半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系精選(九篇)
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第1篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：凝聚態(tài)物理；關(guān)聯(lián)區(qū)；量子態(tài)；理論方法
中圖分類號：O469 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
凝聚態(tài)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)中最大也是最重要的分支學(xué)科之一，它是從微觀角度出發(fā)，研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系，因此建立起既深刻又普遍的理論體系，是當(dāng)前物理學(xué)中最重要、最豐富和最活躍的學(xué)科，在許多學(xué)科領(lǐng)域中的重大成就已在當(dāng)今高新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中起了關(guān)鍵性作用，為發(fā)展新材料、新器件和新工藝提供了科學(xué)基礎(chǔ)。凝聚態(tài)物理一方面與粒子物理學(xué)在概念上的發(fā)展相互滲透，對一些最基本的問題給出啟示；另一方面為新型材料的研發(fā)和制備提供理論上和實(shí)驗(yàn)上的支持，與工科的技術(shù)學(xué)科銜接構(gòu)成科學(xué)上最有實(shí)用性的拓新領(lǐng)域。那么，當(dāng)今凝聚態(tài)物理主要研究哪些分支內(nèi)容？使用什么樣的理論方法？這些研究在哪些方面有所成就？
一、凝聚態(tài)物理當(dāng)今主要研究的一些分支內(nèi)容
凝聚態(tài)指的是由大量粒子組成且粒子間有很強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)。固態(tài)和液態(tài)是最常見的凝聚態(tài)，低溫下的超流態(tài)、超導(dǎo)態(tài)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、磁介質(zhì)中的鐵磁態(tài)、反鐵磁態(tài)等，也都是凝聚態(tài)。凝聚態(tài)物理是屬于偏應(yīng)用的交叉學(xué)科，研究方向和分支很多，基本任務(wù)是闡明微觀結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的關(guān)系。傳統(tǒng)的凝聚態(tài)物理主要研究半導(dǎo)體、磁學(xué)、超導(dǎo)體等，現(xiàn)今凝聚態(tài)物理學(xué)研究的理論內(nèi)容十分廣泛，以下是其中較活躍的幾個(gè)分支：
1.固體電子論中的關(guān)聯(lián)區(qū)
研究固體中的電子行為，是凝聚態(tài)物理的前身固體物理學(xué)的核心問題。按電子間相互作用的大小，固體中電子的行為分成3個(gè)區(qū)域，它們分別是弱關(guān)聯(lián)區(qū)、中等關(guān)聯(lián)區(qū)和強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)。弱關(guān)聯(lián)區(qū)的研究基于電子受晶格上離子散射的能帶理論，應(yīng)用于半導(dǎo)體和簡單金屬，構(gòu)成了半導(dǎo)體物理學(xué)的理論基礎(chǔ)；中等關(guān)聯(lián)區(qū)的研究包括一般金屬和強(qiáng)磁性物質(zhì)，是構(gòu)成鐵磁學(xué)的物理基礎(chǔ)；強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)則涉及電子濃度很低的不良金屬，諸如莫脫絕緣體、近藤效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)等，它們的物理性質(zhì)問題尚未得到很好地解決。
現(xiàn)今對固體電子論的研究比較注重的是強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。
2.宏觀量子態(tài)
用量子力學(xué)描述宏觀體系的狀態(tài)稱為宏觀量子態(tài)，如超導(dǎo)中電子的庫珀對。超導(dǎo)現(xiàn)象是電阻在臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc以下突然降為零，磁通全部被斥，成為完全抗磁體，超流現(xiàn)象是當(dāng)液氦（4He）的溫度降到2.17K時(shí)，由正常流體突然轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸幌盗袠O不尋常的性質(zhì)的“超流體”。宏觀量子態(tài)具有典型的量子力學(xué)性質(zhì)，如勢壘隧道穿越和位相相干等。當(dāng)前量子力學(xué)研究的重要課題是退相干現(xiàn)象和耗散現(xiàn)象。
3.介觀物理與納米結(jié)構(gòu)
介觀是介于宏觀與微觀之間的一種體系，處于介觀的物體的尺寸可以說是宏觀的，因而具有宏觀體系的特點(diǎn)；但是由于其中電子運(yùn)動的相干性，會出現(xiàn)一系列新的與量子力學(xué)相位相聯(lián)系的干涉現(xiàn)象，這又與微觀體系相似，故稱“介觀”。介觀物理學(xué)所研究的物質(zhì)尺度和納米科技的研究尺度有很大重合，所以這一領(lǐng)域的研究常被稱為“介觀物理和納米科技”。
為獲取更優(yōu)異的物理性能，凝聚態(tài)物理界從20世紀(jì)中期開始注重將材料按特定的結(jié)構(gòu)尺度組織成復(fù)合體，若結(jié)構(gòu)尺度在1nm～100nm范圍內(nèi)，即為納米結(jié)構(gòu)，它在基礎(chǔ)研究中發(fā)揮的重要的作用是：在兩維電子氣中發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)和維格納晶格，在一維導(dǎo)體中驗(yàn)證了盧廷格液體的理論，在一些人工的納米結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了介觀量子輸運(yùn)現(xiàn)象。在未來的一段時(shí)期內(nèi)，納米電子學(xué)和自旋電子學(xué)將成為固體電子學(xué)和光子學(xué)的發(fā)展主流。
4.軟物質(zhì)物理學(xué)
1991年被提出的軟物質(zhì)也被稱為復(fù)雜液體，它是介于固體與液體之間的物相，一般由大分子或基團(tuán)組成，諸如液晶、聚合物、膠體、膜、泡沫、顆粒物質(zhì)、生命體系物質(zhì)諸如DNA、細(xì)胞、體液、蛋白質(zhì)等都屬于這類物質(zhì)，它們中大多數(shù)都是有機(jī)物質(zhì)，在原子的尺度上是無序的，在介觀的尺度上則可能出現(xiàn)某種規(guī)則而有序的結(jié)構(gòu)。軟物質(zhì)在變化過程中內(nèi)能的變化很微小，熵的變化卻很大，因而其組織結(jié)構(gòu)的變化主要是由熵來驅(qū)動，和內(nèi)能驅(qū)動的硬物質(zhì)不同。有機(jī)物質(zhì)中的小分子和聚合物的電子結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)現(xiàn)在正受到重視，因此有機(jī)發(fā)光器件和電子器件正在研制開發(fā)中。
二、當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的一些現(xiàn)象及其理論方法
固體物理學(xué)的一個(gè)重要的理論基石為能帶理論，它是建立在單電子近似的基礎(chǔ)上的。而凝聚態(tài)物理學(xué)的概念體系則淵源于相變與臨界現(xiàn)象的理論，植根于相互作用的多粒子理論。凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是量子力學(xué)，基本上已經(jīng)完備且成熟。
當(dāng)前常用的一些理論方法：第一性原理（特指密度泛函理論計(jì)算），蒙特-卡洛方法，玻爾茲曼模型，分子動力學(xué)模擬，伊辛模型，有效場，平均場等等。
當(dāng)前被研究的一些現(xiàn)象：光譜，超導(dǎo)，霍爾效應(yīng)，弱相互作用，電阻（巨磁電阻，龐磁電阻），磁性研究（磁阻，微磁學(xué)，鐵磁性，巨磁阻抗效應(yīng)，相圖），多向異性，子晶格，態(tài)密度，能隙，強(qiáng)關(guān)聯(lián)、激發(fā)態(tài)，量子通信，冷原子、物理進(jìn)展等等。
第一性原理方法是根據(jù)原子核與電子相互作用及其基本運(yùn)動的規(guī)律，運(yùn)用量子力學(xué)原理從哈密頓量出發(fā)，近似處理后進(jìn)行求解薛定諤方程的方法，它能給出體系的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)等相關(guān)信息，能描述化學(xué)鍵的斷裂、重組，以及電子的重排而被很多人多熱衷。
蒙特-卡羅方法也被稱統(tǒng)計(jì)模擬方法，是以概率統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的使用隨機(jī)數(shù)來進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法一類數(shù)值計(jì)算方法，它是以事件出現(xiàn)的頻率估算隨機(jī)事件的概率，并將這個(gè)結(jié)果作為問題的解。
伊辛模型是描述分子之間有較強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)發(fā)生相變情況的模型。通常使用有效場理論、平均場理論和蒙特?卡羅方法來研究它。
三、當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的一些成就
凝聚態(tài)物理當(dāng)今在器件方面取得的兩方面主要成就是太陽能電池和納米器件。在材料方面取得的一些成就有：納米材料，電子陶瓷材料，拓?fù)浣^緣材料，碳材料（石墨烯，石墨炔，碳化鍺薄膜等），復(fù)合熱電材料，自旋液體、超導(dǎo)體，超材料，薄膜材料。
上邊所列的這些成就中，拓?fù)浣^緣體的邊界或表面總是存在導(dǎo)電的邊緣態(tài)，這有望于制造未來新型電腦芯片等元器件。自旋液體描述物質(zhì)中的一種特殊自旋排布狀態(tài)，材料的作用能支持某些奇異的超導(dǎo)性或?qū)⒁恍┫窳Ｗ右粯訐碛须姾傻膶?shí)體組織起來。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強(qiáng)度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，目前最有潛力的應(yīng)用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計(jì)算機(jī)，而且它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。當(dāng)今對石墨炔衍生物的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)，研究者們積極地設(shè)計(jì)可能的石墨炔衍生物并預(yù)測其物理性質(zhì)。如研究BN摻雜的石墨炔系列結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它的性質(zhì)與硼氮元素?fù)诫s的濃度和位置緊密相關(guān)；N摻雜石墨炔可充當(dāng)氧還原反應(yīng)的無金屬電催化劑；氟化作用可調(diào)節(jié)石墨炔帶隙寬度，這使得石墨炔在納米電子設(shè)備的使用上使其有靈活性；分別在石墨二炔和α-石墨炔中摻入硅和鍺的結(jié)果是碳硅元素以及碳鍺元素之間可以形成穩(wěn)定的炔鍵結(jié)構(gòu)，并且其帶隙值明顯加寬。總之，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些新的碳鍺材料，不僅可以豐富碳相關(guān)材料的數(shù)據(jù)庫，而且可以為電子設(shè)備、氣體分離薄膜、儲能材料、鋰離子電池電極材料等方面提供可選的對象。
還有，利用粒子的隧道效應(yīng)可制備隧道結(jié)這類夾層結(jié)構(gòu)，諸如半導(dǎo)體隧道二極管、單電子超導(dǎo)隧道結(jié)、庫珀對超導(dǎo)隧道結(jié)。利用與自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)，則已制出具有隧道磁電阻的磁存儲器。半導(dǎo)體量子阱已用來制備快速晶體管和高效激光器。量子點(diǎn)可用以制備微腔激光器和單電子晶體管。利用鐵磁金屬與非磁金屬可制成磁量子阱，呈現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)，可用作存儲器的讀出磁頭等等。
結(jié)論
有人說：“沒有量子力學(xué)就沒有手機(jī)和電腦，就沒有現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)的普及。”從這句話中可以看出更確鑿的事實(shí)：基礎(chǔ)科學(xué)一直是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和推手，凝聚態(tài)物理在理論上的發(fā)展一方面詮釋客觀物質(zhì)世界存在的現(xiàn)象，一方面又能預(yù)測人類將能解決的客觀問題；而它在實(shí)驗(yàn)上的發(fā)展則是根據(jù)其理論上建立的模型給予驗(yàn)證并因此揭示客觀事物的實(shí)質(zhì)與規(guī)律，且據(jù)此來建立并整合理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)用技術(shù)之間的聯(lián)系，使得這些客觀事物及其規(guī)律最終為人類所利用。
參考文獻(xiàn)
第2篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；材料類專業(yè)；教學(xué)探索
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）08-0122-02
對于普通高校的材料類本科教學(xué)來說，要求學(xué)生具有數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識，掌握材料設(shè)計(jì)、性能優(yōu)選、工藝優(yōu)化的原則，以及材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系。這就需要學(xué)生具有材料學(xué)科的完整的知識體系，量子力學(xué)是半導(dǎo)體、固體物理以及計(jì)算材料學(xué)、材料測試表征技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)，在材料科學(xué)體系中有著非常重要的地位。然而其由于本課程的學(xué)習(xí)是基于高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)之上的，學(xué)生對這些基礎(chǔ)課程的掌握情況參差不齊，而大部分學(xué)生對前期課程多有遺忘，課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中需要理解的知識點(diǎn)很多，所以要學(xué)好這門課程需要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，及時(shí)復(fù)習(xí)前期基礎(chǔ)課程和預(yù)習(xí)相關(guān)知識。由于知識間銜接緊密，需要邏輯推理內(nèi)容非常多，學(xué)生稍有走神或缺課就會跟不上教師的教學(xué)進(jìn)度，從而對后續(xù)知識的學(xué)習(xí)也喪失信心。此外，對于工科大環(huán)境下的學(xué)生群體來說，學(xué)生普遍對實(shí)用的專業(yè)課程較感興趣，而對基礎(chǔ)理論課程不夠重視，認(rèn)為學(xué)習(xí)非常枯燥也沒有大多的用處。種種原因造成了在工科大環(huán)境下的理論物理教學(xué)特別是量子力學(xué)課程的教學(xué)困難重重，因此將理論教學(xué)與專業(yè)特色相結(jié)合，探索具有專業(yè)特色的量子力學(xué)的教學(xué)方法具有重要的意義。如何消除學(xué)生對本課程的畏懼心理，如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生在課堂上有收獲的同時(shí)也要自覺利用好課余時(shí)間學(xué)習(xí)是解決本課程教學(xué)的關(guān)鍵。本文結(jié)合材料類專業(yè)的綜合情況，經(jīng)過實(shí)踐探索，總結(jié)幾點(diǎn)較為實(shí)用的教學(xué)方法。
一、與專業(yè)課程體系相結(jié)合，突出課程的重要性
備課之前先熟悉所授課專業(yè)的培養(yǎng)方案，了解學(xué)生的已修課程、同學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程以及后續(xù)的專業(yè)課程。材料類專業(yè)的量子力學(xué)課程一般在第四學(xué)期開課，在此之前學(xué)生已經(jīng)修完了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法等前期課程。同時(shí)學(xué)生開始接觸一些材料類的專業(yè)課程，例如材料科學(xué)基礎(chǔ)、高分子物理、物理化學(xué)等，在之后的第五以及第六學(xué)期將有大量的學(xué)科專業(yè)課，如材料分析測試技術(shù)、計(jì)算材料學(xué)等。教師在對本專業(yè)的課程設(shè)置以及知識框架有了整體的了解以后，有針對性地翻閱一下一些核心專業(yè)課程的教材，將專業(yè)課程當(dāng)中涉及量子力學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容篩選出來以備用。在給學(xué)生講授第一堂課時(shí)既將本課程的重要地位告知學(xué)生，哪些課程在后續(xù)課程種會涉及到相關(guān)知識，哪些領(lǐng)域會用到本課程的知識，以及量子力學(xué)對本專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的研究生入學(xué)考試以及繼續(xù)深造時(shí)的必要性。讓學(xué)生一開始對本課程的學(xué)習(xí)有心理上的重視。在具體教學(xué)的過程中，注意將量子理論與專業(yè)內(nèi)容相結(jié)合，包括已修課程和后續(xù)課程。通過多學(xué)科的滲透將整個(gè)材料學(xué)專業(yè)的課程內(nèi)容進(jìn)行貫穿，凸顯出量子理論的重要性和實(shí)用性，讓學(xué)生意識到量子力學(xué)并不是高高在上毫無用處的理論公式，同時(shí)也使得量子力學(xué)的教學(xué)更加豐富和生動。
二、與前沿科學(xué)相結(jié)合、活躍課堂氣氛
