多媒體技術(shù)與《固體物理學(xué)》教學(xué)的有機(jī)結(jié)合

張子英

（上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院，中國(guó) 上海201620）

固體物理學(xué)[1]是研究固體材料的物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、固體中各種粒子運(yùn)動(dòng)形態(tài)和規(guī)律及它們相互關(guān)系的學(xué)科，是凝聚態(tài)物理、化學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代信息等學(xué)科的理論基礎(chǔ)[2]，其分支已成為獨(dú)立的研究領(lǐng)域，如半導(dǎo)體物理學(xué)、低溫物理學(xué)、表面物理學(xué)、超導(dǎo)體物理學(xué)、磁物理學(xué)、衍射學(xué)等[3]。由于固體物理學(xué)課程內(nèi)容理論性較強(qiáng)，涉及領(lǐng)域廣泛，內(nèi)容龐雜，原理復(fù)雜，概念模型繁瑣，并且各個(gè)知識(shí)之間沒有相聯(lián)系的主線，這樣在限定學(xué)時(shí)內(nèi)，要求任課老師對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的取舍和安排，并且要求其對(duì)教學(xué)方法做出相應(yīng)的改進(jìn)。換言之，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，對(duì)固體物理課程的教學(xué)提出了新的要求，固體物理教學(xué)需要適應(yīng)學(xué)科自身發(fā)展和學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的新要求。在傳統(tǒng)固體物理教學(xué)的過程中，教學(xué)內(nèi)容、策略、方法、步驟及學(xué)生所做的練習(xí)都是由教師決定的，學(xué)生只能被動(dòng)地參與教學(xué)過程，在課堂學(xué)習(xí)中處于被動(dòng)接受的狀態(tài)。由于多媒體技術(shù)在高校教學(xué)中的有效運(yùn)用，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣，自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和模式。然而，如何合理利用多媒體技術(shù)來提高《固體物理學(xué)》的課堂教學(xué)效率，成為新時(shí)代下固體物理學(xué)教師所面臨的全新挑戰(zhàn)。

1 《固體物理學(xué)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

固體物理課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系是以長(zhǎng)程有序的晶體為研究對(duì)象，研究晶體的結(jié)構(gòu)、晶格動(dòng)力學(xué)和能帶理論等為主要內(nèi)容[4]。固體物理內(nèi)容豐富、體系龐大、理論性強(qiáng)且各部分之間既有聯(lián)系又各有特點(diǎn)，是一門思想性很強(qiáng)，內(nèi)容很抽象的課程，學(xué)好這門課程需要很強(qiáng)的空間想象力。傳統(tǒng)固體物理教學(xué)注重基本概念和理論的闡述，教師對(duì)固體物理前沿的新動(dòng)態(tài)、新成果、新概念介紹的不夠，教學(xué)手段、方法單一，難免會(huì)使得學(xué)生感覺空洞乏味，進(jìn)而造成教師難教、學(xué)生畏學(xué)的教學(xué)局面。因此，在固體物理教學(xué)方面，面臨的最大問題就是枯燥理論知識(shí)的課堂不利于學(xué)生的理解和接受，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2 多媒體技術(shù)在固體物理教學(xué)課堂中的優(yōu)勢(shì)

2.1 應(yīng)用多媒體技術(shù)教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)固體物理的興趣

多媒體技術(shù)[5]是指通過計(jì)算機(jī)對(duì)文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、動(dòng)畫、聲音等多種媒體信息進(jìn)行綜合處理和管理，使用戶可以通過多種感官與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交化的技術(shù)，又稱為計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，是一種人機(jī)交互作用的技術(shù)。近幾年，多媒體技術(shù)迅猛發(fā)展，并以極強(qiáng)的滲透力進(jìn)入人類生活的方方面面，如游戲、教育、檔案、圖書、娛樂、藝術(shù)、股票債券、金融交易、建筑設(shè)計(jì)、家庭、通訊等等。多媒體技術(shù)用于教學(xué)有助于教師更形象直觀地講述課程內(nèi)容、學(xué)生更深刻地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。如：在講解六角密堆積與面心立方密排、金剛石的復(fù)式晶格、晶體的宏觀對(duì)稱性以及能帶理論中面心立方與體心立方的第一布里淵區(qū)等內(nèi)容時(shí)，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式都難以講述清楚。在這些問題上，教師費(fèi)盡口舌也無(wú)法使自己感覺教學(xué)滿意，其結(jié)果是：學(xué)生得不到一個(gè)清晰的物理圖象，即感性認(rèn)識(shí)難以形成和得到豐富，學(xué)生也就難以理解教材和掌握知識(shí)，甚至喪失學(xué)習(xí)固體物理學(xué)的興趣。但多媒體教學(xué)可借助于圖片、三維動(dòng)畫演示，把抽象的概念(如晶體結(jié)構(gòu)、對(duì)稱性、布里淵區(qū)、倒格子、晶格振動(dòng)等)直觀、形象、生動(dòng)地展示給學(xué)生，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生的記憶和理解，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

