結合學生特點開展“固體物理”教學改革嘗試

張敏

（內蒙古師范大學 物理與電子信息學院，內蒙古 呼和浩特 010022）

結合學生特點開展“固體物理”教學改革嘗試

張敏

（內蒙古師范大學 物理與電子信息學院，內蒙古 呼和浩特 010022）

在物理學專業必修課程“固體物理”的教學中，筆者發現所教的蒙漢兩個班級學生在思維模式和特點上存在差異.對此，通過多年教學經驗的積累和問卷調查研究的方法，對兩個班級的學生特點進行分析，找到不同民族學生思維上存在的差異.文章還對造成這一問題的原因進行了簡單分析.最后，介紹了筆者針對兩個班級學生思維特點設計針對性的教學策略并實施教學.在這一過程中，也將兩個班的學生揚長避短相互促進.通過兩學期的檢驗，發現學生對本課程的掌握和理解水平明顯提高，教學質量也大幅提高.

固體物理；差異；教學改革

《固體物理》作為一門物理學的專業主干課程，涵蓋的內容廣泛，而且作為理論物理、凝聚態物理以及材料物理研究生在本科期間所必修的一門專業主干課而言，其在本科教學過程中占有非常重要的地位.它可以使學生樹立晶體內原子、電子等微觀粒子運動的物理圖像及其相關模型，掌握晶體內微觀粒子的運動規律及其與晶體宏觀性能的物理聯系，深刻理解晶體宏觀性能的微觀物理本質，為進一步學習和研究固體物理學領域的各種專門問題及相關領域的內容奠定基礎.

本課程一般開設在第七學期，根據大四學生的特點，筆者在平時教學過程中以啟發性教學為主，充分發揮學生在學習中的主觀能動性.在這里，需要說明的是按照內蒙古師范大學物理與電子信息學院每學年的課程建設安排，分為蒙古族班級和漢族班級，蒙古族班級的物理學專業基礎課程（例如：高等數學、力學、熱學、光學、電磁學等）主要采用蒙語進行授課，而漢班則全部采用漢語授課.作為高年級的專業課程，固體物理采用的是全漢語授課制.在多年的固體物理教學過程中，筆者發現每年所帶物理學蒙班和漢班的學生在對課程的理解和教學內容的吸收上存在差異，且這種差異往往體現的較為明顯.結合作者多年來講授固體物理的經驗與體會，本文以“固體物理”課程教學改革為例，從思維差異、教學難點與教學方法等主要方面提出一些改革措施.

1 明確蒙古族和漢族學生思維差異

1.1 明確差異

作者意識到差異性的存在是基于多年的教學過程中學生表現出對本課程的積極性以及學生在本課程標準化考試中表現出來的差異.例如，在固體物理課程前面的晶體結構講述中，由于涉及到大量的圖片和模型，且配合以flash動畫模擬，是教學內容較為具體形象，因而，蒙漢兩個班級的學生均表現的較為積極和感興趣，課堂氣氛較為活躍.但隨著課程內容的加深，例如，在講到布洛赫定理及其證明或者是晶格振動理論的時候，由于涉及到一些較為繁難的公式推導，蒙班和漢班學生就開始表現出一定的差異性.漢班的學生表現得更為積極活躍，學習主動性也比蒙班學生更高一些；而在平時測驗和期中、期末考試時，蒙班學生又在第二章晶體的結合和第三章晶體的熱學性質方面得分率更高一些.起初，筆者認為是個別現象或者是偶爾發生的情況，但是多年來呈現的趨勢一致性不得不引人思考.

按照這一規律，在教學過程中不得不對兩個班級學生的思維特點進行研究和分析.根據學生在本學科測驗體現出的差異性，將本課程教學內容按照兩個維度進行了劃分，一部分是識記性內容，另一部分是抽象理解性內容.

當然了，上述劃分標準是按照兩個班級之間表現出來的差異性和課程內容本身在理解和記憶上需要的能力不同劃分的.很難說識記性內容不需要理解和領會，而是指識記性內容又需要在理解的基礎上進行強化記憶，而這一部分內容與之前在物理學本科課程中學過的熱力學統計、電磁學等課程的聯系較為緊密.