當(dāng)下的高校教師除了教學(xué)很大一部分時(shí)間精力都用于科學(xué)研究。平時(shí)實(shí)驗(yàn)或看文獻(xiàn)時(shí)可以將所涉及的一些前沿科技成果加以搜集，課堂上通過多媒體以圖片、音響等直觀的方式將其進(jìn)行簡要的介紹?；钴S課堂氣氛的同時(shí)有可以加深對該理論的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在給學(xué)生講解理論知識的同時(shí)注重結(jié)合理論的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合材料學(xué)科的特點(diǎn)以及學(xué)校的特色。作者所在的本校是有著交通特色專業(yè)背景，本校材料類專業(yè)也有水泥混凝土、瀝青混合料等工程材料方面的課程，學(xué)生就業(yè)也有很大比例在交通相關(guān)領(lǐng)域。結(jié)合本科的這一特征，教師講課時(shí)可以作一些前沿材料在交通領(lǐng)域的最新進(jìn)展。在講解知識基礎(chǔ)的同時(shí)穿插該部分知識的應(yīng)用方面的展望，展示過程中采用借助多媒體以圖片、音響和板書講解相結(jié)合的方式。通過多種途徑讓量子力學(xué)這種看似“高大上”的學(xué)科也有“接地氣”的一面，不至于全是枯燥的理論和生硬的公式，有利于對學(xué)生學(xué)習(xí)動力的激發(fā)。對于自己的科研課題也可以作一些介紹，還可以挑選部分基礎(chǔ)較好的感興趣的本科生參與到課題的研究或者參觀學(xué)習(xí)，零距離的接觸前沿科學(xué)，對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也有一定的幫助。
三、多種教學(xué)手段相結(jié)合，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性
在教學(xué)的過程中采用多種教學(xué)手段相結(jié)合。鑒于量子力學(xué)的理論抽象、知識量大、數(shù)學(xué)推理公式繁多，在教學(xué)過程中教師的講授以基本概念的理解、基本物理思想的和基本的物理模型的建立為主，對于需要推理演算的部分可以引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間自學(xué)。首先可以拓展多樣化的考核方式。課程考核的成績以期末考試為主但是學(xué)期內(nèi)平時(shí)的表現(xiàn)也是必要的?？梢钥紤]適當(dāng)增大平時(shí)考核的分?jǐn)?shù)比例，便于調(diào)動學(xué)生充分利用課余的時(shí)間。其中平時(shí)表現(xiàn)又可以分為多個(gè)方面來考核，充分調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)激情。課堂教師講授為主，適時(shí)設(shè)問作為課外思考作業(yè)，作業(yè)以書面形式或者學(xué)生在下一次課作簡短的展示的方式。才外還可以給學(xué)生布置小論文，鼓勵學(xué)生多進(jìn)圖書館，查閱相關(guān)文獻(xiàn)書籍寫一兩篇小綜述。在第一堂課即向?qū)W生說明考核的方式和比例，在考分的壓力下學(xué)生自然會積極準(zhǔn)備相關(guān)內(nèi)容。在應(yīng)對這些平時(shí)作業(yè)的過程實(shí)際上就是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的過程中，既鞏固了量課程知識，又鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和思維。在教學(xué)當(dāng)中采用多媒體和傳統(tǒng)的板書相結(jié)合的方式，多媒體信息涵蓋量較大，對一些復(fù)雜又必須的推導(dǎo)過程可以采用PPT作快速的展示，而對于一些重要的公式及定理則需要采用板書加以強(qiáng)化，通過教師邊書寫邊口訴講解，學(xué)生有足夠的時(shí)間消化理解。同時(shí)可以采用多媒體多展示一些圖片、動畫等內(nèi)容，盡量在枯燥的理論講授過程中增添一些有趣的小插曲，例如該理論提出的科學(xué)家的肖像及簡介、名言名句，小故事等。在W習(xí)原子的波爾理論以及氫原子模型的時(shí)候，使用PPT展示基本公式和理論，再輔以教師在黑板上作圖的方式講解?？梢詫⒃觾?nèi)電子的運(yùn)動類比于在操場跑步以及天體的運(yùn)動，在做計(jì)算近似時(shí)甚至可以將近似級類比于上課教室內(nèi)的座次對個(gè)人學(xué)習(xí)效果的影響、人際關(guān)系的親疏對個(gè)人情感生活的影響程度等。此外還可以鼓勵學(xué)生多接觸一些科普書籍以及最新出版的一些學(xué)術(shù)專著，例如上帝擲骰子就是很通俗的前沿物理科普書籍。通過多種渠道將量子力學(xué)枯燥難懂的教學(xué)過程生動化、有趣化。
作為材料類專業(yè)核心課程的量子力學(xué)一直都是教和學(xué)雙方都感到很困難的課程。由于量子力學(xué)的理論性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)過程相對枯燥，學(xué)科的實(shí)用性不是很明顯，學(xué)生容易厭學(xué)。教師在教學(xué)過程中需要不斷的探索適合本專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法。通過與專業(yè)課程相結(jié)合，與學(xué)校特色想結(jié)合，采取多種教學(xué)手段，結(jié)合最新的前沿科學(xué)研究，多方面入手使理論知識深入淺出，使教學(xué)過程生動有趣、調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，對提高教學(xué)質(zhì)量有非常有益的幫助。
參考文獻(xiàn)：
第3篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：固體物理學(xué) 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐
中圖分類號：G462 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）05（b）-0143-02
固體物理學(xué)是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動規(guī)律以及闡明其性能與用途的學(xué)科[1]。從學(xué)科結(jié)構(gòu)和內(nèi)容上看，該課程內(nèi)容基于普通物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、量子力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理等課程，主要講述晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶格振動和能帶理論等方面知識。它既是當(dāng)今物理學(xué)領(lǐng)域中最重要的學(xué)科之一，也是許多新學(xué)科的基礎(chǔ)。由該學(xué)科發(fā)展起來的基本概念、基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，已向其他相鄰學(xué)科領(lǐng)域滲透，并促進(jìn)其他學(xué)科的發(fā)展[2]。如：金屬物理、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、低溫物理、電介質(zhì)物理、表面物理、非晶態(tài)物理、材料科學(xué)等。幾十年來，以固體物理的理論為基礎(chǔ)，在半導(dǎo)體、磁學(xué)、激光、超導(dǎo)、納米材料等現(xiàn)代技術(shù)研究方面取得了重要突破。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，固體物理課程的教學(xué)在新的歷史條件下已面臨前所未有的挑戰(zhàn)，碰到了許多難以回避的新問題、新情況。傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)內(nèi)容對固體物理前沿的新成果、新概念介紹得不夠，且傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，不利于學(xué)生解決問題的能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了適應(yīng)精英教育、構(gòu)建研究型大學(xué)人才培養(yǎng)的需要，固體物理學(xué)的教學(xué)改革十分必要。因此，筆者結(jié)合自己在學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)過程中的感想，針對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面作出如下探索。
1 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，學(xué)生既要學(xué)習(xí)原有的經(jīng)典知識，又要接受更多的課程和社會信息，如何在有限的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)這兩者的有效結(jié)合，是當(dāng)今各個(gè)階段的教育都面臨的一個(gè)重要問題。面對知識更新速度的加快，我們的教育目標(biāo)也應(yīng)該有所調(diào)整，即努力實(shí)現(xiàn)由“授之以魚”向“授之以漁”的轉(zhuǎn)變[3]。尤其是對于大學(xué)生，他們已經(jīng)接受了十多年傳統(tǒng)的學(xué)校教育，有了較多的知識積累，大學(xué)階段的教育一方面是教給他們以知識，更重要的是培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力，使他們掌握研究性學(xué)習(xí)的方法，以便走向社會后具備自我學(xué)習(xí)、獲取新知識和開展新工作的能力。明確了這樣的培養(yǎng)目標(biāo)之后，在教學(xué)過程中，就應(yīng)該有針對性的創(chuàng)造各種條件，讓學(xué)生自主參與到學(xué)習(xí)過程中來。例如，在講授布洛赫波的時(shí)候，先向?qū)W生強(qiáng)調(diào)晶體中電子波函數(shù)是按晶格周期調(diào)幅的平面波，接著啟發(fā)學(xué)生考慮自由電子波函數(shù)的形式（量子力學(xué)已經(jīng)講述過），經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生回想起自由電子的波函數(shù)是平面波的形式，之后再分析晶體中電子是受到晶格勢場的周期性調(diào)制，所以需在平面波的波函數(shù)前面加上一個(gè)調(diào)幅因子，最終形成了布洛赫波函數(shù)。經(jīng)過這樣一個(gè)過程，學(xué)生可以自主的回顧以前所學(xué)的知識，并將其和新內(nèi)容相聯(lián)系，有助于新舊知識的融合和貫通。與此同時(shí)，也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識的能力。
2 教學(xué)內(nèi)容的精選
固體物理內(nèi)容十分豐富，體系龐大，各部分有各自的特點(diǎn)。其中復(fù)雜抽象的概念體系、晶體結(jié)構(gòu)的描述、嚴(yán)密的理論推導(dǎo)等要求任課教師具有較好的數(shù)學(xué)和物理學(xué)修養(yǎng)，要熟悉固體物理學(xué)發(fā)展歷史和前沿研究的新動態(tài)、新概念，且能夠?qū)ξ锢韴D像進(jìn)行透徹的講解；要求學(xué)生具有扎實(shí)的微積分、線性代數(shù)、群論等數(shù)學(xué)知識和量子力學(xué)、原子物理學(xué)、理論力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理知識。同時(shí)，固體物理學(xué)知識比較零散、概念多、模型多、原理和定律多，這對教師和學(xué)生都是一種挑戰(zhàn)。面對如此龐大的知識體系和豐富的內(nèi)容，在講授過程中如何組織授課思路和精選教學(xué)內(nèi)容，是教師要解決的一個(gè)問題。首先，理清固體物理的主線是非常重要的，即明確固體物理是研究固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間相互作用與運(yùn)動規(guī)律及闡明其性能與用途的學(xué)科，是從微觀的角度來揭示固體的宏觀物理現(xiàn)象.在此基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析教材，同時(shí)參考其他經(jīng)典教材，精選教學(xué)內(nèi)容，重在物理概念和模型，至于公式的推導(dǎo)和方程的求解等環(huán)節(jié)可適當(dāng)簡化，留給學(xué)生課后自行解決。按照這樣的思路進(jìn)行下來，即使在有限的課時(shí)內(nèi)，學(xué)生對物理概念、物理圖像的認(rèn)識也會比較清晰，有利于對基礎(chǔ)知識的掌握.
3 重視章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系
固體物理學(xué)雖然涉及內(nèi)容較多，但是認(rèn)真分析后，不難發(fā)現(xiàn)各章節(jié)之間銜接緊密。以胡安的《固體物理學(xué)》為例，本科階段的教學(xué)內(nèi)容主要是前四章：第一章主要講晶體的周期性結(jié)構(gòu)，那么這些結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)在機(jī)理是什么，就要考慮粒子間的相互作用，這樣就引出了第二章關(guān)于晶體結(jié)合的問題；同時(shí)，由晶體的結(jié)合類型和結(jié)合能，表明在不同的條件下，原子間會出現(xiàn)某種形式的引力和電子云的斥力，這些相反的作用力決定著平衡時(shí)原子間距，再考慮到絕熱近似，實(shí)際晶格則在平衡位置附近振動，由此可引出第三章關(guān)于晶格動力學(xué)和晶體熱學(xué)性質(zhì)的內(nèi)容；晶格動力學(xué)主要是針對原子的水平上的內(nèi)容，而晶體中還包括電子，那么電子的狀態(tài)是怎樣的呢？這就引出了第四章能帶論.由此可見，在教學(xué)中，抓住知識體系的主線，突出概念和模型，便于學(xué)生識記、理解、掌握知識體系。
4 注入學(xué)科前沿知識
固體物理學(xué)是一門發(fā)展十分迅速的基礎(chǔ)科學(xué)，與當(dāng)今最活躍的凝聚態(tài)物理和新材料科學(xué)緊密相連，也在其他多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得以應(yīng)用，因此面對不斷涌現(xiàn)的新的現(xiàn)象和新的科研成果，固體物理學(xué)的前沿動態(tài)在教學(xué)中應(yīng)該有所反映[4]，這將有助于提高學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的積極性和明確努力方向，同時(shí)也使課堂教學(xué)增添活力.例如，在講授晶體的共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，筆者就聯(lián)系自己的科研實(shí)際，介紹了碳納米管和石墨中碳原子的成鍵形式的差異，說明了二者在物理性質(zhì)上的區(qū)別和聯(lián)系，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步介紹了低維碳納米材料近年來的研究進(jìn)展。再如講授能帶理論的時(shí)候，筆者向?qū)W生介紹了石墨烯的能帶特征，說明了在低能極限下，石墨烯呈現(xiàn)出線性的能量色散關(guān)系，使得傳導(dǎo)電子可以看作是無質(zhì)量的Dirac費(fèi)米子，這種類似于光子的特性，使其可用于相對論量子力學(xué)的研究，同時(shí)表明其獨(dú)特的載流子特性和優(yōu)異的電學(xué)特性，這些都是近幾年凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn)。所以，把科學(xué)前沿知識引入課堂，不僅可以讓學(xué)生強(qiáng)烈地感受到科學(xué)發(fā)展的脈搏和動力，極大的拓展了學(xué)生的視野，還可以激發(fā)起學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科理論實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的勇氣和欲望。這與“著重于啟迪學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生智能，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，努力拓寬學(xué)生的知識面，為探索未知世界鋪路架橋”的世界一流大學(xué)培養(yǎng)人才模式是相呼應(yīng)的。
5 教學(xué)手段的優(yōu)化組合
固體物理課程中包括大量的立體圖像和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，還涉及晶格振動的動態(tài)過程，對學(xué)生的空間想象能力要求較高。傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的課堂教學(xué)手段就有一定的弊端， 因此可以將現(xiàn)代化的教學(xué)手段融入進(jìn)來[5]。例如，使用多媒體課件演示晶體結(jié)構(gòu)、倒格子、能帶、晶格振動等模型，再結(jié)合自制教具，實(shí)現(xiàn)圖片、動畫和實(shí)體模型相結(jié)合，使學(xué)生建立形象的空間模型概念，更直觀的理解教學(xué)內(nèi)容。所以，多媒體教學(xué)技術(shù)以其趣味性、形象性，可以增強(qiáng)教學(xué)的感染力，為固體物理教學(xué)注入了新的活力，從根本上改變了固體物理傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。但是，多媒體課件不完全適合固體物理學(xué)教學(xué)，應(yīng)根據(jù)具體內(nèi)容和教學(xué)反饋進(jìn)行取舍。例如，在講授倒點(diǎn)陣、布洛赫定理、聲子態(tài)密度等理論性較強(qiáng)的內(nèi)容時(shí)，要配合節(jié)奏相對緩慢的板書，使學(xué)生理解知識要點(diǎn)，學(xué)會推理，從而有效的學(xué)習(xí)。
6 結(jié)語
上述教學(xué)改革方案是筆者在自己學(xué)習(xí)和講授固體物理學(xué)的過程中總結(jié)出來的，可以概括為“抓主線，選內(nèi)容，重前沿，講方法”，目前在教學(xué)活動中也一直在實(shí)踐，獲得了較好的教學(xué)效果。但是，固體物理教學(xué)改革是一個(gè)龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，課程改革的進(jìn)行涉及到諸多方面，需要廣大教育工作者不斷研究和探索，進(jìn)行多次“實(shí)踐―反思―總結(jié)”，方可真正跟上當(dāng)今科學(xué)技術(shù)日新月異發(fā)展的要求，培養(yǎng)出新世紀(jì)合格的高素質(zhì)和創(chuàng)新型人才。
參考文獻(xiàn)
[1] 胡安，章維益.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.
