西安交通大学2021年下半年教师教学竞赛（传统型）《固体物理导论》教案【封面】课程名称固体物理导论任课教师/学院马飞/材料学院单班(x);教学对象材料学专业年级/学期三年级/第二学期授课方式合班(V)必修课公共基础课(×)；专业课(v)课程类型选修课限选课(x)，任选课(×)授课方式考核方式课堂讲授(V)：讨论课(V)考试(V)；考查(×)322总学时数学分数出版社马飞作者/出版时教材名称自编讲义/2020《固体物理导论》李燕间方俊鑫上海科学技术出《固体物理学》陆栋版社/2005黄昆高等教育出版社《固体物理学》韩汝琦/2004出版社清华大学出版社韦丹参考书目《固体物理基础》作者/出版时/2003间高等教育出版社吴代鸣《固体物理基础》/2007[美]c.基泰尔化学工业出版社《Introductionto项金钟、吴兴惠/2013Solid State Physics》单位职称教授材料学院马飞，1979年10月生，教授，入选教育部新世纪优秀人才支持计划，陕西省杰出青年基金获得者，陕西省科技创新团队负责人。承担本科生《固体物理导论》、《材料教学专业导论》等的教学工作。指导本科生获第十六届“挑战方面授课教师马飞杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖1项，第三的情十一届“腾飞杯”创新创业大赛一等奖1项，指导本科生况与获优秀毕业设计论文2人次：培养硕/博士研究生40余人。业绩获2021年西安交通大学优秀党员、优秀研究生指导导师，获西安交通大学材料学院“百人明星”一教书育人Star、林孟良教书育人奖等。1
西安交通大学 2021 年下半年教师教学竞赛(传统型) 1 《固体物理导论》教案【封面】 课程名称 固体物理导论 任课教师/学院 马飞/材料学院 教学对象 材料学专业 年级/学期 三年级/第二学期 授课方式 单班(); 合班(√) 课程类型 必修课 公共基础课(); 专业课(√) 选修课 限选课(); 任选课() 授课方式 课堂讲授(√)；讨论课(√) 考核方式 考试(√)；考查() 总学时数 32 学分数 2 教材名称 《固体物理导论》 作者 马飞 李燕 出版社 /出版时 间 自编讲义/2020 参考书目 《固体物理学》 作者 方俊鑫 陆栋 出版社 /出版时 间 上海科学技术出 版社/2005 《固体物理学》 黄昆 韩汝琦 高等教育出版社 /2004 《固体物理基础》 韦丹 清华大学出版社 /2003 《固体物理基础》 吴代鸣 高等教育出版社 /2007 《Introduction to Solid State Physics》 [美]C.基泰尔 项金钟、吴兴惠 化学工业出版社 /2013 授课教师 马飞 职称 教授 单位 材料学院 教学 方面 的情 况与 业绩 马飞，1979 年 10 月生，教授，入选教育部新世纪优 秀人才支持计划，陕西省杰出青年基金获得者，陕西省科 技创新团队负责人。承担本科生《固体物理导论》、《材料 专业导论》等的教学工作。指导本科生获第十六届“挑战 杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖 1 项，第三 十一届“腾飞杯”创新创业大赛一等奖 1 项，指导本科生 获优秀毕业设计论文 2 人次；培养硕/博士研究生 40 余人。 获 2021 年西安交通大学优秀党员、优秀研究生指导导师， 获西安交通大学材料学院“百人明星”——教书育人 Star、林孟良教书育人奖等
西安交通大学2021年下半年教师教学竞赛（传统型）《固体物理导论》教案【教学单元首页】第4章金属自由电子费米气体授课题目（章、节）S4.1金属自由电子的物理模型教在教学过程中，坚持贯彻“格物致理，深入浅出，知识与实践结合，学知识与科技前沿结合”的教学理念与思想，培养学生的辩证唯物主义思思想，激发学生热爱科学，培养学生独立思考、提出问题、解决问题的能力。想通过本节的学习使学生在知识、能力与情感态度方面达到如下目标：【知识目标】（1）了解经典自由电子气体模型的假设条件。（2）了解经典金属自由电子气体模型的成功之处及局限性。（3）掌握索末菲提出的金属自由电子费米气体模型的内容。（4）掌握费米一狄拉克分布函数的物理意义和温度关系。【能力目标】（1）培养学生在处理具体实际问题时的抽象、近似、分析、比较、教逻辑推理和归纳总结能力。学（2）培养学生严谨的学习态度，科学的研究思路与方法，拓宽知目识的广度和深度，强化工科学生的逻辑思维能力。标【情感态度目标】（1）培养学生从现象认识事物本质、突出主要矛盾，忽略次要矛盾，进行抽象简化并建模的思维意识。（2）培养学生主动探索知识的意识，以及在学习中讨论、交流、合作的意识和思维习惯。（3）用形象生动的动画模式激发学生的学习兴趣。（4）通过科学家典型案例激发学生科学精神，树立献身科学志向。2
