20世紀(jì)80年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為各個(gè)材料領(lǐng)域研究專(zhuān)家的必備工具，并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法的發(fā)展，計(jì)算模擬方法也已經(jīng)成為材料研究新的重要手段．計(jì)算模擬技術(shù)以物理學(xué)、化學(xué)等相關(guān)的基本理論為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境下對(duì)宏觀、介觀以及微觀的不同尺度的材料進(jìn)行多層次的模擬研究，計(jì)算材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等多方面的物理性質(zhì)，并進(jìn)一步探求這些材料的組分、結(jié)構(gòu)和功能之間的本質(zhì)規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，為實(shí)驗(yàn)制備新材料提供理論支持，變盲目的材料合成為針對(duì)材料性能的某類(lèi)特定需求來(lái)主動(dòng)地、有意識(shí)地設(shè)計(jì)材料的結(jié)構(gòu)．計(jì)算模擬在材料科學(xué)中的作用已經(jīng)不僅僅停留在計(jì)算機(jī)輔助和數(shù)據(jù)處理上，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到計(jì)算模擬已經(jīng)與實(shí)驗(yàn)、理論研究一樣能夠發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)現(xiàn)象、新的科學(xué)概念，從而計(jì)算模擬已經(jīng)成為第三條科學(xué)發(fā)現(xiàn)的途徑．因此，現(xiàn)代材料科學(xué)已經(jīng)不再是單純的實(shí)驗(yàn)科學(xué)，計(jì)算模擬方法已成為與理論研究和實(shí)驗(yàn)方法同樣重要的研究手段，實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算成為材料研究的3大支柱[4]．而且隨著計(jì)算材料科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算模擬方法在未來(lái)的材料研究中將顯示出越來(lái)越大的應(yīng)用潛力．因此，了解和掌握材料計(jì)算和模擬的基本知識(shí)已成為現(xiàn)代材料研究工作者必備的技能之一．

材料的計(jì)算模擬方法介紹

材料的計(jì)算模擬研究是近年來(lái)飛速發(fā)展的一門(mén)新興學(xué)科和交叉學(xué)科．它綜合凝聚態(tài)物理學(xué)、理論化學(xué)、材料物理學(xué)和計(jì)算機(jī)算法等多個(gè)相關(guān)學(xué)科．它的目的是利用現(xiàn)代高速計(jì)算機(jī)，模擬材料的各種物理化學(xué)性質(zhì)，深入理解材料從微觀到宏觀多個(gè)尺度的各類(lèi)現(xiàn)象與性能，并對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和物性進(jìn)行理論預(yù)言，從而達(dá)到設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新材料的目的．材料的多尺度計(jì)算模擬方法主要有以下幾種:

(1)第一性原理計(jì)算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法是目前研究微觀電子結(jié)構(gòu)最主要的理論方法．第一性原理計(jì)算方法只用到普朗克常數(shù)(h)，玻爾茲曼常數(shù)(kB)，光速(c)，電子靜態(tài)質(zhì)量(m0)和電子電荷電量(e)這5個(gè)基本物理變量和研究體系的基本結(jié)構(gòu)．從量子力學(xué)出發(fā)，通過(guò)數(shù)值求解薛定諤方程，計(jì)算材料的物理性質(zhì)．在密度泛函理論，局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)框架下的計(jì)算已廣泛應(yīng)用于第一性原理的電子結(jié)構(gòu)研究中，并已經(jīng)取得很大的成功．結(jié)合一些能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算的方法，對(duì)于半導(dǎo)體和一些金屬基態(tài)性質(zhì)，如晶格常數(shù)，晶體結(jié)合能，晶體力學(xué)性質(zhì)都能夠給出與實(shí)驗(yàn)符合得很好的結(jié)果，同時(shí)能夠比較精確地描述很多體系的電子結(jié)構(gòu)(如能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度、電荷密度、差分電荷密度和鍵布局等)、光學(xué)性質(zhì)(介電函數(shù)、復(fù)折射率、光吸收系數(shù)、反射光譜及光電導(dǎo)等)和磁性質(zhì)，從微觀理論角度分析和揭示材料物理性質(zhì)的起源，使實(shí)驗(yàn)者主動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能的控制，以便按照需求制備新材料．