[2] 梅顯秀.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2010（29）.
[3] 華中，宋春玲，劉研.固體物理教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（4）.
第4篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
一、凝聚態(tài)物理學(xué)的起源和發(fā)展
1.凝聚態(tài)物理學(xué)的起源
凝聚態(tài)物理學(xué)的前身是固體物理學(xué)，固體物理學(xué)的研究對象是固體，包括它的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、各種內(nèi)部運(yùn)動以及彼此之?g的關(guān)系。固體物理學(xué)的一個(gè)重要的理論基石為建立在單電子近似的基礎(chǔ)上的能帶理論，于1928年由布洛赫研究提出，周期結(jié)構(gòu)中波的傳播是能帶理論的核心概念，基本建立了固體物理學(xué)的理論范式。
2.凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展
凝聚態(tài)物理學(xué)誕生于19世紀(jì)70年代，在19世紀(jì)80至90年代之間逐步發(fā)展，最終取代固體物理學(xué)這個(gè)概念。凝聚態(tài)物理學(xué)的誕生彌補(bǔ)了當(dāng)時(shí)固體物理學(xué)研究存在的不足之處。
凝聚態(tài)物理學(xué)從微觀的角度研究凝聚態(tài)物質(zhì)的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和各種運(yùn)動以及彼此之間的關(guān)系。凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是相互作用多粒子理論，與固體物理學(xué)相比，凝聚態(tài)物理學(xué)的研究除了擴(kuò)大研究對象范圍，還有一些概念的遷移和發(fā)展。
二、凝聚態(tài)物理學(xué)的理論基礎(chǔ)
凝聚態(tài)物理學(xué)以固體物理學(xué)研究為基礎(chǔ)，L?朗道和P?安德森這兩位科學(xué)家對凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展具有重要的影響。L?朗道提出了凝聚態(tài)物理學(xué)的主要的理論范式即對稱性破缺，并引入序參量和元激發(fā)，使之普遍化。P?安德森在研究著作中強(qiáng)調(diào)了對稱破缺和元激發(fā)的重要性，并補(bǔ)充提出了廣義剛度、重正化群等理論。
三、凝聚態(tài)物理學(xué)的研究內(nèi)容
凝聚物理學(xué)主要研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)的相互關(guān)系，研究內(nèi)容較為廣泛。
1.固體電子論
電子在固體中的行為是固體物理學(xué)長期研究的對象，也是凝聚態(tài)物理學(xué)的主要研究內(nèi)容，電子在固體中的運(yùn)動相互作用大小不同，主要包括三個(gè)區(qū)域：弱關(guān)聯(lián)區(qū)，形成半導(dǎo)體物理學(xué)的研究理論基礎(chǔ)；中等關(guān)聯(lián)區(qū)，形成鐵磁學(xué)的研究理論基礎(chǔ)；強(qiáng)關(guān)聯(lián)區(qū)，主要涵蓋對象是電子濃度非常低的不良金屬，其研究尚未得出圓滿結(jié)論。
2.宏觀量子態(tài)
低溫物理學(xué)的研究也是凝聚態(tài)物理學(xué)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，金屬和合金中存在超導(dǎo)現(xiàn)象這一成果對凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展影響巨大。超導(dǎo)現(xiàn)象是規(guī)范對稱性破缺的結(jié)果，宏觀量子態(tài)的概念、超導(dǎo)微觀理論等的出現(xiàn)填補(bǔ)了超導(dǎo)研究的空白，玻色-愛因斯坦凝聚的實(shí)現(xiàn)將極低溫下的稀薄氣體也納入凝聚態(tài)物理學(xué)的研究范圍，但是仍有一些學(xué)科問題需要研究佐證，比如非常規(guī)超導(dǎo)體的機(jī)制仍未得到確定的解釋。
3.納米結(jié)構(gòu)與介觀物理
納米技術(shù)研究的是在0.1～100納米的尺度里電子、原子和分子內(nèi)的特性和運(yùn)動規(guī)律。納米科技將人類的研究視角轉(zhuǎn)向微觀世界，納米技術(shù)的研究和應(yīng)用對于人類社會生活具有開創(chuàng)性的意義，現(xiàn)在也是物理學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。
4.軟物質(zhì)物理學(xué)
軟物質(zhì)是介于液態(tài)與固態(tài)之間的物質(zhì)狀態(tài)，被稱為復(fù)雜液體。軟物質(zhì)是凝聚態(tài)物理學(xué)的延伸研究學(xué)科，軟物質(zhì)只要受到極小的外界刺激就會產(chǎn)生明顯反應(yīng)，從而具有顯著的實(shí)用效果。
第5篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
隨著計(jì)算機(jī)的普及和利用，多媒體教室普遍存在，并被廣泛使用。多媒體教學(xué)手段的利用，有助于學(xué)生對固體微觀結(jié)構(gòu)的理解。例如，可以通過視頻或PowerPoint文件，可以直觀地展示晶體的微觀結(jié)構(gòu)、原胞的選取、原胞的形狀等。與傳統(tǒng)板書相比，利用多媒體呈現(xiàn)并分析固體的微觀結(jié)構(gòu)以及晶體的結(jié)構(gòu)特征，對教師而言，更加省時(shí)、省力；幾何關(guān)系的表達(dá)也更為準(zhǔn)確，便于學(xué)生的理解。此外，若能結(jié)合三維的原子實(shí)物模型，那么，固體的微觀結(jié)構(gòu)將能更為直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前。多媒體與三維模型的應(yīng)用對于學(xué)生理解固體的微觀結(jié)構(gòu)、晶格的周期性、原胞、晶體的對稱性等基礎(chǔ)概念很有好處。當(dāng)然，多媒體教學(xué)也存在著一定的局限性。例如，在公式的推導(dǎo)、基礎(chǔ)概念的講解等方面，板書其實(shí)更受學(xué)生的歡迎。與多媒體教學(xué)相比，板書的節(jié)奏慢，師生間可以有較多的互動；學(xué)生相對容易跟上教師思考問題、解決問題的步伐，學(xué)生也能有較充分的時(shí)間來理解各個(gè)知識點(diǎn)、梳理要點(diǎn)以及做筆記等。因此，多媒體教學(xué)還需適當(dāng)?shù)嘏c傳統(tǒng)板書相結(jié)合才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)內(nèi)容的取舍
由于固體物理學(xué)融合了普通物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)、晶體學(xué)等多學(xué)科的知識，其知識面廣、量大，在有限的學(xué)時(shí)里，不可能面面俱到地討論固體物理學(xué)所涉及的所有知識點(diǎn)。因此，實(shí)際教學(xué)中可以結(jié)合本專業(yè)的特色，有選擇地取舍部分教學(xué)內(nèi)容。例如，側(cè)重固體熱學(xué)性質(zhì)的專業(yè)可以考慮以晶格振動等內(nèi)容為主；而側(cè)重微電子的專業(yè)則可以考慮以能帶理論、半導(dǎo)體中的電子等內(nèi)容為主。當(dāng)然，一些多個(gè)領(lǐng)域都涉及到的基礎(chǔ)知識也應(yīng)是這門課程不可缺少的一部分內(nèi)容。固體的微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)合方式是固體物理學(xué)的基礎(chǔ)，因此，晶體的結(jié)構(gòu)和晶體的結(jié)合等知識點(diǎn)應(yīng)是這門課程的基礎(chǔ)知識之一?？紤]到理想晶格由原子實(shí)和電子組成，晶格的運(yùn)動主要在晶格振動等部分討論；而電子的運(yùn)動主要在能帶理論等部分討論，具體還可以分為金屬中電子的運(yùn)動和半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動等部分。盡管這原子實(shí)和電子的運(yùn)動實(shí)際上相互聯(lián)系，但很多時(shí)候，可以分別側(cè)重討論。此外，實(shí)際晶體也并非理想晶體；實(shí)際晶體除了有邊界之外，也常含有缺陷。但在許多情況下，晶格的振動、電子的運(yùn)動和缺陷的影響依然可以依據(jù)實(shí)際情況分別討論，并得到與實(shí)際較為符合的理論結(jié)果。因此，晶格振動、能帶理論和缺陷等知識點(diǎn)之間相對獨(dú)立，或可根據(jù)各專業(yè)的實(shí)際情況取舍部分教學(xué)內(nèi)容。在許多固體物理學(xué)的教材中，例如黃昆等的《固體物理學(xué)》教材和閻守勝的《固體物理基礎(chǔ)》教材，密度泛函理論并沒有被提到。事實(shí)上，密度泛函理論是一個(gè)被廣泛使用的基礎(chǔ)理論，它是凝聚態(tài)物理前言研究的有效手段之一，也是材料設(shè)計(jì)的一種有效方法。教學(xué)過程中，教師可以結(jié)合各專業(yè)的實(shí)際情況介紹一些密度泛函理論的基礎(chǔ)知識。同時(shí)，還可以介紹一些最新的相關(guān)研究進(jìn)展，以拓展學(xué)生的知識面、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、模塊化的教學(xué)形式
如前所述，固體物理學(xué)中的許多知識點(diǎn)間相對獨(dú)立；基于這門課程的特征，教師在教學(xué)過程中可以考慮模塊化的教學(xué)形式，以子課題的形式將相應(yīng)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生?？赡艿哪K如：討論晶體的結(jié)構(gòu)和晶體的結(jié)合方式的基礎(chǔ)模塊———晶體的結(jié)構(gòu)與結(jié)合；討論晶體中原子實(shí)運(yùn)動的模塊———晶格振動；討論晶體中電子運(yùn)動的模塊———能帶理論；討論實(shí)際晶體中可能存在的缺陷的模塊———晶體的缺陷等；其中，能帶理論部分還可分為：近自由電子模型、緊束縛模型、贗勢方法等數(shù)個(gè)部分。這樣做首先有利于教學(xué)內(nèi)容的取舍；其次，有利于學(xué)生對各知識點(diǎn)的理解、有利于學(xué)生梳理清楚各個(gè)知識點(diǎn)之間的關(guān)系。此外，固體物理學(xué)是凝聚態(tài)物理前沿研究的基礎(chǔ)之一；其基礎(chǔ)知識、理論推導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)背景以及處理問題的方式方法等，都是開展凝聚態(tài)物理研究的基礎(chǔ)。而模塊化教學(xué)，以課題研究的形式提出問題、解決問題，將教學(xué)內(nèi)容以問題為導(dǎo)向呈現(xiàn)給學(xué)生，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問題的能力。而且，課題研究的教學(xué)模式，既是在教授學(xué)生知識，也是在開展科研，有助于提高學(xué)生對科研的認(rèn)識、有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。這種課題研究的模塊化教學(xué)形式還可以結(jié)合基于原始問題的教學(xué)來開展。
四、基于原始問題的教學(xué)
所謂原始問題，可簡單理解為：現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際存在的、未被抽象加工或簡化的問題。于克明教授、邢教授等人詳細(xì)探討了原始物理問題的諸多方面；此外，周武雷教授等人還討論了原始物理問題含義的界定等相關(guān)問題，并呼吁將基于原始物理問題的教學(xué)實(shí)踐引入大學(xué)物理的教學(xué)中。這應(yīng)是個(gè)值得提倡的建議，畢竟現(xiàn)實(shí)生活中遇到的具體問題都是原始問題。與傳統(tǒng)的習(xí)題不同，原始問題未被抽象、加工或簡化。學(xué)生處理實(shí)際問題的第一步便是將問題適當(dāng)簡化，這也是學(xué)生需要學(xué)習(xí)的一種能力。事實(shí)上，合理的模型簡化是各種理論的基礎(chǔ)，也是實(shí)際應(yīng)用或科研必不可少的一種能力。例如，討論晶格熱容的愛因斯坦模型和德拜模型，盡管模型簡單，但它們數(shù)十年來是我們討論、分析相應(yīng)問題的基礎(chǔ)。今天，那些被寫進(jìn)教科書的基礎(chǔ)理論，在當(dāng)時(shí)、在理論剛被提出時(shí)，都是為了原始問題的解決。下面以晶體熱容為例，稍加詳述。問題的背景：根據(jù)經(jīng)典的熱力學(xué)理論，晶體的定體摩爾熱容是個(gè)與溫度無關(guān)的常數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體的熱容在高溫下確實(shí)接近于常數(shù)，但是晶體的熱容在低溫下并不是個(gè)常數(shù)，其與溫度的三次方成比例關(guān)系。問題的提出：理論預(yù)言與實(shí)驗(yàn)觀測為何不相符？如何解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？20世紀(jì)初剛剛發(fā)展起來的量子力學(xué)是否能解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？這些問題在愛因斯坦的年代應(yīng)該都是前言的科研問題。問題的簡化：（1）不考慮邊界、缺陷、雜質(zhì)等的影響，將實(shí)際晶體抽象為理想晶體；（2）基于絕熱近似，不考慮電子的具體空間分布，將原子當(dāng)作一個(gè)整體，原子—原子間存在相互作用；（3）基于近鄰近似，只考慮近鄰原子間的相互作用；（4）基于簡諧近似，將原子間的相互作用勢在原子的平衡位置作泰勒級數(shù)展開，并保留到二階項(xiàng)。問題的解決：基于上面的模型簡化，寫出描述原子運(yùn)動的牛頓第二定律，并求解方程組，這些方程組與相互獨(dú)立的簡諧振子的運(yùn)動方程組相對應(yīng)。結(jié)合量子力學(xué)，得到體系的能量本征值；寫出晶格振動總能的表達(dá)式，繼而給出由晶格振動貢獻(xiàn)的晶格熱容的表達(dá)式。由于晶格熱容的表達(dá)式復(fù)雜，很難直接與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，因此引入進(jìn)一步的簡化和近似———愛因斯坦模型或德拜模型。這種提出問題、分析問題、解決問題的方式與做前言科學(xué)研究的方式相接近，既能提高學(xué)生對科研的認(rèn)識、培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，又能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決實(shí)際問題的能力。
五、小結(jié)
第6篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞：納米涂層；場發(fā)射；電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)；軟凝聚態(tài)物質(zhì)
