结合学生特点开展“固体物理”教学改革尝试

张敏

（内蒙古师范大学 物理与电子信息学院，内蒙古 呼和浩特 010022）

结合学生特点开展“固体物理”教学改革尝试

张敏

（内蒙古师范大学 物理与电子信息学院，内蒙古 呼和浩特 010022）

在物理学专业必修课程“固体物理”的教学中，笔者发现所教的蒙汉两个班级学生在思维模式和特点上存在差异.对此，通过多年教学经验的积累和问卷调查研究的方法，对两个班级的学生特点进行分析，找到不同民族学生思维上存在的差异.文章还对造成这一问题的原因进行了简单分析.最后，介绍了笔者针对两个班级学生思维特点设计针对性的教学策略并实施教学.在这一过程中，也将两个班的学生扬长避短相互促进.通过两学期的检验，发现学生对本课程的掌握和理解水平明显提高，教学质量也大幅提高.

固体物理；差异；教学改革

《固体物理》作为一门物理学的专业主干课程，涵盖的内容广泛，而且作为理论物理、凝聚态物理以及材料物理研究生在本科期间所必修的一门专业主干课而言，其在本科教学过程中占有非常重要的地位.它可以使学生树立晶体内原子、电子等微观粒子运动的物理图像及其相关模型，掌握晶体内微观粒子的运动规律及其与晶体宏观性能的物理联系，深刻理解晶体宏观性能的微观物理本质，为进一步学习和研究固体物理学领域的各种专门问题及相关领域的内容奠定基础.

本课程一般开设在第七学期，根据大四学生的特点，笔者在平时教学过程中以启发性教学为主，充分发挥学生在学习中的主观能动性.在这里，需要说明的是按照内蒙古师范大学物理与电子信息学院每学年的课程建设安排，分为蒙古族班级和汉族班级，蒙古族班级的物理学专业基础课程（例如：高等数学、力学、热学、光学、电磁学等）主要采用蒙语进行授课，而汉班则全部采用汉语授课.作为高年级的专业课程，固体物理采用的是全汉语授课制.在多年的固体物理教学过程中，笔者发现每年所带物理学蒙班和汉班的学生在对课程的理解和教学内容的吸收上存在差异，且这种差异往往体现的较为明显.结合作者多年来讲授固体物理的经验与体会，本文以“固体物理”课程教学改革为例，从思维差异、教学难点与教学方法等主要方面提出一些改革措施.

1 明确蒙古族和汉族学生思维差异

1.1 明确差异

作者意识到差异性的存在是基于多年的教学过程中学生表现出对本课程的积极性以及学生在本课程标准化考试中表现出来的差异.例如，在固体物理课程前面的晶体结构讲述中，由于涉及到大量的图片和模型，且配合以flash动画模拟，是教学内容较为具体形象，因而，蒙汉两个班级的学生均表现的较为积极和感兴趣，课堂气氛较为活跃.但随着课程内容的加深，例如，在讲到布洛赫定理及其证明或者是晶格振动理论的时候，由于涉及到一些较为繁难的公式推导，蒙班和汉班学生就开始表现出一定的差异性.汉班的学生表现得更为积极活跃，学习主动性也比蒙班学生更高一些；而在平时测验和期中、期末考试时，蒙班学生又在第二章晶体的结合和第三章晶体的热学性质方面得分率更高一些.起初，笔者认为是个别现象或者是偶尔发生的情况，但是多年来呈现的趋势一致性不得不引人思考.

按照这一规律，在教学过程中不得不对两个班级学生的思维特点进行研究和分析.根据学生在本学科测验体现出的差异性，将本课程教学内容按照两个维度进行了划分，一部分是识记性内容，另一部分是抽象理解性内容.

当然了，上述划分标准是按照两个班级之间表现出来的差异性和课程内容本身在理解和记忆上需要的能力不同划分的.很难说识记性内容不需要理解和领会，而是指识记性内容又需要在理解的基础上进行强化记忆，而这一部分内容与之前在物理学本科课程中学过的热力学统计、电磁学等课程的联系较为紧密.