(2)分子動(dòng)力學(xué)方法(MolecularDynamicsMethods)分子動(dòng)力學(xué)是一種確定性方法，是按照該體系內(nèi)部的內(nèi)稟動(dòng)力學(xué)規(guī)律來(lái)確定位形的轉(zhuǎn)變，跟蹤系統(tǒng)中每個(gè)粒子的個(gè)體運(yùn)動(dòng)，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)物理規(guī)律，給出微觀量(分子的坐標(biāo)、速度)與宏觀可觀測(cè)量(壓力、溫度、比熱容、彈性模量等)的關(guān)系來(lái)研究材料性能的一種方法[5]．分子動(dòng)力學(xué)方法首先需要建立系統(tǒng)內(nèi)一組分子的運(yùn)動(dòng)方程，通過(guò)求解所有分子的運(yùn)動(dòng)方程，來(lái)研究該體系與微觀量相關(guān)的基本過(guò)程．對(duì)于這種多體問(wèn)題的嚴(yán)格求解，需要建立并求解體系的薛定諤方程．根據(jù)波恩－奧本海默近似，將電子的運(yùn)動(dòng)與原子核的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)來(lái)處理，電子的運(yùn)動(dòng)利用量子力學(xué)的方法處理，而原子核的運(yùn)動(dòng)則使用經(jīng)典動(dòng)力學(xué)方法處理．此時(shí)原子核的運(yùn)動(dòng)滿足經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，用牛頓定律來(lái)描述，這對(duì)于大多數(shù)材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的近似．只有處理一些較輕的原子和分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)頻率γ滿足hγ＞kBT時(shí)，才需要考慮量子效應(yīng)．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在簡(jiǎn)單的理論準(zhǔn)則基礎(chǔ)上(如簡(jiǎn)單的物質(zhì)與物質(zhì)或者物質(zhì)與環(huán)境相互作用)，采用反復(fù)隨機(jī)抽樣的手段，解決復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題．該方法采用隨機(jī)抽樣的手法，可以模擬對(duì)象的概率與統(tǒng)計(jì)的問(wèn)題．通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)母怕誓Ｐ?，該方法還可以解決確定性問(wèn)題，如定積分等．隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，蒙特卡洛方法已在材料、固體物理、應(yīng)用物理、化學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[6]．蒙特卡洛方法可以通過(guò)隨機(jī)抽樣的方法模擬材料構(gòu)成基本粒子原子和分子的狀態(tài)，省去量子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜計(jì)算，可以模擬很大的體系．結(jié)合統(tǒng)計(jì)物理的方法，蒙特卡洛方法能夠建立基本粒子的狀態(tài)與材料宏觀性能的關(guān)系，是研究材料性能及其影響因素的本質(zhì)的重要手段．

1高等物理創(chuàng)新教育改革實(shí)踐性研究的核心概念及其界定

1．1“創(chuàng)新”概念界定“創(chuàng)”，始造的意思．“新”，初次出現(xiàn)的意思．“創(chuàng)新”是指始造新的．“創(chuàng)新”是對(duì)傳統(tǒng)的創(chuàng)新，但創(chuàng)新又離不開(kāi)傳統(tǒng)，在很多情況下，沒(méi)有繼承就沒(méi)有創(chuàng)新．說(shuō)它們“相對(duì)”，是因?yàn)閯?chuàng)新本質(zhì)上是一種在原有基礎(chǔ)上“突破性的追新、變革、求優(yōu)”的行為．“創(chuàng)新”既包括新事物微元的創(chuàng)立又包括新事物發(fā)展的過(guò)程和發(fā)展結(jié)果，包括新的發(fā)現(xiàn)、新的發(fā)明、新的思想和新的理念、新的學(xué)說(shuō)、新的技術(shù)、新的策略、新的方法和新的行為等．“創(chuàng)新”強(qiáng)調(diào)新穎性成分，而“新”又總是相對(duì)個(gè)體、群體和整體而言的．“創(chuàng)新”可分為3種類(lèi)型：(1)相對(duì)于個(gè)體來(lái)說(shuō)是前所未有、首次出現(xiàn)的事物；(2)相對(duì)于所屬群體來(lái)說(shuō)是他人未涉足、提出或?qū)嵤┑氖挛铮?3)相對(duì)于全社會(huì)來(lái)說(shuō)是獨(dú)創(chuàng)的、具有社會(huì)積極意義的新事物或新活動(dòng)．

1．2“創(chuàng)新教育”概念界定創(chuàng)新教育早在20世紀(jì)5O年代美國(guó)就開(kāi)始實(shí)行教育改革，致力于創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)，特別是2O世紀(jì)90年代以來(lái)一些發(fā)達(dá)國(guó)家的大學(xué)都開(kāi)展了創(chuàng)新教育改革．在我國(guó)，“創(chuàng)新教育”作為一種教育理念是在《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于深化教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》公布以后才逐步形成和發(fā)展的，近年來(lái)才逐漸由創(chuàng)新教育理念轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新教育行為．對(duì)“創(chuàng)新教育”的界定既要考慮創(chuàng)新教育已經(jīng)形成的內(nèi)涵要素，又要考慮到創(chuàng)新教育在我國(guó)已有的升華和將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)．我們?cè)囂叫缘貜目v觀層面上來(lái)界定“創(chuàng)新教育”．“創(chuàng)新教育”是指以加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)、充分提高學(xué)生的創(chuàng)新能力為主要教育改革目的和改革行為的素質(zhì)教育．創(chuàng)新教育的核心就是要培養(yǎng)創(chuàng)新人才，創(chuàng)新人才培養(yǎng)是創(chuàng)新教育的定位基點(diǎn)．