2003年在國際和中國都發(fā)生了具有突發(fā)性的災(zāi)難事件，但中國的GDP仍以9.1％的高速度在增長，達(dá)到了人民幣11.6萬億元，其中第二產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)4萬多億元。中國現(xiàn)今的第二產(chǎn)業(yè)主要領(lǐng)域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工廠，也是大市場。在國際競爭中所以有優(yōu)勢是中國的勞動力廉價(jià)，這個(gè)優(yōu)勢我們能保持多久?我們還注意到與化工有關(guān)的產(chǎn)品中，我們的生產(chǎn)效率是國際發(fā)達(dá)國家的5％，能耗是3倍，環(huán)境的破壞是9倍。這就是我們所付出的代價(jià)。不論形勢如何嚴(yán)峻，21世紀(jì)是中華民族振興的機(jī)遇期，制造業(yè)絕對是一個(gè)極其重要的領(lǐng)域，是個(gè)急速發(fā)展變化的領(lǐng)域。2003年3月國際真空學(xué)會執(zhí)委會在北京舉行，會議上討論了將原來的冶金專委會改名為“表面工程專委會”，當(dāng)時(shí)也考慮了另一個(gè)名字“涂層專委會”，我想用涂層材料更合適，含有繼承性和變革性。20世紀(jì)70年代曾經(jīng)說成是塑料年代，此后塑料科技和工業(yè)迅速崛起，極大地改變了人類社會。繼而是信息時(shí)代，通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、萬維網(wǎng)、智能網(wǎng)，信息流，日新月異地改變著人類的生活和觀念。我們這個(gè)時(shí)代是高速發(fā)展的時(shí)代，技術(shù)和觀念都在與時(shí)俱進(jìn)地改變著。
本世紀(jì)初興起了納米科技，促進(jìn)其到來的是由于微電子小型化的發(fā)展趨勢，推動科技發(fā)展進(jìn)入納米時(shí)代[1]，不僅電子學(xué)將進(jìn)入納電子學(xué)領(lǐng)域，物理學(xué)進(jìn)入介觀物理領(lǐng)域，各類科技，包括生物醫(yī)學(xué)等都在探索納米結(jié)構(gòu)與特性。涂層和表面改性越來越多地增加了納米科技的內(nèi)容，這是一種低維材料的制造和加工科技，將是制造技術(shù)的主流，將迅速地改變傳統(tǒng)制造技術(shù)的方法、理論和觀念，作為現(xiàn)今國際上的制造大國，世界加工廠，我們更應(yīng)該注意研究制造技術(shù)的發(fā)展和未來。
1 突破傳統(tǒng)制造技術(shù)的觀念
納米科技研究的內(nèi)容主要是在原子、分子尺度上構(gòu)造材料和器件，測量表征其結(jié)構(gòu)和特性，探索、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新規(guī)律和應(yīng)用領(lǐng)域。與我們熟悉傳統(tǒng)的相比，納米材料和器件具有顯著的維數(shù)效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。近幾年來，在納米材料制造方面做了大量的研究工作，在納米粒子粉材的制造，以及材料結(jié)構(gòu)和特性測量、表征上取得了顯著成果[2～7]。接下來深入到納米線、納米管和納米帶的研究[8～14]，出現(xiàn)了一些成功有效的制造方法，發(fā)現(xiàn)了一些驚人的結(jié)構(gòu)和特性。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了納米復(fù)合材料的研究，展現(xiàn)了非常有希望的應(yīng)用前景[15～17]。近來人們在納米科技初期成果的基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)某些產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工技術(shù)，比如Al組件的快速加工。
T.B.Sercombe等人報(bào)道了快速加工鋁(Al)組件的新方法[18]，這個(gè)方法的主要特征是用快速成型技術(shù)先形成樹脂鍵合件，然后在氮?dú)夥罩蟹纸馄滏I和第二次滲入鋁合金。在熱處理過程中，鋁與氮反應(yīng)形成氮化鋁骨架，在滲透過程中得到剛體結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)制造工藝相比，這個(gè)過程是簡單的快速的，可以制造任何復(fù)雜組件，包括聚合物、陶瓷、金屬。圖1是過程示意和原型樣品，(a)是尼龍巾鑲嵌鋁粒子的SEM像，中心有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的是Mg粒子，白色是Al粒子，加入少量的Mg是為還原氧化鋁，它將不是鑄件中的成分。在尼龍被燒去時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)基本保持不變。(b)是氮化物骨架，圍繞Al粒子的一些環(huán)狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡像，再滲入Al時(shí)將形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。(c)是燒結(jié)的氮化鋁和滲鋁組件，小柱的厚為0.5 mm 其密度和強(qiáng)度都達(dá)到了傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的水平。他們還制作了公斤重量多種結(jié)構(gòu)的樣品。這是一種冶金技術(shù)的探索，開辟了一種新的冶金和制造技術(shù)途徑。
2 納米材料的完美定律
描述材料結(jié)構(gòu)的常用術(shù)語是原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)的主要參量是晶格常數(shù)、鍵長、鍵角；電子結(jié)構(gòu)的主要參量是能帶、量子態(tài)、分布函數(shù)。對于我們熟悉的宏觀體系，這些參量多是確定的常數(shù)，但對于納米體系，多數(shù)參量隨著原子數(shù)量的改變而變化。這是納米材料和器件的典型特征，它決定了納米材料的多樣性。其中有個(gè)重要規(guī)律，我們稱之為納米材料的完美定律，用簡單語言表述：“存在是完美的，完美的才能存在”。它包括了納米晶粒的魔數(shù)規(guī)則，即含有13、55、147…等數(shù)量原子的原子團(tuán)是穩(wěn)定的，對于富勒烯碳60和碳70存在的幾率最大，而對于碳59或碳71等結(jié)構(gòu)體系根本不存在。這就是為什么斯莫利(Smmolley)他們當(dāng)初能在大量的富勒烯中首先發(fā)現(xiàn)碳60和碳70，從而獲得了諾貝爾獎。對于一維納米結(jié)構(gòu)，包括納米管和納米線，存在類似的規(guī)則?？梢阅Ｐ蜕险J(rèn)為是由殼層構(gòu)成的，每個(gè)殼層中更精細(xì)的結(jié)構(gòu)稱為股，每一股是一條原子鏈，中心為1股包裹殼層為7股的表示為7-1結(jié)構(gòu)，再外殼層為11股的，表示為11-7-1結(jié)構(gòu)，等等，構(gòu)成最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是一維納米結(jié)構(gòu)的魔數(shù)規(guī)則。對二維納米膜存在類似的缺陷熔化規(guī)則，即不容許存在很多缺陷，一旦超過臨界值，缺陷自發(fā)產(chǎn)生，完全破壞二維晶態(tài)結(jié)構(gòu)。上述這些低維結(jié)構(gòu)特征是完美定律的具體表述，進(jìn)步普遍表述理論是正在研究中的課題。
完美定律是我們討論涂層材料的出發(fā)點(diǎn)，因?yàn)榧{米材料有更多的人造品格，是大自然很少存在或者不存在的，需要人工大量制造。在制造過程中，方法簡單、產(chǎn)額高、成本低是最有競爭力的?？梢韵胂螅圃斐杀竞芨叩牟牧虾推骷苡惺袌?，一定是不計(jì)成本的特殊需要，有政治背景或短期的社會需求。因此在我們探索納米材料制造時(shí)，首先考慮的應(yīng)是滿足完美定律的技術(shù)，如用甲烷電弧法制備納米金剛石粉技術(shù)[1]，電化學(xué)沉積法制備金屬納米線陣列技術(shù)[19]，以及電爐燒結(jié)法制造氧化物納米帶技術(shù)[20]等等。
3 涂層納米材料將給我們帶來什么?
涂層納米材料是納米科技領(lǐng)域具有代表的材料，或是低維納米材料的有序堆積結(jié)構(gòu)，或者是低維納米材料填充的復(fù)合結(jié)構(gòu)。兩者都比傳統(tǒng)材料有驚人的結(jié)構(gòu)和特性。如新型高效光電池[21]、各向異性結(jié)構(gòu)材料[19]、新型面光源材料[22]等，這里舉例介紹基于熱電效應(yīng)的新型納米熱電變換材料。
熱電效應(yīng)器件的代表是熱電偶，即利用不同導(dǎo)體接觸的溫差電現(xiàn)象進(jìn)行溫度測量的器件?；跓犭娦?yīng)可以制成兩類器件：熱產(chǎn)生電和電產(chǎn)生溫差。前者可以用于制造焦電器件，即用熱直接發(fā)電，如將焦電材料涂于內(nèi)燃機(jī)缸表面，利用缸體溫度高于環(huán)境幾百度的溫差發(fā)電，將余熱變作電能回收。后者可以做成電致冷器件。這類的直接熱電變換器件具有無污染，沒有活動部件，長壽命，高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，但塊體材料制成器件的效率低，限制了它的應(yīng)用。納米科技興起以后，人們探索利用納米晶或納米線結(jié)構(gòu)能否解決熱電效應(yīng)的效率問題。認(rèn)為用量子點(diǎn)超晶格材料有希望顯著提高熱電器件的效率，這是由于納米材料顯著的能級分裂，有利于載流子的共振輸運(yùn)和降低晶格熱傳導(dǎo)，從而提高了器件的效率。T.C.Harman等人[23]報(bào)告了量子點(diǎn)超晶格結(jié)構(gòu)的熱-電效應(yīng)器件，他們制備了PbSeTe／PbTe量子點(diǎn)超晶格(QDSL)結(jié)構(gòu)，用其制造了熱電器件(Thermo-electrics，TE)，圖2(a)是納米超晶格TE致冷器件的結(jié)構(gòu)和電路圖，(b)電流-溫度曲線。將TE超晶格材料，其寬11 mm，長5 mm，厚0.104 mm，n-型的TE片，一端置于熱槽，另一端置于冷槽，為了減小冷槽熱傳導(dǎo)而形成這同結(jié)接觸，用一根細(xì)金屬線與熱槽連接。當(dāng)如圖2(a)所示加電流源時(shí)，將致冷降溫。對于這種納米線超晶格結(jié)構(gòu)，由于量子限制效應(yīng)，發(fā)生間隔很大的能級分裂，從而得到很高的熱電轉(zhuǎn)換效率。圖2(b)是TE器件的電流-溫度曲線，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)標(biāo)明為熱與冷端溫差(T )與電流(I )關(guān)系，電流坐標(biāo)表示相應(yīng)通過器件的電流。■為熱端溫度Th與電流I 的關(guān)系，其溫度對于流過器件的電流不敏感。為冷端溫度Tc與電流I 的關(guān)系，其溫度對于電流是敏感的。圖中A是測得的最大溫差，43.7 K，B是塊體(Bi，Sb)2(Se，Te)3固溶合金TE材料最大溫差，30.8 K。從圖中可以看出，在較大電流時(shí)，冷端溫度趨于飽和。采用這種致冷器件由室溫降至一般冰箱的冷凍溫度是可能的。
電熱效應(yīng)的逆過程的應(yīng)用就是焦電器件，即利用熱源與環(huán)境的溫差發(fā)電。對于內(nèi)燃機(jī)、鍋爐、致冷器高溫?zé)岫说仍O(shè)備的熱壁，涂上超晶格納米結(jié)構(gòu)涂層，利用剩余熱能發(fā)電，將是人們利用納米材料和組裝技術(shù)研究的重要課題。
類似面致冷、取暖，面光源，面環(huán)境監(jiān)測等涂層功能材料，將給家電產(chǎn)業(yè)帶來革命性的影響，將會極大地改變?nèi)祟惖纳罘绞胶陀^念。
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4 含鐵碳納米管薄膜場發(fā)射
碳納米管陣列或含碳納米管涂層場發(fā)射被廣泛研究，以其為場發(fā)射陰極做成了平板顯示器。研究結(jié)果表明碳管的前端有較強(qiáng)的場發(fā)射能力，因此碳管涂層膜中多數(shù)碳管是平放在基底上的，場電子發(fā)射能力很差。我們制備了含有鐵(Fe)納米粒子的碳納米管，它的側(cè)向有更大的場發(fā)射能力，有利于用涂層法制造平板場發(fā)射陰極。圖3(a)是含鐵粒子碳納米的TEM像，碳管外形發(fā)生顯著改變。(b)是碳管場發(fā)射I-V特性曲線，I是CVD生長的豎直排列碳納米管的場發(fā)射曲線，II是含鐵粒子碳納米管豎直陣列的場發(fā)射曲線，III是含粒子碳納米管躺在基底上的場發(fā)射曲線，有最強(qiáng)的場發(fā)射能力。根據(jù)此結(jié)果，將含鐵的碳納米管用作涂層場發(fā)射陰極，有利于研制平板顯示器。
5 電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)
上面所講到的涂層納米功能材料和器件是當(dāng)今國際上研究的熱門課題，會很快取得重要成果，甚至有新產(chǎn)品進(jìn)入市場。當(dāng)我們在討論這個(gè)納米科技中的重要方向時(shí)，不能不考慮更深層的理論問題和更長遠(yuǎn)的發(fā)展前景。這就涉及到物理學(xué)的重要理論問題，即電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系(electron strong correlation system)與軟凝聚態(tài)物質(zhì)(soft condensation matter)。
在量子力學(xué)出現(xiàn)之前，金屬材料電導(dǎo)的來源是個(gè)謎，20世紀(jì)初量子力學(xué)誕生后，解決了金屬導(dǎo)電問題。基于Bloch假設(shè)：晶體中原子的外層電子，適應(yīng)晶格周期調(diào)整它們的波長，在整個(gè)晶體中傳播；電子-電子間沒有相互作用。這是量子力學(xué)的簡化模型，沒有考慮電子間的相互作用，特別是在局域態(tài)電子的強(qiáng)相互作用。2003年又有人提出了金屬導(dǎo)電問題，Phillips和他的同事以“難以琢磨的Bose金屬”為題重新討論了金屬導(dǎo)電問題[24]。當(dāng)計(jì)入電子間的相互作用時(shí)，可能產(chǎn)生的多體態(tài)，超導(dǎo)和巨磁阻就是這種狀態(tài)。晶體中的缺陷破壞了完善導(dǎo)體，導(dǎo)致電子局域化。電子與核作用的等效結(jié)果表現(xiàn)為電子間的吸引作用，導(dǎo)致電荷載流子為Cooper對。但這個(gè)對的形成，不是超導(dǎo)的充分條件。當(dāng)所有Cooper對都成為單量子態(tài)時(shí)，才能觀察到超導(dǎo)性。這樣，對于費(fèi)米子由于包利(Paulii)不相容原則，不可能產(chǎn)生宏觀上的單量子態(tài)。Cooper對的旋轉(zhuǎn)半徑小于通常兩個(gè)電子相互作用的空間，成為Bose子。宏觀上呈現(xiàn)單量子態(tài)，Bose子的相干防止了局域量子化。在局域化電子范圍內(nèi)，超導(dǎo)性可能認(rèn)為是玻色-愛因斯坦凝聚，這個(gè)觀點(diǎn)現(xiàn)今被很多人接受。從20世紀(jì)初至今，對于基本粒子的量子統(tǒng)計(jì)有兩種，一是Fermi統(tǒng)計(jì)，遵從Paulii不相容原理，即每個(gè)能量量子態(tài)上只能容納自旋不同的2個(gè)電子，而Bose子則不受這個(gè)限制。在凝聚態(tài)物質(zhì)中有兩個(gè)基態(tài)：即共有化Bose子呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，局域化Bose子呈現(xiàn)絕緣態(tài)。然而，在幾個(gè)薄合金膜的實(shí)驗(yàn)中，觀察到金屬相，破壞了超導(dǎo)體和絕緣體之間直接轉(zhuǎn)換。經(jīng)分析認(rèn)為這是玻色金屬態(tài)，參與導(dǎo)電的是Bose子。推斷這個(gè)金屬相可能是渦流玻璃態(tài)，這個(gè)現(xiàn)象在銅氧化物超導(dǎo)體中得到了驗(yàn)證。
