专题化团队式教学模式在《热力学与统计物理》课程中的应用
2014-02-22姜舟婷徐鹏于明州
姜舟婷 徐鹏 于明州
[摘要]本文针对《热力学与统计物理》课程特点,通过实施专题化团队式教学模式的改革,拓展课堂教学,培养学生自我学习能力,让学生通过不同专题的学习掌握相关的教学知识,从而增强教学效果。
[关键词]专题化;团队式;热力学与统计物理
[中图分类号]O414.4
专题化团队式教学思想源于团队合作理论,管理学者Tompkins认为:未来最成功的组织是团队组织[1];彼得圣吉也指出:未来真正出色的企业将是能够设法使各阶层人员全新投入并有能力不断学习的组织——学习型组织[2]。专题化团队式教学模式就是指由专业教师组成的课程团队,根据教学大纲要求,将课程内容分解成多个专题,以专题取代章节,同时,学生组成团队式学习,通过教师讲解和团队讨论相结合的方式,使学生掌握专题内容,从而完成教学任务[3]。
一、教学过程中的几个问题
《热力学与统计物理》是经典理论物理部分的主要课程之一,具有完备的理论体系。本课程主要是让学生在完成普通物理学、热学、原子物理学学习的基础上,运用高等数学对物质热运动规律有较系统和深入的认识。通过对本课程的学习,牢固掌握热力学与统计物理学的基本原理、基本理论框架和知识要点,以及运用热力学和统计物理的基本思想和知识解决实际问题的技能和方法。
然而,在该课程的教学中大多数教师普遍感到难教,主要存在的问题有以下几个方面:
1.教学方法单一。由于热力学统计物理课程中物理规律和结论都隐藏在复杂的数学推导中,所以传统的教学,课堂的绝大部分时间花在公式推导上,比如通过统计理论给出理想气体的物态方程时,结论很简单,但是推导过程却比较复杂,学生上课很容易走神。
2.考核形式单一。传统的考核方式是一张试卷定成绩,这种考试方式存在一定的弊端,容易让学生养成突击的学习习惯,更不会去主动了解国内外与热力学和统计物理有关的科技发展动态。
3.学生学习相对被动。《热力学与统计物理学》课程的基本内容包括大量的公式及公式间的推导,传统的教学普遍为注入式教学,教师讲学生听,缺少师生间的互动。这样让学生觉得这门课程热力学部分只是大堆的偏导数,统计物理部分就是各种分布,要理解透彻很难。
针对以上教学过程中出现的问题,结合该课程的特点,我们积极探索新的教学模式,引导学生开展专题化团队式实践性学习。另外,采用专题化团队式教学模式,还基于以下几个方面:(1)随着高校招生规模大幅增加,生源质量有所下滑,入校学生学习能力参差不齐,很多学生在中学阶段对物理就缺乏兴趣且基础薄弱,长此以往导致厌学,甚至恐惧。(2)在通常的课堂教学过程中,常常偏重学生知识技能的传授,忽视了大学生适应社会发展能力的培养。尽管理工科专业学生动手操作能力强,逻辑思维、抽象思维严谨,善于分析问题,而他们在自我表达、与人合作等方面却普遍存在不足,这样的学生显然不能适应市场需求。(3)目前众多院校在大力开展专业课程建设的同时,大幅缩减专业基础课的课时,《热力学与统计物理学》课程也不例外,从最初的68个课时减少到目前48个课时,若仍遵循原有的教学模式,把大量的教学内容讲透是很难达到的。因此,引导学生开展专题化团队式实践性学习是非常必要的,它一方面能帮助学生加深专业知识的理解;另一方面对培养学生团队协作精神、有效沟通能力等方面也起到积极的作用。
二、课程教学中专题化团队式教学模式的实施
专题化团队式教学是一种目的性强、定位集中的教学体现形式,也是一种重要的教学手段。一般以针对某一特定教学内容进行授课,通过学生分组讨论的形式,使学生掌握特定的知识和技能或了解国内外相关技术的进展。在《热力学与统计物理》课程中实施专题化团队式的教育模式,使学生既可以抓住教学重点又可以由点到线甚至到面地使知识更系统化,提高教学质量。具体实施过程包括:
1.《热力学与统计物理》课程教学团队建设
成立《热力学与统计物理》课程教学团队,根据教师的特长、专业背景和研究领域的不同,分解各自的教学任务。由课程教学团队负责人统筹和协调团队教学的各项事务。团队教学能促进教师之间的交流,不同老师在课程知识点的不同优势,博采众长,以提高教学的深度和广度。另外,教师之间的团队合作示范,有利于学生团队合作意识的培养。课后,教学团队可以针对学生学习能力、教学教材选择、教学器材或媒介的使用,PPT课件的制作等环节进行各种交流。讨论、协调和交流的结果必为调整教学大纲、教学难度,活跃课堂教学气氛,做出有益的贡献。
