做法是一大進步。但生態住宅除了自然景觀, 還有環境保護, 實行防污、排污、治污, 甚至使用無毒、無污染、節能的建筑材料。
5.一部分人認為生態住宅只能到空氣比較清新、生態環境良好的新城區或城市郊區開發建設。其結果是在這些規劃相對滯后和基礎設施不夠配套的地區, 涌現一個個規模大、封閉式、小而全的新住宅, 形成了發展商因建大住宅而辦起了小社會的現象。
五.生態住宅設計技術策略
1.住區物理環境與能源系統設計, 包括建筑規劃、建筑單體設計、建筑能源系統的設計等, 同時又與綠化設計以及建材的選擇息息相關, 是當前生態住宅設計中最重要而又最容易被忽視的問題。生態住宅中的住宅物理環境設計, 指的是按人體舒適要求及當地氣候條件,進行可持續建筑設計的系統方法。其實質就是合理調節與處理各種影響住區物理因素使局部環境朝有利于人體熱舒適方向轉化, 從而提高居室內外物理環境的熱舒適質量以滿足適居性要求。
2.綠化系統及綠色材料系統。綠色生態住宅的綠化系統應具備“ 生態環境、休閑活動、景觀文化” 等三大功能。因此, 其建設的重點除應滿足綠地率、種植保存率與優良率、植物配置的豐實度、植物種類等指標要求外, 更應注重綠化系統的防曬、防塵、降噪、通風、水土涵養、空氣保濕等生態功能的建設, 應減少硬質鋪地, 加強垂直綠化。在建設綠色生態住宅中, 對于材料、用品的選用要強調兩點: 一是要提倡使用可重復使用、可循環使用、可再生使用的材料; 二是要選用無毒、無害、不污染環境、有益人體健康的材料和產品,并充分貫徹執行“節能、節水、節地、治污” 的方針, 強調可持續發展原則, 實現社會、經濟、環境效益的統一。
3.水資源的節省以及廢棄物處理。節水的技術策略主要體現在兩個方面: 一是節水設備的使用; 二是住宅中水處理。值得指出, 生態住區里處理的是中水而不是生活污水, 不能為簡化水系統的設計、節省投資而把二者混在一起處理, 這是水資源的節省中應該注意的。由于生態建筑是一個宏觀概念, 因此在考慮能. 循環、材料再利用、廢棄物處理時, 不應停留在單體建筑和個體住區的尺度上, 而應將其置于區域乃至城市的大環境中來全盤考慮。污水、垃圾、廢棄建材的分散化處理勢必造價昂貴、效率低, 不符合集約化和規模化的要求。需格外指出的是, 不應追求垃圾在住區內無害化就地降解處理。因此, 集中處理住區廢棄物才是生態住區設計中的明智之舉。
4.智能化住區, 包括信息管理和通訊自動化、物業管理自動化、設備自動化控制、安全防護自動化以及家庭智能化等。采用高科技自動化將住區內所有的物業、家務、服務設施、生活及工作設施連接起來, 從而有效地提高居民的生活質量和水平。其內容主要包括信息管理和通訊自動化、物業管理自動化、設備自動化控制、安全防護自動化以及家庭智能大化等。
5.融入歷史與地域的人文環境。對傳統民居的積極保存和再生, 并運用現代技術使其保持與環境的協調適應。繼承保護城市與地域的景觀特色, 并創造積極的城市新景觀, 保持景觀資源的共享化。保持居民原有的出行、交往、生活習慣, 讓居民參與設計方案的選擇。
六.結束語
本問結合新江灣九里以及寧波•卡納湖谷的生態住宅項項目,對生態住宅設計技術策略作了簡要的分析,首先分析了設計原則和理念,在介紹了在設計建設過程中所遇到的一些問題,并就結合這些問題作了簡單的策略分析。當前生態住宅環境已經成為了建筑發展的一種趨勢,所以通過這個案例對我國的住宅建設生態設計策略作了簡單的介紹,希望具有一定的借鑒意義。
參考文獻:
[1]李明、饒永 淺議生態建筑理論在建筑住宅設計中的運用 [期刊論文] 《安徽建筑》 -2005年5期
[2]馬會軍 節能住宅設計中的技術策略 [期刊論文] 《黑龍江科技信息》 -2009年10期
[3]張敬民 試論生態建筑理論在建筑住宅設計中的運用 [期刊論文] 《城市建設理論研究(電子版)》 -2012年20期
[4]王鉦日 淺談生態建筑理論與建筑住宅設計 [期刊論文] 《黑龍江科技信息》 -2012年2期
[5]黃茂英 官斌 建筑住宅設計中生態建筑理論的運用 [期刊論文] 《民營科技》 -2012年4期
[6]劉玉苗 竺昱 生態建筑理論在建筑住宅設計中的運用 [期刊論文] 《城市建設理論研究(電子版)》 -2012年12期
李泓研究員一直致力于鋰電池材料及其相關的固體離子學的研究。采訪中,他不斷表示,非常慶幸能夠跟隨陳立泉、黃學杰兩位老師領銜的物理所團隊一起在這一基礎與應用并重的領域長期工作,攻堅克難。
電池材料前景廣闊
“電池的應用滲透于人類生活的方方面面,有廣泛的用武之地。”李泓向記者這樣介紹儲能材料的應用前景。