1．3“高等物理”概念界定課題中的“高等物理”主要是指當(dāng)前全國(guó)高等學(xué)校各理工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的“大學(xué)物理”、“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”、“理論物理”、“近代物理”、“近代物理實(shí)驗(yàn)”、“材料物理”和“固體物理”等高等物理課程群．

1．4“實(shí)踐性研究”概念界定課題中的“實(shí)踐性研究”是指把高等物理創(chuàng)新教育改革深入到高等物理創(chuàng)新教育實(shí)踐層面內(nèi)進(jìn)行專(zhuān)題研究，以現(xiàn)實(shí)可行性和具體可操作性為課題研究的基本原則，以具體實(shí)踐過(guò)程為研究主體，課題研究的重心定位在實(shí)實(shí)在在的高等物理創(chuàng)新教育改革實(shí)踐層面上．這主要是因?yàn)榻鼛啄陙?lái)在我國(guó)對(duì)“創(chuàng)新教育”的研究基本上都還停留在“理論性研究”上，理論性研究是重要的，但現(xiàn)實(shí)情況是很多的“創(chuàng)新教育”理論研究過(guò)于籠統(tǒng)、有些虛大，顯得浮空，理論脫離實(shí)踐，理論性研究多，而實(shí)踐性研究太少，更缺乏實(shí)實(shí)在在的深入到具體操作和具體實(shí)踐層面內(nèi)的高等物理創(chuàng)新教育改革實(shí)踐性專(zhuān)題研究．高等物理創(chuàng)新教育改革實(shí)踐性研究具有實(shí)效性強(qiáng)和示范輻射性廣的特點(diǎn)，因此，高等物理創(chuàng)新教育改革實(shí)踐性研究將成為我國(guó)高等物理創(chuàng)新教育研究的突破點(diǎn)．

2高等物理創(chuàng)新教育改革實(shí)踐性研究的現(xiàn)狀與價(jià)值

一、為什么要強(qiáng)化科技意識(shí)教育

（一）由社會(huì)發(fā)展的需要所決定要建設(shè)有中國(guó)特色的社會(huì)主義，我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程，就要靠科學(xué)技術(shù)?？茖W(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。科技的進(jìn)步與發(fā)展，關(guān)鍵在于提高人才的素質(zhì)和造就大量科技人才。教育是發(fā)展科技的基礎(chǔ)工程，強(qiáng)化科技意識(shí)教育的實(shí)質(zhì)就是使教育與科技、社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)，以主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展的需要。

（二）由教學(xué)改革的根本目的所決定

《中共中央關(guān)于教育體制改革的決定》指出：教育體制改革的根本目的是提高全民族素質(zhì)，多出人才，出好人才。提高全民族的素質(zhì)，要從小學(xué)抓起。師范學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)是小學(xué)教師。為此首先要深化師范學(xué)校的改革，徹底改變重知識(shí)，輕能力，重理論，輕實(shí)踐的傳統(tǒng)教學(xué)模式，切實(shí)提高師范生的素質(zhì)，使他們具有為發(fā)展小學(xué)教育而艱苦奮斗的獻(xiàn)身精神。強(qiáng)化科技意識(shí)教育是深化教學(xué)改革，提高學(xué)生素質(zhì)的有效途徑。只有當(dāng)師范生有了濃厚的科技意識(shí)，才能在小學(xué)教育中把這種意識(shí)滲透到青少年中，從而激發(fā)小學(xué)生愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的樂(lè)趣，培養(yǎng)小學(xué)生勇于動(dòng)手，敢于創(chuàng)新的進(jìn)取精神，為培養(yǎng)浩浩蕩蕩的科技隊(duì)伍打下基礎(chǔ)，這是一個(gè)有戰(zhàn)略意義的大事。

（三）由物理學(xué)科的特點(diǎn)所決定

作為自然科學(xué)基礎(chǔ)的物理學(xué)在科技意識(shí)教育中占有特別重要的地位?，F(xiàn)代化高科技領(lǐng)域的成果，很大程度上可以說(shuō)是物理學(xué)發(fā)展的成果。如能源技術(shù)、電子技術(shù)、空間技術(shù)等，作為信息時(shí)代核心的電腦也與物理學(xué)密切相關(guān)?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有物理學(xué)的發(fā)展，就沒(méi)有今天的高科技，也沒(méi)有人類(lèi)社會(huì)的現(xiàn)代化。物理學(xué)還滲透著科學(xué)方法教育和科學(xué)精神培養(yǎng)，包含著豐富的科技意識(shí)教育內(nèi)容。所以通過(guò)物理學(xué)來(lái)加強(qiáng)科技意識(shí)教育有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。為此中師物理應(yīng)在以下幾方面作出努力：

