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1、热力学统计物理的教与学 【摘 要】热力学统计物理是物理专业学生的必修课，是连接宏观物理与微观物理的重要课程。虽然在过去的多年里国内各高校对本课程的教学方面积累了不少阅历，但是随着时代的发展，交叉学科越来越多的出现，原课程内容已经满意不了须要，所以要把该课程的相关科研内容融入课程中。为了提高教学质量，本文从教学内容，教学方式和考核方式方面提出了改革新措，强调以学生为本，在教学的同时关注相关方向的科研前沿，老师能够教研相结合，学生能够学研相结合。 【关键词】热力学统计物理 教学改革 学习主动性 考核方式改革 【中图分类号】：04I4-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-308914-002
2、9-02 【Abstract】Thermodynamics statistical physics is a required course for students majoring in physics， which is the combination of macro and micro physics. Although there was much experience of the course， but with the development， there are more and more cross subjects， the original curriculum co
3、ntent already can not meet the needs of students， the content of science research about the curriculum should be added. For improving the teaching quality， The reform measures about teaching contents， teaching methods and examination style has been putted forward. Based on students， teachers Pay att
4、ention to the newest research， then the teacher can integrate the teaching and scientific researching ， students can combine learning and researching. 【Key words】thermodynamics and statistical physics； teaching methods reform； learning initiative； examination reform 1.热力学统计物理课程在本科教学中的重要 热力学与统计物理学探讨的
5、是自然界中与冷热有关的物质性质以及这些性质改变的规律和内在的物理本质1，2，其内容包括热力学和统计物理两大部分。热力学是热运动的宏观理论3，而统计物理学是热运动的微观理论。本课程给出了两个角度看问题的方法，对物理专业的其它后续课程的学习中及相关学科的探讨都具有重要意义，是固体物理，量子力学课程的基础，为后续在凝合态，量子信息，低温技术等方向的科研做了铺垫。并对其他相关专业，如化学，工程热物理，流体力学等课程也有着重要影响。同时，热力学统计物理中的概念和方法在原子核和基本粒子中也有很多应用，而且日益广泛地渗透到化工、生物等学科中去。 2.依据时代须要，合理支配教与学 热力学与统计物理是物理本科专
6、业的重要基础课，是理学和应用物理学专业的学生的必修课，本课程设在本科二年级下学期或者三年级上学期讲授，此时物理专业的学生已经有高等数学，力学和电磁学等学问基础，便于接受。在教学内容上应以课程大纲为中心，以学生现有的学问结构和对课程学问的理解为动身点，由浅入深，逐步增加学生学问。其目标定位是：通过对本课程的学习，使学生明晰热力学与统计物理学在整个物理学中的学科地位，坚固驾驭热力学与统计物理学的基本原理、基本理论框架和学问要点，以及运用热力学和统计物理基本思想和学问解决实际问题的技能和方法，提高学生的实际应用实力。基于这一思想，本课程在理论教学的过程中，强调启发式与归纳法教学，注意重要概念与规律的
7、历史沿革，讲解基础理论时，由浅入深，多用生动的物理图像，并联系日程生活中的感性相识，即使抽象的理论也用物理图象来说明。 2.1 教学方式探讨化 高校存在着学生的学习主动性不高的现状，特殊是对热力学统计物理这些相对枯燥的学科4，为着激发学生学习主动性，集中精力利用好上课时间，提高教学质量的原则，本课程的教学中课题组引入探讨式教学方式，在平常的课堂中，探讨式教学方式可以使学生学习由被动变为主动。例如讲解并描述匀称物质的热力学性质时，谈到用偏导数表示某个物理现象之后，让学生探讨其他偏导数的代表的物理过程或物理效应，以及与此类现象相类似的现象有哪些，最终做一下总结，这样加深同学们对枯燥的物理规律的理解
