“熱學”課堂教學多樣性的途徑與方法探討

作者簡介：馬賀（1981年- ）男，山東冠縣。講師，博士在讀，主要研究方向為：碳納米管物性及第一性原理模擬計算 。

摘要：本文探討了應用物理學專業基礎課程“熱學”課堂教學的多樣性，介紹了豐富“熱學”課堂教學的多種具體實施方法，這些方法提高了學生的學習興趣及能力，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：熱學；課堂教學；演示實驗

Abstract: This paper applied physics the basis of professional course \" Calorifics \" of the classroom teaching of diversity is discussed， and introduced the DuoZhong concrete implementation methods to enrich the \" Calorifics \" classroom teaching， to improve the students' learning interest and ability which has played a positive role in promoting and obtained a good teaching effect. This paper discussed the teaching diversity of Calorifics course which is a basic course of applied physics， introduces many methods in detail to enrich the Calorifics course teaching， improves the learning interests and ability of students， and achieves better teaching effect.

Key words: Calorifics; Classroom teaching; Demonstration experiment

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795(2012)01(A)-0000-00

0 引言

“熱學”課程是高等院校物理學及應用物理學專業必修的專業基礎課程之一，它主要研究的是自然界中與物質的冷熱程度有關的性質及變化規律的科學[1]。它的公式多而抽象，知識面較廣，同時由于部分章節涉及到一些微觀模型及數學上的概率論和統計規律，因此對于剛剛經過一學期大學學習（熱學課程一般在大一下學期開設）的學生來說，學習起來具有一定難度。而目前高等院校教學的主要形式還是以課堂教學為主，課堂教學也成為了學生接受知識的一個重要途徑。因此課堂教學質量既是決定學生學習成績好壞的一個重要因素，也是衡量一個高校教師教學水平的最基本依據。這就要求教師要在教學實踐中不斷探索，勤于思考并善于總結經驗，不斷充實現代教育理論，豐富課堂教學手段，才能不斷提升教學質量。在“熱學”的課堂教學過程中我們認為可以從以下幾個方面做起，豐富課堂教學的多樣性。

1 加強演示實驗在課堂教學中的比重

物理學是一門實驗科學，實驗是理論科學的源泉和檢驗標準，而演示實驗是指在課堂上，密切結合課堂講授內容，由教師操作給學生看的實驗[2]。這些實驗裝置簡單、主題突出、操作方便、效果直觀、生動形象、富有啟發性，在幫助學生理解、掌握相關物理概念，提高學習興趣方面有著十分重要的作用，因此實驗教學在“熱學”課堂教學中應占有一定的比例。然而“熱學”課程在發展初期受課程性質及儀器設備相對落后的影響，課堂教學中的演示實驗教學寥寥無幾。近年來，隨著科技的發展和教學改革的深入，實驗教學環境和設備都有了很大的改善，因此在熱學理論教學的同時，加強與演示實驗的內在聯系和相互配合，增加演示實驗在課堂教學中的比重，不僅有利于學生加深對物理概念和規律的理解，而且也有利于增強學生分析問題和解決問題的能力，激發學生對熱學學習的熱情，使學生產生強烈的求知欲望。例如，在麥克斯韋速率分布律部分，由于涉及統計規律學生理解起來比較困難，但在課堂教學中可以先通過“伽爾頓板演示實驗”來形象的表示由統計規律所產生的統計分布以及漲落現象，再引入麥克斯韋速率分布時學生理解起來就容易多了，所以演示實驗具有很好的啟發性。同時，演示實驗還具有驗證性，例如，在講解壓強的微觀解釋時，為了說明壓強是氣體分子不斷碰撞容器壁所產生的宏觀規律，可以利用頻繁跳躍的大量金屬小球使懸空的塑料板升起一定高度這樣的演示實驗來生動、形象地演示出來，使學生可以直觀地“看到”分子的微觀運動，便于學生記憶。演示實驗還可以鍛煉學生的動手能力，課堂上的部分演示實驗可以讓學生參與其中，通過親身感受來加深印象。總之，通過演示實驗可以引導學生去思考、探討蘊含在熱學規律中的一些生活現象，極大地調動學生的學習積極性，為活躍課堂氣氛起到了良好的作用。

2 增加理論與實際結合的實例

愛因斯坦曾經說過“興趣是最好的老師”，興趣教育是教學的重要原則之一，要想提高課堂教學的效果和質量，提高學生學習的興趣是重要的問題。“熱學”作為一門主干基礎課，其課程內容與日常生活中的許多現象都有著密切的聯系。這就使“熱學”課程可以結合這些實際內容來培養學生分析處理實際問題的能力。經過多年的教學實踐我們發現，大量枯燥乏味的公式提不起學生的學習興趣，但是如果將理論知識與生活實踐相結合，會大大激發學生的學習熱情，提高學生的學習興趣。比如在講解熱力學第二定律的克勞修斯表述時，先引導學生關注電冰箱的工作原理，即通過外界做功將熱量不斷地由低溫物體傳到高溫物體，這時再引入熱力學第二定律的克勞修斯表述，即“熱量不能自動地從低溫物體傳到高溫物體”，學生就很容易接受了。又如，現在家庭中用太陽能熱水器的越來越多了，太陽能熱水器就是根據熱學中對流傳熱與低壓下氣體導熱性隨壓強的降低而減弱的原理制成的。再如，毛細現象在石油開采、保持土壤水分以及生理學中都起到了很大的作用。因此，加強基礎課程課堂教學與生活實例間的聯系對提高課堂教學質量也起到了很重要的作用。

