多媒体技术与《固体物理学》教学的有机结合

张子英

（上海工程技术大学材料工程学院，中国 上海201620）

固体物理学[1]是研究固体材料的物理性质、微观结构、固体中各种粒子运动形态和规律及它们相互关系的学科，是凝聚态物理、化学、电子、计算机、现代信息等学科的理论基础[2]，其分支已成为独立的研究领域，如半导体物理学、低温物理学、表面物理学、超导体物理学、磁物理学、衍射学等[3]。由于固体物理学课程内容理论性较强，涉及领域广泛，内容庞杂，原理复杂，概念模型繁琐，并且各个知识之间没有相联系的主线，这样在限定学时内，要求任课老师对教学内容进行合理的取舍和安排，并且要求其对教学方法做出相应的改进。换言之，科学技术的突飞猛进，对固体物理课程的教学提出了新的要求，固体物理教学需要适应学科自身发展和学生培养目标的新要求。在传统固体物理教学的过程中，教学内容、策略、方法、步骤及学生所做的练习都是由教师决定的，学生只能被动地参与教学过程，在课堂学习中处于被动接受的状态。由于多媒体技术在高校教学中的有效运用，学生可以根据自己的学习进度和兴趣，自主选择学习内容和模式。然而，如何合理利用多媒体技术来提高《固体物理学》的课堂教学效率，成为新时代下固体物理学教师所面临的全新挑战。

1 《固体物理学》课程的教学现状

固体物理课程内容结构体系是以长程有序的晶体为研究对象，研究晶体的结构、晶格动力学和能带理论等为主要内容[4]。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，是一门思想性很强，内容很抽象的课程，学好这门课程需要很强的空间想象力。传统固体物理教学注重基本概念和理论的阐述，教师对固体物理前沿的新动态、新成果、新概念介绍的不够，教学手段、方法单一，难免会使得学生感觉空洞乏味，进而造成教师难教、学生畏学的教学局面。因此，在固体物理教学方面，面临的最大问题就是枯燥理论知识的课堂不利于学生的理解和接受，不能调动学生的学习积极性。

2 多媒体技术在固体物理教学课堂中的优势

2.1 应用多媒体技术教学能够培养学生学习固体物理的兴趣

多媒体技术[5]是指通过计算机对文字、数据、图形、图像、动画、声音等多种媒体信息进行综合处理和管理，使用户可以通过多种感官与计算机进行实时信息交化的技术，又称为计算机多媒体技术，是一种人机交互作用的技术。近几年，多媒体技术迅猛发展，并以极强的渗透力进入人类生活的方方面面，如游戏、教育、档案、图书、娱乐、艺术、股票债券、金融交易、建筑设计、家庭、通讯等等。多媒体技术用于教学有助于教师更形象直观地讲述课程内容、学生更深刻地理解和掌握教学内容。如：在讲解六角密堆积与面心立方密排、金刚石的复式晶格、晶体的宏观对称性以及能带理论中面心立方与体心立方的第一布里渊区等内容时，采用传统教学方式都难以讲述清楚。在这些问题上，教师费尽口舌也无法使自己感觉教学满意，其结果是：学生得不到一个清晰的物理图象，即感性认识难以形成和得到丰富，学生也就难以理解教材和掌握知识，甚至丧失学习固体物理学的兴趣。但多媒体教学可借助于图片、三维动画演示，把抽象的概念(如晶体结构、对称性、布里渊区、倒格子、晶格振动等)直观、形象、生动地展示给学生，可以调动学生的多种感官，激发学生的学习兴趣，加深学生的记忆和理解，从而提高教学质量。

孔老夫子说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”伟大的科学家爱因斯坦也曾说过：“兴趣是最好的老师。”纵看古今中外，凡是有成就的人物，不论是科学技术方面的，或者是文学艺术方面的，都跟他们对所从事的工作具有浓厚的兴趣是分不开的。也就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索、去实践，并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验。多媒体技术教学采用演示文稿和视频教学的方式，替代了原有的板书教学模式，让学生可以更加清晰地了解固体物理的过程。这种趣味性的视觉教学刺激，可以培养学生对固体物理学习的浓厚兴趣，从而提高学生的学习效率。

2.2 多媒体技术教学能够帮助学生更加有效地获取固体物理的教学信息

多媒体技术在固体物理教学过程中的应用，改变了以往传统的板书教学模式，让枯燥抽象的固体物理学习变为可听、可看、有趣、形象的动感画面。将固体物理抽象的知识点进行具象处理，在一定程度上降低了固体物理的教学难度，从而让学生们能够更好地理解和学习。更重要的一点是，多媒体技术教学运用电脑技术模拟实验过程，实验不受时间、空间等条件的限制，让学生们更加容易接受固体物理学，学习起来也更加轻松易懂。

