2018固体物理学教材在我国的发展演变

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　　固体物理的开端没有准确的定论，但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系，下面是小编搜集整理的一篇研究固体物理学教材的论文范文，欢迎阅读查看。
　　固体物理是研究固体的结构及其组成粒子之间相互作用与运动规律以阐明其性能与用途的学科[1],其范式是周期结构中波的传播[2].固体物理学涉及晶体学、晶格动力学、固态电子和光电子学、磁学、自旋电子学、固体能带理论、非晶态物理、超导物理、金属物理、半导体物理、电介质物理、相变物理、表面物理、低维物理、介观物理、纳米物理、量子物理、低温物理和高压物理等众多领域[1,2],是一门综合性基础学科，并与高能物理学、天体物理学一起形成现代物理学的三大主流[3].
　　固体物理的开端没有准确的定论[4],但是其早期的发展历程始终与具有规则几何形状的晶体相联系。人们对晶体几何形状的认识可以追溯到石器时代，但是晶体学作为一门独立的学科出现是在17世纪中叶，其间经过了近3个世纪的发展[1,4],直到基于X射线衍射(1912-1913,劳厄和布拉格父子)的晶体结构分析及其方程的建立，才标志着现代晶体学的创立，并成为固体物理学发展的基础。20世纪初，随着量子理论的发现和统计物理的发展，固体物理学得以迅猛发展，并逐渐建立了晶格动力学(1913,波恩和冯卡门)、固体电子论(能带论)(1928,布洛赫;1930,布里渊)以及量子力学的磁性理论(范弗莱克，朗道)等。至此，固体物理学的主干已基本成型(1940)[2],其专着《TheModern Theory of Solids》的出现标志着固体物理走向了成熟，并为随后的固体物理学教材树立了旗帜。
　　新中国固体物理学的发展离不开众多留学归来的专家学者，如我国固体物理学和半导体物理学的奠基人之一黄昆(多声子跃迁理论、X光漫散射理论、晶格振动长波唯象方程、半导体超晶格光学声子模型)，我国半导体物理学和表面物理学的奠基人之一谢希德(固体能谱、群论、表面和界面物理、量子器件与异质结构电子性质理论)，我国固体物理理论的开拓者之一李荫远(合金有序化的仿化学理论、合金和反铁磁体有序-无序相变统计理论、过渡族元素磁结构和超交换作用理论、超Raman散射效应)，国际一流晶体学家之一余瑞璜(X光晶体结构分析新综合法、固体与分子的经验电子论)，我国晶体学创始人和X射线晶体物理学研究队伍创建人之一陆学善(X射线粉末衍射在金属合金中的应用、X射线粉末衍射方法的发展)，我国晶体生长的奠基人之一吴乾章(单晶体X射线劳厄背散射归咎总图的绘制和定向方法、克服人工水晶生长中后期裂隙的规律、相图和晶体生长的关系)，国际滞弹性内耗研究创始人之一葛庭燧(葛氏晶粒间界模型、滞弹性内耗理论)等等。同时，南京大学程开甲[5]、冯端、李正中，复旦大学方俊鑫、陆栋，四川大学(成都科技大学)芶清泉，中国科学院汤定元，北京大学甘子钊、韩汝琦、阎守胜，吉林大学吴式枢、吴代鸣等老一辈科学家也为我国固体物理科学研究和教育事业做出了卓越贡献，与之相关的学术会议也在建国后得以开展。然而，教材建设作为固体物理科学发展的重要内容却在建国初期严重匮乏[6],并满足不了我国经济和国防现代化的发展需要[7].因此，固体物理学教材的编写被提上日程，如1978年的苏州物理教材会议[7](1977年苏州物理教材会议[1])，而我国第一个比较完整的固体物理学科教材规划则是在1982年制定的(在谢希德、冯端、芶清泉的带领下，固体物理编审小组的指导下)[6].同时，引进国外优秀教材也是我国固体物理学教材建设的一个重要组成部分[6].目前，对我国固体物理学自编教材影响较大的国外教材主要有Kittel的《Introduction to Solid State Physics》和Ashcroft的《Solid State Physics》，其编写过程中所呈现的宝贵经验亦在国内各自编教材中有所体现[8].本文以我国固体物理学教材的发展历程为研究对象，力求全面展示其在各个阶段的发展概貌，为今后固体物理学教材的科学定位、规划和发展提供可借鉴的宝贵经验。
　　1固体物理学教材在我国的发展历程
　　1.1萌芽诞生期(1949-1965)和发展停滞期(1966-1976)
　　新中国成立初期，百废待兴，高等教育全面向苏联学习[6].虽然固体物理学在老一辈科学家的带领下披荆斩棘、开疆扩土，但还没有自编教材出版。直到1959年，在李正中等人参加下，程开甲的《固体物理学》一书由高等教育出版社出版，开创了我国固体物理学自编教材的先河[5].1961和1962年，上海科学技术出版社先后出版了由谢希德和方俊鑫编着的《固体物理学》上下册，系统介绍了固体物理的基本内容和所属分支学科在当时的发展趋势，受到国内各大学师生好评。1965年，黄昆的《固体物理学》编着完成(1979年出版)，成为我国自编固体物理学教材的经典之作，其不但开启了我国固体物理教学之门，也开创了中国自编教材的新时代[9].