摘要:為適應(yīng)新時(shí)期人才培養(yǎng)需要，在我校教學(xué)項(xiàng)目的支持下，對(duì)大四專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一系列的教學(xué)改革，旨在側(cè)重于學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提高。通過(guò)兩年的實(shí)踐，教師和學(xué)生普遍感覺(jué)到新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的目的性、整體性和層次性都得到了極大的提高，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的調(diào)整，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力得到增強(qiáng)，大大提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分，不僅因?yàn)槠涫钦n堂教學(xué)的延伸，更由于通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，拓展學(xué)生的創(chuàng)造思維［1，2］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)兩部分［3，4］:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)面向全校學(xué)生，如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)等，其主要任務(wù)是鞏固學(xué)生對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和規(guī)律的理解，旨在提高學(xué)生的觀察、分析及解決問(wèn)題的能力，提供知識(shí)儲(chǔ)備［5，6］;與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不同，專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)僅面向某一專(zhuān)業(yè)，是針對(duì)專(zhuān)業(yè)理論課程的具體學(xué)習(xí)要求設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生專(zhuān)業(yè)方向能力的提高具有極強(qiáng)的促進(jìn)作用［7～8］。通過(guò)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生能夠更好的理解、掌握和應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提高分析問(wèn)題的能力并解決生活中涉及專(zhuān)業(yè)的實(shí)際問(wèn)題，為學(xué)生開(kāi)展專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［9～11］。

1半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程存在的問(wèn)題與困難

半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)電子材料與器件工程方向必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體材料和器件的制備及測(cè)試方法的實(shí)踐操作能力，其教學(xué)效果直接影響著后續(xù)研究生階段的學(xué)習(xí)和畢業(yè)工作實(shí)踐。通過(guò)對(duì)前幾年本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況分析，發(fā)現(xiàn)該專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生缺乏對(duì)領(lǐng)域內(nèi)前沿技術(shù)的理解和掌握。由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，不少畢業(yè)生就業(yè)后再學(xué)習(xí)過(guò)程較長(zhǎng)，融入企事業(yè)單位較慢，因此提升空間受到限制。1．1教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單陳舊。目前，國(guó)內(nèi)高校在半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上大同小異，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)居多，對(duì)于新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全沒(méi)有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其實(shí)驗(yàn)效果遠(yuǎn)不如學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作。我校的半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)原有教學(xué)內(nèi)容主要參照上個(gè)世紀(jì)七、八十年代國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的要求所設(shè)置，受技術(shù)、條件所限，主要以傳統(tǒng)半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)類(lèi)實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊。但是在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中添加新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的技術(shù)方法，對(duì)于增加學(xué)生對(duì)所學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最新前沿技術(shù)的了解，掌握現(xiàn)代技術(shù)中半導(dǎo)體材料特性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)手段和測(cè)試技術(shù)是極為重要的。1．2儀器設(shè)備嚴(yán)重匱乏。半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生熟練掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備、基本物理參數(shù)以及物理性質(zhì)的測(cè)試原理和表征方法，為半導(dǎo)體材料與器件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與研制奠定基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)隨著專(zhuān)業(yè)知識(shí)的更新及行業(yè)的發(fā)展及時(shí)調(diào)整，從而能更好的完成課程教學(xué)目標(biāo)的要求，培養(yǎng)新時(shí)代的人才。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整和更新需要有新型的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備做保障，但我校原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備絕大部分生產(chǎn)于上個(gè)世紀(jì)六七十年代，在長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，不少儀器因無(wú)法修復(fù)的故障而處于待報(bào)廢狀態(tài)。由于儀器設(shè)備不能及時(shí)更新，致使個(gè)別實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)法正常進(jìn)行，可運(yùn)行的儀器設(shè)備也因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)誤差大、重復(fù)性低，有時(shí)甚至?xí)玫藉e(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只能作學(xué)生“按部就班”的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整，將新技術(shù)新方法應(yīng)用于教學(xué)中。因此，在改革之前半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以基礎(chǔ)類(lèi)實(shí)驗(yàn)為主，設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性、綜合性等提高類(lèi)實(shí)驗(yàn)較少，且無(wú)法開(kāi)展創(chuàng)新類(lèi)實(shí)驗(yàn)。缺少自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、協(xié)作等實(shí)踐能力的訓(xùn)練，不僅極大地降低學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的興趣，且不利于學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程的改革勢(shì)在必行。