清潔高效的電池技術一直是戰略新興產業的核心關鍵技術之一。特別是近年來,隨著消費電子、電動交通工具、基于太陽能與風能的分步式能源系統、電網調峰、儲備電源、綠色建筑、航空航天、機器人、國家安全等領域的飛速發展,迫切需要具有更高能量密度、更高功率密度、更長壽命的可充放儲能器件。實際上,從鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池,到鋰離子電池,化學電源技術在過去200年取得了長足發展,能量密度也不斷提高。與其它蓄電池比較,鋰離子電池具有能量密度高、能量效率高、循環壽命長、無記憶效應、快速放電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優點,成為世界各國科學家努力研究的重要方向。
“目前鋰離子電池主要由日本、韓國、中國制造。韓國企業的鋰電產量不斷增長,并在2011年后已居于世界領先,中國的鋰電產品占據20%的世界市場份額,近幾年增幅緩慢。與日本、韓國、美國、歐洲等相比,在核心技術的創新研究方面還存在一定的差距。從基礎研究做起,力圖產生能夠應用的原創研究成果,通過廣泛的合作,解決技術放大過程中的瓶頸問題,從而提升我國企業的技術水平,是我們實驗室的主要努力方向。”李泓研究員表示。
立足團隊創新報國
自1982年陳立泉院士創建固態離子學研究組開始,中科院物理所在先進儲能材料與器件的研發方面已經有30年的積累,從基礎研究到產業化,形成了較為連貫的研究體系。
據李泓研究員介紹,早在1982年,陳立泉領導課題小組開始了鋰離子導體的研究工作。在科技部、中科院、基金委、其他國家和企業項目支持下,長期以來開展鋰二次電池及其關鍵材料研究。
“既要理解電池中的基礎科學問題,又要了解實際技術問題并提出實用的解決方案。只有理論與實踐并重,才有可能推動鋰電池材料學科和技術的發展。”李泓告訴我們,這是物理所研究團隊一直以來的重要發展理念。
鋰離子電池根據應用的不同主要分為高能量密度、高功率密度、長壽命三類電池。提高能量密度一直是電池領域研究的主要目標,其關鍵是發展高容量的正極材料、負極材料以及與之匹配的電解質材料。提高電池能量密度的難點在于研究出能同時滿足多達10項性能指標要求的材料。迄今為止,商業化鋰離子電池的正極材料包括層狀鈷酸鋰、尖晶石錳酸鋰、橄欖石磷酸鐵鋰、三元層狀正極材料,負極材料包括石墨和尖晶石鈦酸鋰。主要由美國的J.Goodenough、M.Thackeray、加拿大J.Dahn和日本的T.Ohzuku四位科學家發明,最晚發明的材料迄今已有14年。
和中國其他的研究團隊一樣,物理所團隊一直希望通過持續的基礎研究,能夠在鋰離子電池材料以及未來的電池體系開發中,做出屬于中國的原創的貢獻。
在磷酸鐵鋰正極材料基礎研究方面,物理所擁有理論計算、先進表征、材料制備、電化學、鋰離子電池等不同研究背景的人員,并進行了歷時十年的合作研究。2001年,根據第一性原理計算,對材料的電子結構和離子通道首先獲得了較為準確深入的理解。在發現該類材料具有一維離子導電特性后,物理所在國際上率先提出在鐵位鈉摻雜的設計思想,并申請系列專利,均獲得授權。磷酸鐵鋰的原始專利由美國的著名科學家Goodenough等提出,物理所提出的鐵位鈉摻雜方案在最早的兩個發明專利中并沒有包括。通過穆斯鮑爾譜方法、中子衍射方法、電導測量、第一性原理計算等該方案獲得理論與實驗的證實。法國科學家Julien于2009年在ChemistryofMaterials的評述文章中指出鐵位鈉摻雜是唯一合理的磷酸鐵鋰摻雜方案。
物理所在國際上較早開展納米氧化亞錫負極材料的研究。通過與物理所透射電鏡團隊的合作,在國際上最早發現,該類材料具有較好循環性的關鍵是納米尺寸的晶粒分散在無定形介質中。基于這一發現,物理所在國際上率先提出采用納米硅作為負極材料,并先后與金屬所、北京大學合作研究證實了納米硅比微米硅的循環性顯著提高,并對其儲鋰機制進行了初步研究。之后的13年里,物理所一直對硅負極材料的體積變化、結構演化、表面副反應、尺寸效應、表面修飾、納米結構、復合材料等方面持續研發,公開報導的研究結果獲得了國際上的廣泛關注。目前,在鋰離子電池硅負極方面發表的學術論文已經超過1000篇,國際上公認納米硅負極材料是最有希望應用于高能量密度鋰離子電池的負極材料。物理所在該系列材料的材料體系、制備方法、應用方面均獲得授權發明專利。
上述研究成果的獲得離不開前期持續的基礎科學研究。目前,改性錳酸鋰正極材料、功能電解液已量產并應用在動力電池中,磷酸鐵鋰、硅負極、鈦酸鋰、層狀氧化物正極材料均已進入中試研發階段。
