獨立學(xué)院熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)探究

朱慶利

摘 要：熱力學(xué)統(tǒng)計物理是物理師范類專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程之一，對培養(yǎng)學(xué)思維能力、強(qiáng)化學(xué)生理論基礎(chǔ)起著重要作用。由于獨立學(xué)院學(xué)生普遍存在重實踐輕理論的思想，加上該課程理論性強(qiáng)，概念抽象， 學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力。面對教學(xué)現(xiàn)狀，從教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容層面探究了熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)課程教學(xué)的改革和實踐，堅持一條主線，強(qiáng)化思考總結(jié)，不斷引入前沿，取得較好效果。

關(guān)鍵詞：熱力學(xué) 統(tǒng)計物理 教學(xué)方法

中圖分類號：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（c）-0153-02

物理學(xué)作為基礎(chǔ)課程， 它不僅是自然科學(xué)的基礎(chǔ)， 還是工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)升級的基石。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)規(guī)律、基礎(chǔ)方法及了解物理學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)以及其它自然科學(xué)聯(lián)系的同時， 更可以培養(yǎng)和提高自己的科學(xué)素質(zhì)、思維方法和研究能力。熱力學(xué)與統(tǒng)計物理作為本科教學(xué)中的一門重要基礎(chǔ)理論課程，對學(xué)生物理思維的培養(yǎng)和物理學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識起著不可替代的作用。

獨立學(xué)院是以母體高校的優(yōu)勢教育資源為平臺，以培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用性本科人才為目標(biāo)的高校。針對獨立學(xué)院學(xué)生基礎(chǔ)相對薄弱，且普遍存在重應(yīng)用輕理論的思想，考慮到該門課程抽象性強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式多，所以在教學(xué)過程中必須有針對性的采用科學(xué)的教學(xué)方法，因材施教，才能保證良好的教學(xué)效果。

1 一條主線，兩種方法

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，無法較好的對物理思想、定理定律建立起一個清晰的物理圖像，很大程度上是由于沒有很好地把握課程的理論主線。熱力學(xué)與統(tǒng)計物理所討論的對象是相同的， 即由大量微觀粒子組成的系統(tǒng)， 但二者討論問題的方法是不同的， 熱力學(xué)是以實驗定為基礎(chǔ)的宏觀研究方法， 統(tǒng)計物理學(xué)則是從分子運動論出發(fā)，用統(tǒng)計的方法對系統(tǒng)給出一個合理的模型，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行演繹推理從而得出規(guī)律的微觀描述方法。熱力學(xué)方法不能給出研究對象的本質(zhì)，而統(tǒng)計方法推理的結(jié)果也要經(jīng)受實驗事實的檢驗。所以兩種方法各具長處， 在課程中同時加以運用可以取長補(bǔ)短， 相輔相成。所以在教學(xué)上應(yīng)該靈活運用，把握住研究對象這條主線， 靈活運用兩種方法，做到取長補(bǔ)短， 相輔相成，是一個有機(jī)統(tǒng)一體，缺一不可。課程教學(xué)過程中，應(yīng)在詳細(xì)闡熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)的概念定義、發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上講授二者有機(jī)統(tǒng)一關(guān)系，使學(xué)生對兩種方法有一個整體的認(rèn)識，準(zhǔn)確把握課程的基本特征，這有利于學(xué)生理解熱力學(xué)統(tǒng)計物理的物理思想和建立相應(yīng)的物理圖像。

2 積極引導(dǎo)，強(qiáng)化思考

同基礎(chǔ)物理學(xué)課程相比，熱力學(xué)統(tǒng)計物理內(nèi)容抽象且龐雜，而在應(yīng)用型復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)下，理論課時的教學(xué)采用傳統(tǒng)的灌輸式，填鴨式授課方式是不合時宜的，極易造成課堂教學(xué)乏味、沉悶。學(xué)生面對復(fù)雜、抽象的知識點也會感到厭煩，提不起學(xué)習(xí)的興趣和積極性。因此，要以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，消除學(xué)生的畏難情緒，使他們從想要學(xué)習(xí)，樂于學(xué)習(xí)到愛上學(xué)習(xí)，從而正確理解和掌握知識。

課堂講授的內(nèi)容不應(yīng)泛且廣，應(yīng)該有所取舍。在教學(xué)中我們注重對教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，區(qū)別對待描述性內(nèi)容， 淺顯易懂內(nèi)容和重點難點內(nèi)容， 要集中精力抓重點， 提高教學(xué)效率，而對有些細(xì)節(jié)其實并不需要都講“深” 或講“透”對引導(dǎo)性和擴(kuò)展性內(nèi)容可以留給學(xué)生課后自行閱讀。 對于程度好的學(xué)生要因材施教， 不能簡單的只布置作業(yè)， 而是不時提出一些用他們已經(jīng)掌握的知識有可能處理的問題， 或引入好的小課題，讓他們?nèi)プ杂伤伎迹?獨立研究， 養(yǎng)成良好的自學(xué)習(xí)慣和獨立思考判斷與分析處理實際問題的能力。