2半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程改革的內(nèi)容與舉措

鐵電材料是一類(lèi)重要的功能材料．它具有介電性、壓電性、熱釋電性、鐵電性以及電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、光折變效應(yīng)和非線性光學(xué)效應(yīng)等重要特性，可用于制作鐵電存儲(chǔ)器、熱釋電紅外探測(cè)器、空間光調(diào)制器、光波導(dǎo)、介質(zhì)移相器、壓控濾波器等重要的新型元器件。這些元器件在航空航天、通信、家電、國(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。因此鐵電材料成了近年來(lái)高新技術(shù)探究的前沿和熱點(diǎn)之一。

早在遠(yuǎn)古時(shí)期，人們就知道某些物質(zhì)具有和溫度有關(guān)的自發(fā)電偶極距，因?yàn)樗鼈儽患訜釙r(shí)具有吸引其它輕小物體的能力。1824年Brewster觀察到許多礦石具有熱釋電性。l880年約·居里和皮·居里發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)樣品施加應(yīng)力時(shí)出現(xiàn)電極化的現(xiàn)象。但是，早期發(fā)現(xiàn)的熱釋電體沒(méi)有一個(gè)是鐵電體。在未經(jīng)處理的鐵電單晶中。電疇的極化方向是雜亂的，晶體的凈極化為零，熱釋電響應(yīng)和壓電響應(yīng)也十分微小，這就是鐵電體很晚才被發(fā)現(xiàn)的主要原因。直到l920年，法國(guó)人Valasek發(fā)現(xiàn)了羅息鹽(酒石酸鉀鈉，NaKCH4O·4H2o)特異的介電性能，才掀開(kāi)了鐵電體的歷史。

在鐵電發(fā)展史上的重要?dú)v史事件按年代順序列于表l中。

1四個(gè)發(fā)展階段

有關(guān)鐵電的發(fā)展歷史，大體可以分為以下四個(gè)階段。

1．1羅息鹽時(shí)期一發(fā)現(xiàn)鐵電性

1986-1987年間在超導(dǎo)研究領(lǐng)域中出現(xiàn)的重要突破，在世界性的范圍帶來(lái)了科學(xué)史中罕見(jiàn)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。至今，在拉開(kāi)了7年“歷史距離”之后，關(guān)于這段歷史，許多當(dāng)事人和一些記者已發(fā)表了不少著述，但其間說(shuō)法不一致之處頗多，而前幾年科學(xué)史家撰寫(xiě)的這段歷史，限于當(dāng)時(shí)可得的材料，現(xiàn)在看來(lái)也不夠詳盡和全面。[2]基于現(xiàn)有的資料，以及筆者近來(lái)對(duì)中、日、美參與了當(dāng)時(shí)工作的帶頭科學(xué)家所作的訪談，本文將首先回顧有關(guān)歷史背景，然后對(duì)從1986年突破出現(xiàn)到1987年初液氮溫區(qū)超導(dǎo)體最初發(fā)現(xiàn)的歷史重新進(jìn)行梳理，并在最后對(duì)此段競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)的若干問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。

一、背景與突破的開(kāi)端

幾十年來(lái)，阻礙超導(dǎo)電性得以廣泛應(yīng)用的最重大的障礙之一，就是已知超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）太低。雖經(jīng)眾多科學(xué)家在此方向的多年努力，但自從1973年在鈮三鍺中發(fā)現(xiàn)23K的臨界轉(zhuǎn)變溫度之后，這一紀(jì)錄一直保持了13年之久。如此之低的溫度，通常要用代價(jià)昂貴的液氦手段才能獲得，而對(duì)液氮溫區(qū)（77K以上）超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，則似乎成了一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。超導(dǎo)研究一度曾處于低潮。但是，1986年，轉(zhuǎn)機(jī)終于出現(xiàn)在對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究中。

在國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室工作的瑞士科學(xué)家繆勒（A.Müller）可以說(shuō)是超導(dǎo)研究領(lǐng)域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美國(guó)的一家研究實(shí)驗(yàn)室作休假研究時(shí)，才接觸到了超導(dǎo)問(wèn)題，并對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究產(chǎn)生了興趣。1964年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)氧化物超導(dǎo)體，即鍶鈦氧化物，但Tc只有0.3K。1975年由斯萊特（A.W.Sleight）等人發(fā)現(xiàn)的Tc為14K的鋇鉛鉍氧化物超導(dǎo)體，雖然吸引了若干科學(xué)家的注意力，但一時(shí)也未再有更驚人的進(jìn)展。1983年夏，繆勒邀請(qǐng)并說(shuō)服了在同一實(shí)驗(yàn)室工作的貝德諾茲（J.G.Bednorz）一起進(jìn)行研究，雖然對(duì)更年輕些的貝德諾茲來(lái)說(shuō)，高溫超導(dǎo)體的探索是不易有成果因而頗具“風(fēng)險(xiǎn)”的，但他還是在完成其他主要工作之外的業(yè)余時(shí)間與繆勒一道從事這項(xiàng)工作。