物理所研究團隊除了專注于鋰離子電池材料的基礎科學問題的研究外,在動力鋰離子電池技術研發及產業化方面亦取得了進展。1996年1月,由黃學杰研究員領導的物理所團隊研制的A型鋰離子電池通過中科院鑒定,1998年年產20萬只電池中試線建成并通過驗收,獲中科院科技進步一等獎。1999年和成都地奧、北京創投等公司聯合組建北京星恒電源有限公司,在處高科技園建成了生產基地,建成鋰離子動力電池中式線,2003年在聯想控股的支持下,設立蘇州星恒電源有限公司,致力于鋰離子動力電池專業生產。開發的動力型鋰離子電池組和管理系統已經成功地運用在同濟大學汽車學院負責的混合動力汽車整車項目中,并先后在“超越系列”、奧運會、世博會、法國Mia電動出租汽車項目、磁懸浮列車中獲得應用,在歐洲電動自行車鋰離子電池電芯的市場份額方面位居前三。
“雖然人人都使用鋰離子電池,但事實上沒有人對鋰電池的性能滿意,迫切渴望開發續航時間長、充電速率高的電池。電池是很多前沿技術的核心支撐技術,因此各國政府都制定國家發展戰略并投入巨大的人力、物力、財力來支持研發。在激烈競爭下,當前我國鋰電池無論是產業還是基礎研究工作所面臨的形勢都十分嚴峻。在電池材料的基礎研究,高品質材料的規模制備,先進研究手段和設備的開發,電池失效診斷分析,電池安全性,復雜電池系統的智能管理,自動化電池制造設備,高性能標準化電池檢測儀器方面,我們與美國、日本、韓國、歐洲等國家的先進團隊和制造企業相比,仍然還存在著顯著的差距。”通過與國內外科研人員、政府機構、企業人員的交流,李泓研究員深深體會到“我們國家應該努力最大限度地發揮各個研究團隊、生產企業、政府部門的作用和積極性,合理布局,密切協作,練好內功,取長補短,發揮各方面的優勢,通過系統扎實的工作,奮起直追,才可能在較短的時間內居于領先地位。”
“略微遺憾的是目前我國學術界發表的學術論文還不能全面地針對電池應用和研發中出現的實際問題,企業的創新研究積累還不夠,而學術界與制造企業的關聯和合作還不是非常緊密。研究成果不能較快較好地轉移到企業中,對于提升企業的核心競爭力幫助不大。在鋰離子電池基礎研究方面,我國發表的鋰電池的學術論文的數量已經位于世界第一,但能夠提出新材料體系或者能提出有效的材料改進方案、對電池中的基礎科學問題給予令人信服的解釋,設計出新電池體系的研究成果還為數較少。”
“中國的優勢在于人才、原材料、制造成本、高效完整的產業鏈。產品達到世界領先水平,并非絕不可能。制造出高質量、高性能、高可靠、高安全的電池,這需要科技部、國家自然科學基金委、工信部、科學院、教育部等國家和地方政府部門聯合起來,制定切實可行的長期的發展規劃,整合優勢資源,加強產學研合作,加強自動化制造裝備與測試設備的研發,同時對產業鏈的各個薄弱環節進行集中攻關,產生集群優勢。”
最近,通過自主研發以及與國內、國際上多個研發團隊的合作,利用同步輻射光源技術、中子技術、球差校正電鏡技術、掃描隧道顯微鏡技術、薄膜技術,結合第一性原理分子動力學計算方法,高通量材料計算方法等,物理所在鋰電池材料的儲鋰機制,材料的表界面電子與晶體結構演化方面取得了更深入的認識。對此,李泓研究員表示,科學家的獨創精神和個人興趣在推動原創技術發展方面確實很重要。但面對復雜體系的研究,特別是需要將創新技術變為實用技術時,合作顯然有助于更快、更深入、更全面獲得研究成果。在針對復雜應用技術的鋰電池研究領域,尤其如此。密切的合作需要合作方彼此謙讓,利益共享,高度信任。
李泓研究員還特別提到,“在物理所研究團隊的成長過程中,陳立泉老師和黃學杰老師一直身先士卒,不斷給團隊的年輕科研人員創造展示自己的機會,將個人的價值融入于集體的成功之中。”中科院物理所倡導“窮理、有容、惟才、同德”的學術理念,在這樣的環境里從事研究工作,李泓研究員感到非常幸運,也非常珍惜。
他將和中科院物理所的老師和同學們一起攻堅克難,一起成長進步,一起推動我國儲能材料與技術的新發展。
論文摘要:論文根據環境工程專業學科的特點,以環境工程專業的知識體系為背景,從多媒體教學手段、工程實踐、考試改革三個方面對《環境物理性污染》這門課的教學方法進行了改革。通過授課實踐:學生普遍喜歡這授課方式,課堂氣氛活躍,極大的激發了學生學習專業課的熱情,課堂教學效果顯著。
引言
《環境物理性污染》是環境工程專業的一門專業選修課。通過本課程的學習,使學生掌握環境物理性污染的一些基礎知識,掌握噪聲控制的基本原理及控制方法,了解環境噪聲評價的基本方法[1]。使學生在噪聲控制基本理論的基礎上,能針對不同的噪聲污染情況提出合理有效的治理措施和方案。怎樣把這門工程實踐性強、理論知識難于理解的課程很好的傳授給環境工程專業的學生成為教學過程中的一個關鍵,那么《環境物理性污染》的教學設計就顯得尤為重要,我在教學中主要在多媒體教學手段、學生的工程實踐能力和考試改革三個方成進行了教學改進和實踐,并把教學中的方法和體會總結如下。
1、在環境工程專業的知識體系的大背景進行課堂教學