孔老夫子說過：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！眰ゴ蟮目茖W(xué)家愛因斯坦也曾說過：“興趣是最好的老師?！笨v看古今中外，凡是有成就的人物，不論是科學(xué)技術(shù)方面的，或者是文學(xué)藝術(shù)方面的，都跟他們對(duì)所從事的工作具有濃厚的興趣是分不開的。也就是說一個(gè)人一旦對(duì)某事物有了濃厚的興趣，就會(huì)主動(dòng)去求知、去探索、去實(shí)踐，并在求知、探索、實(shí)踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗(yàn)。多媒體技術(shù)教學(xué)采用演示文稿和視頻教學(xué)的方式，替代了原有的板書教學(xué)模式，讓學(xué)生可以更加清晰地了解固體物理的過程。這種趣味性的視覺教學(xué)刺激，可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)固體物理學(xué)習(xí)的濃厚興趣，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.2 多媒體技術(shù)教學(xué)能夠幫助學(xué)生更加有效地獲取固體物理的教學(xué)信息

多媒體技術(shù)在固體物理教學(xué)過程中的應(yīng)用，改變了以往傳統(tǒng)的板書教學(xué)模式，讓枯燥抽象的固體物理學(xué)習(xí)變?yōu)榭陕?、可看、有趣、形象的?dòng)感畫面。將固體物理抽象的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行具象處理，在一定程度上降低了固體物理的教學(xué)難度，從而讓學(xué)生們能夠更好地理解和學(xué)習(xí)。更重要的一點(diǎn)是，多媒體技術(shù)教學(xué)運(yùn)用電腦技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間、空間等條件的限制，讓學(xué)生們更加容易接受固體物理學(xué)，學(xué)習(xí)起來也更加輕松易懂。

2.3 采用多媒體技術(shù)教學(xué)，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的“主體”作用

學(xué)生是課堂教學(xué)的主體。多媒體教學(xué)一改傳統(tǒng)固體物理的教學(xué)模式，不僅僅激發(fā)了同學(xué)們對(duì)固體物理學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，更進(jìn)一步地引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作的能力。學(xué)生們通過課堂上與教師的互動(dòng)，并通過自己的親身試驗(yàn)操作，一步一步地了解本學(xué)科中的原理、過程。從而有利于學(xué)生樹立自信心，并進(jìn)一步提高教學(xué)效果。事實(shí)上，在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的科研能力才是高等教育所追求的目標(biāo)[6]。因此，現(xiàn)階段的固體物理學(xué)教師們肩負(fù)著培養(yǎng)現(xiàn)代化人才的重任，除了把教材中的內(nèi)容上好外，還應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，在原有教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上選擇性地將固體物理學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的最新成果和最新科研進(jìn)展引入課堂之中。教師通過運(yùn)用多媒體技術(shù)，幫助學(xué)生滲透式地了解學(xué)科的研究熱點(diǎn)，為課堂教學(xué)注入新鮮血液，既增添了課堂教學(xué)的活力，又可在課程教學(xué)的過程中拓寬同學(xué)們的視野。

3 多媒體技術(shù)與《固體物理學(xué)》教學(xué)有機(jī)結(jié)合的措施

3.1 提高硬件設(shè)施和教師應(yīng)用水平

教學(xué)是對(duì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、方法以及能力的一個(gè)傳授過程，先進(jìn)的教學(xué)方式能夠保證課程教學(xué)任務(wù)順利而有效地完成[6]。先進(jìn)的多媒體教學(xué)設(shè)備，能夠有效地提高課堂教學(xué)效果，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生們的知識(shí)面，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)固體物理教學(xué)模式的不足。多媒體教學(xué)，是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下教學(xué)方式改革的趨勢(shì)所在，是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。多媒體教學(xué)模式的出現(xiàn)，使原有的課堂結(jié)構(gòu)發(fā)生異化，從以往的師生二元結(jié)構(gòu)，異化為現(xiàn)在的“教師——投影儀——學(xué)生”的三元結(jié)構(gòu)[7]。由于多媒體技術(shù)的不正確使用會(huì)讓原有的課堂教學(xué)策略變成圍著幻燈片轉(zhuǎn)圈的活動(dòng)，同時(shí)，多媒體技術(shù)的使用不當(dāng)會(huì)毀了學(xué)生學(xué)習(xí)固體物理學(xué)的積極性，因此，多媒體教學(xué)對(duì)教師能力方面的要求更加嚴(yán)厲和苛刻。而多媒體技術(shù)的掌握需要專業(yè)的學(xué)習(xí)，許多教學(xué)軟件的功能是日常生活中涉獵不到的，需要授課教師在課堂教學(xué)的初級(jí)階段花費(fèi)一定的時(shí)間和精力去熟悉軟件的操作，并且努力尋找多媒體素材，更快地適應(yīng)教學(xué)課堂的環(huán)境。

