党随虎

摘 要：针对固体物理内容抽象、难理解的特点，对将抽象物理模型及其作用原理形象地通过材料模拟软件在固体物理教学中的应用进行了分析，借助模拟软件分别采用引入科技前沿、动手搭建结构模型和物理图像三维展示等方法提高了固体物理的教学效果。

关键词：材料模拟；固体物理；Materials Studio；工程学

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.128

固体物理是物理学、材料科学、工程学、化学和电子学等专业中重要的基础专业课，是物理学中内容丰富、应用广泛的学科。此外，固体物理还是微电子技术、光电子学、能源和材料科学等技术学科的基础，学好这门课程不仅要有良好的物理思想，还要有扎实的数学基础。其涉及的内容从晶格振动到固体电子能带理论，既要用到抽象的量子力学理论，又要使用高度抽象的波矢空间，常使学生感到固体物理枯燥无味、难以入门。比如，学生普遍觉得固体物理中晶体结构和对称性部分难掌握，主要原因是该部分涉及三维空间变换，单纯地使用板书或多媒体对学生的教学效果不明显，一直以来处于“教师不好讲、学生不好学”的尴尬局面。因此，如何形象、直观地阐释固体物理相关概念的物理图像已成为教学中亟待解决的问题。

1 材料模拟软件辅助教学的优势

当前材料模拟技术正广泛地应用于科研生产、教学等各个相关领域中，出现了Materials Studio、Vasp和Gauss等一系列材料模拟软件。这些软件大都可以使分子、原子等微观粒子的结构形象化、可视化，且可以通过结构分析、模拟、数据处理，从微观角度揭示结构与性质的关系。……