　　1966-1976年，文化大革命使得我国固体物理学教材的发展裹足不前，基本上处于停滞时期。
　　1.2茁壮成长期(1977-1987)
　　1982年固体物理学科教材规划的制定是固体物理学教材迅速成长的重要标志。在此期间出版的固体物理学教材有：芶清泉的《固体物理学简明教程》(1978)，黄昆的《固体物理学》(1979)，陈星弼的《固体物理导论》(1979)，方俊鑫和陆栋的《固体物理学》(上下册，1980和1981)，李正中的《固体理论》(1985)，李延福的《固体物理学》(1985)，吴代鸣的《固体物理学》(1986)，陈洗的《固体物理基础》(1986)，陈金富的《固体物理学学习参考书》(1986)(同期还有与之相关的讲义，如清华大学微电子所王天爵和陈培毅主编的《固体物理学》(1984))。同时，朴孙和庆生的科普性读物《了解固体》(1980)，王以铭的《固体物理学的量和单位》(1983)以及吴代鸣编写的习题集《固体物理习题详解》(1983)也相继出版，丰富了固体物理学的内涵、扩大了其外延。
　　1.3发展成型期(1988-1994)
　　1988年，《物理学词典固体物理学分册》的出版标志着我国固体物理学教材发展的正式成型。在此期间出版的固体物理学教材有：韩汝琦改编自黄昆的《固体物理学》(1988)，这个版本的教材被各大院校和科研院所广泛采用;顾秉林和王喜坤的《固体物理学》(1989)，徐毓龙和阎西林的《固体物理》(1990)，蔡伯埙的《固体物理基础》(1990)，吕世骥和范印哲的《固体物理教程》(1990)，徐婉棠和吴英凯的《固体物理学》(1991)，马本堃等编着的《固体物理基础》(1992)，张喜成和石连捷的《固体物理基础》(1992)，方可、胡述楠和张文彬的《固体物理学》(1993)，恩克的《固体物理基础》(1993)，邹宪武和金准智的《计算固体物理学》(1993)，杨宗绵的《固体导论》(1993)，黄波的《固体物理学导论》(1994)。与之相匹配的固体物理习题集也丰富起来，如：黄波和聂承昌的《固体物理学问题和习题》(1988)，刘友之等编着的《固体物理学习题指导》(1988)，徐至中的《固体物理学习题解答》(1989)。同时，王广厚的《粒子同固体相互作用物理学》(上下册，1988和1991)，周凌云的《固体物理的量子力学基础》(1989)，杨先敏的《固体物理学中格林函数法简介》(1989)，卫崇德等编着的《固体物理中的格林函数方法》(1992)的出版是对原有固体物理学教材深度的补充和拓展。1990年，王华馥和吴自勤的《固体物理实验方法》讲解了固体物理实验中常用的分析方法，是对固体物理学教材体系的进一步完善。
　　1.4成熟繁荣期(1995-2002)
　　在方俊鑫、芶清泉、冯端、郭贻成、钱临照、赵凯华、谢希德、葛庭燧组成的编审小组的领导下[10],由冯端主编的《固体物理学大辞典》历经十余年的汇编工作，终于于1995年由高等教育出版社出版，这标志着我国固体物理学教材的发展正式进入成熟繁荣期。