《環境物理性污染》一定要在環境工程專業的知識體系的大背景進行課堂教學,一方面可以避免環境工程專業各門課的孤立教學,對一些專業交叉的知識重復講授,使學生覺得好多知識都在重復的學習,造成教師授課的尷尬,教學效率低。比如:噪聲的測量這一節,環境監測、環境評價都涉及到這一方面的知識,那么在講到這一節時就應注意到不要知識的重復,要區別于那兩門課,要有側重點;另一方面明確環境工程各門課之間的區別與聯系,使所授的課程承前啟后,避免了教師在授課的過程跑題,忽略課程的內在聯系。與《環境物理性污染》這門課相關的課程有大學物理、環境監測、環境評價、環境監測認識實習及畢業設計等,講授本課首先應以大學物理、環境監測為基礎,對于基本原理及公式講解要透徹,由淺入深,也要為后續課程如:環境評價及畢業設計打好基礎,在課程中進行相關知識的滲透。另外還應結合環境監測認識實習中有關物理污染的實習內容,把同學們實習過程中對于噪聲、輻射及振動等污染進行實際監測的親身體會與理論知識結合起來,在實踐的基礎上進行深入的教學,例如:學生在環境監測實習時,我從站里借出多功能噪聲分析儀,給學生簡單的講解怎樣使用和監測噪聲污染的一些基本知識后,讓學生對噪聲進行簡單的測量,這樣學生會產生很多關于噪聲的疑問,在上噪聲課的時候他們就會帶著問題聽課,注意力和學習興趣就會大增。對專業理論的理解更加清晰、透徹,實現認識、實踐、再認識的學習過程,真正理論聯系實踐。
2、充分利用多媒體教學手段豐富課堂
多媒體在教學領域的廣泛應用、無疑是教學手段現代化的標志,是對傳統教學模式“粉筆加黑板”的革命,應用多媒體教學使教學形象生動,聲形并貌,使單板的課堂鮮活起來,但是每一種新生事物都像一把“雙刃劍”,應用多媒體是把抽象的、復雜的理論直觀化、簡單化及把實驗室及實際現場搬到課堂,聲形并貌的豐富課堂教學,如果授課教師對多媒體的點擊率過高、以至“一個鼠標,一張嘴”[3]的程度,或把整本書的內容翻版到多媒體大屏幕上,大段大段的文字,教師單調的照著大屏幕念,這樣的教學非但不會起到加強教學效果的目的,反而會引起學生對多媒體極大的厭惡,進而牽扯到授課教師,久而久之學生對該課程失去興趣,影響教學質量,因此學會怎樣充分的、合理的利用好多媒體成為搞好課堂教學效果的關鍵。《環境物理性污染》是一門工程實踐性很強的專業課,單憑黑板板書是很難把知識講清楚的。比如:在講到隔聲屏聲學設計計算方法時,學生對于聲程差的計算很不能理解,很難建立空間的想象,于是我用PowerPoint作了一個動畫效果,把每一個聲程差分別顯示出來。
《環境物理性污染》利用多媒體教學手段,使原本枯燥的專業課生動起來,利用一些圖片和動畫吸引學生的注意力、使些抽象難懂的理論直觀化、具體化;播放一些視頻片段,向學生提供一些相關的專業前沿信息;利用一些表格向學生傳達一些理論數據,雖然這樣會增加老師的工作量,但是取得的教學效果是成倍的,而且這些材料是能夠積累的,經過幾輪的教學,這些都是寶貴的教學經驗。
3、注意對學生工程實踐能力的培養
就工程專業的學生而言,隨著經濟體制的變革和科學技術的發展要求工程技術人員具備廣博的專業知識和工程實踐能力。特別是近幾年高校的不斷擴招,畢業生人數驟增,就業壓力越來越大。面對強大的就業矛盾,各高校也在不斷的進行教學體制改革,使其畢業生的綜合素質不斷提高,具有更強的社會適應能力,而其中學生的工程實踐能力便是社會用人單位考查畢業生的一個重要指標,有較強的工程實踐和動手能力及創新精神的學生是具有很大就業優勢的。對于高校的教學單位培養學生的工程實踐能力和動手設計能力就滲透到了教學活動中來,主要注重以下的培養:
①在講授專業課的同時注重培養學生的工程實踐意識。比如:加大專業教學的信息量,用工程實際的例子來解釋專業理論及專業知識在實際工程中的應用,看一些工程設計的錄像和設備及工藝的圖片,有條件的可以把設備實物拿到教室直觀教學等等。
向同學們介紹我們平常生活的場所,看看都屬于哪種吸聲設計,使用了什么吸聲材料和吸聲結構,面積有多大,把專業知識和實際生產緊密的聯系起來,從而激發學生學習專業知識的興趣,取得良好的教學效果。
②通過演示性實驗和綜合性實驗加強學生的工程實踐能力。本課設置了《噪聲分析儀的使用》演示性實驗和《校園內環境噪聲評價》綜合性實驗,兩個實驗實際是一個提高的過程,第一個實驗主要讓學生熟練掌握噪聲分析儀的使用,第二個實驗是用噪聲分析儀對校園內噪聲功能區或噪聲污染突出的區域進行噪聲監測,然后根據環境評價相關的噪聲污染評價方法對測定的數據進行分析整理,從而確定測定區域噪聲污染情況,這也是環境噪聲監測和環境噪聲評價工作的主要內容,實驗內容設計貼近實際工作,培養學生實際工作的能力。
4、通過考試改革培養學生的綜合設計能力
