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交互式讨论教学法在“硬核”课程教学中的探索与应用——以《电子材料理论物理II》课程为例

发布日期：2025-07-22 访问量：

在高等教育改革持续推进的背景下，讨论式教学法凭借以讨论为载体，激活学生自主学习内驱力和创造力的独特优势，备受关注。在电子材料相关“硬核”课程教学里，《电子材料理论物理II》作为支撑学科发展的关键课程，其核心内容深度涵盖量子力学，不仅概念抽象、逻辑严密，且涉及微观粒子行为规律、量子态描述等复杂理论体系，传统教学中极易陷入“教师单向灌输、学生被动接收”的困局，难以让学生真正理解量子力学框架下电子材料的物理本质与特性规律。2025 年春季学期，新葡京官网-新葡京网址以《电子材料理论物理II》课程为实践载体，引入交互式讨论教学法开展教学改革探索。该课程创新性采用 “师-生-研”三元交互式教学法，围绕量子力学核心知识点组织启发式讨论与深度研讨。通过教师、学生和研学学长三元之间的思维碰撞，不仅帮助学生深化对抽象原理的理解，更助力其构建跨知识点的认知框架。这种教学模式对提升知识掌握深度、强化理论应用能力、培育创新思维具有重要推动作用，也为“硬核”课程突破教学瓶颈提供了切实可行的实践路径。

一、智能时代下电子材料 “硬核” 课程的教学困局

在人工智能、6G通信等前沿技术加速迭代的今天，电子材料作为底层核心载体，其性能突破直接决定国家科技竞争力。从支撑芯片算力的第三代半导体，到推动新能源革命的光伏材料，电子材料创新水平是衡量国家科技实力的核心指标，更是我国突破“卡脖子”技术的关键。

新葡京网址依托“电子信息特色鲜明、国防军工背景深厚”的优势，结合时代需求发展电子材料学科——既开展基础研究，又推进技术转化，而这一切的重要支撑点，在于量子力学、统计物理等“硬核”课程构成的理论体系，它们是理解电子材料特性、驱动创新的“底层逻辑”。为进一步强化课程体系与学科发展的深度适配，新葡京官网依托学校电子信息平台优势和学校发展需求，在2023级学生培养中正式启用新一轮培养方案，对电子材料领域的核心课程进行系统性优化升级：将原《电动力学》和《统计物理》整合为《电子材料理论物理I》，原《量子力学》调整为《电子材料理论物理II》，原《固体物理》与《半导体物理》整合为《固体物理与半导体物理》。这些课程的核心价值显著，既是揭示材料宏观特性微观本质的认知根基，也是培养科学思维的方法工具，更是连接基础研究与产业应用的转化桥梁，助力材料研发从“经验试错”迈向“精准设计”。

然而，传统“灌输式”教学存在明显局限，教师单向输出公式与定理，学生被动接收，缺乏对概念本质的深度探究和独立思考空间。这直接抑制批判性思维与创新意识——学生习惯接受标准答案，面对电子材料研发中“无唯一解”的复杂问题时，既不敢质疑，也不会多角度拆解。

因此，在西电建设世界一流学科的背景下，需以教学模式革新破局。交互式讨论教学法通过“师-生-研”三元联动，或许能针对性解决问题，以问题为切入点，让抽象概念成为“可讨论、可拆解”的载体，教师引导基础知识逻辑，研学学长组织核心问题探讨，让学生在互动中构建跨知识点框架。这种模式或能深化理论理解，让批判性思维与创新意识自然生长，推动学生从“被动接收”转向“主动求索”，为培养高端电子材料人才、提升“硬核”课程教学质量提供可能路径。

二、面向“硬核”课程交互式讨论教学法的模式探索

交互式教学（Interactive Teaching）是一种以学生为中心、强调师生及生生间动态互动的教学模式，其核心目标是通过对话交流、合作探究与实时反馈，推动学生实现深度学习并培养批判性思维。该模式的关键在于打破传统 “教师单向讲授” 的固有框架，让学生在主动参与中完成知识的自主构建。2025 年春季学期，新葡京官网在原有“师-生”交互式讨论教学法的实践基础上，创新性地引入 “研学学长”作为教学讨论中的第三元角色，并将这一创新模式首次在量子力学这门“硬核”课程中展开探索。通过着重发挥研学学长在教学衔接、个性化辅导与互动引导等方面的作用，为交互式讨论式教学法注入了新的活力。