2.以专题的方式整合教学内容
《热力学与统计物理》课程由《热力学》和《统计物理学》两部分组成,前者是研究热现象和物质性质的宏观唯象理论,后者是热现象的微观本质理论,两者研究手段不同,但又是相互联系的统一的理论体系。在专题化教学实践过程中,我们可以把《热力学》与普通物理课程《力学与热学》中的热学部分进行整合[4],比如温度、热平衡、功、内能、热量、热力学第一定律和第二定律在两门课程中都出现,就无需重复讲解,杜绝繁冗,充实内容,提高教学效率。本门课教学内容决定它不可能向普通物理课那样生动直观,大量抽象的理论容易使人感到枯燥无味,因此不能使用传统的“一讲到底”的教学方法,这容易使学生疲劳。这门课程就其本身而言,具有较强的专题性,例如熵、激光致冷、玻色—爱因斯坦凝聚、固体的热容量、原子激光等都可以作为专题进行教学实践。我们把这些问题作为专题的核心内容,并辅以其他与专题相关的研究性资料,使专题教学内容重点突出,增大信息量。譬如,选择相平衡理论作为专题教学时,可将液滴的形成过程作为研究性材料,让学生通过对复相平衡理论在液滴形成过程中的应用,对相平衡的概念有更全面、深入地认识,培养学生对知识的综合应用能力。
3.《热力学与统计物理》课程的学生团队组建和学习方式改革
在学期初的时候,将学生分解成若干个团队,每个团队5—6名学生,并通过民主自愿的原则推选一名队长。根据教学内容划分为几个教学模块(均匀物质的热力学性质、相平衡、近独立粒子统计分布、量子统计方法等),每个模块设立2-3个专题。在专题化教学内容的设置上,每个专题涵盖的信息量都很丰富,但在理论教学中仍然要做到突出重点,贯彻“少而精”的原则,即对每个专题的基本概念、基本理论要重点讲述,对重要的公式进行必要的推导,使学生掌握基本理论的精髓。对于专题扩展部分的知识,则要力求做到内容新颖、信息量大,并通过多媒体课件对新的研究成果进行展示,并要求学生以团队讨论的形式深化理解,在规定的时间内以合作研究的方式,给出总结报告或者实例演示,从而拓展学生专业知识视野,激发学习热情。
三、取得的成效和继续改革的方向
专题化团队式教学在实践过程中,教师和教师之间,教师与学生之间,学生与学生之间的相互影响对教学起到促进作用。首先,团队教师之间通过集体备课、集中听评课、团队讨论等形式共同探讨课程教学内容、教学方法和教学实施中的各种问题,通过教师之间的互相影响有利于团队教师教学水平的提高;其次,团队中每一个教师集中精力负责几个课程专题的教学,有利于教师对专题教学内容、教学重点和难点的把握,也有利于教师对该专题教学内容的拓展和延伸,对于学生更好的理解和掌握专题教学内容,有效利用课堂教学时间,提高课堂教学质量很有帮助;同时,这样的教学形式有利于学生之间,学生和教师之间以及教师之间双向沟通,相互学习,相互影响,促进教学相长。通过以上3个方面的教学实践活动,改进教学方法和手段,对学生形成多样化的考评体系,摸索一套行之有效的专题化团队式教学策略,切实提高了教学效果。
今后,本课程拟在以下几个方面进一步加强实践和探索。一是进一步凝练专题的内容,选择教师水平和学生实际相适应的专题;二是进一步规范和完善实践教学,加强对实践教学的指导;三是进一步完善考核体系,使其能更加真实、全面地反映学生的知识和能力;四是进一步完善教学组织和管理,为专题化教学改革创造更好的条件。
[参考文献]
[1]Tompkins J, The genesis enterprise: creating peak to peak performance[M], McGraw-Hill Inc, 1995
[2]圣吉,第五项修炼:学习型组织的艺术与实务[M],郭进隆 译,上海:上海三联书店,1998
[3]张书真,宋海龙,专题化教学模式在数字图像处理课程中的实践[J],教学园地,2011(01) ,54
[4]谢国秋,刘仁臣,程和平,热学和热力学与统计物理课程整合探索与实践[J],高等理科教育,2010(3),29
(作者单位:中国计量学院理学院物理系 浙江杭州)