在學期末還進行了考試改革,把工程設計計算部分改為開卷,學生可以查閱一些參考書,這樣在出題的時候也會加大難度,運用工程實例,擴大設計的覆蓋面,著重培養學生自主設計計算和創新的能力,學生也很喜歡這種考試方法,自己選設計方法、自己選參數也可自己改良設計步驟,另外在授課期間向學生布置了與物理性污染有關的專題論文,學生自己查閱資料,撰寫論文,老師對論文的內容作了一些要求,論文完成的好壞也算在了期末成績中,這樣使期末成績多元化,考查學生多方面的素質。
以上針對環境工程《環境物理性污染》這門課的一些教學方法和手段的改革,在本專業的教學過程中進行了一些嘗試,學生反映情況非常好,學習熱情和興趣增強,體會到了學習專業課的樂趣,教學效果非常顯著。
參考文獻
[1]顧強.噪聲控制工程[M].北京:煤炭工業出版社,2002.8.
1.加強教師隊伍建設,提高物理教師的理論素養
(1)開學初組織教師學習了新課標的基本理念,以新的教學理念武裝頭腦,全面提高本組教師的理論素養。
(2)組織全體教師學習新的《物理課程標準》以及課程改革的有關材料,把握新時期物理教學目標與重點,學習新教法,力求我們的教學活動更具成效,取得了顯著的成績。
(3)組織教師開展學習心得體會交流會,互相交流,互相學習,并積極撰寫教學論文和教學案例反思,6篇論文獲得市一、二等獎并收入匯編,還有多篇論文、教學案例與反思參加學校匯編。
(4)認真組織教師參加遠程培訓,所有教師都積極地完成規定學時,成績至少合格。
2.加強了教研組備課組的建設,各項活動有序地進行
(1)嚴格按照開學時的工作計劃,落實教研活動制度,每周進行一次教研活動,并做了詳細的安排,真正做到了教研活動有計劃、有內容、定時間、定地點。
(2)完善備課組集體備課活動,提高了各備課組的教研質量。集體備課做到了“四統一”(統一進度、教案、練習、測試),加強各組之間的交流、聽課、評課等活動,相互學習,相互促進。高一級備課組在這一方面做得非常出色。
(3)認真成功組織了本組的教學公開周活動,陳飛騰老師開了示范課,羅智強、李萍杰、宋錫海、余賽紅四位老師分別開了公開課,全組老師積極參與聽課、評課,使全組教師得到了很好的學習和鍛煉的機會。
3.新課標的理念應用于實際教學中,切實提高了課堂教學效率
(1)學期初組織教師學習教材教法,認真進行教材分析,熟悉各年級知識體系及教學目標、教學要求。
(2)全面進行課堂教學模式改革,實施啟發式、討論式教學模式,提高了學生的領悟能力和學習能力。
(3)教學過程中重視知識的形成過程的教學和情境教學,采用探究式教學模式,提高了學生學習物理的興趣及實踐能力。
(4)定期開展了研究性學習、綜合實踐活動、物理第二課堂活動,全面發揮學生的主體作用,使學生得到了鍛煉與提高。
(5)高一、高二備課組認真抓好學科競賽輔導工作,分別舉行了校級物理競賽,發現了一些物理學習尖子,取得較好的成績,為參加奧賽做好充分準備。
(6)加強了課題的研究,提高教師的教科研水平。為了配合學校“十一五”省級課題《信息技術環境下教學模式創新研究》的研究,積極探索多媒體技術在物理教學中的應用,全組教師積極參加課題研究,劉玉樹負責的《信息技術與物理課堂教學的整合》、陳飛騰負責的《信息技術與物理創新教學》、方秋月負責的《中學物理實驗的創新教學》都在本學期完成了結題,研究成果上報學校。
4.青年教師的培養工作卓有成效
(1)組織了青年教師進行教育理念、理論的學習,定期檢查學習筆記,全面規范教師的學習活動,各青年教師均在學習中得到了不斷提升。
(2)組織了新教師上好匯報課,做好各方面的指導工作,各青年教師通過各種講座、交流會議、參觀等活動,對教師業務進一步熟悉,教學水平有了很大的提高。
(3)積極做好“青藍工程”建設,老教師積極做好新教師的指導工作,協助新教師成長。新老教師結對子活動極大促進了我組青年教師的成長。翁志鵬老師和林志臻老師參加“礪青杯”青年教師教學技能比賽分別獲得二、三等獎的好成績。
5.各項常規工作有條不紊地進行
(1)定期進行教學常規調研工作,及時獲取了反饋信息,不斷地改進教學。
(2)定期抽查教案、聽課記錄,檢查作業批改情況;林志臻老師的教案獲得校優秀教案。
一、物理試題DOC格式的電子稿
前不久,一位遠在他鄉的同學(高中物理教師)向筆者索求《2007年普通高等學校招生全國統一考試理科綜合能力測試(全國Ⅱ卷)》物理部分的DOC格式的電子稿和打印稿,以供研究之用。筆者便向本校幾位高中物理教師索要,“沒有找到”。筆者進入中小學數字圖書館,在線查找到《物理教學探討》2007年第11期(下半月)刊登的《2007年普通高等學校招生全國統一考試理科綜合能力測試(全國Ⅱ卷)物理部分》,下載到自己的電腦上,高興之余看到它是CAJ格式的。那怎么辦?
