热力学与统计物理课程教学改革初探

杨伟松 唐华里

摘   要：在《热力学与统计物理》这门课程的教学实践中，发现该课程存在教学难度大，学生难以接受等诸多问题。为了改善教学过程中出现的这一系列被动的局面，促进该课程教与学的关系。从教学内容，教学方法，教学方式等方面提出了教学改进方案，以促进教学质量的全面提高。除此以外，这门课程有部分内容与之前学的《热学》的一小部分内容，存在一些重复的情况，这样，教师讲课的过程中，不仅浪费了很多的时间，而且学生也会觉得很厌烦，甚至就干脆不听。

关键词：热力学统计物理  教学方法  教学改革

中图分类号：G64                                    文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0236-02

1  教学内容的改革

1.1 教学内容的整合

在《热力学与统计物理学》课程的实际教学过程中，我发现由于一学期安排的课时有限，课程知识容量又比较大，课程知识点跟前期开设的课程重复的地方又比较多，有必要对教学内容进行更加科学的调整和安排，对教学内容进行适当的整合与优化。对与《热学》、《量子力学》、《固体物理》等重复的部分知识应适当删减。

1.2 讲清物理概念

当今教学中，我们对中学生的培养进行改革的过程中，从强调教学的三维目标，到强调核心素养，都十分重视人才的培养，能力的培养。但是，我们物理学本科专业，使用的《热力学与统计物理学》教材中的内容，却满满的都是理论，还有很多公式的繁杂推导过程。平时在教学过程中，教师要在课堂上花大部分的时间来推导这些繁杂的理论以及公式的得出过程。这样，我们不得不牺牲针对课程当中蕴含的核心素养、思维训练和科学思想、科学方法，对学生进行教育。也就是说，在传统的教学中，大部分时间都是花在推出公式的过程上，忽视了对那些应用人才的培养。

1.3 引进前沿知识

在介绍课程的内容的同时，可以适当引进一些比较前沿的内容。例如讲解获得低温的方法时，我们可以向学生介绍现代的激光制冷技术，吸引学生的注意力;讲解热力学的温标的时候，我们可以向学生介绍红外线体温计，红外线测速仪、红外线测距仪、红外线测厚仪;讲解金属内自由电子时，我们可以向学生介绍材料物理学方面的一些研究现状;通过这样，加入这些前沿知识的介绍，吸引学生注意力，让学生感受到所学习的内容在实际生活中是能得到很大应用的。从而对教学内容得到更深刻的理解，拓宽学生的知识面，还可以培养学生的想象力和科学思维。

1.4 加强实践探索

在课程内容设置中，我们在注重理论知识的同时，还要加强实践探索教学环节和课程设计环节。由于《热力学与统计物理》是一门理论性非常强的课，在上课过程中我们不仅要重视理论，同时还要重视加强实践探索教学的环节。否则，我们将很难培养出应用型的人才。出于这个原因，我们在设计课程的时候，可以适当的放入一些实践性教学环节。比如平衡态的确定、粒子输运问题、熵变的计算、铁磁—顺磁相变、半透薄等知识和问题，进行适当的课程设计。通过实践式教学，不但能加强学生对物理概念、过程的理解，还能培养学生的动手探究的能力。

2  教学方法的变革

2.1 采用讨论式的教学方法

为了改善教学过程中出现的被动学习的状态，我们在讲课过程中注意把重难点突出的同时，还可以引导学生开展相应内容的讨论课。我见过有的老师在上课的时候，上完了第一部分热学的基本规律之后，做了一次这一部分内容的讨论课。在讨论课的课堂上，很多学生的积极性都很高，纷纷掏出手机在上网查询相关的资料，学生之间，还在激烈的探讨，辩论，每个人都各抒己见。

2.2 教学中注重多提问，引导学生思考

在上课过程中，教师可以在明确教学重难点的前提下，把教学重难点巧妙地设置成相关合乎情境的疑问。我们可以把一堂课从时间上分成多个时间段，在每个时间段开始时，向学生提出疑问，在相应的时间段内，引导学生思考问题，回答问题。让学生主动去思考，主动参与到课堂中去，发挥学生学习的主体作用。比如在基本热力学函数和特征函数的学习时，我们可以向学生提问，让其列举前面学习过的热力学量有哪些。这样可以引导学生主动对前面过程中引入的众多热力学量，如温度、体积、压强、熵、焓、自由能、吉布斯自由能和内能，进行回顾，并做系统的分析和总结，

