《熱力學與統(tǒng)計物理》混合教學法的構(gòu)建與實踐*
——以東北林業(yè)大學課程教學為例

(東北林業(yè)大學理學院 黑龍江 哈爾濱 150040)

1 引言

教育部高等教育司2018年工作要點中強調(diào)：課程是人才培養(yǎng)的核心要素，按“建、用、學”原則開展課程建設(shè)，促進更多教師建好課、用好課，推進更多學生學好課，打造適應學生自主學習的智慧課堂、智慧實驗室，建立支持學生隨時可學、隨處可學的泛在化學習新環(huán)境.這些勢必要求高校教師要以深化課堂教學方法改革為著力點，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)與課堂教學深度融合，創(chuàng)新教育形態(tài)、豐富教學資源、重塑教學流程，以教育技術(shù)現(xiàn)代化助推高等教育現(xiàn)代化.

《熱力學與統(tǒng)計物理》是高等學校物理專業(yè)的重要理論必修課和物理專業(yè)基礎(chǔ)課，是理論物理“四大力學”之一[1].學生普遍反映該課程的相似公式較多而且不容易理解與記憶[2]，導致應用不熟練等一系列的問題.為了改變學生這種學習現(xiàn)狀，尋求教材、新媒體、教師、學生的最佳契合點，在教學中采用了混合教學法.

2 混合教學法的實施

2.1 引入“微課”視頻

“微課”視頻時間不長，重點突出，學生的注意力容易集中，用來講解課程中的重點與難點比較適合.鑒于學生已經(jīng)熟知《熱力學與統(tǒng)計物理》在物理專業(yè)課程中的難度和地位，在學習該課程之前容易出現(xiàn)未學先怯的心理狀態(tài).為了消除這種干擾學習的不良心理，在緒論課中以視頻形式引入一些生動有趣的物理現(xiàn)象，使他們產(chǎn)生求知欲，進而促使學生自然而然地投入學習中.在緒論課中，選擇播放名稱是“何為幽靈粒子?”和“引力波的發(fā)現(xiàn)”的視頻講解和報道.這些視頻都是近期中央電視臺新聞中權(quán)威發(fā)布的，可信度高.每當有最新的物理現(xiàn)象和科學研究成果報道出來后，結(jié)合實際情況進行精簡處理后納入緒論課中.在進行科普的同時，激發(fā)學生的求知欲.第二章的重點部分以麥氏關(guān)系的簡單應用為例進行說明.在麥氏關(guān)系的教學中發(fā)現(xiàn)學生記不住或記不準麥氏關(guān)系公式，經(jīng)常將4個公式混淆.公式記不準應用就無從談起.因此，這一部分知識錄制了“微課”視頻，包括如何記憶麥氏關(guān)系、為什么要應用麥氏關(guān)系以及怎樣應用麥氏關(guān)系.并將視頻共享到在線課程中，其中的一個視頻截圖如圖1所示.

圖1 麥氏關(guān)系的簡單應用微課視頻截圖

學生除了課上可以看到講解視頻，課下可以根據(jù)自己的時間及需要反復觀看揣摩，加深知識的理解和吸收.通過“微課”視頻，學生可以很好地理解轉(zhuǎn)化思想在這一部分如何體現(xiàn)與應用，不但公式容易記住了，更重要的是麥氏關(guān)系的應用也掌握了.

2.2 應用思維導圖

信息時代科學技術(shù)飛速發(fā)展，知識更新周期越來越短.想要記憶更多的內(nèi)容，必須重視學習與記憶方法.在教學過程中發(fā)現(xiàn)，一些學生在孤立地學某一個知識點時還能記住它的內(nèi)容.一旦有多個相似規(guī)律出現(xiàn)，應用起來就顯得力不從心.這是他們平時學習不注重總結(jié)，只是孤立片面學習知識導致的.課程的知識不應該僅僅孤立地學習記憶，應該學會判別、分析、掌握它們之間是否存在聯(lián)系或者存在怎樣的聯(lián)系，便于知識的記憶、積累、應用.在教學中隨時提示學生匯總出課程前面學習到的定理和定律等相關(guān)規(guī)律，避免混淆.學完每一章內(nèi)容都需要復習，梳理知識點的脈絡(luò)，在黑板上啟發(fā)學生回憶本章的重點，畫出本章和前面章節(jié)知識聯(lián)系的思維導圖，課后讓學生自己去完善豐富，加深知識的理解，便于應用.思維導圖的應用以熱力學第三定律的學習為例進行說明，思維導圖如圖2所示.

圖2 關(guān)于熱力學第三定律的思維導圖

關(guān)鍵詞選擇為定理和定律，學生可以在此基礎(chǔ)上展開關(guān)聯(lián)聯(lián)想，將在本章之前學習的內(nèi)容也吸納進來，豐富演化出更適合自己學習與記憶的形式.

2.3 運用“大數(shù)據(jù)”統(tǒng)計

前面提及的方法著重于引導學生學習以及如何進行知識點的梳理，對于學生知識掌握的熟練程度還需要進行測試檢驗.可以借助“大數(shù)據(jù)”這一手段分析出存在的問題，進而解決問題.以第六章近獨立粒子的最概然分布為例.測試題型是判斷題，10道題目.正確率分布情況如圖3所示.

可以發(fā)現(xiàn)，題目10正確率最低，題目是“滿足經(jīng)典極限條件的玻色系統(tǒng)和費米系統(tǒng)具有相同的分布和微觀狀態(tài)數(shù)”，該題目重點考察學生對分布及微觀狀態(tài)數(shù)的理解以及不同系統(tǒng)中分布和微觀狀態(tài)數(shù)規(guī)律的記憶.54人參與答題，正確率只有50%，多達27人判斷錯誤，說明在教學中該知識點需要重點強調(diào).需要學生課后加強練習.

圖3 測試題目正確率分布圖

題目8是“經(jīng)典極限條件是指任一能級上粒子數(shù)均遠小于該能級的量子態(tài)數(shù)”， 正確率100%，說明54人全部回答正確，學生已經(jīng)掌握了經(jīng)典極限條件的該種表述形式，在復習中不需要重點強調(diào).其他題目正確率都高于91%，只需對做錯題目的學生作個別化指導，幫助他們找出做錯的原因.由此可見，大數(shù)據(jù)給出的題目正確率分布可以對教學起到指導作用，具有針對性地掃除教學中存在的“盲區(qū)”.

3 結(jié)束語

通過混合教學法的實施，提供了高水平的課堂教學，激發(fā)了學生的課堂學習熱情，提升了學生的學習信心，增強了學生的學習效果,基本實現(xiàn)了學生“把頭抬起來，坐到前排來，提出問題來”的課堂目標，使其具備綜合分析能力與嚴密的邏輯推理能力.