橙色小球、黃色小球、長度不同的小木棍……這不是學(xué)齡前孩童的手工興趣班,，而是清華大學(xué)電子系核心必修課“固體物理基礎(chǔ)”的課堂,，學(xué)生們正在制作重要的半導(dǎo)體材料——硅的晶體結(jié)構(gòu)模型。這個看似簡單的結(jié)構(gòu)成為了固體物理諸多內(nèi)容的學(xué)習(xí)起點,，它出現(xiàn)在課件上,、書本中,、學(xué)生們的手里,，并于2022年底被影印在《固體物理基礎(chǔ)》的封面上，見證了一部重要教材的誕生,。
十年磨一劍,，這本由電子系黃翊東教授主編的《固體物理基礎(chǔ)》教材凝聚著她十余年來的教學(xué)經(jīng)驗和學(xué)術(shù)洞察，以循序漸進的章節(jié)結(jié)構(gòu)和深入淺出的內(nèi)容講解,，成為了學(xué)生們探索固體物理世界的得力助手,，并獲評2024年清華大學(xué)優(yōu)秀教材特等獎。
黃翊東拿著硅的晶體結(jié)構(gòu)模型進行講解
勾連已有知識,，服務(wù)具體教學(xué)
“學(xué)生都是帶著已有知識來到教室的,。”黃翊東說,。這也成為了她編寫《固體物理基礎(chǔ)》的錨點,。呈現(xiàn)完美且完整的理論固然有益，但對于首要任務(wù)是服務(wù)課堂教學(xué)的基礎(chǔ)教材而言,，勾連起學(xué)生腦中已有的知識,，并在此基礎(chǔ)上幫助其快速形成完整的知識架構(gòu)則更為重要,。
黃翊東認為，學(xué)習(xí)固體物理最重要的是學(xué)習(xí)世界觀,，要“建立起對微觀世界的認識方法”,。與數(shù)學(xué)不同，物質(zhì)世界是“測不準”的,。能夠在學(xué)生時代跳出“完美世界”的邏輯框架,、接受“近似模型”思維方式，對于學(xué)習(xí)固體物理的學(xué)生們來說尤為重要,。同時,，她強調(diào)知識框架的重要性，想要學(xué)生有效把握主要矛盾,、高效吸收所學(xué)知識,，相比在細枝末節(jié)上的面面俱到，提煉內(nèi)核,、讓學(xué)生掌握知識框架則更為重要,。她說：“給學(xué)生一堆樹葉，不如給學(xué)生一個樹干——對于沒有學(xué)到的知識,，學(xué)生可以順著框架自學(xué)補全,。”
因此,，不同于以往的同類教材,，2022年底出版的《固體物理基礎(chǔ)》是黃翊東結(jié)合相關(guān)知識背景、為電子信息專業(yè)同學(xué)們“量身定制”的版本,，也是對“膨脹的知識量與有限的學(xué)制”這一矛盾的有效平衡,。電子系學(xué)生蘇溢華在使用后感慨：“沒有原樣照搬既有的知識，《固體物理基礎(chǔ)》中融入了黃老師對于知識點的理解和思考,?！?/p>
創(chuàng)新教材結(jié)構(gòu)，顯化宏觀聯(lián)結(jié)
在深刻把握學(xué)科底層邏輯與教育教學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上,，黃翊東在編寫時進行了許多重要創(chuàng)新,。電子系學(xué)生陶也說：“在使用教材的過程中，最明顯的感受是‘絲滑’和‘友善’,?！?/p>
固體物理基礎(chǔ)知識體系
由于固體物理研究的是固體的微觀結(jié)構(gòu)及其組成粒子（原子、離子,、電子等）之間相互作用與運動規(guī)律,，而這些粒子以及準粒子的運動規(guī)律均可以用量子力學(xué)的薛定諤方程來描述和處理。黃翊東以量子力學(xué)中的“薛定諤方程”為線索，串聯(lián)起了整部教材,，構(gòu)建起固體物理的知識結(jié)構(gòu)及各個基本概念之間的相互聯(lián)系,，實現(xiàn)了固體物理知識的體系化與結(jié)構(gòu)化。兄弟院系的一位老師曾評價,，這是“第一次把固體物理后面‘那根筋’找到了”,。
此外，黃翊東一方面調(diào)整了內(nèi)容順序,，將晶格振動以及熱特性放到電子能帶理論和固體電特性的章節(jié)之后,，有利于學(xué)生們對電子運動規(guī)律及固體電特性的集中掌握；另一方面,，還在第五章單獨設(shè)立了“固體間接觸的電特性”章節(jié),，匯總了功函數(shù)/接觸電勢/PN結(jié)/MOS等內(nèi)容，以便于學(xué)生們深化對各種界面電特性的理解,。將“固體間接觸的電特性”作為獨立章節(jié)是以往教材中從未出現(xiàn)的設(shè)計,，“所有器件的核心都是界面?！秉S翊東說,，“有了界面才有結(jié)構(gòu)，有了結(jié)構(gòu)才有器件,，所以我會把講界面的部分單獨拎出來,。”
編寫十二載,，錦上又添花
提到教材的編寫歷程,，黃翊東拿出了六本冊子，不同彩紙簡單包裹著不同版本的講義,。藍色的在這六本里“資歷最老”,，封面已經(jīng)被翻得起皺，書脊處是手寫的“固體物理基礎(chǔ)二〇一六版”,。隨便翻開一頁,，黃翊東都能講出其中用紅筆勾畫過的內(nèi)容，熟悉得仿佛是昨日剛剛標注,，可右上方有些泛黃的折角又分明顯示著這些標記已經(jīng)有了年頭,。
從2010年開始講授課程,，到2012年開始編寫講義,，再到2022年教材的正式出版，黃翊東投入了十數(shù)年的時間和精力,。她經(jīng)常利用休息時間一遍一遍整理,、一點一點摳細節(jié)，細致打磨、精益求精,，每一版修訂都凝聚著她對教學(xué)內(nèi)容的深思熟慮,。
2016版-2021版講義
每一版教材講義成冊后，黃翊東都會額外保留一本,，為下一年的新版本作準備,。她常常是一邊講課，一邊拿筆做批注：這里需要修改一下排版,，那里需要補充一道例題……即使是目前已經(jīng)出版的教材版本,，也已經(jīng)有了三十多處改進批注。這是對教材內(nèi)容的嚴格要求,，也是對教學(xué)質(zhì)量的不懈追求,。同行專家肯定了這本教材的創(chuàng)新性和實用性，認為它不僅在內(nèi)容上具有新的探索與突破,，更在教學(xué)方法上提供了新的啟示,。
正如黃翊東所言，編寫《固體物理基礎(chǔ)》是“建立面向電子信息學(xué)科的固體物理”的一次重要嘗試,。新穎的編寫理念,、結(jié)構(gòu)化的知識體系以及與教學(xué)實踐的深度融合，讓這本書成為電子工程教育領(lǐng)域的一次重要創(chuàng)新,，為學(xué)生提供了一部質(zhì)量過硬的學(xué)習(xí)材料,，也為教師提供了一套行之有效的教學(xué)工具。