表1中所列出的理解性內容是指需要高度抽象模型后再去體會和理解的內容.蒙班學生在本表中所列的識記性內容的掌握方面要明顯強于漢班同學，而漢班同學在理解性內容方面要好于蒙班同學.具體表現在近三年的測驗中，涉及理解性內容的部分總是漢班同學得分率平均高出9.8個百分點.

1.2 差異產生的原因分析

產生這一差異的原因有很多，筆者考慮主要有兩個：

一是語言所致的理解障礙.蒙古族和漢族學生在中學階段一直是按照蒙語或漢語單獨授課的，在大學階段前兩年的授課過程中基本也是按照兩種語言進行授課，只有在大學三年級的時候，由于涉及到專業理論課程，蒙班學生才真正接觸全漢語授課的模式，這樣一來，相對于漢族學生而言，蒙古族學生在理解和吸收教師講授的內容方面多了一層障礙，尤其是涉及到大量理論物理的專有名詞，部分學生對漢語的理解明顯存在困難，這導致蒙古族學生在理解抽象模型和概念時表現得較為吃力.

二是學習時間投入不足.因為固體物理課程安排在大四上半學期，有很多同學忙于碩士研究生的考試準備工作和尋找一份理想的職業，導致一部分學生在課堂上注意力不夠集中，識記性內容不能保證有足夠的精力和時間進行理解和記憶.而漢班考研的同學要多于蒙班，這也就在一定程度上解釋了為什么漢班學生在識記性內容方面的得分率平均水平要低于蒙班學生.

表1 《固體物理》課程中識記性內容和理解性內容分類

2 采取不同的教學方式針對學生差異開展教學

針對上述差異以及對差異的原因分析，筆者在教學中制定了相應的教學策略和方法.

2.1 注意教學進度快慢和節奏的把握

在教學過程中，針對蒙班學生在理解上存在一定困難的問題，筆者采取了控制教學進度快慢和節奏的策略.在講到識記性內容的時候，突出重點、以點帶面將需要學生記憶和重點考察的內容進行突出呈現.而到理解性內容的時候，放慢速度，要把每一個細節講清楚，每一步的公式推導過程都仔細進行，盡量不進行推導環節的跳躍，對于個別難度較大的推導，更是多次反復講授，同時放慢語速，以保證絕大多數蒙古族學生可以理解和接受.《固體物理》課程中會涉及大量公式推導，如果僅僅靠多媒體課件演示，學生的思路跟隨會受到很大的制約，因此，我們靈活運用黑板以及powerpoint軟件中自帶的氈尖筆，采取手動推導與課件相結合的方式，以便于學生理解繁難的公式推導.同時，為了更好地和同學們交流，筆者也和其他蒙古族老師交流，了解蒙古族文化.并試圖結合蒙古族學生熟悉的事物來進行類比和講解，比如結合蒙古族同學熟悉的勒勒車和電子的微觀模型進行比喻和對比逐步引導學生思考并建立相應的模型.在講到空穴所處的能級與電子能級的區別問題時，采用了礦泉水瓶中的氣泡來進行形象的類比.并在教學過程中注意隨時和同學們進行交流，及時收集同學們的反饋意見，以便更好的控制教學進度.

2.2 采用互動式教學深抓課堂效率

筆者針對漢班考研復習學生相對較多，課堂注意力不集中的問題，采取了互動式教學形式.即在課堂上每講授一個知識要點，尤其是識記性內容要點的同時，要求學生當堂記憶和理解.并通過每節課前的提問和課后的總結強化學生記憶.另外，針對本課程與前面學過課程的聯系上下工夫，突出考研內容的聯系性和緊密性.使得學生大大提高了學習效率，并合理分配時間.

