應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)中熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革措施研究

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-7164（2025）17-0081-04

熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課，主要研究物質(zhì)在各種條件下的熱力學(xué)性質(zhì)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律。這涵蓋了宏觀熱力學(xué)系統(tǒng)的一般理論，微觀熱力學(xué)系統(tǒng)的基本理論，以及熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基本方程、統(tǒng)計(jì)定律和統(tǒng)計(jì)規(guī)律的應(yīng)用等方面。

熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理課程的學(xué)習(xí)不僅可以使學(xué)生掌握基本的熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理的基本原理和處理問題的方法，而且能提高學(xué)生理解熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)在物理學(xué)史中的重要作用以及其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，從而提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力。

在教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)、課程以及前景發(fā)展為特點(diǎn)，充分利用先進(jìn)教育理念、信息技術(shù)手段、豐富教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué)改革和創(chuàng)新，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新能力。通過改革，逐步形成具有鮮明特色的課程體系，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生獲得全方位的發(fā)展。

一、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革的目標(biāo)與原則

（一）改革目標(biāo)的設(shè)定

為了更好地適應(yīng)新時(shí)代的人才培養(yǎng)自標(biāo)以及學(xué)校應(yīng)用物理學(xué)一流專業(yè)的建設(shè)需求，教師有必要對(duì)目前的熱學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)進(jìn)行改革。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)熱學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、量子力學(xué)以及固體物理等物理學(xué)課程，掌握基本的理論知識(shí)，還要在應(yīng)用上具有一定的能力。傳統(tǒng)的熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)內(nèi)容主要是熱力學(xué)定律與函數(shù)、相變、微觀態(tài)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律等，這些內(nèi)容是物理學(xué)中最基本的知識(shí)，學(xué)生學(xué)完之后掌握相應(yīng)的理論知識(shí)即可。[1]

（二）改革過程中應(yīng)遵循的原則

熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理課程教學(xué)改革，需要遵循以下幾個(gè)原則。

1.以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是在掌握物理基本理論和方法的基礎(chǔ)上，深入理解物理本質(zhì)，具有較強(qiáng)的分析、解決工程實(shí)際問題的能力，掌握本專業(yè)領(lǐng)域中的前沿知識(shí)和技術(shù)。

2.以學(xué)生為中心，以提高學(xué)生綜合能力為核心。教師要充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題及困難，采用啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式教學(xué)方式，提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.以素養(yǎng)為主線，注重課程思政。以能力培養(yǎng)為主線，通過課程思政，將課程內(nèi)容與思想教育相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀；挖掘課程內(nèi)容中所蘊(yùn)含的思政元素，形成潛移默化的教育效果；提升學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。[2]

二、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革的具體措施與實(shí)踐

（一）教學(xué)方法的改革與實(shí)踐

1.改進(jìn)教學(xué)手段，提高學(xué)習(xí)興趣

現(xiàn)代教學(xué)手段多種多樣，主要有多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、電子教案、電子課本等。在多媒體課件制作過程中，應(yīng)該注意以下兩點(diǎn)：第一，教師要精心準(zhǔn)備多媒體課件，對(duì)一些重要概念的推導(dǎo)過程，可以利用多媒體課件來輔助講解；如熱力學(xué)化學(xué)勢、熵等，可以借助電子教案、電子課本等輔助工具，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上去記憶;在課堂教學(xué)中，用板書來概括課堂的重點(diǎn)難點(diǎn)，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)。第二，教師在講授熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理時(shí)，適當(dāng)?shù)乩镁W(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，如學(xué)習(xí)通等，把學(xué)生平時(shí)不能直接接觸到的文獻(xiàn)資料上傳到平臺(tái)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行交流，以達(dá)到解決問題的目的。[3]