筆者打開CAJ格式的原文,用選擇文本工具全選、復制、粘貼到Word文檔中,滿以為輕松完事。可仔細一瞧,物理量字母和公式不符合規范。筆者又對照CAJ格式的原文,在Word文檔中利用插入/對象/Microsoft公式3.0把物理量字母和公式重新錄入了一遍,經過排版,DOC格式的和CAJ格式的原文基本上一樣了,這才松了口氣。
二、截圖打印CAJ格式的物理資料
2008年隆冬下午,大雪紛紛落下,鄰縣的一位高三物理教師遠道而來,向筆者索求有關高考彈簧問題的資料。在中小學數字圖書館下載了《高考物理中的彈簧試題賞析》等幾篇論文,他看后很高興,但是由于計算機沒有連接打印機不能打印。“發送到您的電子信箱或QQ信箱”“沒有的”。眼看班車就要啟動了,他急著要乘車趕路。情急之下,轉存于U盤,到街上打印部去打印。可是打印部沒有安裝CAJ瀏覽器,欲下載瀏覽器,“網剛斷線”,怎么辦?車已等待在打印部門口。筆者又到學校用自己的電腦把原文截圖,粘貼到Word文檔中,第二次到打印部用噴墨打印機打印出文字稿。他急匆匆跨出大門,隨著雪花乘車遠去。
幾個月后,他給筆者捎來3元的打印費,信中說已經開通了自己的QQ,并說學生很歡迎那些材料。筆者把那些原稿發送到他的QQ信箱,并退回了打印費。
CAJ格式的文件,截圖粘貼于Word文檔中,雖然也能打印出來,但比較麻煩,效果不如用CAJ瀏覽器直接打印好。
三、物理CAJ格式文件的打開
“怎么打不開?”一天,筆者到一家打印部復印一封《中國多媒體學報?中學物理》電子期刊的郵發代號、級別、定價的資料。老板正愁眉緊鎖,給一位教師試著打開一份文件,卻總是打不開,看樣子很著急。原來,這位教師急著要參閱那份文件。“打不開就算了吧”,筆者急著讓老板停下來復印資料,老板不聽。筆者彎腰一看,原來是CAJ格式的文件―該計算機沒有安裝CAJ全文瀏覽器。從中小學數字圖書館替老板下載并安裝了CAJ全文瀏覽器,雙擊打開了文件,并打印出來,原來是幾篇物理學術論文,發送(保存)于他的電子信箱,舉手間解決了老板之急。這位教師拿上打印稿飛奔而出,趕著上課去了,老板高興之余給筆者免了6元的復印費。
四、物理專業期刊
一次,筆者遠道去山村看望久未見面的一位好友。聽見辦公室內幾位年輕的教師議論著,各自訂一份適合自己的物理期刊大家交換看,把國內基礎教育領域的物理專業期刊列舉出來,大家挑選吧。抬頭一看,門上掛著“物理教研組”的門牌,好友看見筆者,高興地說“來來來,你說說,是不是全列出了”。筆者邊查邊說“在中小學數字圖書館利用期刊導航可以查出物理期刊:中國基礎教育全文數據庫期刊導航教學輔導物理物理教學探討(物理教師、中學物理教學參考……)(在當時的舊版檢閱的)。”其中的一位尋思“知網中怎么沒有《中學物理》,難道不是正規期刊?”筆者利用復印報刊資料系列數據庫閱讀卡,進入書報資料中心數字出版平臺,檢索到國家權威學術期刊《中學物理教與學》(《國家權威學術期刊參考名錄》,出自甘知改辦[2004]7號文件《甘肅省職稱評定中論文要求及刊物級別認定辦法》)轉載的《中學物理》雜志上的幾篇論文,他看后“才知道懷疑錯了”。筆者拉開手提包,隨手拿出《中學教研與論文寫作實用手冊》,讓大家看看書中第387頁的《第三章 中等教育類期刊簡介•物理》。“過幾月結合《甘肅郵政2009年報刊收訂目錄》再查對,在知網和書報資料中心數字出版平臺看看物理期刊的論文,了解刊物特色,對選訂刊物頗有幫助”。《中學物理》在知網查閱不到,不能說明不是正規期刊,其實,該刊知網未收錄。筆者還利用自己的中國多媒體教學學報網絡版閱讀卡,讓大家參閱了電子期刊《中國多媒體教學學報•中學物理》,大有“相見太晚”的感覺,“還有這么好的多媒體期刊!”