2.3 应用类比法，培养学生知识迁移能力

根据有意义学习理论，新知識的习得，是新知识与认知结构中原有有关观念相互作用的结果。在教学的过程中，我们可将学生新知识与学生学过的类似概念，相似的知识点，进行类比。根据迁移理论，已经获得的知识、技能会对学习新知识新技能产生促进作用。这样会更容易让学生接受。如在讲授热力学基本定律热平衡定律时，可引导学生回顾热力学第一定律，热力学第二定律相关内容，这样，学生自然而然会把将要学的热力学第零定律联系起来，并对热力学第零定律产生好奇和兴趣。以促进教学的顺利开展，以及学生学习效率的提高。

2.4 采用互动式的教学方法，活跃课堂气氛

在平常的课堂教学过程中，教师很多时候都是在讲台上唱独角戏，参与到课堂中的学生很少。如果能在教学中，跟学生能采用互动式的教学方法，让同学们积极的参与到课堂当中，就能够营造有效课堂，激发同学们对学习的欲望，让同学们会自己自觉主动的学习。我们可以在讲课过程中，加上一些基本概念、规律和方法的讨论。比如：讨论分析热力学基本微分关系和热力学第二定律的微分表达式的不同之处;探讨不可逆过程中熵变的相关计算还有熵的概念间的对比;探讨理想气体温标、热力学温标的不同的地方和相同的地方;探讨焦耳定律，还有理想气体的状态方程的独立性。还可以讨论一些类似科幻的东西，比如宇宙的起源、形成、未来等。通过这样互动式的教学，让学生加深了对概念、规律的认识等，提高学生的积极性和主动性。

3  教学方式的多样化

3.1 将信息技术与课程教学相融合

在当今科技水平的进步，信息技术渗入到我们生活领域越来越广泛，生生中的方方面面，都有信息技术的身影。信息技术在教学上，又能为我们的教学提供一种全新的教学方式。我们在教学过程中，又可以借助网络，多媒体平台，创建可供现代化教学的渠道，通过这些渠道，来实现教学资源的共享。如今，网络技术发展十分迅猛，网络能为人提供的服务也是越来越多，人们通过上网，可以获取的信息量知识量都很大。而现在的大学生，平均每天上网的时间都比较长，如果能利用大学生的这个生活习惯，创建基于网络的电子教学平台，通过这样的教学方式，不仅贴切学生的生活习惯，还能让学生因为互联网爱上学习。因此为学生创建网络学习环境，能有效的改进传统的课堂中的不足，也是课程教学方式改革的重要内容之一。

3.2 以课堂教学为主网络教学为辅

研究发现，当前的许多大学生，大部分课余的时间，都没有运用到学习上，而是沉迷于玩手机，或者在宿舍里使用电脑打游戏。致使每天学习的文化知识不能很好的去复习回顾做相应针对性训练。随着时间的推移，各门专业课的学习不断深入，各次课程都没花时间去整理，进行吸收和消化，导致学生没有基础的积累，学生对知识的获取能力也就会越来越差，甚至出现听不懂学不会的情况。《热力学与统计物理》这门课，里面有很多的公式推导，理论推导，以及大量的微积分等计算过程，更显乏味。教学过程中这些被动的局面更加的凸显。针对于当前相当一部分大学生的实际状态而言，教师要想让其学好这样的课程，显然是力不从心的。根据《热力学与统计物理》課程的特点结合现在的学生的实际情况，我认为，如何引导学生主动地运用课余时间来学习，如何让课堂成为有效课堂，是我们值得思考研究的问题。

4  结语

热力学与统计物理的研究越来越广泛，该门课程中的不足以及教学中遇到的问题，逐渐被人们所认识，因此，对热力学与统计物理学的教学提出的改革建议也越来越多。但是，如何才能让学生更好的掌握热力学与统计物理学课程的相关内容，是我们共同研究的方向和要解决的最根本问题。对于上面提到的改革思路，结合我在该门课教学研究与实践过程中遇到的问题，经过我不懈努力，刻苦研究，不断探索。我从教学内容上进行的一系列整改方案，从教法上进行的一系列变革措施，教学方式上进行的多样化转变，并收到了良好的成效。真切的感受到，学生在课堂中的参与度提高了，学生对该门课程的兴趣增加了不少，不少学生会在上课之前主动去进行预习了，课堂气氛变活跃了。由此可见，对这门课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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