在此期间出版的固体物理学教材有：王矜奉的《固体物理教程》(1版，1996;2版，1999;3版，2003;4版，2004;5版，2006;6版，2008;7版，2010;8版，2013)，此本教材是我国自编固体物理学教材中再版次数最多的，其具有三大特色：只论述基础理论，对教学内容作了革新，对某些固体物理问题的处理方法和物理模型进行了改进[11];吴代鸣的《固体物理学》(1996)，陈长乐的《固体物理学》(1版，1998;2000;2版，2007)，陈霞的《固体物理学》(1998)，阎守胜的《固体物理基础》(1版，2000;2版，2003;3版，2011)，蒋平和徐至中的《固体物理简明教程》(1版，2000;2版，2007)，侯德东等编着的《固体物理学》(上册，2001)，丁大同的《固体理论讲义》(2001)，杨兵初和钟心刚的《固体物理学》(2002)，李正中的《固体理论》(2版，2002)。同时，与王矜奉编着的《固体物理教程》相配合的《固体物理概念题和习题指导》(2001)一书自发行以来，便受到了全国兄弟院校师生的欢迎。1998年和1999年，谢希德和陆栋的《固体能带理论》，徐婉棠和喀兴林的《群论及其在固体物理中的应用》进一步拓宽了固体物理学教材体系的深度和广度。
　　1.5创新变革期(2003至今)
　　传统的固体物理学教科书与当代凝聚态物理学研究前沿之间出现了巨大的鸿沟，应该有一本着作来填补这条鸿沟;同时，这本着作应该处于传统的专着或教科书和当今的课题两者之间[2].因此，填补两者之间的空白，将固体物理学开拓、延伸和深化为凝聚态物理学，并仍保持入门着作特色的《凝聚态物理学》(上卷)于2003年横空出世[2],这标志着传统的固体物理学教材创新变革的到来。在此期间出版的固体物理学教材有：韦丹的《固体物理》(1版，2003;2版，2007)，陆栋、蒋平和徐至中的《固体物理学》(1版，2003;2版，2010)，荣剑英的《固体物理学基础教程》(2003)，吴代鸣的《固体物理基础》(2003;2007)，房晓勇、刘竞业和杨会静的《固体物理学》(2004;2010)，胡安和章维益的《固体物理学》(1版，2005;2版，2011)，朱建国等编着的《固体物理学》(2005)，沈以赴的《固体物理学基础教程》(2005)，林鸿生和章世玲的《固体物理及物理量的测量》(2005)，文尚胜和彭俊彪的《固体物理简明教程》(2007)，阎守胜的《现代固体物理学导论》(2008)，曹全喜等编着的《固体物理基础》(2008)，孙会元的《固体物理基础》(2010)，韩福祥的《固体物理学现代教程》(2010)，华中和杨景海的《固体物理基础》(2010)，胡建民的《固体物理学教程》(2010)，陆栋和蒋平的《固体物理学》(2011)，贾护军的《固体物理基础教程》(2012)。同期台湾五南图书出版股份有限公司发行了北京大学阎守胜的《固态物理概论》(2006)和长庚大学倪泽恩的《基础固态物理》(2011)。与之相关的固体物理习题集有韦丹的《固体物理学习辅导与习题解答》(2版，2007)，段辰和苗明川的《固体物理学全程导学及习题全解》(2011)，李延龄和吕华平的《固体物理学习题解答》(2012)。为了适应新时期固体物理学科发展的新变化，张艺和沈为民的《固体电子学基础》(2005)，沈为民、唐莹和孙一翎的《固体电子学导论》(2012)，刘晓为、王蔚和张宇峰的《固态电子论》(2013)，解士杰、尹笋和高琨的《有机固体物理》(2012)等的出版使得固体物理学教材体系更加细化，更加体现不同专业学科的特色。
　　综上所述，从第一本固体物理学教材的出版发行到今天，我国固体物理学教材的发展已经历了50多年。尽管取得了令人瞩目的成绩，但是正如黄昆先生所说：固体物理本身在广度、深度上都仍在迅速发展，为了能恰当地反映固体物理的新进展，在教学和教材编写中就必须作持续的努力，而这绝不是轻而易举能做到的[12].