2.3 授課過程要注重“精講多練”

固體物理課程中涉及到大量的公式推導，這些公式的背后都有著豐富而深刻的物理內涵，這就要求教師在授課的過程，應該更注重物理圖像，物理意義的闡述，而不應把時間大量的花在細節的推導上面，而本末倒置，忽視了支持固體物理大廈的基本理論和方法.這就要求我們“精講”.固體物理的先修課程主要是量子力學和熱力學統計物理學，蒙族學生前期知識的掌握也將對本課程的學習產生至關重要的影響，鑒于此，我們在課堂上采取新舊知識動態銜接的方法，讓學生回憶-深化-更新-練習-鞏固，例如，學生對于“倒格子”的概念理解起來非常困難，感覺很抽象.針對這種情況，首先從傅里葉變換這一大家非常熟悉的數學概念入手，讓學生理解通過變換可以將晶體周期性的實空間變換為周期性的倒易空間.類似于量子力學中坐標空間向動量空間的轉換.

每學習完新的知識，留出更多的時間，讓蒙族學生去進行“練習”，發現問題進行分析、討論和研究，最大限度的調動學生的主觀能動性，從而達到了改進教學效果的作用.

2.4 采取蒙漢兩班互動交流的形式

筆者采取每月互動交流的形式來促進兩個班級的同學互相取長補短，互相學習.每到講完一章內容，通常都有一節總結課，筆者采用的辦法是將兩個班級合在一起，進行總結性學習.并在總結課上要求同學們互相討論對于所學內容的理解和認識.此舉形式新穎，受到兩個班級同學的歡迎.同學們可以用自己的言語對所學內容進行表述，可以促進所有同學共同進步.而且教師可以在這一環節中發現學生在理解和認識上存在的偏差，以便對其進行糾正.

2.5 將學術前沿引入課堂

固體物理學作為一門高年級的理論基礎和應用課程，與當前的凝聚態物理與材料物理緊密相關，因此，筆者將與本課程相關領域的科研前沿動態、最新進展和應用成果融入教學內容當中，極大地拓展了學生的視野，同時，也大大提升學生的創新能力，活躍課堂學習氣氛.例如，在講授晶體結構時，將當前材料物理研究領域的熱點—具有二維周期性結構的石墨烯以及一維碳納米管的相關內容、優異特性及其應用給學生作了介紹，學生均表現出極大的興趣.講到“聲子”概念，將固體中的電-聲子相互作用對結合能的影響為學生做了簡單介紹，這些內容的引入都極大地激發了學生的課程學習積極性以及從事科研的欲望.

在授課之余，還邀請學院凝聚態物理學領域的專家對儲氫材料、稀土磁性材料、光伏太陽能電池給學生做了學術前沿講座，讓學生近距離的接觸學術前沿的最新氣息與脈搏，實踐證明，這些措施的采納，極大地調動了蒙漢班學生學習固體物理課程的積極性和主動性.

3 調查研究檢驗教學改革效果

為了進一步了解通過教學改革后學生對本課程的接受情況，筆者連續三年在課程結束時，對物理學專業的學生進行了信息反饋調查，2010年發放問卷118份，收回有效問卷114份；2011年發放問卷79份，收回有效問卷78份；2012年發放問卷71份，收回有效問卷68份.調查及分析如表2、表3和表4.

表2 2010年“固體物理”課程教學改革信息反饋調查

表3 2011年“固體物理”課程教學改革信息反饋調查

表4 2012年“固體物理”課程教學改革信息反饋調查

從問卷調查結果看，筆者實施教學改革的三年里，本課程越來越受到學生的認可，蒙班和漢班學生在識記性內容和理解性內容的學習和吸收上的差異逐漸減小.在與學生訪談調查過程中也發現學生的課堂效率顯著提高.相信隨著本課程教育教學方式不斷改進而更加適合學生特點，有針對性地開展教學活動，本課程一定能促進物理專業學生的全面發展.

〔1〕黃昆.固體物理學[M].北京：高等教育出版社，1998.

〔2〕馮端，金國鈞.凝聚態物理學（上卷）[M].北京：高等教育出版社，2003.

〔3〕方俊鑫，陸棟.固體物理學[M].上海：上海科學技術出版社，1980.

〔4〕閻守勝.固體物理基礎[M].北京：北京大學出版社，2003.

G642.0

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1673-260X（2014）11-0008-03