軟凝聚態(tài)物質(zhì)研究的對象是原子、分子間不僅存在短程作用力，而且存在長程作用力，表觀上呈現(xiàn)的粘稠物質(zhì)形態(tài)，稱為軟凝聚態(tài)。至今，人類對于晶體和原子存在強(qiáng)相互作用的固體已經(jīng)知道得相當(dāng)透徹了，但對軟凝聚態(tài)的很多科學(xué)問題還沒有深入研究，21世紀(jì)以來，引起了科學(xué)家的極大興趣。軟凝聚態(tài)物質(zhì)包括流體、離子液體、復(fù)合流體、液晶、固體電解、離子導(dǎo)體、有機(jī)粘稠體、有機(jī)柔性材料、有機(jī)復(fù)合體，以及生物活體功能材料等。這其中的液晶由于在顯示器件上的很大市場需求，是被研究得相當(dāng)清楚的一種。其他軟凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和特性的科學(xué)問題和應(yīng)用前景是目前被關(guān)注的研究課題。這其中主要有：微流體閥和泵、納米模板、納米陣列透鏡、有機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)陶瓷、流體類導(dǎo)體、表面敏感材料、親水疏水表面、有機(jī)晶體、生物材料(人造骨和牙齒)、柔性集成器件，以及他們的復(fù)合，統(tǒng)稱為分子調(diào)控材料(materials of molecular manipulation)。其主要特征是原子結(jié)構(gòu)的多變性和柔性，研究材料的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)和特性的測量、表征，追求特殊功能；理論上探討原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定體系，光、電、熱、機(jī)械特性，以及載流子及其輸運(yùn)。關(guān)于軟凝聚態(tài)物質(zhì)，有些早已為人類所用，電解液、液晶等，但對其理論研究處于初期階段。科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用的需求促進(jìn)深入的理論研究，判斷體系穩(wěn)定存在的依據(jù)是自由能最小，體系自由能可表示為F=E-TS，其中S是熵。對于軟凝聚態(tài)物質(zhì)體系，S是重要參量。其中更多的缺陷，原子、分子運(yùn)動的復(fù)雜行為，更多的電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)，不再是單粒子統(tǒng)計(jì)所能描述，需要研究粒子間存在相互作用的統(tǒng)計(jì)理論。多樣性是這個(gè)體系的突出特征，因此其理論涉及廣泛、復(fù)雜問題。
物理學(xué)是探索物態(tài)結(jié)構(gòu)與特性的基礎(chǔ)學(xué)科，是認(rèn)識自然和發(fā)展科技的基礎(chǔ)，其中以原子間有較強(qiáng)作用的稠密物質(zhì)體系為主要研究對象的凝聚態(tài)物理近些年有了迅速進(jìn)展，研究范圍不斷擴(kuò)大，從固體結(jié)構(gòu)、相變、光電磁特性擴(kuò)展到液晶、復(fù)雜流體、聚合物和生物體結(jié)構(gòu)等。幾乎每一二十年就有新物質(zhì)狀態(tài)被發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)了人類對自然的認(rèn)識和對其規(guī)律把握能力，推動了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)仍有一些老的科學(xué)問題需要深入研究，一些新科學(xué)問題已提到人們的面前。特別是低維量子限域體系和極端條件下的基本物理問題。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的介觀物理，后來發(fā)展成為納米科技所涉及的學(xué)科領(lǐng)域。與宏觀體系和原子體系相比，低維量子限域體系，還有很多物理問題有待解決，人們熟悉的宏觀體系得到的規(guī)則和結(jié)論有些不再有效，適用于低維量子限域體系的處理方法和理論需要探索，特別是將涉及到多層次多系統(tǒng)問題的描述和表征，將會有更多的新現(xiàn)象、新效應(yīng)、新規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。在納米尺度，研究原子、分子組裝、測量、表征，涉及有機(jī)材料、無機(jī)／有機(jī)復(fù)合材料和生物材料，這將大大的擴(kuò)展了物理學(xué)研究的范圍和深度。涉及的重大科學(xué)前沿問題和重點(diǎn)發(fā)展方向有①強(qiáng)關(guān)聯(lián)和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，及其他新奇特性凝聚態(tài)物質(zhì)；②低維量子限域體系的結(jié)構(gòu)和量子特性，包括納米尺度功能材料和器件結(jié)構(gòu)和特性；③粒子物理，描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型和有關(guān)問題，以及復(fù)雜系統(tǒng)物理；④極端條件下的物理問題，探索高能過程、核結(jié)構(gòu)、等離子體、新物理現(xiàn)象和核物質(zhì)新形態(tài)等；⑤生命活動中的物理問題，物理學(xué)的基本規(guī)律、概念、技術(shù)引入生命科學(xué)中，研究生物大分子體系特征、DNA、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能等，其研究關(guān)鍵將在于定量化和系統(tǒng)性，必然是多學(xué)科的交叉發(fā)展，成為未來科學(xué)的重要領(lǐng)域。
6 結(jié)論
本文討論了納米線涂層的結(jié)構(gòu)和特性，重點(diǎn)是納米線的復(fù)合涂層和其電學(xué)特性、光電特性。其中包括制造技術(shù)新觀念，納米材料的完美定律，納米涂層的熱-電效應(yīng)，碳納米管的側(cè)向場發(fā)射，以及電子強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系和軟凝聚態(tài)物質(zhì)，展示了涂層科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前景。
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第7篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
一、信息科技與現(xiàn)代通信
信息技術(shù)涵蓋信息的采集、變換、存儲、處理、傳送、接收和再現(xiàn)。電子學(xué)研究電子的運(yùn)動、電磁波的傳播和它們之間的相互作用。建立在麥克斯韋電磁理論基礎(chǔ)上的電子學(xué)，是當(dāng)代信息技術(shù)最主要的手段。1887年德國物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)電磁波及1897年英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，標(biāo)志著電子學(xué)的開端。在赫茲實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，1895年意大利科學(xué)家馬可尼進(jìn)行了2．5公里的無線電報(bào)傳送實(shí)驗(yàn)。1901年跨越大西洋3200公里的無線電報(bào)實(shí)驗(yàn)獲得成功，這是遠(yuǎn)程通信的一件劃時(shí)代的大事。此后，人類陸續(xù)發(fā)明了無線電廣播、電視等。
第一代電子器件電子管，建立在熱電子發(fā)射的基礎(chǔ)上。1904年，英國物理學(xué)家弗萊明發(fā)明二極管；1906年，美國的德福雷斯特發(fā)明三極管。20世紀(jì)上半葉的電子設(shè)備，如廣播電視的發(fā)射接收裝置、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)等，全部使用電子管。
1947年肖克利、巴丁、布拉坦發(fā)明了晶體管。晶體管使電子設(shè)備具有省電、小型化、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，開辟了電子學(xué)的新時(shí)代。
物理學(xué)最新成果的大量采用，使光通信、移動通信產(chǎn)業(yè)以空前的速度和規(guī)模發(fā)展。僅我國，手機(jī)用戶即已近4億。物理學(xué)的發(fā)展必將使21世紀(jì)信息技術(shù)發(fā)生飛躍。
二、材料科學(xué)與新材料
物理學(xué)是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)。量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)，特別是固體物理學(xué)和能帶理論極大地推動了材料科學(xué)的發(fā)展?，F(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展，導(dǎo)致了諸如半導(dǎo)體材料、光電材料、超導(dǎo)材料、復(fù)合功能材料、納米材料、軟物質(zhì)材料等大量具有獨(dú)特性能的新材料出現(xiàn)，并將不斷地為研制新型材料、改善材料性能提供新的理論和實(shí)驗(yàn)手段。
人工晶體用人工方法生長的單晶體在激光產(chǎn)生、非線性光學(xué)、光探測、輻射探測、換能器等方面都有重要應(yīng)用。我國在這一領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢。
三、物理學(xué)手段與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)
物理學(xué)手段在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，它們既用于診斷——x射線透視、B超、計(jì)算機(jī)斷層成像即CT、磁共振成像即HRI，又用于治療——超聲波粉碎結(jié)石、激光手術(shù)、伽瑪?shù)丁?/p>
四、計(jì)量與全球定位系統(tǒng)GPS
計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)：從觀測天體到使用各種物理方法，人類計(jì)時(shí)精度不斷提高。
全球定位系統(tǒng)GPS，由24顆均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)的衛(wèi)星組成，衛(wèi)星上安裝了高精度的原子鐘。衛(wèi)星高度2萬公里。它是一個(gè)全天候的自動定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，通過接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)間—頻率信號，判斷和計(jì)算接收者的位置。經(jīng)過廣義相對論修正(時(shí)鐘快慢隨引力場強(qiáng)度而變)的GPS精度可在1米以內(nèi)。現(xiàn)在的GPS系統(tǒng)已可裝備到家用汽車上。
五、物理學(xué)與激光技術(shù)
1917年愛因斯坦提出“受激輻射”的概念，奠定了激光的理論基礎(chǔ)。1958年美國科學(xué)家肖洛和湯斯發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的現(xiàn)象：當(dāng)他們將閃光燈泡所發(fā)射的光照在一種稀土晶體上時(shí)，晶體的分子會發(fā)出鮮艷的、始終會聚在一起的強(qiáng)光。由此他們提出了“激光原理”，受激輻射可以得到一種單色性、亮度又很高的新型光源。1958年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。1960年，美國人梅曼(T.H.Maiman)發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器。梅曼利用紅寶石晶體做發(fā)光材料，用發(fā)光度很高的脈沖氙燈做激發(fā)光源，獲得了人類有史以來的第一束激光。1965年，第一臺可產(chǎn)生大功率激光的器件——二氧化碳激光器誕生。1967年，第一臺X射線激光器研制成功。1997年，美國麻省理工學(xué)院的研究人員研制出第一臺原子激光器。
六、物理學(xué)與國家安全
現(xiàn)代戰(zhàn)爭是高科技的戰(zhàn)爭，物理學(xué)在國防現(xiàn)代化中起著核心的作用。核武器是釋放核能的大規(guī)模殺傷性武器。1945年美國首先制成原子彈，并投放到日本的廣島和長崎。為了對抗核訛詐，1964年我國成功試爆了第一顆原子彈，1967年成功試爆了第一顆氫彈。研制“兩彈一星”的23位功勛科學(xué)家中有13位物理學(xué)家。
第8篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞 固體物理 材料物理 電子科學(xué)與技術(shù) 教學(xué)改革
中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.12.060
Combining with the Professional Characteristics to Carry
out the Teaching Reform of Solid State Physics
ZHANG Lamei， SU Yuling
（School of Physics and Electronic Engineering， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， He'nan 450002）
Abstract In this paper， in view of the present situation and problems of the solid state physics teaching， and fully combined with major characteristics of material physics and electronic science and technology， some practice and exploration have been carried out in solid state physics curriculum reform. Through the optimized selection of teaching content， increasing the frontiers of knowledge and history of physics， emphasizing the "paradigm" of solid state physics， combining a variety of teaching methods in the teaching process， encouraging students to participate in the teachers’ research projects， and emphasizing interactive and research study， and so on. By means of the above measures， teaching quality can be improved.