繆勒和貝德諾茲的最初設(shè)想是，在某些具有可導(dǎo)致畸變的所謂Jahn-Teller效應(yīng)的氧化物中進(jìn)行尋找。在二年多的時(shí)間里，他們先研究了鑭鎳氧化物系統(tǒng)，但沒(méi)有成功。1985年，在讀到了法國(guó)科學(xué)家米歇爾（C.Michel）等人對(duì)鋇鑭銅氧化物所做的研究后，他們又將注意力轉(zhuǎn)向了這種含銅的氧化物。[3]很快地，1986年1月，他們?cè)谧约褐苽涞匿^鑭銅氧樣品中，利用電阻測(cè)量觀察到了30K左右的起始轉(zhuǎn)變溫度。[4]這是一個(gè)絕對(duì)令人興奮但又有些難以置信的結(jié)果。但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的繆勒還是堅(jiān)持繼續(xù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到4月中旬，他們才向《物理學(xué)雜志》送交了論文。該論文于4月17日為雜志收到，論文被謹(jǐn)慎地題為“鋇鑭銅氧系統(tǒng)中可能的高Tc超導(dǎo)電性”。[5]由于要進(jìn)一步確認(rèn)他們發(fā)現(xiàn)的是超導(dǎo)電性，除電阻測(cè)量之外，尚需測(cè)量其樣品的邁斯納效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)他們手頭甚至沒(méi)有可用的儀器。定購(gòu)的儀器到8月份才到貨。[6]貝德諾茲和繆勒迅速調(diào)試好儀器，果然進(jìn)一步的磁測(cè)量支持了他們?cè)瓉?lái)的結(jié)論，當(dāng)報(bào)道新結(jié)果的第二篇論文寄到《歐洲物理快報(bào)》時(shí)，已是10月22日了。[7]

在超導(dǎo)史上，曾多次有人宣稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體，但最終均以結(jié)果無(wú)法為他人所重復(fù)或被證偽而告終。由此大多數(shù)科學(xué)家對(duì)大多數(shù)發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體報(bào)道總是傾向于持懷疑的態(tài)度。很自然地，與對(duì)待重大科研發(fā)現(xiàn)的常規(guī)作法不同，貝德諾茲和繆勒除了送交論文去發(fā)表之外，他們沒(méi)有再以任何其他的方式來(lái)公布這項(xiàng)劃時(shí)代的成果。當(dāng)然，據(jù)一份文獻(xiàn)所講，在等待測(cè)量邁斯納效應(yīng)的儀器到達(dá)的這段時(shí)間中，他們?cè)猩贁?shù)幾次向?yàn)閿?shù)不多的人介紹其工作，但聽(tīng)眾的反應(yīng)“充其量只是不冷不熱”而已。[8]他們的第一篇文章直到9月份才正式發(fā)表（而他們第二篇關(guān)于磁測(cè)量的論文的問(wèn)世已是1987年的事了），因此，在經(jīng)過(guò)了半年之后，廣大的物理學(xué)界才有可能了解其工作。

1986-1987年間在超導(dǎo)研究領(lǐng)域中出現(xiàn)的重要突破，在世界性的范圍帶來(lái)了科學(xué)史中罕見(jiàn)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。至今，在拉開(kāi)了7年“歷史距離”之后，關(guān)于這段歷史，許多當(dāng)事人和一些記者已發(fā)表了不少著述，但其間說(shuō)法不一致之處頗多，而前幾年科學(xué)史家撰寫(xiě)的這段歷史，限于當(dāng)時(shí)可得的材料，現(xiàn)在看來(lái)也不夠詳盡和全面。[2]基于現(xiàn)有的資料，以及筆者近來(lái)對(duì)中、日、美參與了當(dāng)時(shí)工作的帶頭科學(xué)家所作的訪談，本文將首先回顧有關(guān)歷史背景，然后對(duì)從1986年突破出現(xiàn)到1987年初液氮溫區(qū)超導(dǎo)體最初發(fā)現(xiàn)的歷史重新進(jìn)行梳理，并在最后對(duì)此段競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)的若干問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。

一、背景與突破的開(kāi)端

幾十年來(lái)，阻礙超導(dǎo)電性得以廣泛應(yīng)用的最重大的障礙之一，就是已知超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）太低。雖經(jīng)眾多科學(xué)家在此方向的多年努力，但自從1973年在鈮三鍺中發(fā)現(xiàn)23K的臨界轉(zhuǎn)變溫度之后，這一紀(jì)錄一直保持了13年之久。如此之低的溫度，通常要用代價(jià)昂貴的液氦手段才能獲得，而對(duì)液氮溫區(qū)（77K以上）超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，則似乎成了一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想。超導(dǎo)研究一度曾處于低潮。但是，1986年，轉(zhuǎn)機(jī)終于出現(xiàn)在對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究中。