西安交通大学 2021 年下半年教师教学竞赛(传统型) 2 《固体物理导论》教案【教学单元首页】 授课题目（章、节） 第 4 章 金属自由电子费米气体 §4.1 金属自由电子的物理模型 教 学 思 想 在教学过程中，坚持贯彻“格物致理，深入浅出，知识与实践结合， 知识与科技前沿结合”的教学理念与思想，培养学生的辩证唯物主义思 想，激发学生热爱科学，培养学生独立思考、提出问题、解决问题的能力。 教 学 目 标 通过本节的学习使学生在知识、能力与情感态度方面达到如下目标： 【知识目标】 （1）了解经典自由电子气体模型的假设条件。 （2）了解经典金属自由电子气体模型的成功之处及局限性。 （3）掌握索末菲提出的金属自由电子费米气体模型的内容。 （4）掌握费米—狄拉克分布函数的物理意义和温度关系。 【能力目标】 （1）培养学生在处理具体实际问题时的抽象、近似、分析、比较、 逻辑推理和归纳总结能力。 （2）培养学生严谨的学习态度，科学的研究思路与方法，拓宽知 识的广度和深度，强化工科学生的逻辑思维能力。 【情感态度目标】 （1）培养学生从现象认识事物本质、突出主要矛盾，忽略次要矛盾， 进行抽象简化并建模的思维意识。 （2）培养学生主动探索知识的意识，以及在学习中讨论、交流、合 作的意识和思维习惯。 （3）用形象生动的动画模式激发学生的学习兴趣。 （4）通过科学家典型案例激发学生科学精神，树立献身科学志向
西安交通大学2021年下半年教师教学竞赛（传统型）【知识基础】学生在《大学物理》课程中已掌握了原子的内部结构，对价电子的概念并不陌生，且本节课主要针对金属而言，这种材料在生活中应用非常广泛，其良好的导热和导电性对学生来说也较为熟悉。【认知特点】认知过程通常是从感性认识开始发展到理性认识，本节课以“德鲁特经典自由电子模型一洛伦兹自由电子模型→自由电子费米气体学生特点分模型”为主线，符合由浅入深、由经典到量子的规律，遵循金属自由电子气体理论体系建立的逻辑，也符合学生的认知规律。此外，根据生活经验和已有知识，学生对金属的特点也有定性的析认识，为抽象简化、建立模型和定量分析金属的导热、导电特性奠定了良好的基础，有利于掌握本节课的基础知识。【学习风格】（1）学生总体表现出学习兴趣浓、积极性高，自主学习能力较强。（2）学生能在记忆的基础上深刻理解，在完成课外作业过程中巩固深化，在比较分析中构筑系统的知识结构框架。（3）学生能够更多地、拓展性地阅读课外材料。【主要内容】本节首先介绍德鲁特提出的经典自由电子模型的两个近似，再介绍洛伦兹对该模型的补充和改进，讨论经典自由电子模型的成功之处教学内容及重难点分析和局限性，最后介绍金属自由电子费米气模型的基本内容，着重分析费米-狄拉克分布函数的物理意义以及随温度的变化规律。【教学重点】（1）电子服从费米一狄拉克分布的物理意义。（2）费米一狄拉克分布函数随温度的变化规律。【教学难点】理解费米一狄拉克分布函数的含义，及电子占据能级状态随温度的变化规律，特别是温度T=0和T+0K时的本质差别。3
西安交通大学 2021 年下半年教师教学竞赛(传统型) 3 学 生 特 点 分 析 【知识基础】 学生在《大学物理》课程中已掌握了原子的内部结构，对价电子 的概念并不陌生，且本节课主要针对金属而言，这种材料在生活中应 用非常广泛，其良好的导热和导电性对学生来说也较为熟悉。 【认知特点】 认知过程通常是从感性认识开始发展到理性认识，本节课以“德 鲁特经典自由电子模型—洛伦兹自由电子模型→自由电子费米气体 模型”为主线，符合由浅入深、由经典到量子的规律，遵循金属自由 电子气体理论体系建立的逻辑，也符合学生的认知规律。 此外，根据生活经验和已有知识，学生对金属的特点也有定性的 认识，为抽象简化、建立模型和定量分析金属的导热、导电特性奠定 了良好的基础，有利于掌握本节课的基础知识。 