3.2 教師在教學(xué)過程中引入學(xué)科前沿知識(shí)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以填鴨式的課堂教學(xué)為主，主要培養(yǎng)應(yīng)試性人才，但隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)人才的需要向動(dòng)手能力強(qiáng)、能理論聯(lián)系實(shí)際的綜合型人才轉(zhuǎn)化[8]。隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，固體物理學(xué)實(shí)驗(yàn)條件也開始日新月異，從而使得固體物理學(xué)科研究過程中新的概念和理論層出不窮。然而傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)模式過于注重書本中內(nèi)容的傳授，缺乏對(duì)其學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)及最新進(jìn)展的介紹，從而脫離了實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，不利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力及創(chuàng)新能力。這就要求教師在固體物理教學(xué)中引入學(xué)科前沿知識(shí)，并且要求教師所使用的課件應(yīng)當(dāng)隨著科技的進(jìn)步和學(xué)生的特性而隨時(shí)變化，根據(jù)社會(huì)的需求隨時(shí)調(diào)整講解的側(cè)重點(diǎn)[9]。3.3 采用“多媒體教學(xué)為輔，學(xué)生為主”的教學(xué)模式

多媒體的本質(zhì)是教學(xué)工具，是我們使用的聲音、圖像、動(dòng)畫的綜合體[7]。學(xué)生才是課堂教學(xué)的主體。多媒體教學(xué)將單調(diào)的文字與聲音、圖片形象地結(jié)合起來，從而觸動(dòng)學(xué)生的視覺感官，讓學(xué)生可以從不同角度去理解和接受教學(xué)信息。另外，這種新穎的教學(xué)方式會(huì)讓學(xué)生們產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心，從而激發(fā)了學(xué)生們學(xué)習(xí)固體物理學(xué)的興趣，并在同學(xué)們親身實(shí)驗(yàn)的操作過程中，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新能力和學(xué)以致用的能力。更重要的是，傳統(tǒng)的二元結(jié)構(gòu)固體物理教學(xué)模式并未過時(shí)，而先進(jìn)的現(xiàn)代化多媒體教學(xué)亦非萬(wàn)能，它們是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的，需要我們巧妙地將兩種方式擬合在一起，從而實(shí)現(xiàn)理想的課堂教學(xué)效果。

3.4 采用多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)手段

多媒體技術(shù)的應(yīng)用給固體物理學(xué)教學(xué)帶來了極大的方便，在教學(xué)過程中，可借助于圖片、三維動(dòng)畫演示，把抽象的概念(如晶體結(jié)構(gòu)、對(duì)稱性、布里淵區(qū)、倒格子、晶格振動(dòng)等)直觀、形象、生動(dòng)地展示給學(xué)生，便于理解。教學(xué)中也存在一些問題，固體物理學(xué)的突出特點(diǎn)是構(gòu)建模型、強(qiáng)調(diào)推理、重視邏輯。由于每一幅圖片可容納的信息有限，在使用中，難免頻繁換頁(yè)，不斷地中斷教學(xué)邏輯思維過程，難以形成完整、正確的概念；應(yīng)用多媒體課件展示推理步驟，由于缺少教師的形體語(yǔ)言和教學(xué)互動(dòng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。因此，應(yīng)合理采用多媒體技術(shù)，使之與傳統(tǒng)教學(xué)手段(板書、互動(dòng)等)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)[11]。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的固體物理教學(xué)模式以教師的講解和板書為主，讓學(xué)生丟失了對(duì)這門學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，并且板書的書寫占用了大量的課堂時(shí)間。然而多媒體教學(xué)主要是播放預(yù)先制作的課件，豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了教學(xué)直觀性，同時(shí)節(jié)省了課堂時(shí)間。更重要的是，課堂中的師生互動(dòng)培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，加深了同學(xué)們對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，更進(jìn)一步地提高了教學(xué)效率。因此，多媒體技術(shù)用于教學(xué)是教育信息化的重要標(biāo)志，在高校教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中是大勢(shì)所趨、勢(shì)在必行的。在具體的課堂教學(xué)過程中，教師應(yīng)該合理利用多媒體技術(shù)，充分發(fā)揮其在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生們對(duì)固體物理學(xué)的學(xué)習(xí)積極性，從而實(shí)現(xiàn)理想的教學(xué)效果。

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