五、物理教師初學論文寫作的快樂便橋
自1981年8月任教以來,筆者20多年如一日,多方搜集資料,以供業余教研之用。整理分類,足有好幾本。翻來覆去圈點勾畫,年長日久,模糊不清,若有丟失,只有惋惜。艱難困苦只有自己知曉不說,總為缺少必備的文獻資料而常常嘆息。自從步入中小學數字圖書館后才發現初學論文寫作的快樂便橋――中國知網舊版入口科研之路(怎樣搞科研、怎樣選題、怎樣搜集資料、怎樣寫論文、怎么申請科研經費……科研之路從這里開始),琳瑯滿目:“怎樣選題”欄目曹勇兵的《淺談研究性學習的選題原則》,“怎樣寫論文”欄目蔣福泉的《談搞科研與寫論文》。其實,在數字圖書館搜索教研之路類文章很容易,資料齊全而且權威便捷。晚上夜闌人靜難眠時靜靜思索對比,才發現自己20多年來收集的資料是那么的微不足道。知網收錄的是那么的全面豐富,價值高而且時尚。筆者頓時涌出偶爾發現無數寶藏之激動,一口氣讀了好幾篇還不過癮。以后一有時間常讀,大開眼界,成為知網粉絲和常客。惋惜自己使用太晚,所以一遇知音,先提數字圖書館,意在初敲教研之門者少走彎路,早知、早識、早用。
六、《都市家教》知網未收錄
“《都市家教》是正規期刊嗎?”手機鈴聲響了,接通手機,是位女教師的聲音。原來,該刊采用了她的論文。隨即放下手邊的事兒,在《甘肅郵政2004年度收訂報刊目錄》中查找,只看到《都市》(郵發代號22-15)、《都市麗人》(郵發代號46-229)、《都市主婦》(郵發代號82-209),沒有找到《都市家教》。又在學校找好友借計算機上網查詢,在中國知網上沒有查詢到。正規期刊會被具有權威性的網站(如中國知網)收錄,是知網沒有收錄,還是有問題?隨即進入中國記者網,類別選擇“期刊”,媒體名稱輸入“都市家教”,查詢到《都市家教》的信息:期刊CN號36-1276/G4,主管單位和主辦單位是江西日報社,發行范圍公開。維普資訊收錄《都市家教》,其中有關信息和在中國記者網查詢到的相同,可見知網還沒有收錄《都市家教》。這些資料通過手機短信回復給市郊的那位女教師:“《都市家教》是正規期刊”。
七、選報高考志愿
“高考志愿怎么填報”?一位高三學生問到,言下之意索求填報志愿的參考資料。中小學數字圖書館的此類資料是不是有用,筆者心中沒底。面對學生的索求,無理由推卻。筆者在中小學數字圖書館查找出好幾篇文章,挑選了其中的《知己知彼 慎重選擇―談如何填報高考志愿》《填報志愿ABC―專家為你當“高參”》,下載打印出來遞給,擔心誤導,提醒“參考一下,主要得聽班主任和家長的指導意見”。過了幾個月,筆者乘車去縣城,在面包車上遇見了那位同學,他說“您給的資料幫助我選中了自己理想的大學”,還高興地說,雖然成績剛上二本線,不太高,但由于志愿填報合理,錄取的學校自己比較滿意。
八、校正物理論文
“市教育科學研究所征集論文的上交時間快截止了,怎么修改校正呢?”這幾天筆者為修改《〈中國基礎教育文獻資源總庫〉應用案例》而著急。看了征文的消息后,筆者準備進入中國知網修改,可是自己的中國知網知識服務卡余額不足,不能進入知網修改了。一天,瀏覽知網時偶然看到中小學數字圖書館建館大賽的消息,高興之余立即報名參賽,得到鼓勵與支持,還得到免費試用賬號,建立了自己的數字圖書館―中學物理教與研。在自己的數字圖書館免費下載了所需的文獻資料,校正了論文中的不妥之處。
九、CFED佳作《優秀論文的五大要素》
一天,筆者在中小學數字圖書館瀏覽《中國基礎教育文獻資源總庫》/工具書在線/CNKI學術論壇時,發現《優秀論文的五大要素》,覺得是篇佳作,十分高興,拜讀了幾遍,心想怎么得到原文?筆者給CFED培訓部的一位教師寫信索要到CAJ原文,馬上打印出來,出外辦事隨身帶著,閑時研讀,不知看了多少遍了。一位教研愛好者在筆者的博客上留言,請教“教研秘訣”,回信到“請看《優秀論文的五大要素》”。這位教研愛好者索要原文,不幸丟失了。后來,通過自己建立的數字圖書館,下載并發送給這位教研愛好者,相信這篇佳作會幫助這位教研愛好者走上教研之路的。
從以上案例可以清楚地看出,在新課程背景下,中小學數字圖書館不但是物理教師解決問題的一條新途徑,而且還是其他學科教師解決問題的新途徑。
參考文獻
關鍵詞:固體物理 研究性學習 研究熱點
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2013)02(b)-0194-01