8、，也使得课程的内容更加有利于学生综合素养的培育，并不断完善教学内容。同时，为了扩展学生对热力学与统计物理前沿学问的了解，授课内容不局限于传统的热力学与统计物理课程的教学内容。重视教学内容应与目前国内外与本课程相关方向在科学技术探讨方面取得的新进展以及本校课程组科研取得的新成果的连接，把这些新信息融会贯穿到热力学统计物理课程的教学中，比如在熵增加原理这章节增加了信息熵以及生物熵的内容，谈到气体节流和绝热膨胀制冷时同时讲授了其他三种制冷方式，以及每种技术的优缺点和近期进展。 2.2 教学手段现代化 加强多媒体教学的应用，组建较为完善的电子课件和电子教案，供老师授课运用。依据教学内容制作了成套的多媒
9、体课件，利用计算机协助教学系统，模拟物理上志向的环境及条件，从而把抽象的物理过程详细化。引进或制作了分子运动统计分布的动态模拟视频和热力学基本试验等多媒体素材，做到全程运用多媒体教学，使课堂教学直观生动，利于学生对学问的理解。比如讲解麦克斯韦速率分布内容的时候，可以把测定气体分子速率分布的试验装置用示意图和试验室中真实的装置采纳多媒体视频的方式展示给学生。用示意图讲解试验原理，用试验室装置来说明实际的操作。多媒体教学把老师从繁重的板书中解放出来，使他们有更多的时间去讲解、把很多问题引向深化，并针对某些问题绽开热情地探讨。同时考虑到热学这门课程的特点，对于重难点还须要必要的理论推导，因此应运用多
10、媒体加板书的教学手段。另外充分利用网络资源，开设以学生自学为主的网络课程，教案、习题库与试题库及答案分析等教学资源都上网，从而减轻了学生记笔记的负担，有助于提高听课效果，便于学生课后复习提问和探讨，驾驭学问要点，充分发挥老师和学生的能动性。开发网络和多媒体教学平台，丰富教学资料库。将具有特色，授课效果好的教学笔记和教案加以整理，作为教学探讨资料积累供老师和学生参考。对课程内容进行选择性发布，引导学生自主学习。实践表明，丰富的网络学习资源，实现优质教学资源共享，满意了学生的要求，便利了学生课后学习，使学生利用课余时间驾驭更多的本专业学问。 2.3 考核方式敏捷化 鉴于现在的教学目标，课程组对本课
11、程的考核方式进行了改革，使考试敏捷化，把以往笔试的考试形式分成两部分，笔答部分和科研小论文部分。笔答部分偏重对基础的理论学问的理解和应用实力，主要使学生驾驭热力学的三个定律和统计物理的基本理论，会用来解决一些基本的和与专业有关的一些热运动方面的问题。驾驭热力学的基本规律和统计物理的基本理论，理解系统的各种平衡条件和正则分布，了解系统的相变理论，非平衡态统计和涨落理论。这些基本理论学问为学生后续的相关方面的学习和科研铺垫坚实的基础。科研小论文可以分为三类：一是谈谈对某些规律的记忆与理解，二是有关涉及热力学与统计物理有关学问在日常生活中的应用；例如：假如学生对热学基本规律比较感爱好，学生通过自己总
12、结和上网查询与本章内容相关的学问，先列出提纲：如是否可以将孤立系统的熵增原理应用到人类社会这样一个困难的体系中，如是否可以将孤立系统的熵增原理应用到宇宙中等，这些信息会使学生感到新颖，学生自由选择自己感爱好的课题，使他们主动的学习。在写论文的过程中，加深了学生对课程内容的理解，增加了学生收集信息的实力和表达实力。三是对热力学与统计物理在科研领域的最新进展的热点的发表自己的观点，比如信息熵、超导材料、激光制冷、超流以及原子激光等方面，通过上网查阅信息和自己的思索以及相互探讨，以论文的形式呈现出来。 敏捷化的考核方式要求老师主动挖掘学生小论文的闪光点，不过高强调学生在论文中所取得的应用性、创建性成
13、果，应注意培育学生主动主动的学习意识，并帮助学生形成良好的深化思索、大胆假设、敢于实践的创新精神。同时，鉴于目前人们对热物理相关方向的探讨，老师要主动提高自己的业务水平和科研实力5，主动的筹建教学组，教学组应在教学和科研方面双管齐下，学术各有专长而又相得益彰的教学梯队，特殊是把教学内容与当前热点相关的内容提炼深化为学生的论文课题，做出的成果又可以作为重要资料放入资料库中，供学生参考，从而使得课程更加有利于学生的科研素养与创新意识的培育，起到了吸引有潜质的学生参加探讨工作，为科研输送后备人才的主动作用，收到了科研教学双促进的良好效果。 3.结论 通两年的热力学统计物理教与学方式变更，从对学生平常
14、的学习效果来看，改革还是很有必要的。把科研融入教学使本课程受到了学生的欢迎，目前毕业一届学生，已经有5为毕业生在做毕业论文时从本课程中选取的毕业设计课题。探讨式教学提高学生主动性，现代化的教学手段扩充教学内容，敏捷化的考核方式培育创新性人才。 参考文献： 1汪志诚.热力学统计物理 M.北京：高等教化出版社，2022. 2苏汝铿.统计物理学M.北京：高等教化出版社，2004. 3王竹溪.热力学M.北京：北京高校出版社，2022. 4彭爱莲，辛修芳.物理专业热力学统计物理教学改革初探J.科技信息，2022.12. 5钟云霄.我讲热力学统计物理的一点体会J.高校物理，11014，13.39-41 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页