在國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室工作的瑞士科學(xué)家繆勒（A.Müller）可以說(shuō)是超導(dǎo)研究領(lǐng)域中的一位“新手”。直到1978年他去IBM在美國(guó)的一家研究實(shí)驗(yàn)室作休假研究時(shí)，才接觸到了超導(dǎo)問(wèn)題，并對(duì)氧化物超導(dǎo)體的研究產(chǎn)生了興趣。1964年，人們發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)氧化物超導(dǎo)體，即鍶鈦氧化物，但Tc只有0.3K。1975年由斯萊特（A.W.Sleight）等人發(fā)現(xiàn)的Tc為14K的鋇鉛鉍氧化物超導(dǎo)體，雖然吸引了若干科學(xué)家的注意力，但一時(shí)也未再有更驚人的進(jìn)展。1983年夏，繆勒邀請(qǐng)并說(shuō)服了在同一實(shí)驗(yàn)室工作的貝德諾茲（J.G.Bednorz）一起進(jìn)行研究，雖然對(duì)更年輕些的貝德諾茲來(lái)說(shuō)，高溫超導(dǎo)體的探索是不易有成果因而頗具“風(fēng)險(xiǎn)”的，但他還是在完成其他主要工作之外的業(yè)余時(shí)間與繆勒一道從事這項(xiàng)工作。

繆勒和貝德諾茲的最初設(shè)想是，在某些具有可導(dǎo)致畸變的所謂Jahn-Teller效應(yīng)的氧化物中進(jìn)行尋找。在二年多的時(shí)間里，他們先研究了鑭鎳氧化物系統(tǒng)，但沒(méi)有成功。1985年，在讀到了法國(guó)科學(xué)家米歇爾（C.Michel）等人對(duì)鋇鑭銅氧化物所做的研究后，他們又將注意力轉(zhuǎn)向了這種含銅的氧化物。[3]很快地，1986年1月，他們?cè)谧约褐苽涞匿^鑭銅氧樣品中，利用電阻測(cè)量觀察到了30K左右的起始轉(zhuǎn)變溫度。[4]這是一個(gè)絕對(duì)令人興奮但又有些難以置信的結(jié)果。但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的繆勒還是堅(jiān)持繼續(xù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到4月中旬，他們才向《物理學(xué)雜志》送交了論文。該論文于4月17日為雜志收到，論文被謹(jǐn)慎地題為“鋇鑭銅氧系統(tǒng)中可能的高Tc超導(dǎo)電性”。[5]由于要進(jìn)一步確認(rèn)他們發(fā)現(xiàn)的是超導(dǎo)電性，除電阻測(cè)量之外，尚需測(cè)量其樣品的邁斯納效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)他們手頭甚至沒(méi)有可用的儀器。定購(gòu)的儀器到8月份才到貨。[6]貝德諾茲和繆勒迅速調(diào)試好儀器，果然進(jìn)一步的磁測(cè)量支持了他們?cè)瓉?lái)的結(jié)論，當(dāng)報(bào)道新結(jié)果的第二篇論文寄到《歐洲物理快報(bào)》時(shí)，已是10月22日了。[7]

在超導(dǎo)史上，曾多次有人宣稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體，但最終均以結(jié)果無(wú)法為他人所重復(fù)或被證偽而告終。由此大多數(shù)科學(xué)家對(duì)大多數(shù)發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體報(bào)道總是傾向于持懷疑的態(tài)度。很自然地，與對(duì)待重大科研發(fā)現(xiàn)的常規(guī)作法不同，貝德諾茲和繆勒除了送交論文去發(fā)表之外，他們沒(méi)有再以任何其他的方式來(lái)公布這項(xiàng)劃時(shí)代的成果。當(dāng)然，據(jù)一份文獻(xiàn)所講，在等待測(cè)量邁斯納效應(yīng)的儀器到達(dá)的這段時(shí)間中，他們?cè)猩贁?shù)幾次向?yàn)閿?shù)不多的人介紹其工作，但聽(tīng)眾的反應(yīng)“充其量只是不冷不熱”而已。[8]他們的第一篇文章直到9月份才正式發(fā)表（而他們第二篇關(guān)于磁測(cè)量的論文的問(wèn)世已是1987年的事了），因此，在經(jīng)過(guò)了半年之后，廣大的物理學(xué)界才有可能了解其工作。