【学习风格】 （1）学生总体表现出学习兴趣浓、积极性高，自主学习能力较强。 （2）学生能在记忆的基础上深刻理解，在完成课外作业过程中巩 固深化，在比较分析中构筑系统的知识结构框架。 （3）学生能够更多地、拓展性地阅读课外材料。 教 学 内 容 及 重 难 点 分 析 【主要内容】 本节首先介绍德鲁特提出的经典自由电子模型的两个近似，再介 绍洛伦兹对该模型的补充和改进，讨论经典自由电子模型的成功之处 和局限性，最后介绍金属自由电子费米气模型的基本内容，着重分析 费米-狄拉克分布函数的物理意义以及随温度的变化规律。 【教学重点】 （1）电子服从费米—狄拉克分布的物理意义。 （2）费米—狄拉克分布函数随温度的变化规律。 【教学难点】 理解费米—狄拉克分布函数的含义，及电子占据能级状态随温 度的变化规律，特别是温度 T=0 和 T0K 时的本质差别
西安交通大学2021年下半年教师教学竞赛（传统型）【教学方法和策略】本节内容讲授1学时，主要采用板书结合多媒体（图示和动画演示）的教学手段。（1）为了确保重点和难点内容的教学质量，在课程教学中把绝大多数的时间都用到了这两部分内容的教学上。（2）应用多媒体动画演示，帮助学生建立自由电子气体形象、直观的概念，便于学生更好地理解和掌握经典自由电子气体模型和金属自由电子费米气体模型的核心内容。（3）由于授课班级为大班，为了进行互动交流，可让同桌之间进行讨论，围绕经典自由电子气体模型的假设、局限性、模型改进思路、自由电子气体服从费米一狄拉克分布的含义等内容而展开，讨论过程有机融入课堂内容的讲授过程之中。教学方法和策略（4）对所学知识进行提纲领的总结与梳理，使学生对本堂课的内容体系明晰，逻辑思路清楚，更好地掌握学习内容
西安交通大学 2021 年下半年教师教学竞赛(传统型) 4 教 学 方 法 和 策 略 【教学方法和策略】 本节内容讲授 1 学时，主要采用板书结合多媒体（图示和动 画演示）的教学手段。 （1）为了确保重点和难点内容的教学质量，在课程教学中把 绝大多数的时间都用到了这两部分内容的教学上。 （2）应用多媒体动画演示，帮助学生建立自由电子气体形象、 直观的概念，便于学生更好地理解和掌握经典自由电子气体模型 和金属自由电子费米气体模型的核心内容。 （3）由于授课班级为大班，为了进行互动交流，可让同桌之 间进行讨论，围绕经典自由电子气体模型的假设、局限性、模型改 进思路、自由电子气体服从费米—狄拉克分布的含义等内容而展 开，讨论过程有机融入课堂内容的讲授过程之中。 （4）对所学知识进行提纲挈领的总结与梳理，使学生对本堂 课的内容体系明晰，逻辑思路清楚，更好地掌握学习内容
西安交通大学2021年下半年教师教学竞赛（传统型）《固体物理导论》教案【讲稿】S4.1金属自由电子的物理模型【课堂引入】继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为时代的显著标志。人类文明的发展和社会的进步与金属材料息息相关，从宇宙飞船到日常家居用品，金属材料种类繁多，应用广泛，已成为人类社会发展的重要物质基础。值得一提的是，高强高导铜合金已成为国家的战略需求，该材料及制品满足了国家轨道交通行业加速进入高速铁路时代的需求，也是集成电路和电子元器件发展的重要基础材料。金锡银铜铁教学内纸色容铝锌钨镁汞（水银）及教O学活图1典型的金属材料动的描述图2材料在生活中的应用广泛5
西安交通大学 2021 年下半年教师教学竞赛(传统型) 5 《固体物理导论》教案【讲稿】 教 学 内 容 及 教 学 活 动 的 描 述 §4.1 金属自由电子的物理模型 【课堂引入】 继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用 为时代的显著标志。人类文明的发展和社会的进步与金属材料息息相 关，从宇宙飞船到日常家居用品，金属材料种类繁多，应用广泛，已成 为人类社会发展的重要物质基础。值得一提的是，高强高导铜合金已成 为国家的战略需求，该材料及制品满足了国家轨道交通行业加速进入高 速铁路时代的需求，也是集成电路和电子元器件发展的重要基础材料。 图 1 典型的金属材料 图 2 材料在生活中的应用广泛