2.3 采用多媒体技术教学，能够充分发挥学生的“主体”作用

学生是课堂教学的主体。多媒体教学一改传统固体物理的教学模式，不仅仅激发了同学们对固体物理学的学习热情，更进一步地引导学生动手操作的能力。学生们通过课堂上与教师的互动，并通过自己的亲身试验操作，一步一步地了解本学科中的原理、过程。从而有利于学生树立自信心，并进一步提高教学效果。事实上，在坚实的理论基础上培养学生的科研能力才是高等教育所追求的目标[6]。因此，现阶段的固体物理学教师们肩负着培养现代化人才的重任，除了把教材中的内容上好外，还应当与时俱进，在原有教学大纲的基础上选择性地将固体物理学相关领域的最新成果和最新科研进展引入课堂之中。教师通过运用多媒体技术，帮助学生渗透式地了解学科的研究热点，为课堂教学注入新鲜血液，既增添了课堂教学的活力，又可在课程教学的过程中拓宽同学们的视野。

3 多媒体技术与《固体物理学》教学有机结合的措施

3.1 提高硬件设施和教师应用水平

教学是对知识、经验、方法以及能力的一个传授过程，先进的教学方式能够保证课程教学任务顺利而有效地完成[6]。先进的多媒体教学设备，能够有效地提高课堂教学效果，丰富教学内容，拓宽学生们的知识面，从而弥补了传统固体物理教学模式的不足。多媒体教学，是互联网时代下教学方式改革的趋势所在，是机遇也是挑战。多媒体教学模式的出现，使原有的课堂结构发生异化，从以往的师生二元结构，异化为现在的“教师——投影仪——学生”的三元结构[7]。由于多媒体技术的不正确使用会让原有的课堂教学策略变成围着幻灯片转圈的活动，同时，多媒体技术的使用不当会毁了学生学习固体物理学的积极性，因此，多媒体教学对教师能力方面的要求更加严厉和苛刻。而多媒体技术的掌握需要专业的学习，许多教学软件的功能是日常生活中涉猎不到的，需要授课教师在课堂教学的初级阶段花费一定的时间和精力去熟悉软件的操作，并且努力寻找多媒体素材，更快地适应教学课堂的环境。

3.2 教师在教学过程中引入学科前沿知识

传统的教学模式以填鸭式的课堂教学为主，主要培养应试性人才，但随着社会的发展，对人才的需要向动手能力强、能理论联系实际的综合型人才转化[8]。随着科学技术的突飞猛进，固体物理学实验条件也开始日新月异，从而使得固体物理学科研究过程中新的概念和理论层出不穷。然而传统的固体物理教学模式过于注重书本中内容的传授，缺乏对其学科前沿动态及最新进展的介绍，从而脱离了实际发展状况，不利于培养学生学以致用的能力及创新能力。这就要求教师在固体物理教学中引入学科前沿知识，并且要求教师所使用的课件应当随着科技的进步和学生的特性而随时变化，根据社会的需求随时调整讲解的侧重点[9]。3.3 采用“多媒体教学为辅，学生为主”的教学模式

多媒体的本质是教学工具，是我们使用的声音、图像、动画的综合体[7]。学生才是课堂教学的主体。多媒体教学将单调的文字与声音、图片形象地结合起来，从而触动学生的视觉感官，让学生可以从不同角度去理解和接受教学信息。另外，这种新颖的教学方式会让学生们产生强烈的好奇心，从而激发了学生们学习固体物理学的兴趣，并在同学们亲身实验的操作过程中，培养同学们的创新能力和学以致用的能力。更重要的是，传统的二元结构固体物理教学模式并未过时，而先进的现代化多媒体教学亦非万能，它们是优势互补的，需要我们巧妙地将两种方式拟合在一起，从而实现理想的课堂教学效果。

3.4 采用多媒体技术与传统教学手段相结合的教学手段

多媒体技术的应用给固体物理学教学带来了极大的方便，在教学过程中，可借助于图片、三维动画演示，把抽象的概念(如晶体结构、对称性、布里渊区、倒格子、晶格振动等)直观、形象、生动地展示给学生，便于理解。教学中也存在一些问题，固体物理学的突出特点是构建模型、强调推理、重视逻辑。由于每一幅图片可容纳的信息有限，在使用中，难免频繁换页，不断地中断教学逻辑思维过程，难以形成完整、正确的概念；应用多媒体课件展示推理步骤，由于缺少教师的形体语言和教学互动，不利于培养学生的逻辑思维能力。因此，应合理采用多媒体技术，使之与传统教学手段(板书、互动等)相结合，以实现优势互补[11]。

4 结束语

传统的固体物理教学模式以教师的讲解和板书为主，让学生丢失了对这门学科的学习兴趣，并且板书的书写占用了大量的课堂时间。然而多媒体教学主要是播放预先制作的课件，丰富了教学内容，提高了教学直观性，同时节省了课堂时间。更重要的是，课堂中的师生互动培养了学生的动手操作能力，加深了同学们对教学内容的理解，更进一步地提高了教学效率。因此，多媒体技术用于教学是教育信息化的重要标志，在高校教学实践活动中是大势所趋、势在必行的。在具体的课堂教学过程中，教师应该合理利用多媒体技术，充分发挥其在教学中的优势，进一步调动学生们对固体物理学的学习积极性，从而实现理想的教学效果。

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