　　2结语
　　固体物理学教材经过70余年的发展，已经形成了自身固有的思维模式和文化内涵，其中Kittel的《IntroductiontoSolidStatePhysics》和Ashcroft的《SolidStatePhysics》成为固体物理学教材中的经典代表作。前者运用数学的方式给出定律和概念，注重结论，其内容比较全面地涉及了固体物理的各个方面，并且我国大部分自编固体物理学教材的内容编排与其相一致;后者运用物理的方式建立模型，注重过程，其内容编排围绕着金属电导率进行演绎，其编排形式亦体现在顾秉林和王喜坤的《固体物理学》以及阎守胜的《固体物理基础》中[4,13].无论哪种编写形式，固体物理学的基础内于科学着作，特别是具有教材性质的书籍，一项起码的要求是问题的讲解必须明确具体，基本概念和理论的阐述必须准确[12].然而，固体物理内容丰富、体系庞大、理论性强且各部分之间既有联系又各有特点，因此在刚入门学习的过程中较为抽象，难免会使得学生感觉空洞乏味、无所用之,进而产生厌学情绪。因此，在教材的规划过程中需要针对不同学科专业和不同学历层次的学生专门设计教材，与其所在学科相结合才能体现固体物理学的实际应用价值。针对这个问题，越来越多的科技工作者在编写教材时会有所侧重，如针对材料科学与工程专业的教材：韦丹的《固体物理》，房晓勇、刘竞业和杨会静的《固体物理学》，针对高等师范院校的教材：方可、胡述楠和张文彬的《固体物理学》，针对工科电子类的教材：徐毓龙和阎西林的《固体物理》，吕世骥和范印哲的《固体物理教程》，针对电子信息类的教材：曹全喜等编着的《固体物理基础》以及针对微电子专业的教材：贾护军的《固体物理基础教程》等。同时，针对不同学历层次的内容编制也在自编教材中得到体现，如针对函授生的教材：徐婉棠和吴英凯的《固体物理学》，针对研究生的教材：杨宗绵的《固体导论》，李正中的《固体理论》，针对材料科学与工程专业研究生的教材：吴代鸣的《固体物理基础》，针对非物理类工科研究生的教材：沈以赴的《固体物理学基础教程》等。同时，教材从起草大纲到付梓问世非一朝一夕之事，其不可能恰当地反映新的进展和学科发展动态。尽管不断再版的固体物理学教材已充分考虑到这个问题，在再版中尽量反映各个领域的新进展，但是仍然感觉力不从心,甚至无能为力,这就需要对传统纸质教材进行升级，对传统的教学方法和手段进行改革。在这项长期且任务艰巨的改革中，不断丰富的教学方法和手段会促进固体物理学外延的精彩化，如VRML语言[14]、分子模拟软件Hyperchem[15]、Materials Studio[16],VR技术[17]等在固体物理教学中的应用，进而培养学生的兴趣，使得固体物理学的发展后继有人。
　　总之，在当今新的物理现象和新的物理概念层出不穷的情况下，我国固体物理学教材体系未来发展将会出现新的趋势：1)教材内涵的多元化---固体物理为基础，实际应用为依托，学科前沿为向导;2)教材内容的区别化---不同学科专业，不同学历层次的内容针对性不同;3)教材形式的多样化---网络及多媒体的应用;4)教材外延的精彩化---课堂教学的延伸，培养兴趣，为固体物理的发展建立后备军。
　　参考文献：
　　[1]方俊鑫，陆栋。固体物理学(上册)[M].上海：上海科学技术出版社，1980:1-7.
　　[2]冯端，金国钧。凝聚态物理学(上卷)[M].北京：高等教育出版社，2003:8-24.
　　[3]秦世俊。现代固体物理研究中的三位开拓者[J].自然杂志，1978,1(7)：453-455.
　　[4]韦丹。固体物理[M].2版。北京：清华大学出版社，2007:1-9.
　　[5]程开甲。回忆我在南京大学物理系的时候[J].物理，1994,23(10)：631-635.
　　[6]范印哲。固体物理教材建设[J].教材通讯，1990(5)：8-10.
　　[7]蒋平。新的起点---编写《固体物理学》的点滴体会[J].大学物理，1991(4)：6-7.
　　[8]李正中。阎守胜编着的《固体物理基础》评介[J].物理，2001,30(6)：381-382.
　　[9]帅映清，张小镝。几经研磨始得重生的《固体物理学》[N].中华读书报，2009-05-13(014)。