一、指導(dǎo)思想

本學(xué)期我們物理教研組工作，將圍繞縣研訓(xùn)中心物理學(xué)科工作計(jì)劃開(kāi)展活動(dòng)，以課堂教學(xué)為主渠道，轉(zhuǎn)變教學(xué)的行為方式，以課堂教學(xué)方式和方法的改革提高課堂教學(xué)的有效性。加強(qiáng)本組的學(xué)科建設(shè)，落實(shí)好教學(xué)常規(guī)工作，加強(qiáng)教學(xué)研究、學(xué)情研究，促進(jìn)我校物理教學(xué)質(zhì)量上新臺(tái)階。

二、主要工作及措施

(一)、加強(qiáng)教育教學(xué)理論學(xué)習(xí)，提高物理教師理論素養(yǎng)

1、認(rèn)真學(xué)習(xí)《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》、《學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)解讀》等各類(lèi)課程改革材料。

2、組織教師進(jìn)行理論學(xué)習(xí)交流，積極撰寫(xiě)教學(xué)論文(案例)。

職稱(chēng)論文怎樣定位容易發(fā)表?一般的來(lái)說(shuō)要看作者現(xiàn)在是什么等級(jí)，需要進(jìn)行什么等級(jí)的評(píng)審，當(dāng)然了重要的還需要看職稱(chēng)文件中的各項(xiàng)需求要點(diǎn)等信息，這樣對(duì)論文的投稿發(fā)表也才能順利發(fā)表成功!評(píng)定職稱(chēng)對(duì)于期刊的選擇上要注意以下這些方面。

一、期刊的品種

通過(guò)的要求，嚴(yán)格的選刊標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估程序來(lái)挑選刊源，專(zhuān)業(yè)期刊相對(duì)更容易接受本領(lǐng)域的文章。假如用于職稱(chēng)評(píng)審最好挑選本專(zhuān)業(yè)的雜志期刊，這樣在平職稱(chēng)的過(guò)程中會(huì)有優(yōu)勢(shì)。

二、期刊的定位

一般來(lái)說(shuō)，各種期刊都有自己的辦刊宗旨，比如有的期刊偏重理論研究性，就很少錄入技術(shù)使用的文章。就是屬于同一學(xué)科的期刊，刊發(fā)論文的側(cè)重點(diǎn)也有所不同，如物理學(xué)科類(lèi)的期刊，有的側(cè)重于理論研究，有的重視使用實(shí)例、實(shí)驗(yàn)改善，有些理論與使用兼收并用，有些只選用科研性的論文。因此挑選一個(gè)適當(dāng)專(zhuān)業(yè)期刊來(lái)投稿是很重要的，以防止稿件因不符合所投期刊的領(lǐng)域而被退稿，然后耽誤的時(shí)刻。穩(wěn)重挑選一個(gè)適宜自己論文內(nèi)容的期刊來(lái)投稿，是順暢的要害一步。

三、查看期刊每年刊載的文章數(shù)目

職稱(chēng)論文如何定位簡(jiǎn)單發(fā)表?一般的來(lái)說(shuō)要看作者現(xiàn)在是什么等級(jí)，需求進(jìn)行什么等級(jí)的鑒定，當(dāng)然了重要的還需求看職稱(chēng)文件中的各項(xiàng)需求要害等信息，這樣對(duì)論文的投稿發(fā)表也才干順利發(fā)表成功!鑒定職稱(chēng)關(guān)于期刊的挑選上要注意以下這些方面。

一、期刊的種類(lèi)

對(duì)經(jīng)過(guò)要求，嚴(yán)格的選刊標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)程序來(lái)挑選刊物，專(zhuān)業(yè)期刊相對(duì)更簡(jiǎn)單接受本領(lǐng)域的文章。假如用于職稱(chēng)鑒定最好挑選本專(zhuān)業(yè)的雜志期刊，這樣在平職稱(chēng)的過(guò)程中會(huì)有優(yōu)勢(shì)。

二、期刊的定位

一般來(lái)說(shuō)，每種期刊都有自己的辦刊宗旨，比如有的期刊偏重理論研究性，就很少錄入技能應(yīng)用的文章。就是歸于同一學(xué)科的期刊，刊發(fā)論文的側(cè)重點(diǎn)也有所不同，如物理學(xué)科類(lèi)的期刊，有的側(cè)重于理論研究，有的重視應(yīng)用實(shí)例、實(shí)驗(yàn)改善，有些理論與應(yīng)用兼收并用，有些只錄用科研性的論文。因而挑選一個(gè)恰當(dāng)專(zhuān)業(yè)期刊來(lái)投稿是很重要的，以防止稿件因不符合所投期刊的領(lǐng)域而被退稿，然后耽擱的時(shí)間。穩(wěn)重挑選一個(gè)適合自己論文內(nèi)容的期刊來(lái)投稿，是順利的要害一步。

三、檢查期刊每年刊載的文章數(shù)目