熱力學與統(tǒng)計物理課程教學改革初探

楊偉松 唐華里

摘? ?要：在《熱力學與統(tǒng)計物理》這門課程的教學實踐中，發(fā)現(xiàn)該課程存在教學難度大，學生難以接受等諸多問題。為了改善教學過程中出現(xiàn)的這一系列被動的局面，促進該課程教與學的關系。從教學內容，教學方法，教學方式等方面提出了教學改進方案，以促進教學質量的全面提高。除此以外，這門課程有部分內容與之前學的《熱學》的一小部分內容，存在一些重復的情況，這樣，教師講課的過程中，不僅浪費了很多的時間，而且學生也會覺得很厭煩，甚至就干脆不聽。

關鍵詞：熱力學統(tǒng)計物理? 教學方法? 教學改革

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0236-02

1? 教學內容的改革

1.1 教學內容的整合

在《熱力學與統(tǒng)計物理學》課程的實際教學過程中，我發(fā)現(xiàn)由于一學期安排的課時有限，課程知識容量又比較大，課程知識點跟前期開設的課程重復的地方又比較多，有必要對教學內容進行更加科學的調整和安排，對教學內容進行適當?shù)恼吓c優(yōu)化。對與《熱學》、《量子力學》、《固體物理》等重復的部分知識應適當刪減。

1.2 講清物理概念

當今教學中，我們對中學生的培養(yǎng)進行改革的過程中，從強調教學的三維目標，到強調核心素養(yǎng)，都十分重視人才的培養(yǎng)，能力的培養(yǎng)。但是，我們物理學本科專業(yè)，使用的《熱力學與統(tǒng)計物理學》教材中的內容，卻滿滿的都是理論，還有很多公式的繁雜推導過程。平時在教學過程中，教師要在課堂上花大部分的時間來推導這些繁雜的理論以及公式的得出過程。這樣，我們不得不犧牲針對課程當中蘊含的核心素養(yǎng)、思維訓練和科學思想、科學方法，對學生進行教育。也就是說，在傳統(tǒng)的教學中，大部分時間都是花在推出公式的過程上，忽視了對那些應用人才的培養(yǎng)。

1.3 引進前沿知識

在介紹課程的內容的同時，可以適當引進一些比較前沿的內容。例如講解獲得低溫的方法時，我們可以向學生介紹現(xiàn)代的激光制冷技術，吸引學生的注意力;講解熱力學的溫標的時候，我們可以向學生介紹紅外線體溫計，紅外線測速儀、紅外線測距儀、紅外線測厚儀;講解金屬內自由電子時，我們可以向學生介紹材料物理學方面的一些研究現(xiàn)狀;通過這樣，加入這些前沿知識的介紹，吸引學生注意力，讓學生感受到所學習的內容在實際生活中是能得到很大應用的。從而對教學內容得到更深刻的理解，拓寬學生的知識面，還可以培養(yǎng)學生的想象力和科學思維。

1.4 加強實踐探索

在課程內容設置中，我們在注重理論知識的同時，還要加強實踐探索教學環(huán)節(jié)和課程設計環(huán)節(jié)。由于《熱力學與統(tǒng)計物理》是一門理論性非常強的課，在上課過程中我們不僅要重視理論，同時還要重視加強實踐探索教學的環(huán)節(jié)。否則，我們將很難培養(yǎng)出應用型的人才。出于這個原因，我們在設計課程的時候，可以適當?shù)姆湃胍恍嵺`性教學環(huán)節(jié)。比如平衡態(tài)的確定、粒子輸運問題、熵變的計算、鐵磁—順磁相變、半透薄等知識和問題，進行適當?shù)恼n程設計。通過實踐式教學，不但能加強學生對物理概念、過程的理解，還能培養(yǎng)學生的動手探究的能力。

2? 教學方法的變革

2.1 采用討論式的教學方法

為了改善教學過程中出現(xiàn)的被動學習的狀態(tài)，我們在講課過程中注意把重難點突出的同時，還可以引導學生開展相應內容的討論課。我見過有的老師在上課的時候，上完了第一部分熱學的基本規(guī)律之后，做了一次這一部分內容的討論課。在討論課的課堂上，很多學生的積極性都很高，紛紛掏出手機在上網(wǎng)查詢相關的資料，學生之間，還在激烈的探討，辯論，每個人都各抒己見。

2.2 教學中注重多提問，引導學生思考

在上課過程中，教師可以在明確教學重難點的前提下，把教學重難點巧妙地設置成相關合乎情境的疑問。我們可以把一堂課從時間上分成多個時間段，在每個時間段開始時，向學生提出疑問，在相應的時間段內，引導學生思考問題，回答問題。讓學生主動去思考，主動參與到課堂中去，發(fā)揮學生學習的主體作用。比如在基本熱力學函數(shù)和特征函數(shù)的學習時，我們可以向學生提問，讓其列舉前面學習過的熱力學量有哪些。這樣可以引導學生主動對前面過程中引入的眾多熱力學量，如溫度、體積、壓強、熵、焓、自由能、吉布斯自由能和內能，進行回顧，并做系統(tǒng)的分析和總結，