3 應用“啟發式”和“討論式”教學方法

21世紀對人才的培養提出的要求是應具有較強的創新能力與能適應科技、經濟飛速發展的應變能力，因而我國高等院校的人才培養模式應注重學生的創新能力與綜合運用知識能力的培養[3]。我們針對學生長期形成的缺乏創新性及主動研討習慣的弱點，我們在熱學課堂教學中安排適量的討論學時，結合講授的內容精心設計課堂討論，提出相關問題，采用啟發式、討論式的教學方法，組織各教學環節，啟發、引導學生獨立思考，發揮學生科學想象能力。例如“等值過程與多方過程的關系”、“與麥克斯韋速率分布函數有關的多種表達式的物理意義”、“為什么熱力學第二定律可以有許多種不同的表述”等等，引導學生大膽去思考、去分析、去討論，鼓勵學生發表不同見解，讓更多的學生參與到課堂討論中來，這種“啟發式”和“討論式”教學模式更能體現出學習者的參與性，這樣不僅訓練了學生的發散思維，激發了學生學習的積極性和主動性，同時逐步培養學生的自學意識，參與意識，群體意識、問題意識及創新意識。學生普遍反映，課堂討論效果很好、收獲很大、加深了基本概念和基本理論的理解。

4 鼓勵學生參與課堂教學

我們傳統的教學方法總是“老師教、學生學”，學生缺乏充分發表個人見解及相互討論的機會，只能是被動地接受。經過多年的思考與探索，我們也在嘗試讓學生參與到課堂教學中來，我們在課堂教學中拿出部分學時，對于適合發表不同見解、討論性較強的授課章節，嘗試讓學生來講。比如，“熵增加原理”這部分內容是熱學教學中的難點，熵主要反應了系統的無序程度，它的概念比較抽象，很難一次懂得很透徹，但通過多名學生的講解大家對熵的認識不斷深入，部分同學更是聯系到了“熱寂說”、熵與信息論、熵與宇宙學、熵與生命科學、熵與社會科學等等。通過這種嘗試我們發現，很多同學為了講好這節課，課下都做了充分而細致的準備，利用網絡、參考書等查閱相關資料，制作電子課件，精心備課，甚至細致到每一句話的表述方式。在講課時，講課的同學能全身心投入其中，激情澎湃的講解、富有幽默感的表述、具有創新性的總結，充分發揮了自身的能力；聽課的同學更加認真，積極踴躍地提出相關問題，課堂氣氛相當活躍。這種學生講課模式使學生能很快進入“角色”，充分調動了學生學習的主動性與積極性。不但培養了學生的自學能力、閱讀能力、理解能力、收集信息的能力和表達能力之外，也使授課教師了解了學生的需求與興趣所在，加深了教師與學生間的相互了解，開闊了學生的視野。

5 應用現代化的教學手段

現代化的教學手段，是隨著計算機技術、多媒體技術、網絡技術的快速發展而發展起來的。近年來，各所高校、各門學科都在探索現代化的教學手段參與教學的途徑，作為基礎科學的“熱學”也不例外。特別是計算機多媒體輔助熱學教學的應用，對改革傳統的熱學教學模式、優化教學過程起到了重要的促進作用，是現代化教學的重要輔助手段。多媒體教學的一個最大特點就是其直觀生動的圖形以及動畫效果，可以在短的時間內給學生展現大量的信息。

“熱學”教學中的難點主要是微觀理論比較抽象以及統計規律不好理解，為了解決這些問題，我們充分利用多媒體課件，應用圖形、動畫、視頻等技術再現熱學教學中的微觀世界，將無法演示的微觀物理過程生動、形象地模擬出來，便于學生理解，也是作為演示實驗的補充。計算機輔助教學還可以突破傳統的熱學教學的時間、空間的限制，可以全方位、立體化的展示復雜的熱學過程和現象，充分調動學生課堂學習興趣，提高課堂教學效率。例如對于統計規律的講解我們可以利用先進的計算機圖形模擬技術進行動態演示，即可以演示統計規律的形成過程又可以給出形象的結果，此種形式比傳統講解學生更容易接受。

“熱學”中一些原來難處理的內容現在通過現代化的教學手段已經變得易于處理而且更形象，既激發了學生的學習興趣，又增強了學生對知識的理解。但同時我們也充分認識到作為理科學生的專業基礎課，多媒體教學只是一種輔助手段，只有將多媒體教學與傳統教學方式結合起來，對不同的教學內容采取相應的教學方式，才能取得好的課堂教學效果。

6 結語

幾年來，我們對熱學課程課堂教學方法的多樣性進行了探索和實踐，但這只是熱學教學改革的系統工程的起步，要使之真正適應現代社會的快速發展，培養出高素質的創新人才，還有很多工作需要我們熱學教育工作者要做。

參考文獻

[1]李椿，章立源，錢尚武. 熱學（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社，2008

[2]沈黃晉. 物理演示實驗教程[M]. 北京:科學出版社，2009.

[3]秦允豪. 普通物理學教程 熱學（第二版）[M]. 北京：高等教育出版社，2004