表1中所列出的理解性内容是指需要高度抽象模型后再去体会和理解的内容.蒙班学生在本表中所列的识记性内容的掌握方面要明显强于汉班同学，而汉班同学在理解性内容方面要好于蒙班同学.具体表现在近三年的测验中，涉及理解性内容的部分总是汉班同学得分率平均高出9.8个百分点.

1.2 差异产生的原因分析

产生这一差异的原因有很多，笔者考虑主要有两个：

一是语言所致的理解障碍.蒙古族和汉族学生在中学阶段一直是按照蒙语或汉语单独授课的，在大学阶段前两年的授课过程中基本也是按照两种语言进行授课，只有在大学三年级的时候，由于涉及到专业理论课程，蒙班学生才真正接触全汉语授课的模式，这样一来，相对于汉族学生而言，蒙古族学生在理解和吸收教师讲授的内容方面多了一层障碍，尤其是涉及到大量理论物理的专有名词，部分学生对汉语的理解明显存在困难，这导致蒙古族学生在理解抽象模型和概念时表现得较为吃力.

二是学习时间投入不足.因为固体物理课程安排在大四上半学期，有很多同学忙于硕士研究生的考试准备工作和寻找一份理想的职业，导致一部分学生在课堂上注意力不够集中，识记性内容不能保证有足够的精力和时间进行理解和记忆.而汉班考研的同学要多于蒙班，这也就在一定程度上解释了为什么汉班学生在识记性内容方面的得分率平均水平要低于蒙班学生.

表1 《固体物理》课程中识记性内容和理解性内容分类

2 采取不同的教学方式针对学生差异开展教学

针对上述差异以及对差异的原因分析，笔者在教学中制定了相应的教学策略和方法.

2.1 注意教学进度快慢和节奏的把握

在教学过程中，针对蒙班学生在理解上存在一定困难的问题，笔者采取了控制教学进度快慢和节奏的策略.在讲到识记性内容的时候，突出重点、以点带面将需要学生记忆和重点考察的内容进行突出呈现.而到理解性内容的时候，放慢速度，要把每一个细节讲清楚，每一步的公式推导过程都仔细进行，尽量不进行推导环节的跳跃，对于个别难度较大的推导，更是多次反复讲授，同时放慢语速，以保证绝大多数蒙古族学生可以理解和接受.《固体物理》课程中会涉及大量公式推导，如果仅仅靠多媒体课件演示，学生的思路跟随会受到很大的制约，因此，我们灵活运用黑板以及powerpoint软件中自带的毡尖笔，采取手动推导与课件相结合的方式，以便于学生理解繁难的公式推导.同时，为了更好地和同学们交流，笔者也和其他蒙古族老师交流，了解蒙古族文化.并试图结合蒙古族学生熟悉的事物来进行类比和讲解，比如结合蒙古族同学熟悉的勒勒车和电子的微观模型进行比喻和对比逐步引导学生思考并建立相应的模型.在讲到空穴所处的能级与电子能级的区别问题时，采用了矿泉水瓶中的气泡来进行形象的类比.并在教学过程中注意随时和同学们进行交流，及时收集同学们的反馈意见，以便更好的控制教学进度.

2.2 采用互动式教学深抓课堂效率

笔者针对汉班考研复习学生相对较多，课堂注意力不集中的问题，采取了互动式教学形式.即在课堂上每讲授一个知识要点，尤其是识记性内容要点的同时，要求学生当堂记忆和理解.并通过每节课前的提问和课后的总结强化学生记忆.另外，针对本课程与前面学过课程的联系上下工夫，突出考研内容的联系性和紧密性.使得学生大大提高了学习效率，并合理分配时间.