Key words Solid state physics； Material physics； Electronic science and technology； Teaching reform
0 引言
固體物理學(xué)，顧名思義，是研究固體結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間的相互作用與運(yùn)動規(guī)律、闡明其性能與用途的學(xué)科。它為人們按指定性能研制新材料、新器件提供了科學(xué)途徑和理論指導(dǎo)，在理論物理和應(yīng)用物理之間起著紐帶作用。上世紀(jì)五十年代末，固體物理學(xué)被采納成為我國物理專業(yè)的一門基礎(chǔ)課。①當(dāng)時(shí)，三位國內(nèi)固體物理學(xué)前輩，即黃昆先生、謝希德先生和程開甲先生率先在北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和南京大學(xué)的物理專業(yè)開設(shè)此課，這是物理專業(yè)課程設(shè)置上最為顯著的一項(xiàng)改革。隨著時(shí)代的發(fā)展，目前，固體物理不僅是物理學(xué)專業(yè)而且是電子學(xué)、材料學(xué)、光電子、微電子等相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修基礎(chǔ)課。就我校而言，材料物理和電子科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)本科專業(yè)均開設(shè)了固體物理課程。材料物理和電子科技均屬于應(yīng)用型學(xué)科，材料物理專業(yè)學(xué)習(xí)的目的是為了使學(xué)生掌握材料的設(shè)計(jì)、合成、加工和分析等方面的理論、基本實(shí)驗(yàn)方法和技能等，使學(xué)生具有材料設(shè)計(jì)、分析和應(yīng)用的科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的基本能力。電子科技專業(yè)則要求學(xué)生通過掌握光電子器件、物理電子器件、電路與系統(tǒng)、信息技術(shù)等方面的理論知識和基本實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生初步具有研究開發(fā)新的電子產(chǎn)品和技術(shù)的能力。因此，這兩個(gè)專業(yè)的固體物理課程應(yīng)該充分結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，與其他專業(yè)有所差別。筆者通過分析我?，F(xiàn)有固體物理教學(xué)存在的主要問題，結(jié)合這兩個(gè)專業(yè)的培養(yǎng)模式和專業(yè)特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、 教學(xué)方法等方面進(jìn)行了一些實(shí)踐和探索，以期改善教學(xué)效果，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
1 固體物理教學(xué)現(xiàn)狀分析
在我校材料物理和電子科技專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)前固體物理課程教學(xué)中存在的一些現(xiàn)狀及問題。首先，材料物理和電子科技專業(yè)學(xué)生相對物理專業(yè)的學(xué)生而言，與物理相關(guān)的課程課時(shí)較少，物理理論基礎(chǔ)比較薄弱，而固體物理中要用到大量的量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理知識，且數(shù)學(xué)處理比較復(fù)雜，大多數(shù)概念和理論都建立在復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程之上，理論性較強(qiáng)，因此學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)起來比較困難。加之學(xué)生往往不知道所學(xué)知識在實(shí)際問題中如何應(yīng)用，缺乏學(xué)習(xí)興趣和動力，這些都嚴(yán)重影響了固體物理課的教學(xué)效果。其次，隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，各種高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，固體物理學(xué)科發(fā)展日新月異，光子晶體、新型半導(dǎo)體、超材料、超導(dǎo)、非晶態(tài)等新領(lǐng)域的研究取得了重大進(jìn)展，新概念層出不窮，對固體物理教學(xué)提出了更高的要求。②如何與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)處理好新舊知識之間的關(guān)系，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，成為固體物理教學(xué)面臨的主要問題。
2 固體物理教學(xué)改革措施
針對固體物理課程教學(xué)的現(xiàn)狀，我們在這兩個(gè)專業(yè)的固體物理教學(xué)過程中，充分考慮專業(yè)特點(diǎn)，通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的一些改革研究和實(shí)踐，以期將培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)貫穿整個(gè)課程的培養(yǎng)教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，改善教學(xué)效果。
2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革
（1）精選教學(xué)內(nèi)容。對于材料物理和電子科技這樣的非物理專業(yè)的學(xué)生，考慮到他們物理知識和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對薄弱，因此，這授課過程中，應(yīng)該輕物理推導(dǎo)過程，重物理模型和物理意義的講解，避免學(xué)生陷入繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程當(dāng)中，幫助學(xué)生抓住主線，掌握固體物理中處理問題的方法。此外，根據(jù)學(xué)生專業(yè)的不同，在講授基礎(chǔ)知識時(shí)，需要注意與其他專業(yè)課程之間的聯(lián)系，一方面避免與已學(xué)課程內(nèi)容的重復(fù)，一方面為以后的相關(guān)課程打下一定的基礎(chǔ)。比如，對于材料物理專業(yè)的學(xué)生，在材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程中已經(jīng)對晶體的結(jié)合和晶體的缺陷這部分內(nèi)容有所講述，因此，在固體物理課中可以對這部分內(nèi)容略講。對于電子科技專業(yè)，除了固體物理以外，還開設(shè)了半導(dǎo)體物理等課程，因此，在半導(dǎo)體一章中，我們只是簡單介紹了半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和電子分布特點(diǎn)。同時(shí)，對于一些重要、抽象、難以理解的概念，比如倒格子和布里淵區(qū)等，學(xué)生通常感到理解起來比較困難，然而這些內(nèi)容又往往在不同章節(jié)中多次出現(xiàn)，對于這類內(nèi)容，應(yīng)從多角度、多方面，配合習(xí)題，精講精煉，幫助學(xué)生理解其物理意義和應(yīng)用方法。
（2）將學(xué)科前沿和熱點(diǎn)引入教學(xué)。固體物理是當(dāng)前物理學(xué)科中發(fā)展最快的分支，該學(xué)科新成果和新概念不斷涌現(xiàn)，而固體物理學(xué)的經(jīng)典教材大多成書較早，這些新的前沿內(nèi)容教材中沒有出現(xiàn)。因此，需要針對材料物理和電子科技不同的專業(yè)特點(diǎn)，適時(shí)地將與專業(yè)有關(guān)的最新進(jìn)展和重要應(yīng)用成果引入課堂教學(xué)中，做到基礎(chǔ)知識與前沿知識相互融合，達(dá)到優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的目的。例如在講解晶體結(jié)構(gòu)一章時(shí)，可以將一些新型的材料介紹給學(xué)生，比如拓?fù)浣^緣體、光子晶體、石墨烯等內(nèi)容。在講解能帶理論時(shí)，可以向?qū)W生介紹近年的諾貝爾獎藍(lán)色發(fā)光二極管，讓學(xué)生明白我們所學(xué)的知識并不老舊，而是與現(xiàn)代科技緊密聯(lián)系的。這樣可以開拓學(xué)生的視野，提高學(xué)生對該門課程學(xué)習(xí)的積極性。
（3）增加科學(xué)史的介紹。在教學(xué)中增加相關(guān)科學(xué)史的介紹，看似無關(guān)緊要，實(shí)則效果斐然。因?yàn)槊恳粋€(gè)學(xué)科、每一種理論，都不可能在一朝一夕間建立，都有其漫長的發(fā)展演變過程，而每一個(gè)新理論的提出，都有其歷史動因。因此，在講授某一理論時(shí)，通過對歷史背景和發(fā)展過程的介紹，可以幫助學(xué)生加深對所學(xué)理論的理解，明確該理論所要解決的物理問題，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維方法。比如在講解固體熱容的內(nèi)容時(shí)，先回顧基于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論的熱容理論，在該理論中，熱容是與溫度和材料性質(zhì)無關(guān)的常數(shù)，為了解決這一問題，愛因斯坦提出了基于量子理論的熱容理論，然而在愛因斯坦理論中，假設(shè)各諧振子的振動頻率都是一樣的，這種假設(shè)過于簡單，因此德拜在愛因斯坦模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了德拜模型，給出一個(gè)簡單的諧振子頻率的分布規(guī)律，更好地揭示了熱容隨溫度的變化規(guī)律。通過這樣的講解，學(xué)生對熱容理論的理解也就更加深刻了。
（4）注意各章節(jié)之間的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)固體物理學(xué)的“范式”。在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生往往不清楚各章節(jié)之間的聯(lián)系，普遍反映固體物理學(xué)的知識比較比較零散，概念多、模型多、定律多、原理多，各個(gè)章節(jié)的知識好像是一個(gè)個(gè)孤立的個(gè)體，缺乏一條將各方面的知識聯(lián)系起來的主線。這主要是由于在現(xiàn)在的教學(xué)中，對固體物理學(xué)的“范式” 講述和強(qiáng)調(diào)不夠有關(guān)。根據(jù)科學(xué)史家?guī)於鞯挠^點(diǎn)，“范式”是一門學(xué)科成為科學(xué)的必要條件， 范式的形成是一個(gè)學(xué)科建立的標(biāo)志。布里淵最早指出，固體物理學(xué)的范式應(yīng)采用“周期結(jié)構(gòu)中波的傳播”來統(tǒng)一描述。③固體物理是以周期性的晶體為研究對象的，固體內(nèi)各種粒子的運(yùn)動，都可看作波在周期結(jié)構(gòu)中的傳播，而這種波的共同特點(diǎn)，就是當(dāng)波矢位于布里淵區(qū)邊界時(shí)不能傳播，我們可以在此基礎(chǔ)上統(tǒng)一理解晶體的衍射理論、晶格振動及能帶理論等固體物理的主干內(nèi)容。范式是一門學(xué)科的“綱”，學(xué)科的知識體系可據(jù)此建立和有機(jī)地聯(lián)系起來。④
2.2 教學(xué)方法改革
（1）采用“黑板 + 多媒體”相結(jié)合的方式授課。多媒體作為先進(jìn)的教學(xué)手段，既可提高教學(xué)效果，又可以豐富教學(xué)內(nèi)容。但是不能搞“一刀切”，應(yīng)該根據(jù)章節(jié)進(jìn)行選擇。⑤比如我們在對晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解時(shí)，借助多媒體手段可以更加形象直觀地將各種類型的晶體結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出來，還可以隨意翻轉(zhuǎn)，讓學(xué)生從不同的角度和側(cè)面進(jìn)行觀察，幫助學(xué)生建立空間圖像，提高認(rèn)知效率。然而對于一些數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程復(fù)雜的章節(jié)，例如晶格振動等，如果單純使用多媒體，學(xué)生通常會感到跟不上老師的思路，容易產(chǎn)生疲憊感。這時(shí)候如果使用板書，減慢速度，邊推導(dǎo)邊講解，增強(qiáng)師生互動，則教學(xué)效果更好。
（2）利用先進(jìn)計(jì)算軟件。固體物理這門課程中的許多概念和理論都建立在繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)之上，學(xué)生往往覺得有理無物，不易理解。如果在教學(xué)中能夠形象生動直觀地解釋這些物理概念和理論，并聯(lián)系它們的實(shí)際應(yīng)用，就可以幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)知識，提高認(rèn)知效率。Materials Studio 軟件能夠進(jìn)行不同晶體結(jié)構(gòu)的模型構(gòu)建，能帶及態(tài)密度的計(jì)算及圖形化，介電常數(shù)的計(jì)算，紅外、拉曼光譜計(jì)算，費(fèi)米面計(jì)算及可視化等等，不僅功能強(qiáng)大，而且操作簡單、界面友好，因此，適宜于本科生的日常教學(xué)實(shí)踐。⑥對于不同專業(yè)的學(xué)生，均可以利用該軟件將課本上的很多結(jié)論通過自己計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證，加深理解。例如，對于材料物理專業(yè)的學(xué)生，可以讓他們利用計(jì)算軟件給出一些常見晶體材料的晶體結(jié)構(gòu)，還可以給出晶體的光譜特性和介電性能等。對于電子科技專業(yè)的學(xué)生，可以利用軟件模擬常見的直接帶隙和間接帶隙的半導(dǎo)體，并通過摻雜、加壓等手段調(diào)控其能帶結(jié)構(gòu)，使學(xué)生更直觀地了解晶體結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系?？傊腆w物理學(xué)中的很多概念和理論都能通過 Materials Studio 軟件進(jìn)行演示及計(jì)算，給出形象化的解釋。該軟件的使用不但可以幫助學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解，還可以使學(xué)生了解現(xiàn)論物理方面的研究方法，提升學(xué)生的科研素養(yǎng)。
（3）理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)，鼓勵學(xué)生參與教師的科研課題。在固體物理的教學(xué)中，為了讓學(xué)生更深刻地理解所學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，應(yīng)該安排學(xué)生進(jìn)行固體物理相關(guān)實(shí)驗(yàn)或直接參與教師的科研課題。對于材料物理專業(yè)的學(xué)生，可以安排他們進(jìn)行材料制備、X射線衍射分析、Raman光譜測量等實(shí)驗(yàn)，還可以讓他們參與碳納米管的性能研究、晶體缺陷對電磁性能的影響等教師的科研課題，讓學(xué)生從材料的制備到結(jié)構(gòu)、性能表征等方面受到較為綜合的訓(xùn)練。對于電子科技專業(yè)的學(xué)生，除了讓他們了解常見晶體結(jié)構(gòu)的表征手段以外，還可以進(jìn)行半導(dǎo)體特性測定、太陽能電池特性測試、探測器響應(yīng)特性測試等實(shí)驗(yàn)，幫助他們了解不同半導(dǎo)體材料性能的差別，以及這些差別與其微觀晶體結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。除此此外，也可以參與教師的科研課題，比如太陽能電池的結(jié)構(gòu)及性能研究、石墨烯超級電容器的研究等。通過參與實(shí)驗(yàn)和教師科研活動，可以提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，提升其綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
（4）加強(qiáng)互動式教學(xué)模式，鼓勵研究性學(xué)習(xí)。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在教學(xué)活動中，應(yīng)該使學(xué)生充分參與到教學(xué)活動中來，加強(qiáng)教師和學(xué)生之間的互動。具體實(shí)施過程中，可以采取啟發(fā)、討論式教學(xué)，通過教師對教學(xué)過程的精心設(shè)計(jì)，巧妙設(shè)置問題，組織專題討論等形式，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，在討論課前提前布置一些討論題目，“聲子的本質(zhì)”，“光子和電子的異同”，“倒格子和波矢空間在固體物理學(xué)中的作用”等，由于學(xué)生提前進(jìn)行了準(zhǔn)備，討論氛圍熱烈，甚至發(fā)生了爭論，常言道“理不辯不明”，經(jīng)過討論原本難懂的概念就變得清楚明了了。除了課堂上的互動，課余時(shí)間利用網(wǎng)絡(luò)等其他手段的互動方式也非常重要。學(xué)生可以通過固體物理精品課程網(wǎng)站的討論區(qū)和E-Learning網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間，就課堂上沒有弄明白的問題和老師、同學(xué)進(jìn)行討論，通過這種形式極大地拓展了學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間。研究性學(xué)習(xí)也是近年來提出的一種有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)習(xí)手段。我們的具體實(shí)施方法為讓學(xué)生撰寫小論文，小論文的題目可以圍繞一些前沿研究熱點(diǎn)，還可以選擇自己感興趣的領(lǐng)域，就某一具體問題，在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，寫出它的應(yīng)用及自己的一些觀點(diǎn)?？傊?，我們努力將互動式、啟發(fā)式、討論式和研究性學(xué)習(xí)等教學(xué)模式有效的貫穿、融合于整個(gè)固體物理的教學(xué)當(dāng)中，在這樣多樣化的實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中， 營造寬松、積極的教學(xué)氛圍。
3 結(jié)語
針對我校固體物理課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，本文根據(jù)筆者多年授課經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行了一些改革，主要包括精選教學(xué)內(nèi)容，將一些前沿?zé)狳c(diǎn)知識和物理學(xué)史加入教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，并加強(qiáng)固體物理學(xué)“范式”的講授。在教學(xué)過程中結(jié)合多種教學(xué)方式，理論聯(lián)系實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)互動式和研究性學(xué)習(xí)等，通過這些措施使得教學(xué)效果得到明顯改善。然而固體物理教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜龐大的工程，隨著時(shí)代的發(fā)展也會出現(xiàn)新的課題，仍需我們做出更多的研究和探索。
基金項(xiàng)目：本文系河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目（No.15A140043）、鄭州輕工業(yè)學(xué)院青年教師教學(xué)改革與研究項(xiàng)目、鄭州輕工業(yè)學(xué)院校博士基金的研究成果
注釋
① 黃昆，韓汝琦.固體物理學(xué).北京：高等教育出版社，1997.