3 總結(jié)規(guī)律，突出概念

這門課程有些教學(xué)內(nèi)容包含著大量的偏微分方程組，比如內(nèi)能、焓、自由能、吉布斯自由能的全微分和麥克斯韋關(guān)系式。對這些內(nèi)容的教學(xué)，僅僅講解清楚是不夠的。面對如此繁雜的方程式，學(xué)生難以記憶，從而容易導(dǎo)致失去學(xué)習(xí)興趣。這就需要老師不斷的總結(jié)規(guī)律，挖掘物理量和表達(dá)式間的內(nèi)在聯(lián)系。此外，要在數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)中重點突出物理思想，能讓學(xué)生更加清晰的了解公式代表的物理意義，清楚為什么，怎么做，是什么，從而深入學(xué)習(xí)。

此外，內(nèi)能、焓、自由能、吉布斯自由能這四個物理量的量綱都是能量，但從內(nèi)能這條線出發(fā)來可以方便理解其他幾個量。我們知道，內(nèi)能是大量微觀粒子熱運動時的能量，是從熱力學(xué)第一定律通過作功和吸熱的改變來獲得。如果把內(nèi)能減掉束縛能就可以得到自由能。在等壓條件下內(nèi)能就是焓，此時的自由能就是吉布斯自由能。有了全微分的表達(dá)式，這樣就把幾個物理量聯(lián)系了起來，麥克斯韋關(guān)系式也可順熱得到。

4 重視前沿，提高素養(yǎng)

高校教師只有經(jīng)常閱讀學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，關(guān)注最新的研究進(jìn)展，關(guān)注新知識、新材料和新發(fā)展，才能不斷豐富并充實教學(xué)的內(nèi)容，在教學(xué)思想上和教學(xué)方法上保持與時俱進(jìn)。而從教學(xué)重點和難點的理解和把握，到圍繞它們而設(shè)置合適的問題情景并引導(dǎo)學(xué)生思考，也都需要教師不斷學(xué)習(xí)來加深對熱力學(xué)統(tǒng)計物理專業(yè)知識以及教學(xué)方法的學(xué)習(xí)和再認(rèn)知，在教學(xué)中體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展的前沿。比如講到玻色統(tǒng)計和費米統(tǒng)計時可以引入冷原子氣體和超導(dǎo)，這不僅能使課程更加生動把能使學(xué)生直接體會到學(xué)這門課有實際價值，對學(xué)生掌握該學(xué)科的最新研究內(nèi)容及其發(fā)展態(tài)勢具有重要意義。

在傳授物理知識的同時， 也要重視對學(xué)生思想的教育， 聯(lián)系物理學(xué)史， 結(jié)合課程育人， 通過介紹對立與統(tǒng)一，個性與共性，簡單與復(fù)雜的問題可以引導(dǎo)學(xué)生形成正確的物理思想。 此外，從書寫清晰、語句通順、作圖正規(guī)準(zhǔn)確、演算步驟齊全等要方面嚴(yán)格要求學(xué)生，培養(yǎng)他們從獨立完成作業(yè)到規(guī)范完成作業(yè)的習(xí)慣，時時處處培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

當(dāng)然，在熱力學(xué)與統(tǒng)計物理課程的教學(xué)中，任何一種方法都不是獨立的，他們交互影響，相輔相成，需要任課教師不斷地鉆研教材，鉆研學(xué)生，與時俱進(jìn)，在知識的傳授過程中強(qiáng)化科學(xué)方法的教育，達(dá)到最佳教學(xué)效果。

5 結(jié)語

總之，針對獨立學(xué)院的應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)目標(biāo)，為了強(qiáng)化學(xué)生的理論基礎(chǔ)，提高學(xué)生思維能力，根據(jù)課程教學(xué)中反映出來的問題，我們主要從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行了改革和嘗試。通過實踐證明，學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣明顯提高，知識面也得到了有效地拓展，解決實際問題的能力也不斷加強(qiáng)。此外，改革和實踐還有效緩解了授課學(xué)時和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，強(qiáng)化了人才的培養(yǎng)的廣度和深度。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪志誠.熱力學(xué)·統(tǒng)計物理[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2] 鐘云霄.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

[3] 徐序，鄭秋南.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理若干教學(xué)方法探討[J].新西部，2013（33）：145-146.

[4] 陳亞江，曹偉平，黃海燕.師范類熱力學(xué)統(tǒng)計物理課堂教改實踐[J].麗水學(xué)院學(xué)報，2014，36（5）：77-79.

[5] 曹海靜，蔣秀麗，蔣峰.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理課堂建設(shè)和教學(xué)改革初探[J].科技資訊，2014（36）：191.endprint