2.引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖，建立學(xué)習(xí)檔案

思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)，找出各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，加深記憶，促進(jìn)其知識(shí)建構(gòu)能力的提高。[4在以往的教學(xué)過程中，主要是教師代替學(xué)生進(jìn)行逐章歸納知識(shí)，在此狀態(tài)下，反思和總結(jié)的是教師而非學(xué)生，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)。相反，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖，學(xué)生處于主動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，學(xué)生需要自身從根本上理解知識(shí)到掌握輸出圖譜。在此過程中，不僅可以梳理知識(shí)重點(diǎn)，還能進(jìn)一步了解知識(shí)脈絡(luò)，起到融會(huì)貫通的作用。建立涵蓋學(xué)生課后習(xí)題、思維導(dǎo)圖、課后模擬實(shí)驗(yàn)及其分析的學(xué)習(xí)檔案，搭建師生交流平臺(tái)，可以加強(qiáng)師生之間的溝通和交流。其一，教師收集作業(yè)，能夠從作業(yè)完成情況及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，做到查漏補(bǔ)缺，改善自己的教學(xué)內(nèi)容和調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，起到教學(xué)相長的作用；其二，學(xué)習(xí)檔案對(duì)學(xué)生而言是公開可查的，學(xué)生通過查看他人的課后作業(yè)，能夠相互比較，發(fā)現(xiàn)不足。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐

1.針對(duì)性調(diào)整和修改部分內(nèi)容

針對(duì)課程內(nèi)容的特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了調(diào)整和壓縮。首先，在課堂講授中，刪除了一些概念較為抽象的理論，如熵、熱力學(xué)熵、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中的熱力學(xué)函數(shù)等。其次，還將課程內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)貕嚎s，把熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的基本概念和定律通過實(shí)例來說明，這樣既可使學(xué)生能夠更好地理解和掌握這些概念和定律，又可從增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講解“系統(tǒng)的能量變化\"時(shí)，只需要講清楚系統(tǒng)中能量的變化和原因就可以了。這樣的簡化教學(xué)不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)感到輕松愉快，而且也便于教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)控。

2.增加課后計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)節(jié)

在教學(xué)中，如何讓學(xué)生掌握熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理的基本概念、基本原理，掌握其基本方法和技術(shù)，從而為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是本課程教學(xué)中需要解決的重要問題。為此，文章將熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理課程的教學(xué)內(nèi)容分為兩部分：一是在第一章介紹熱力學(xué)的概念、基本定律及其應(yīng)用；二是在第二章介紹統(tǒng)計(jì)物理的概念、基本定律及其應(yīng)用。這樣安排既能讓學(xué)生從整體上把握熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理，又能使學(xué)生了解這兩門課在整個(gè)物理學(xué)科體系中的地位和作用。

實(shí)驗(yàn)是將理論知識(shí)與實(shí)踐能力相結(jié)合的重要手段，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取感性認(rèn)識(shí)、培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)。因此，在安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和實(shí)際需求，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。以范德瓦耳斯?fàn)顟B(tài)方程為例，以往的教學(xué)主要注重傳授理論化知識(shí)，要求完成相應(yīng)的課后習(xí)題。這樣的狀態(tài)下，學(xué)生只能單純學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，無法做到理論聯(lián)系實(shí)際。增加課后計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)節(jié)，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)了狀態(tài)方程相關(guān)的理論知識(shí)后，還被要求課后通過實(shí)際氣體的參數(shù)結(jié)合已學(xué)習(xí)的Python或MATLAB等相關(guān)程序語言，實(shí)踐模擬不同溫度、壓力區(qū)間下氣體狀態(tài)方程，例如氫氣、氮?dú)庖约暗獨(dú)獾?，?duì)比相同狀態(tài)下不同氣體狀態(tài)方程的差異，這樣不僅可以進(jìn)一步鞏固氣體物態(tài)方程等知識(shí)點(diǎn)，還可以鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