該文結合固體物理學本身的教學內容以及相關研究熱點,談談自己在教學實踐中將學科前沿發展動態融入“研究性學習”的一些體會,以求拋磚引玉,促進該課程教學的發展。
1.教學內容的組織與優化
根據課程內容的重要性和安徽大學物理與材料科學學院學科發展特點,我們在教學時,抓住課程主線,集中講授核心內容,略掉枝節,并不做到面面俱到。我們將課程內容所有知識點按不同的特點細化為三層。
1.1精華知識層
這一層次的知識是固體物理學最基礎、最重要的知識。我們精心設計教學案例,以引人入勝的提出問題的方式引導學生對核心知識點進行思考,探究,進而在課堂上精講,總結。如,在簡單介紹完“多晶體是由許多晶粒構成,品粒之間的交界處稱為晶界,人們習慣上把晶界看作缺陷,而視完整晶體為主體”這一概念后,引導學生反向思考“如果晶界為主體,而小的晶粒所占比例較小,即:缺陷占相當大比例的材料”將會是怎樣呢?并就此布置學生通過學校圖書館電子文獻資源調研納米固體材料,組織一節課時間的學術沙龍。通過這種方法,引入前沿課題不僅能夠啟迪學生的創造性思維,而且可以培養學生反向思考問題并進行學術交流的能力。再比如在講授金剛石晶體結構時,引入碳納米管、石墨烯這一當前研究熱點,調動學生探討碳的各種同素異形體及其相關應用。
1.2拓展知識層
這一層次知識的傳授以課堂教學為輔,案例思考,課程論文為主的形式進行傳授。學生在課堂上聽了老師的講解后,引導其在課下就自己感興趣的問題通過文獻調研、學術沙龍的形式向更深或更廣的層次學習。如在講授晶體熱膨脹非諧效應時以為什么水泥地面中間總是有一道道空隙間隔為出發點,引導學生思考熱膨脹現象,培養學生發現問題的能力。通過簡諧晶體勢函數展開非諧項的引入培養學生分析問題和解決問題的能力。最后,通過當前科研熱點“零熱膨脹材料和負熱膨脹材料”概念的引入,培養學生調研文獻和將所學理論應用實踐的能力精神。
1.3自主學習知識層
學生在學習了第一層的精華知識后,完全有能力在此基礎上自學相關內容。一方面培養了學生自主學習知識的能力,另一方面,節約了課時,保證了精華知識層和拓展知識層次的學習時間。
2.教學形式的革新及綜合應用
(1)啟發式教學:知識點在講解時以一串環環相扣的問題為線索,當這一串問題都被解決后,知識點就成功地被學生掌握了。比如傳授能帶的形成時,與孤立原子的分離能級相對比,以晶體的成鍵作用如何影響其能級簡并度為出發點,引入緊束縛近似理論,討論其對能帶的影響。進而引入當前科研熱點:“金屬絕緣體轉變”,以虛擬實驗金屬鈉晶體膨脹情形下,其電導率隨品格常數a的變化規律為討論對象,分組討論如何應用緊束縛近似理論加以處理。
(2)案例教學:選取符合知識點應用要求的、貼近生活與技術發展的、學生感興趣的案例,師生共同分析、討論,從而提高學生的分析問題能力與知識應用能力。比如課程體系講授到品格常數時,引入聚苯乙烯微球人工微結構概念和半導體超品格概念(超品格和微結構是比實際晶體的品格常數大的人造品格),并要求學生就相關概念進行文獻分組調研,PPT制作,下次課程時間面向同學進行介紹。相比以前老師直接給學生舉例的教學方式,案例教學法激發了學生的學習熱情,使學生成為學習的主人、課堂的主角,課堂氣氛生動活潑。
(3)綜合性課題研究:結合固體物理學當前學科發展前沿,布置相關課題文獻綜述,如石墨烯,金屬氫,Mort絕緣體,左手材料等要求學生以研究小組為單位申請相關課題,運用所學知識,結合文獻調研進行研究。組長負責好組內分工,每位學生要有明確的任務,小組成員團結協作,共同完成任務,制作好PPT,并在課堂上各組代表展示本組研究成果,小組間提問交流,老師對設計成果進行評價。學生通過綜合性課題研究,提高了利用所學知識解決實際問題的能力,激發了創造力,促進了學生間的交流與協作,加強了口頭與書面表達能力,提升了學生的綜合素質。
3.研究性教學實踐體會與心得
3.1教師角色的轉變
研究性教學以學生為主體,教師的主要任務不再是向學生灌輸知識,而應把大量精力用在研究性教學方法的研究、研究性教學的設計與組織上。課程教學要以教師啟發引導、學生小組討論,課程論文撰寫等形式進行。
3.2充分利用本學科的優勢
教師應利用好所在學科的優勢,將該優勢與固體物理的教學有機結的結合起來。例如,x射線衍射是一種非常重要的材料研究方法,該課程的基本理論正好是固體物理的晶體結構部分。因此,固體物理教學時,可以結合x射線衍射實驗,學生不但學到了理論知識,通過親自實驗,大大加深了對晶體結構的感性認識,同時也提高了學生的觀察能力、動手能力和分析問題的能力。