1.教学方式——“师-生-研”三元交互式教学法启发讨论

原有“师-生”交互式讨论模式中，类似助教的角色常被忽视，职能多局限于收改作业、签到登记及简单答疑等基础事务，未深入核心讨论环节。对此，学院重点强化研学学长在 “硬核”课程中的作用：一是筛选对应课程成绩优异的高年级学生担任研学学长，他们刚完成课程学习，对重难点、认知误区及学习规律的理解更贴近当前学生视角，且与低年级学生年龄相近、沟通顺畅，能精准捕捉学习困惑；二是创新提出在常规课程外，由授课老师全程把关讨论选题，让高年级研学学长独立开展相关课程讨论课。这种安排源于高年级可结合自身学习经历，用学生易接受的方式解读难点，同时弱化层级感，让学生更敢表达观点，使讨论更具针对性与活跃度。通过上述举措，学院成功构建起 “师-生-研”三元讨论式教学模式。该模式以构建“师-生-研”三元之间的深度交互讨论为核心思想，通过明确教师、学生、研学学长三方在教学过程中的角色定位与协作机制，打造多层次、闭环式的讨论体系，其具体开展形式主要分为三个环节：

首先，在常规课程中，“师-生”交互构成知识传递的基础层。教师依据课程大纲和学生认知水平，围绕书本核心知识点设计讨论框架，通过层层设问引导学生聚焦基础概念辨析、理论逻辑梳理及公式推导拆解等关键内容；学生则基于课前预习主动参与讨论，提出疑问并分享理解视角，教师通过实时反馈与深度点拨，帮助学生在思辨中夯实基础，将静态知识点转化为可迁移的思维方法。

其次，教师与研学学长的课前协同构成讨论课质量的保障层。为充分发挥常规课程外讨论课的补充作用，教师与研学学长需提前开展深度沟通与构思。教师结合常规课程中学生的共性问题与知识薄弱点，明确讨论课的核心目标与重点方向；学长则基于自身学习经验，从学生视角提出讨论主题的具体呈现形式、案例选择及互动设计建议，双方共同敲定讨论课方案，确保讨论内容既贴合教学需求，又能激发学生参与兴趣。

最后，研学学长与学生在讨论课中的互动构成知识深化的拓展层。研学学长按照提前构思的方案组织讨论课，讨论课每两周定期开展，内容与课程进度同步推进。课前，研学学长广泛收集同学们在 “硬核” 课程学习中的疑难困惑，将其精心改编成不同类型的题目；课上，同学们通过抽签领取题目——基础题型由单人独立攻克，复杂难题采用 2-3 人协作模式。在 30 分钟的思考时间里，为提升活跃度，课堂不设过多限制，允许自由讨论、随意走动或随时与研学学长探讨问题，不拘一格的形式可以为讨论营造轻松活跃的氛围。待思考环节结束，每一位讲题同学需到讲台上讲题，先剖析题目内涵，再逐步阐释解题思路与答案；讲解完毕后，研学学长进行细致补充并针对表现精准点评，明确亮点与可改进之处。这种以平等姿态开展的互动，一方面通过针对性提问、小组研讨等形式帮助学生巩固常规课程核心知识点，解决遗留理解困惑；另一方面，研学学长凭借符合学生认知规律的引导与建议，将相关领域入门研究方法融入学习，引入学科前沿案例与科研场景，引导学生将书本知识与科研实践建立关联。通过研学学长的反思整理与建议，学生在讨论中不断诞生有价值的观点，在持续修正中实现自我提升，既巩固了知识基础，又拓展了学术视野，助力知识应用与科研思维能力的培养。

2.两大“法宝”——科学思维模式与情感赋能

随着讨论课的陆续开展，学院深入探究并提炼出这种 “师-生-研” 三元创新型讨论模式的两大“法宝”。

第一个法宝是科学思维模式的贯穿应用。无论是常规课程还是讨论课，教学过程均以科学思维模式引领学生探索量子力学的奥秘，这一模式主要围绕四个关键维度展开。其一为科学规律的总结，从经典物理实验现象与量子世界观测结果的对比入手，引导学生归纳波粒二象性、不确定性原理等核心规律的本质特征，通过梳理现象间的内在联系，帮助学生建立对量子规律的系统性认知。其二是数学语言的表达，针对薛定谔方程、波函数等抽象概念，着重演示如何将物理规律转化为矩阵力学、波动方程等数学形式，通过推导过程解析量子态描述、概率诠释等核心思想的数学表达逻辑，让深奥的量子规律变得可量化、可推演。其三是科学规律的验证，结合斯特恩-盖拉赫实验、电子双缝干涉等经典案例，详细阐释理论预测与实验结果的对应关系，引导学生理解科学假说需经实验验证的严谨性，培养“理论推演——实验验证”的闭环思维。其四是发现新的科学问题，结合前沿研究动态，提出 “如何利用量子相位描述铁电相变问题”“在开发系统中，基于厄米量子力学的理论将失效，该如何引入非厄米修正完善理论模型” 等开放性问题，激发学生的探究欲望。这种引导式讨论授课模式，不仅让学生在常规课堂中深度参与知识构建，更为讨论课中同学们独立开展讨论提供了重要的方法论借鉴与科学思维指引。