3.開拓線上，線下教育渠道

就熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革而言，開拓線上與線下教育渠道是一種重要?jiǎng)?chuàng)新之舉。在信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)代學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為此，有必要將線上教育和線下教育結(jié)合起來，建立多元化和個(gè)性化教學(xué)環(huán)境。開拓線上教育渠道，能給學(xué)生帶來更靈活更獨(dú)立的學(xué)習(xí)方式，通過搭建在線課程平臺(tái)對(duì)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理課程內(nèi)容進(jìn)行視頻、PPT、動(dòng)畫等多形式展示，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地獲取學(xué)習(xí)資料并根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度及興趣進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇。另外，線上平臺(tái)可提供習(xí)題練習(xí)和在線答疑，有利于學(xué)生鞏固所學(xué)內(nèi)容和解決問題。線下教育渠道優(yōu)化也不容忽視，傳統(tǒng)課堂教學(xué)在熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)中仍占據(jù)著重要地位。通過舉辦小組討論，實(shí)驗(yàn)操作，案例分析等形式多樣的教學(xué)活動(dòng)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并提升其實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。與此同時(shí)，教師還可根據(jù)學(xué)生反饋及表現(xiàn)情況適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略以保證教學(xué)質(zhì)量。

在開拓線上和線下教育渠道時(shí)也要注重二者的結(jié)合和補(bǔ)充。線上教育能夠提供大量的學(xué)習(xí)資源，方便學(xué)生學(xué)習(xí)，但是缺少面對(duì)面的溝通與互動(dòng)；而線下教育能為教學(xué)提供真實(shí)場景，加強(qiáng)人際互動(dòng)。為此，有必要把線上和線下教學(xué)資源有效結(jié)合起來，構(gòu)成無縫對(duì)接的教學(xué)體系。例如，教師可借助線上平臺(tái)公布預(yù)習(xí)資料、課后作業(yè)等，指導(dǎo)學(xué)生事先理解課程內(nèi)容、鞏固所學(xué)內(nèi)容；組織課堂討論、實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，以深化學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)與運(yùn)用。通過開拓線上和線下教育渠道，能給熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革帶來新的生機(jī)。這一多元化教學(xué)模式既能提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率與興趣，又能培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新精神。在今后的教學(xué)實(shí)踐中要不斷地對(duì)這一教學(xué)模式進(jìn)行探索與改進(jìn)，以期對(duì)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革作出更大的貢獻(xiàn)。

4.跨學(xué)科知識(shí)的整合

將跨學(xué)科知識(shí)融入熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革是有重要意義的教學(xué)策略，把熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理等學(xué)科知識(shí)有機(jī)地結(jié)合在一起，能開拓學(xué)生眼界，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力。跨學(xué)科知識(shí)的整合有利于深化學(xué)生熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理知識(shí)。熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理，作為物理學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵子領(lǐng)域，與化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)等其他多個(gè)學(xué)科存在著緊密的相互關(guān)聯(lián)。引入其他學(xué)科的知識(shí)到熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的教學(xué)過程中，有助于學(xué)生更深入地掌握熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的核心觀念和基本理念。如引入分子運(yùn)動(dòng)論，可將化學(xué)上分子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等知識(shí)相結(jié)合；敘述相變現(xiàn)象可介紹生物學(xué)上細(xì)胞膜相變及其他實(shí)例。在熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的教學(xué)中，通過引入其他學(xué)科的知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能力和解決問題的能力。