2.3 授课过程要注重“精讲多练”

固体物理课程中涉及到大量的公式推导，这些公式的背后都有着丰富而深刻的物理内涵，这就要求教师在授课的过程，应该更注重物理图像，物理意义的阐述，而不应把时间大量的花在细节的推导上面，而本末倒置，忽视了支持固体物理大厦的基本理论和方法.这就要求我们“精讲”.固体物理的先修课程主要是量子力学和热力学统计物理学，蒙族学生前期知识的掌握也将对本课程的学习产生至关重要的影响，鉴于此，我们在课堂上采取新旧知识动态衔接的方法，让学生回忆-深化-更新-练习-巩固，例如，学生对于“倒格子”的概念理解起来非常困难，感觉很抽象.针对这种情况，首先从傅里叶变换这一大家非常熟悉的数学概念入手，让学生理解通过变换可以将晶体周期性的实空间变换为周期性的倒易空间.类似于量子力学中坐标空间向动量空间的转换.

每学习完新的知识，留出更多的时间，让蒙族学生去进行“练习”，发现问题进行分析、讨论和研究，最大限度的调动学生的主观能动性，从而达到了改进教学效果的作用.

2.4 采取蒙汉两班互动交流的形式

笔者采取每月互动交流的形式来促进两个班级的同学互相取长补短，互相学习.每到讲完一章内容，通常都有一节总结课，笔者采用的办法是将两个班级合在一起，进行总结性学习.并在总结课上要求同学们互相讨论对于所学内容的理解和认识.此举形式新颖，受到两个班级同学的欢迎.同学们可以用自己的言语对所学内容进行表述，可以促进所有同学共同进步.而且教师可以在这一环节中发现学生在理解和认识上存在的偏差，以便对其进行纠正.

2.5 将学术前沿引入课堂

固体物理学作为一门高年级的理论基础和应用课程，与当前的凝聚态物理与材料物理紧密相关，因此，笔者将与本课程相关领域的科研前沿动态、最新进展和应用成果融入教学内容当中，极大地拓展了学生的视野，同时，也大大提升学生的创新能力，活跃课堂学习气氛.例如，在讲授晶体结构时，将当前材料物理研究领域的热点—具有二维周期性结构的石墨烯以及一维碳纳米管的相关内容、优异特性及其应用给学生作了介绍，学生均表现出极大的兴趣.讲到“声子”概念，将固体中的电-声子相互作用对结合能的影响为学生做了简单介绍，这些内容的引入都极大地激发了学生的课程学习积极性以及从事科研的欲望.

在授课之余，还邀请学院凝聚态物理学领域的专家对储氢材料、稀土磁性材料、光伏太阳能电池给学生做了学术前沿讲座，让学生近距离的接触学术前沿的最新气息与脉搏，实践证明，这些措施的采纳，极大地调动了蒙汉班学生学习固体物理课程的积极性和主动性.

3 调查研究检验教学改革效果

为了进一步了解通过教学改革后学生对本课程的接受情况，笔者连续三年在课程结束时，对物理学专业的学生进行了信息反馈调查，2010年发放问卷118份，收回有效问卷114份；2011年发放问卷79份，收回有效问卷78份；2012年发放问卷71份，收回有效问卷68份.调查及分析如表2、表3和表4.

表2 2010年“固体物理”课程教学改革信息反馈调查

表3 2011年“固体物理”课程教学改革信息反馈调查

表4 2012年“固体物理”课程教学改革信息反馈调查

从问卷调查结果看，笔者实施教学改革的三年里，本课程越来越受到学生的认可，蒙班和汉班学生在识记性内容和理解性内容的学习和吸收上的差异逐渐减小.在与学生访谈调查过程中也发现学生的课堂效率显著提高.相信随着本课程教育教学方式不断改进而更加适合学生特点，有针对性地开展教学活动，本课程一定能促进物理专业学生的全面发展.

〔1〕黄昆.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1998.

〔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.

〔3〕方俊鑫，陆栋.固体物理学[M].上海：上海科学技术出版社，1980.

〔4〕阎守胜.固体物理基础[M].北京：北京大学出版社，2003.

G642.0

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1673-260X（2014）11-0008-03