第二个法宝是情感赋能的积极作用。在科学思维教学过程中，教师、学生和研学学长之间的情感互动是维系教学活力的关键。教师以饱满的热情投入教学，通过生动的语言和贴近生活的案例激发学生的兴趣，同时敏锐捕捉学生的反馈，对正确思路及时肯定以增强其自信心，对于思路偏差则耐心引导避免产生畏难情绪；同时，教师会及时给予研学学长正面反馈，既肯定研学学长在讨论课指导中的热情态度与有效方法等闪光点，也针对性指出需改进之处，助力提升研学学长引导能力。研学学长在小组讨论中营造轻松活跃的氛围，遇到学生思路卡顿时，先认可其思考价值，再提供具体建议。这种“课堂激情引导+讨论温情护航”的情感模式，既在学生表现良好时强化信心，又在存在不足时鼓励引导，让学生在思维实践中持续感受关注与尊重，始终以自信饱满的情绪投入学习与讨论，更在对老师和研学学长的认可中加深对科学思维学习的主动性，为思维能力的深度培养筑牢积极的情感基础。

三、交互式讨论教学法在《电子材料理论物理II》课程中的实际成效

2025 年春季学期，新葡京官网针对《电子材料理论物理 II》课程长期存在的教学瓶颈——学生课堂参与度低、到课率不佳、期末成绩普遍偏低且提升乏力等问题，首次将 “师-生-研” 三元交互式教学法引入课堂教学。值得注意的是，2025 年的《电子材料理论物理 II》一共包含 15 章内容（见附件 2），所学内容之广之深，前所未有，而 2022 年 - 2024 年，《量子力学》课程一共仅包含六章内容（见附件3），学习比较浅，内容和深度均不达《电子材料理论物理II》的一半。在课程内容大幅拓展与深化的背景下，为切实提升教学效果，这学期的讨论课采用总年级分三个班组织的形式，每班规模约30人。在此模式下，每个班独立组织了7次讨论课，三个班累计组织次数达 21 次。从时长来看，单个班级的 7 次讨论课累计时长约 20 个小时，三个班的累计总时长则达到了约 60 个小时。这种精细化、小班化的讨论课安排，有效打破了这门“硬核”课程的教学困境，并取得了令人瞩目的成效。

1、考试成绩的量化提升

整体成绩跃升：

在 2025 年春季学期末的《电子材料理论物理II》课程考核中，采用交互式讨论教学法的 90 位学生取得了均分 77.1 分的成绩。经统计分析，这一成绩相较于 2022 至 2024 届三年间该课程的平均成绩（约 65分），实现了 12 分左右的显著提升，提升幅度达 19 %，如此大幅度的跨越直观且有力地印证了交互式讨论教学法在优化学习成果方面的实质性作用。这 12 分的差距并非偶然的数值波动，而是教学模式革新带来的系统性提升：从考核题型的得分分布来看，以往学生普遍失分严重的综合应用题（如定态跃迁理论方面的计算、实验现象理论分析等）得分率提升最为明显，从往届平均 35% 提高至 58%，充分反映出该教学法对学生知识掌握深度、逻辑推理能力及知识应用能力的切实强化。这一成绩提升打破了长期以来《量子力学》课程因理论抽象性强、数学工具要求高、物理思想深邃等特点导致的学生成绩普遍偏低且提升乏力的困境。

不同班级的共性与差异：

参与课程的两个专业班级均呈现成绩提升，但材料科学与工程专业（平均分78分）略高于纳米材料与技术专业（平均分72分）。分析发现，前者在讨论课中主动发言次数更多（人均3.2次/课 vs 2.1次/课），且小组协作中对前沿问题（如量子相位应用）的探讨更深入，说明参与度与讨论深度对成绩提升有直接影响。

2.适配学生群体特征

教学实践显示，该方法尤其适配两类学生：一是基础中等及以上且具备自主思考能力者，能快速响应讨论中的逻辑推导，通过互动补充知识盲区，成绩提升幅度达40%；二是性格主动、乐于表达者，在讨论中常扮演“带动者”角色，推动小组拆解复杂问题，自身高分段比例（80分以上）达35%。