② 鐘佑潔，楊尊先.電子學(xué)科的固體物理教學(xué)改革初探.物理通報(bào)，2013（8）：17.
③ 馮端，金國鈞.凝聚態(tài)物理新論.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1992.
④ 鄭文琛.固體物理教學(xué)現(xiàn)代化的一些實(shí)踐與思考.大學(xué)物理，1998.17（10）：34.
第9篇：半導(dǎo)體與量子力學(xué)的關(guān)系范文
關(guān)鍵詞： 國家特色專業(yè)； 信息顯示與光電技術(shù)； 規(guī)劃與實(shí)踐
中圖分類號： G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1009-055X（2013）02-0118-05
目前， 我國高等教育是按專業(yè)來培養(yǎng)人才的， 專業(yè)是大學(xué)學(xué)術(shù)組織存在的本質(zhì)特征。高校專業(yè)建設(shè)是高校教學(xué)基本建設(shè)的核心， 建設(shè)一流大學(xué)的關(guān)鍵， 在于建立一批高水平的、 有特色的專業(yè)。
“特色”就意味著“與眾不同”， 專業(yè)特色指的是專業(yè)的特別或出色之處。大學(xué)的生命力在于專業(yè)水平的高低， 而專業(yè)的生命力則在于專業(yè)特色是否鮮明。
華南理工大學(xué)是立足于華南面向全國建設(shè)的一所以工科為主的國家重點(diǎn)大學(xué)。在國家大力發(fā)展新型顯示產(chǎn)業(yè)、 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)、 太陽能電池產(chǎn)業(yè)等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的背景下， 主動適應(yīng)國內(nèi)外高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、 滿足社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的急需， 我校結(jié)合自身光電學(xué)科的優(yōu)勢， 于2007年向教育部申請， 開始建設(shè)“信息顯示與光電技術(shù)”本科專業(yè)。經(jīng)過近5年的規(guī)劃和建設(shè)， 該專業(yè)教師隊(duì)伍建設(shè)、 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、 專業(yè)教材建設(shè)、 學(xué)生課外社會實(shí)踐、 課外科研活動等方面， 取得了一些長足的進(jìn)步。于2011年獲批成為廣東省“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)特色專業(yè)”、 國家“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)特色專業(yè)”。目前， 該專業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)師資隊(duì)伍充滿活力、 專業(yè)特色鮮明、 廣受學(xué)生歡迎的國家級特色專業(yè)。
一、 信息顯示與光電技術(shù)人才需求現(xiàn)狀
信息顯示與光電產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)新興的高科技產(chǎn)業(yè)， 有“朝陽產(chǎn)業(yè)”之稱， 有著巨大的潛力和廣闊發(fā)展前景。根據(jù)世界知名調(diào)研公司Standford Research的報(bào)道， 信息顯示與光電技術(shù)在全球已形成了年產(chǎn)值愈1000多億美元的龐大產(chǎn)業(yè)群[1]。我國是一個(gè)信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)大國， 近年來相關(guān)產(chǎn)業(yè)和新技術(shù)發(fā)展迅速， 并已將其列為國家支柱產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。廣東省作為我國信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)最大的省份， 更是明確在“廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展十二五規(guī)劃”中將“高端新型電子信息、 新能源汽車、 半導(dǎo)體照明”確立為三大率先突破的產(chǎn)業(yè)。在這三大產(chǎn)業(yè)中， “高端新型電子信息、 半導(dǎo)體照明”這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)是與信息顯示與光電技術(shù)密切相關(guān)的。
在高端新型電子信息產(chǎn)業(yè)中， 其重點(diǎn)之一是發(fā)展新型顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)。新型的液晶平板顯示產(chǎn)業(yè)， 近年來已成為全球彩電、 手機(jī)、 電腦等顯示器產(chǎn)業(yè)最為關(guān)注的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。全球主要面板廠商普遍看好液晶電視市場的巨大商機(jī)， 并將此作為大尺寸TFT-LCD產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)爆炸性增長契機(jī)。另外， 作為下一代顯示技術(shù)AM-OLED顯示也開始受到人們的關(guān)注。廣東省作為全國最大的彩電生產(chǎn)基地， 擁有一批諸如創(chuàng)維、 康佳、 TCL等知名電視生產(chǎn)廠商， 其電視產(chǎn)量約占到中國電視總產(chǎn)量的60%， 在信息顯示技術(shù)領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。目前已建成及在建的大型新型顯示器件項(xiàng)目超過十個(gè)， 其中包括深圳華星光電的8.5代液晶面板生產(chǎn)線、 廣東中顯科技有限公司的OLED研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、 彩虹集團(tuán)的OLED生產(chǎn)項(xiàng)目等等。
半導(dǎo)體照明由于具有節(jié)能、 環(huán)保、 壽命長等優(yōu)點(diǎn)， 受到了全世界的關(guān)注。我國面對世界照明產(chǎn)業(yè)的重大轉(zhuǎn)型和LED的興起， 2003年底緊急啟動“半導(dǎo)體（LED）照明產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)重大項(xiàng)目”， 并從2009年開始通過“十城萬盞”等示范工程， 使得我國LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。其中， 廣東省在半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更是引人注目， 2011年廣東省LED產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值突破1500億元， 連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)翻番增長。企業(yè)3000多家， 從業(yè)人員55萬人， 帶動就業(yè)220萬人， 產(chǎn)值和規(guī)模繼續(xù)位居全國首位。
在目前信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)背景下， 必然引發(fā)企業(yè)對專業(yè)技術(shù)人才的高度需求。遺憾的是， 在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域， 國內(nèi)企業(yè)中掌握核心技術(shù)的本地化人才很少， 國內(nèi)企業(yè)的核心技術(shù)部門大多被外籍工程師控制， 國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)體系不足以支撐國內(nèi)信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的人才需求， 這成為阻礙國內(nèi)信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。為了給我國尤其是廣東省的信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)更多的專業(yè)技術(shù)人才， 我校于2007年成立了“信息顯示與光電技術(shù)”專業(yè)， 是廣東省第一個(gè)針對信息顯示與光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的本科專業(yè)。
二、 信息顯示與光電技術(shù)專業(yè)的專業(yè)背景與特色
華南理工大學(xué)“信息顯示與光電技術(shù)”專業(yè)， 是依托材料學(xué)院發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)特色專業(yè)。發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聚集了一批高水平的科研人員， 包括中國科學(xué)院院士以及諾貝爾獎金獲得者， 在新型發(fā)光材料的設(shè)計(jì)與合成、 稀土離子發(fā)光、 發(fā)光薄膜制備及結(jié)構(gòu)調(diào)控、 發(fā)光器件物理機(jī)制等方面開展了大量原始創(chuàng)新的工作， 取得了國際領(lǐng)先水平的研究成果， 是國際知名的光電領(lǐng)域?qū)I(yè)研究機(jī)構(gòu)。
專業(yè)只有辦出特色， 才能有牢固的立足之地和廣闊的發(fā)展空間。為此， 我們根據(jù)依托單位的科研優(yōu)勢凝練和培育專業(yè)特色， 提出了以“材料與器件為基礎(chǔ)， 突出信息顯示、 半導(dǎo)體照明和太陽能電池三大應(yīng)用技術(shù)”為特色建設(shè)“信息顯示與光電技術(shù)”專業(yè)。雄厚的師資力量、 一流的科研設(shè)備資源， 為建設(shè)特色專業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)； 有鮮明科研特色的本科畢業(yè)生， 又為科研工作輸送優(yōu)質(zhì)的研究生源。專業(yè)建設(shè)與科研工作的互動效應(yīng)十分明顯。
三、 課程體系建設(shè)
有深厚基礎(chǔ)知識的學(xué)生， 未來將具有深遠(yuǎn)的發(fā)展?jié)摿Γ?有寬泛學(xué)科知識的學(xué)生， 未來將具有強(qiáng)大的適應(yīng)能力； 培養(yǎng)具有更強(qiáng)大適應(yīng)能力、 更深遠(yuǎn)發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)生， 是重點(diǎn)高校的辦學(xué)宗旨[2-3]。本專業(yè)按照厚基礎(chǔ)、 寬口徑的指導(dǎo)思想來設(shè)計(jì)課程體系， 培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)能力突出的新型工科人才。
信息顯示與光電技術(shù)專業(yè)， 是材料學(xué)、 光學(xué)、 電學(xué)、 信息工程等多學(xué)科交叉的專業(yè)。在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃方面， 設(shè)置了基礎(chǔ)課程、 專業(yè)基礎(chǔ)課程、 專業(yè)課程等三個(gè)層次的課程， 各層次的課程又開設(shè)了必修課和選修課兩類課程。在專業(yè)選修課設(shè)置上， 根據(jù)專業(yè)特色， 按照跟蹤學(xué)科前沿、 掌握先進(jìn)技術(shù)的原則設(shè)置一定學(xué)時(shí)的選修課， 增加教學(xué)計(jì)劃的柔性， 拓寬學(xué)生的知識面。對不同專業(yè)方向感興趣的學(xué)生， 所學(xué)習(xí)的必修課相同， 差異僅體現(xiàn)在選修課上。這樣的課程設(shè)置， 體現(xiàn)了強(qiáng)化學(xué)科基礎(chǔ)、 淡化專業(yè)方向， 可提高畢業(yè)學(xué)生的綜合適應(yīng)能力。
在基礎(chǔ)課程方面， 開設(shè)了大學(xué)物理、 大學(xué)化學(xué)、 量子力學(xué)、 固體物理等理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程， 夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)， 使畢業(yè)學(xué)生將來具備自行擴(kuò)展光電知識和技能的能力。
在專業(yè)基礎(chǔ)課程方面， 除了開設(shè)一些必修基礎(chǔ)課程外， 還開設(shè)了材料科學(xué)導(dǎo)論、 有機(jī)電子學(xué)基礎(chǔ)、 光度學(xué)、 發(fā)光學(xué)與發(fā)光材料、 激光技術(shù)、 光電子器件與工藝、 半導(dǎo)體材料與器件、 平板顯示技術(shù)和現(xiàn)代薄膜技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程。
在專業(yè)課程方面， 主要圍繞平板顯示、 半導(dǎo)體照明和太陽能電池三個(gè)方向， 開設(shè)液晶材料與顯示技術(shù)、 有機(jī)半導(dǎo)體材料、 TFT技術(shù)及其應(yīng)用、 半導(dǎo)體照明技術(shù)、 LED光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、 LED驅(qū)動設(shè)計(jì)技術(shù)、 LED散熱設(shè)計(jì)技術(shù)、 太陽能電池技術(shù)、 顯示器件驅(qū)動技術(shù)等課程。堅(jiān)持基礎(chǔ)性和先進(jìn)性相結(jié)合的原則， 將經(jīng)典與現(xiàn)代有機(jī)結(jié)合， 及時(shí)將科研成果引入課程教學(xué)； 堅(jiān)持分析與綜合并重、 經(jīng)典與現(xiàn)代并重、 軟件實(shí)現(xiàn)與硬件實(shí)現(xiàn)并重的原則， 合理分配學(xué)時(shí)和內(nèi)容。
新材料是新器件的基礎(chǔ)， 新器件是新技術(shù)的基礎(chǔ)， 我們開設(shè)的基礎(chǔ)性、 專業(yè)基礎(chǔ)性以及專業(yè)性等三個(gè)層次的課程， 都是圍繞著材料、 器件和技術(shù)等三個(gè)方面來安排的。優(yōu)化專業(yè)課程體系模塊， 厚基礎(chǔ)寬口徑設(shè)置教學(xué)計(jì)劃， 將為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、 能力突出的新型工科人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保障。
四、 師資隊(duì)伍建設(shè)
師資人才隊(duì)伍是學(xué)科建設(shè)的基礎(chǔ)。建設(shè)一支年齡、 職稱、 學(xué)歷、 學(xué)科結(jié)構(gòu)合理， 學(xué)術(shù)水平高， 發(fā)展?jié)摿Υ蟮膸熧Y隊(duì)伍， 是“信息顯示與光電技術(shù)”國家特色專業(yè)建設(shè)成敗的關(guān)鍵。經(jīng)過近五年的發(fā)展， 本專業(yè)已形成了以著名高分子光電材料專家曹鏞院士、 彭俊彪教授等為核心的高水平教學(xué)團(tuán)隊(duì)。
（一）堅(jiān)持“育人為本”的教學(xué)理念
育人為本， 以學(xué)生為主體， 全面推進(jìn)素質(zhì)教育， 以提高教學(xué)質(zhì)量為核心； 注重因材施教， 以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為重點(diǎn)， 努力提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力； 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)， 進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)， 推進(jìn)教育教學(xué)與生產(chǎn)勞動和社會實(shí)踐的緊密結(jié)合， 切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐能力； 加快教學(xué)過程中信息技術(shù)的應(yīng)用， 推進(jìn)教學(xué)方法改革， 促進(jìn)高等教育優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)與共享； 把教師作為辦學(xué)的主體， 建立有效的團(tuán)隊(duì)合作機(jī)制， 加強(qiáng)青年教師培養(yǎng)， 激勵教師積極投身教學(xué)工作[4]。
在師資隊(duì)伍建設(shè)中， 提出“人事相宜、 和諧發(fā)展”的隊(duì)伍建設(shè)理念， 從師資培養(yǎng)、 崗位設(shè)置、 激勵措施等方面進(jìn)行改革， 建立有效的隊(duì)伍建設(shè)機(jī)制， 體現(xiàn)教師成長和事業(yè)發(fā)展的和諧促進(jìn)。
（二）圍繞核心課程， 建設(shè)多學(xué)科交叉的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)