2.3 應用類比法，培養(yǎng)學生知識遷移能力

根據(jù)有意義學習理論，新知識的習得，是新知識與認知結構中原有有關觀念相互作用的結果。在教學的過程中，我們可將學生新知識與學生學過的類似概念，相似的知識點，進行類比。根據(jù)遷移理論，已經(jīng)獲得的知識、技能會對學習新知識新技能產(chǎn)生促進作用。這樣會更容易讓學生接受。如在講授熱力學基本定律熱平衡定律時，可引導學生回顧熱力學第一定律，熱力學第二定律相關內容，這樣，學生自然而然會把將要學的熱力學第零定律聯(lián)系起來，并對熱力學第零定律產(chǎn)生好奇和興趣。以促進教學的順利開展，以及學生學習效率的提高。

2.4 采用互動式的教學方法，活躍課堂氣氛

在平常的課堂教學過程中，教師很多時候都是在講臺上唱獨角戲，參與到課堂中的學生很少。如果能在教學中，跟學生能采用互動式的教學方法，讓同學們積極的參與到課堂當中，就能夠營造有效課堂，激發(fā)同學們對學習的欲望，讓同學們會自己自覺主動的學習。我們可以在講課過程中，加上一些基本概念、規(guī)律和方法的討論。比如：討論分析熱力學基本微分關系和熱力學第二定律的微分表達式的不同之處;探討不可逆過程中熵變的相關計算還有熵的概念間的對比;探討理想氣體溫標、熱力學溫標的不同的地方和相同的地方;探討焦耳定律，還有理想氣體的狀態(tài)方程的獨立性。還可以討論一些類似科幻的東西，比如宇宙的起源、形成、未來等。通過這樣互動式的教學，讓學生加深了對概念、規(guī)律的認識等，提高學生的積極性和主動性。

3? 教學方式的多樣化

3.1 將信息技術與課程教學相融合

在當今科技水平的進步，信息技術滲入到我們生活領域越來越廣泛，生生中的方方面面，都有信息技術的身影。信息技術在教學上，又能為我們的教學提供一種全新的教學方式。我們在教學過程中，又可以借助網(wǎng)絡，多媒體平臺，創(chuàng)建可供現(xiàn)代化教學的渠道，通過這些渠道，來實現(xiàn)教學資源的共享。如今，網(wǎng)絡技術發(fā)展十分迅猛，網(wǎng)絡能為人提供的服務也是越來越多，人們通過上網(wǎng)，可以獲取的信息量知識量都很大。而現(xiàn)在的大學生，平均每天上網(wǎng)的時間都比較長，如果能利用大學生的這個生活習慣，創(chuàng)建基于網(wǎng)絡的電子教學平臺，通過這樣的教學方式，不僅貼切學生的生活習慣，還能讓學生因為互聯(lián)網(wǎng)愛上學習。因此為學生創(chuàng)建網(wǎng)絡學習環(huán)境，能有效的改進傳統(tǒng)的課堂中的不足，也是課程教學方式改革的重要內容之一。

3.2 以課堂教學為主網(wǎng)絡教學為輔

研究發(fā)現(xiàn)，當前的許多大學生，大部分課余的時間，都沒有運用到學習上，而是沉迷于玩手機，或者在宿舍里使用電腦打游戲。致使每天學習的文化知識不能很好的去復習回顧做相應針對性訓練。隨著時間的推移，各門專業(yè)課的學習不斷深入，各次課程都沒花時間去整理，進行吸收和消化，導致學生沒有基礎的積累，學生對知識的獲取能力也就會越來越差，甚至出現(xiàn)聽不懂學不會的情況?！稛崃W與統(tǒng)計物理》這門課，里面有很多的公式推導，理論推導，以及大量的微積分等計算過程，更顯乏味。教學過程中這些被動的局面更加的凸顯。針對于當前相當一部分大學生的實際狀態(tài)而言，教師要想讓其學好這樣的課程，顯然是力不從心的。根據(jù)《熱力學與統(tǒng)計物理》課程的特點結合現(xiàn)在的學生的實際情況，我認為，如何引導學生主動地運用課余時間來學習，如何讓課堂成為有效課堂，是我們值得思考研究的問題。

4? 結語

熱力學與統(tǒng)計物理的研究越來越廣泛，該門課程中的不足以及教學中遇到的問題，逐漸被人們所認識，因此，對熱力學與統(tǒng)計物理學的教學提出的改革建議也越來越多。但是，如何才能讓學生更好的掌握熱力學與統(tǒng)計物理學課程的相關內容，是我們共同研究的方向和要解決的最根本問題。對于上面提到的改革思路，結合我在該門課教學研究與實踐過程中遇到的問題，經(jīng)過我不懈努力，刻苦研究，不斷探索。我從教學內容上進行的一系列整改方案，從教法上進行的一系列變革措施，教學方式上進行的多樣化轉變，并收到了良好的成效。真切的感受到，學生在課堂中的參與度提高了，學生對該門課程的興趣增加了不少，不少學生會在上課之前主動去進行預習了，課堂氣氛變活躍了。由此可見，對這門課程的改革是非常有必要的，我提出的一系列改革方案也是卓有成效的。

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