3、学生平时表现的积极转变

课堂参与度显著提升：

学生笔记中“疑难标注”“思路备注”的比例从20%增至65%，课后作业独立完成率从60%提升至85%，说明学习从“被动接收”转向“主动梳理逻辑”。

提问频次与质量升级：

课堂提问次数较往届（传统教学）增加2.5倍，且提问类型从“公式记忆类”（如“波函数归一化条件是什么”）转向“逻辑质疑类”，课后在线答疑平台提问量减少20%，显示课堂讨论已解决多数即时性问题。

宿舍学习氛围联动改善：

通过走访发现，学生在宿舍自发讨论量子力学问题的频次从平均每周0.5次增至2.8次，部分小组形成“课后复盘”习惯，将课堂讨论未厘清的问题延伸至课外，形成“课堂-宿舍”联动学习链。

“以前面对波函数、量子态叠加这些概念，只能死记硬背课本表述，理解错了也没人纠正。”一位学生分享道，“现在通过课堂讨论，和老师、同学碰撞思路，比如分析电子双缝干涉实验时，波粒二象性的概念一下子就清晰了。”交互式讨论环节不仅让抽象的量子力学知识有了“可讨论、可拆解”的载体，更培养了学生主动探究的习惯，讨论前主动预习梳理问题、讨论中积极表达观点、讨论后总结反思成为学习的常态，学习状态从 “被动接收” 转变为 “主动求索”。更重要的是，讨论中对复杂问题的多角度剖析，还锻炼了逻辑推理和批判性思维能力，不少同学表示：“现在面对量子力学的难题，会下意识地像讨论时那样拆解问题、寻找理论依据，这种思维方式让解题思路更清晰了。” 这些反馈充分说明，交互式讨论教学法不仅提升了成绩，更从根本上改善了学生的学习体验和能力素养。

研学学长廖丽观察到，学生从等待答案转为主动拆解问题，基础薄弱和内向的学生在“分组搭配”（1名主动学生+1名基础薄弱学生）和研学学长针对性引导下，其考核成绩和课堂参与度也逐步提高；周益春教授则认为，该模式让学生从知识的接收者变成建构者，课堂中“反驳式提问”的出现，标志着学生已具备独立思考能力，且核心难点章节的得分提升，印证了讨论对“抽象概念具象化”的作用。

实施过程中，团队也曾面临初期参与度不均、讨论深度不足等问题。通过提前发布讨论提纲、按“基础+性格”分组、设计“基础问题-延伸问题-前沿问题”的问题链等措施，课堂参与率从55%提升至85%，综合应用题得分率进一步提高27%。

参与听课的同行教师评价道，该教学法有效打破了“教师讲得累、学生听得懵”的困境，通过三方互动让学生成为知识建构主体，为其他硬核课程教学改革提供了宝贵借鉴。

四、教学总结和展望

针对电子材料相关“硬核”课程教学中普遍存在的“灌输式”模式局限，以《电子材料理论物理II》课程为试点探索应用的交互式讨论教学法已取得显著成效。基于这一扎实的实践基础，学院计划将该交互式讨论教学模式向其他“硬核”课程拓展，涵盖《电子材料理论物理I》和《固体物理和半导体物理》等课程。而要实现这一拓展，首要任务是深入提炼模式本质并进行优化升级——实践的意义不仅在于验证观点与方法的有效性，更在于在深度把握其核心逻辑后，通过系统性优化让模式适配更多课程场景。

具体而言，交互式讨论教学法的核心本质可概括为：通过教师、学生、研学学长三者的协同联动，以具体问题为切入点，依托讨论环节攻克知识难点，最终达成启发学生深度思考的目标。这一本质特征既是前期《电子材料理论物理II》课程实践成功的关键，也是其向其他课程拓展的核心遵循。

为保障这一教学模式在不同课程中有效落地，需从三方面推进实施：一是强化师资培训与研学学长队伍建设，夯实教学支撑力量；二是聚焦学生主体需求，及时捕捉学习痛点并以此为导向设计讨论内容；三是深耕课程特色，针对各课程的核心知识点与教学难点，构建适配的讨论主题与问题链。其中，激发学生的学习兴趣和参与度是关键环节：通过研学学长记录每次讨论中的优质思路，课后总结梳理并转化为拓展习题或课堂案例，既能提升学习效果，又能让学生直观感受到思考的价值。

交互式讨论教学法的探索已迈出关键一步。未来，学院将持续打磨这一模式，让知识传递更具深度与活力，最终收获更加丰硕的育人成果。

首届采用交互式讨论式教学法的《电子材料理论物理II》课程团队由周益春教授、李培咸教授、张东岩副教授、王浩林讲师组成，此次课程由周益春教授全程负责开展。

附件1：2025 年春季学期《电子材料理论物理II》讨论课各周次的参与老师安排