（三）教學(xué)評(píng)價(jià)體系的改革與實(shí)踐

1.發(fā)展性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合

傳統(tǒng)的考核方式是學(xué)生通過平時(shí)表現(xiàn)和期末考試獲得最終成績，期末考試成績的占比較高，即使平時(shí)上課不積極的學(xué)生也能靠著臨陣磨槍的“背多分”模式占領(lǐng)高地，不利于學(xué)生循序漸進(jìn)地掌握知識(shí)。這對(duì)于堅(jiān)持上課的學(xué)生而言缺乏公平性，僅靠最后一堂考試決定成績優(yōu)劣并不全面。除此之外，終結(jié)性考試更是難以察覺學(xué)生個(gè)人的進(jìn)步情況，學(xué)生得到的鼓勵(lì)和鞭策較少。對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的行為、表現(xiàn)和成果等方面進(jìn)行觀察和分析的發(fā)展性評(píng)價(jià)有助于了解學(xué)生的發(fā)展情況和需要，為其提供個(gè)性化的支持和幫助，促進(jìn)其全面發(fā)展。[5]在平常的課程教學(xué)中檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生了解到自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，督促學(xué)生的日常學(xué)習(xí)。除此之外，發(fā)展性評(píng)價(jià)還應(yīng)該注重評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，不能以分?jǐn)?shù)作為唯一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)。將日常課上回答問題、課后作業(yè)、思維導(dǎo)圖構(gòu)建以及模擬實(shí)驗(yàn)等方式相結(jié)合，平時(shí)成績占總成績的比重增加到 40% ，這樣不僅能夠把握學(xué)生每次上課情況，還能最大限度地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與知識(shí)的掌握情況，還能及時(shí)鼓勵(lì)和鞭策學(xué)生。

2.加大課后實(shí)踐在全局評(píng)價(jià)中的權(quán)重

在應(yīng)用物理學(xué)中加大課后實(shí)踐權(quán)重，既來源于學(xué)科特點(diǎn)，也和社會(huì)對(duì)人才的需求密切相關(guān)。應(yīng)用物理學(xué)是以應(yīng)用為導(dǎo)向的學(xué)科，理論知識(shí)的應(yīng)用是其核心。首先，通過校內(nèi)課后實(shí)踐，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題，驗(yàn)證理論在不同條件下的適用性，加深對(duì)理論的理解。其次，應(yīng)用物理學(xué)涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儀器使用、數(shù)據(jù)采集與分析等實(shí)際技能。從社會(huì)需求角度上來說，社會(huì)更傾向于招聘能夠迅速適應(yīng)工作環(huán)境、解決實(shí)際問題的應(yīng)用型人才。因此，加大應(yīng)用物理學(xué)中實(shí)踐的成分有助于學(xué)生更好地適應(yīng)社會(huì)需求，提高其就業(yè)競爭力，也有助于形成提升專業(yè)素養(yǎng)。

三、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革的效果與反思

（一）教學(xué)效果的評(píng)估與反饋

通過對(duì)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革的實(shí)踐，取得了以下顯著效果。

1.學(xué)生對(duì)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理的基本概念、基本定律及應(yīng)用有了更為深入的理解。通過優(yōu)化課程內(nèi)容，使得學(xué)生能夠從整體上把握這門課程，認(rèn)識(shí)到它在物理學(xué)科體系中的地位與作用。

2.模擬實(shí)驗(yàn)課程的改革，使得學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新精神得到了培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，以提高學(xué)習(xí)興趣。

（二）教學(xué)改革的反思

雖然取得了顯著效果，但在教學(xué)改革過程中也存在一些不足之處，值得反思。

1.在教學(xué)方法上，可以嘗試更多的互動(dòng)式教學(xué)，如課堂討論、小組合作等，以提高學(xué)生的參與度和積極性。

2.對(duì)學(xué)生的個(gè)性化教育有待加強(qiáng)，具體可通過課后輔導(dǎo)、學(xué)術(shù)講座等形式，為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和資源。

3.加強(qiáng)與其他高校及科研機(jī)構(gòu)的交流合作，借鑒學(xué)界與業(yè)界先進(jìn)的教育理念和教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)語

總而言之，通過對(duì)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)改革的實(shí)踐，取得了顯著的效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際應(yīng)用能力得到了提高。注重學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和個(gè)性化教育，加強(qiáng)與其他高校及科研機(jī)構(gòu)的交流合作，借鑒先進(jìn)的教育理念和教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。通過不斷地探索和實(shí)踐，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理的教學(xué)質(zhì)量將得到進(jìn)一步提高，為我國培養(yǎng)更多優(yōu)秀的應(yīng)用物理學(xué)人才作出貢獻(xiàn)。

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（薦稿人：丁長春，副教授）

（責(zé)任編輯：邵秋露）