獨立學院熱力學統計物理教學探究

朱慶利

摘 要：熱力學統計物理是物理師范類專業的基礎理論課程之一，對培養學思維能力、強化學生理論基礎起著重要作用。由于獨立學院學生普遍存在重實踐輕理論的思想，加上該課程理論性強，概念抽象， 學生學習比較吃力。面對教學現狀，從教學方法和教學內容層面探究了熱力學與統計物理學課程教學的改革和實踐，堅持一條主線，強化思考總結，不斷引入前沿，取得較好效果。

關鍵詞：熱力學 統計物理 教學方法

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

物理學作為基礎課程， 它不僅是自然科學的基礎， 還是工程技術和產業升級的基石。學生在學習物理的基礎概念、基礎規律、基礎方法及了解物理學與現代技術以及其它自然科學聯系的同時， 更可以培養和提高自己的科學素質、思維方法和研究能力。熱力學與統計物理作為本科教學中的一門重要基礎理論課程，對學生物理思維的培養和物理學本質的認識起著不可替代的作用。

獨立學院是以母體高校的優勢教育資源為平臺，以培養創新型、應用性本科人才為目標的高校。針對獨立學院學生基礎相對薄弱，且普遍存在重應用輕理論的思想，考慮到該門課程抽象性強，數學公式多，所以在教學過程中必須有針對性的采用科學的教學方法，因材施教，才能保證良好的教學效果。

1 一條主線，兩種方法

學生在學習過程中，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。熱力學與統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， 但二者討論問題的方法是不同的， 熱力學是以實驗定為基礎的宏觀研究方法， 統計物理學則是從分子運動論出發，用統計的方法對系統給出一個合理的模型，并以此為基礎進行演繹推理從而得出規律的微觀描述方法。熱力學方法不能給出研究對象的本質，而統計方法推理的結果也要經受實驗事實的檢驗。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短， 相輔相成。所以在教學上應該靈活運用，把握住研究對象這條主線， 靈活運用兩種方法，做到取長補短， 相輔相成，是一個有機統一體，缺一不可。課程教學過程中，應在詳細闡熱力學與統計物理學的概念定義、發展歷史的基礎上講授二者有機統一關系，使學生對兩種方法有一個整體的認識，準確把握課程的基本特征，這有利于學生理解熱力學統計物理的物理思想和建立相應的物理圖像。

2 積極引導，強化思考

同基礎物理學課程相比，熱力學統計物理內容抽象且龐雜，而在應用型復合型人才的培養目標下，理論課時的教學采用傳統的灌輸式，填鴨式授課方式是不合時宜的，極易造成課堂教學乏味、沉悶。學生面對復雜、抽象的知識點也會感到厭煩，提不起學習的興趣和積極性。因此，要以學生為主體，教師為主導，充分發揮學生的主觀能動性，消除學生的畏難情緒，使他們從想要學習，樂于學習到愛上學習，從而正確理解和掌握知識。

課堂講授的內容不應泛且廣，應該有所取舍。在教學中我們注重對教學內容的優化，區別對待描述性內容， 淺顯易懂內容和重點難點內容， 要集中精力抓重點， 提高教學效率，而對有些細節其實并不需要都講“深” 或講“透”對引導性和擴展性內容可以留給學生課后自行閱讀。 對于程度好的學生要因材施教， 不能簡單的只布置作業， 而是不時提出一些用他們已經掌握的知識有可能處理的問題， 或引入好的小課題，讓他們去自由思考， 獨立研究， 養成良好的自學習慣和獨立思考判斷與分析處理實際問題的能力。

3 總結規律，突出概念

這門課程有些教學內容包含著大量的偏微分方程組，比如內能、焓、自由能、吉布斯自由能的全微分和麥克斯韋關系式。對這些內容的教學，僅僅講解清楚是不夠的。面對如此繁雜的方程式，學生難以記憶，從而容易導致失去學習興趣。這就需要老師不斷的總結規律，挖掘物理量和表達式間的內在聯系。此外，要在數學公式的推導中重點突出物理思想，能讓學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，從而深入學習。

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

4 重視前沿，提高素養

高校教師只有經常閱讀學術文獻，關注最新的研究進展，關注新知識、新材料和新發展，才能不斷豐富并充實教學的內容，在教學思想上和教學方法上保持與時俱進。而從教學重點和難點的理解和把握，到圍繞它們而設置合適的問題情景并引導學生思考，也都需要教師不斷學習來加深對熱力學統計物理專業知識以及教學方法的學習和再認知，在教學中體現學科發展的前沿。比如講到玻色統計和費米統計時可以引入冷原子氣體和超導，這不僅能使課程更加生動把能使學生直接體會到學這門課有實際價值，對學生掌握該學科的最新研究內容及其發展態勢具有重要意義。

在傳授物理知識的同時， 也要重視對學生思想的教育， 聯系物理學史， 結合課程育人， 通過介紹對立與統一，個性與共性，簡單與復雜的問題可以引導學生形成正確的物理思想。 此外，從書寫清晰、語句通順、作圖正規準確、演算步驟齊全等要方面嚴格要求學生，培養他們從獨立完成作業到規范完成作業的習慣，時時處處培養學生的科學素養。

當然，在熱力學與統計物理課程的教學中，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，鉆研學生，與時俱進，在知識的傳授過程中強化科學方法的教育，達到最佳教學效果。

5 結語

總之，針對獨立學院的應用型、復合型人才培養目標，為了強化學生的理論基礎，提高學生思維能力，根據課程教學中反映出來的問題，我們主要從教學內容和教學方法上進行了改革和嘗試。通過實踐證明，學生的學習的興趣明顯提高，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。此外，改革和實踐還有效緩解了授課學時和教學內容的矛盾，強化了人才的培養的廣度和深度。

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