在教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)過程中， 學(xué)校各級管理部門積極為教學(xué)團(tuán)隊(duì)提供多種服務(wù)、 指導(dǎo)和支持， 確立教學(xué)團(tuán)隊(duì)的學(xué)術(shù)主導(dǎo)地位， 將教學(xué)團(tuán)隊(duì)的管理權(quán)力進(jìn)一步下放， 擴(kuò)大團(tuán)隊(duì)的管理自， 積極整合教師資源， 為教學(xué)團(tuán)隊(duì)的組建和發(fā)展構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的平臺。在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部管理方面， 實(shí)行專業(yè)總負(fù)責(zé)人、 專業(yè)方向負(fù)責(zé)人、 團(tuán)隊(duì)成員三級管理機(jī)制。專業(yè)總負(fù)責(zé)人提出總體建設(shè)目標(biāo)， 分解到專業(yè)方向負(fù)責(zé)人和團(tuán)隊(duì)成員， 做到五個(gè)有： 有明確的建設(shè)目標(biāo)， 有具體的推進(jìn)措施， 有合理的工作授權(quán)， 有全程的檢查督促， 有良好的思想溝通。
圍繞專業(yè)核心課程， 依據(jù)專業(yè)方向， 建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。實(shí)施崗位責(zé)任制， 分為信息顯示技術(shù)、 半導(dǎo)體照明技術(shù)、 太陽能電池技術(shù)三個(gè)專業(yè)方向。每個(gè)專業(yè)方向有帶頭人， 負(fù)責(zé)相關(guān)課程群（包括教學(xué)人員的安排、 課堂教學(xué)、 課程建設(shè)、 教材建設(shè)、 實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)等）， 并依托相關(guān)的科研平臺組建教學(xué)小組。注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合， 科學(xué)研究與教學(xué)研究相結(jié)合， 課程建設(shè)與學(xué)科建設(shè)相結(jié)合。
（三）建設(shè)“傳、 幫、 帶”的工作培訓(xùn)機(jī)制， 加快青年教師的成長
實(shí)行“傳、 幫、 帶”的培訓(xùn)體系。對新入職教師進(jìn)行正規(guī)的培訓(xùn)， 參加學(xué)校組織的教師崗前培訓(xùn)班， 取得國家頒發(fā)的教師資格證才能加入教學(xué)團(tuán)隊(duì)； 注重中青年教師能力的提升， 定期參加教育部高校師資培訓(xùn)交流中心等國內(nèi)權(quán)威培訓(xùn)機(jī)構(gòu)組織的培訓(xùn)學(xué)習(xí)； 加強(qiáng)和企事業(yè)單位的合作， 鼓勵教師參加企事業(yè)單位中組織的工程技術(shù)類培訓(xùn)， 及時(shí)更新對光電產(chǎn)業(yè)的了解； 由專人整理優(yōu)秀老教師的寶貴經(jīng)驗(yàn)， 作為培訓(xùn)教材； 加強(qiáng)雙語教學(xué)課程的建設(shè)， 由英語表達(dá)流利、 具有國外學(xué)習(xí)和進(jìn)修的教師擔(dān)任雙語課程的教學(xué)， 教學(xué)成績突出的教師還可選派出國研修以拓展視野。
五、 教學(xué)條件建設(shè)
（一）重視專業(yè)教材編寫， 建設(shè)一套切合新專業(yè)技術(shù)實(shí)際需求的教材體系
教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的載體， 是教學(xué)工作的基本要素， 是保障和提高教學(xué)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)， 由于屬于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)， 沒有或者很少有傳統(tǒng)的、 經(jīng)典的教材和講義可供借鑒和使用。為了提高課堂教學(xué)質(zhì)量， 我們在積極引進(jìn)兄弟院校優(yōu)秀教材和講義的基礎(chǔ)上， 成立專業(yè)主干教材編寫組， 著手編寫切合新專業(yè)實(shí)際、 切合我校課程體系實(shí)際的“信息顯示與光電技術(shù)”系列教材。包括《有機(jī)半導(dǎo)體電子學(xué)》、 《TFT技術(shù)及應(yīng)用》、 《半導(dǎo)體照明技術(shù)》、 《平板顯示器驅(qū)動技術(shù)》、 《太陽能電池技術(shù)》等。同時(shí)， 還采取一些激勵措施， 鼓勵專業(yè)教師根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)， 緊密結(jié)合科研實(shí)際， 編寫高水平的選修課程教材， 加快新辦專業(yè)教材體系建設(shè)和完善。在努力保持教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、 先進(jìn)性和前沿性前提下， 在教材內(nèi)容的取舍和教材編寫風(fēng)格上下功夫， 力爭將學(xué)生從教材繁復(fù)的公式推導(dǎo)迷魂陣中解放出來。形成文字教材、 電子教材、 輔助教材和參考資料相配套的系列教學(xué)用書和教學(xué)軟件， 適應(yīng)多樣化的教學(xué)需要。
（二）精選專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 構(gòu)建一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系
“信息顯示與光電技術(shù)”專業(yè)是具有“新材料、 新器件、 新技術(shù)”鮮明應(yīng)用特色的工科專業(yè)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是其本科培養(yǎng)計(jì)劃極其重要的組成部分。我們的專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要圍繞這三個(gè)方面來開設(shè)。
為了體現(xiàn)“新材料”特色， 我們開設(shè)了有機(jī)發(fā)光材料合成、 液晶材料綜合性能測試、 有機(jī)材料熱性能測試、 薄膜材料形貌觀測與分析、 有機(jī)發(fā)光材料分子量測量等相關(guān)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。
為了體現(xiàn)“新器件”特色， 我們開設(shè)了發(fā)光器件阻抗測試、 發(fā)光器件EL測試、 發(fā)光器件PL測試、 發(fā)光器件吸收光譜測試、 發(fā)光器件加速老化壽命測試、 發(fā)光器件載流子遷移率測試、 發(fā)光器件顯色指數(shù)測試、 發(fā)光器件發(fā)光效率測試等專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。
為了體現(xiàn)“新技術(shù)”特色， 我們開設(shè)了太陽能電池綜合性能測試、 平板顯示器驅(qū)動電路編程實(shí)驗(yàn)、 發(fā)光二極管光電綜合性能測試、 OLED顯示屏綜合性能測試、 OLED顯示屏激光修復(fù)實(shí)驗(yàn)、 激光器功率測試、 LED配光設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。
我們遵循“實(shí)踐性、 開放性、 自主性和創(chuàng)新性”（四性）和“教學(xué)與科研、 理論與實(shí)踐、 經(jīng)典與現(xiàn)代、 虛擬與實(shí)訓(xùn)”（四結(jié)合）來精心選擇專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 通過基本實(shí)驗(yàn)、 綜合性實(shí)驗(yàn)、 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、 科學(xué)小實(shí)踐等來組成四級實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中， 充分應(yīng)用各種最新的硬件和仿真軟件， 能硬則硬， 能軟則軟， 或軟硬結(jié)合。另外， 我們還注意淡化理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的界限， 將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合， 實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的延伸。
通過近五年的努力， 我們初步構(gòu)建起了比較完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。充分發(fā)揮了專業(yè)實(shí)驗(yàn)在專業(yè)課程教學(xué)中的作用， 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 豐富了學(xué)生的感性認(rèn)識， 加深了學(xué)生對基本概念、 定理和定律的理解， 降低了學(xué)習(xí)過程中的難度， 培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、 思維能力、 動手操作能力、 分析歸納能力以及創(chuàng)新能力， 有力地保障了專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的順利實(shí)施。
（三）寓教于研， 充分發(fā)揮國家級科研平臺對教學(xué)的支撐和促進(jìn)作用
“信息顯示與光電技術(shù)”國家特色專業(yè)， 所依托的高分子光電材料與器件研究所， 擁有“發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、 “發(fā)光材料與器件國家引智基地”、 “特種功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等三個(gè)國家級科研平臺和多個(gè)省級、 校級科研平臺。本學(xué)科擁有雄厚的科研實(shí)力， 為了將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的本科教學(xué)資源， 我們遵循“寓教于研， 教學(xué)科研相長、 學(xué)科專業(yè)并進(jìn)、 教師學(xué)生共贏”的理念， 采取多項(xiàng)舉措來建設(shè)國家特色新專業(yè)。
鼓勵教師結(jié)合自己的科研課題， 提煉可供大學(xué)生參與的研究題目， 積極指導(dǎo)學(xué)生參與華南理工大學(xué)SRP（大學(xué)生研究計(jì)劃）、 華南理工大學(xué)攀登計(jì)劃以及省級、 國家級大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等項(xiàng)目[5]， 使特色專業(yè)的學(xué)生在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間， 人人有機(jī)會參與學(xué)生科研項(xiàng)目， 使學(xué)生的動手能力和科研創(chuàng)新意識得到提高。
對有繼續(xù)讀研深造的優(yōu)秀本科生， 在大學(xué)三年級開始實(shí)行導(dǎo)師制。多個(gè)國家級的科研平臺， 提供了本科生大量從事輔助研究的機(jī)會。教師是學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的領(lǐng)路人， 學(xué)生是教師科學(xué)研究的好幫手。在教師眼里學(xué)生不再是累贅和負(fù)擔(dān)， 在學(xué)生眼里教師永遠(yuǎn)嚴(yán)謹(jǐn)慈祥。本科生導(dǎo)師制作為一種積極的教育輔助機(jī)制， 讓本科生直接參與到導(dǎo)師的科研項(xiàng)目中， 在實(shí)踐中進(jìn)行鍛煉， 幫助學(xué)生從以學(xué)習(xí)知識為主的本科階段， 順利過渡到以知識創(chuàng)新為主的研究生階段， 可進(jìn)一步提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。
鼓勵教師結(jié)合自己的科研課題， 精選適合本科生實(shí)際能力的題目， 指導(dǎo)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)。這種基于教師科研實(shí)際的題目， 使學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)不會流于形式走過場， 有助于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識的創(chuàng)新能力， 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。
（四）以產(chǎn)學(xué)研基地為依托， 建設(shè)完善的實(shí)踐教學(xué)體系
華南理工大學(xué)是華南地區(qū)最具影響力的國家重點(diǎn)工科大學(xué)， 建校60年來， 為國家特別是華南地區(qū)培養(yǎng)了大量的工程型技術(shù)人才， 素有工程師搖籃之美譽(yù)。華南地區(qū)是我國最大的電子信息產(chǎn)業(yè)基地、 最大的光電產(chǎn)業(yè)基地。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)， 廣東省的信息顯示產(chǎn)業(yè)、 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)占全國百分之五十以上的市場份額。巨大的產(chǎn)業(yè)市場、 廣泛的產(chǎn)業(yè)界校友人脈資源， 為“信息顯示與光電技術(shù)”專業(yè)的“產(chǎn)業(yè)化”辦學(xué)理念提供了得天獨(dú)厚的條件。
我們聘請校外企業(yè)家擔(dān)任專業(yè)兼職教授， 多人次不定期來校進(jìn)行專題產(chǎn)業(yè)技術(shù)講座， 拉近學(xué)生與知名企業(yè)家的距離， 近距離感受企業(yè)家的人格魅力和榜樣的力量。帶領(lǐng)大一新生在開學(xué)之初期， 到知名企業(yè)參觀學(xué)習(xí)， 進(jìn)行專業(yè)認(rèn)知教育， 認(rèn)識、 感知新專業(yè)， 明確大學(xué)期間的學(xué)習(xí)目標(biāo)。組織學(xué)生每個(gè)寒暑假到企業(yè)去實(shí)習(xí)， 走進(jìn)車間走進(jìn)生產(chǎn)線， 融入產(chǎn)業(yè)工人角色， 培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和產(chǎn)業(yè)意識。
四年來， 我們跟TCL集團(tuán)、 創(chuàng)維集團(tuán)、 康佳集團(tuán)等電子信息龍頭企業(yè)， 以及大族激光、 國星光電、 鴻利光電、 木林森、 雷曼光電、 勤上光電等光電產(chǎn)業(yè)上市公司， 建立了各種形式的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系， 為培養(yǎng)研究應(yīng)用型人才做了大量有益的嘗試。
（五）以國際友好學(xué)校為紐帶， 培養(yǎng)具有國際化視野的新一代大學(xué)生
本專業(yè)依托單位是2006年教育部與國家外國專家局聯(lián)合， 在全國首次設(shè)立的“111計(jì)劃”50個(gè)引智基地之一， 聘請了包括美國加州大學(xué)教授、 2000年諾貝爾化學(xué)獎獲得者A.J.Heeger教授在內(nèi)的十多位海外著名學(xué)者為客座教授， 每年來學(xué)校進(jìn)行學(xué)術(shù)講座、 研究與交流， 讓普通的本科大學(xué)生近距離感受到國際學(xué)術(shù)大師的魅力。
華南理工大學(xué)地處珠江三角洲， 處于改革開放的前沿陣地， 與海外與港臺有悠久的、 廣泛的歷史淵源。本專業(yè)借助于地緣優(yōu)勢以及本單位的海外學(xué)術(shù)交流優(yōu)勢， 與澳大利亞新南威爾士大學(xué)、 美國加州大學(xué)、 香港科技大學(xué)、 新加坡國立大學(xué)等多所海外高校建立了科研合作以及學(xué)生互換計(jì)劃?；诳蒲泻献骰A(chǔ)上的海外交流， 使本專業(yè)與海外友好學(xué)校的關(guān)系更密切， 有助于互相借鑒建設(shè)經(jīng)驗(yàn)， 積極發(fā)揮專業(yè)品牌的輻射作用， 有利于培養(yǎng)具有國際化視野的開放性的新一代大學(xué)生。
專業(yè)建設(shè)旨在培養(yǎng)滿足社會需要、 受社會歡迎的高質(zhì)量的人才， 專業(yè)的特色尤為重要。我們根據(jù)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)對人才需求的形勢， 結(jié)合本單位的學(xué)科優(yōu)勢， 凝練“信息顯示與光電技術(shù)”專業(yè)的特色為“以材料與器件為基礎(chǔ)， 突出信息顯示、 半導(dǎo)體照明與太陽能電池三大技術(shù)”的專業(yè)特色， 培養(yǎng)“科研化、 國際化、 產(chǎn)業(yè)化”的工科人才。
專業(yè)建設(shè)是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程， 為了探索國家特色新專業(yè)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)， 我們還將繼續(xù)加強(qiáng)與國內(nèi)外高校與企業(yè)界的聯(lián)系， 不斷優(yōu)化專業(yè)建設(shè)理念， 努力使專業(yè)建設(shè)工作再上一個(gè)新臺階。
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