劉 立 華

(吉林師范大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 四平 136000)

高師熱學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革

劉 立 華

(吉林師范大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 四平 136000)

根據(jù)高等師范院校的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)工作實(shí)際，提出對(duì)熱學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革應(yīng)遵循加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)的原則、體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展前沿的原則、展現(xiàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)和諧的原則、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的原則、重視熱學(xué)學(xué)科方法的原則.實(shí)施方案為刪減一些不必要重復(fù)的內(nèi)容，介紹一些學(xué)科前沿知識(shí).

熱學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；課程體系

熱學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是本科物理學(xué)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它是學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)之后接觸到的第一門論述非機(jī)械運(yùn)動(dòng)的課程.熱學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)熱運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、規(guī)律和研究方法，掌握比較系統(tǒng)的分子運(yùn)動(dòng)論和熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并能較為靈活地加以運(yùn)用.為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)電磁學(xué)、原子物理學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、固體物理、凝聚態(tài)物理等后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ).然而，現(xiàn)時(shí)的熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容陳舊，不適合現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展，更滿足不了 21世紀(jì)對(duì)人才知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求，因此必須對(duì)熱學(xué)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革.目前，這方面已經(jīng)做了大量的研究工作并取得了可喜的成果，出版了“面向 21世紀(jì)課程教材”，例如《新概念物理教程——熱學(xué)》(趙凱華、羅蔚茵編，高等教育出版社，1998年版)；《普通物理學(xué)教程——熱學(xué)》(秦允豪編，高等教育出版社，2004年版)；《熱物理學(xué)基礎(chǔ)》(包科達(dá)編，高等教育出版社，2001年版)等.經(jīng)過(guò)幾年的課堂教學(xué)試驗(yàn)以及課后對(duì)學(xué)生的訪談，筆者認(rèn)為，這些教材中課程體系的設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容的選取比較適合于綜合性及理工類大學(xué)的熱學(xué)教學(xué)而偏離高師院校的實(shí)際.因此，構(gòu)建具有高師院校特點(diǎn)的熱學(xué)課程體系以及優(yōu)化其教學(xué)內(nèi)容，突出師范生就業(yè)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從而提高學(xué)科建設(shè)水平和教學(xué)研究水平，就顯得十分重要和迫切.

1 高師熱學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革的原則

1.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)的原則

學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)是該學(xué)科中最基本的、最有遷移價(jià)值的東西.在后續(xù)課程和日常生活及一般的工程技術(shù)中都會(huì)用到這些知識(shí)，讓學(xué)生掌握這些基礎(chǔ)知識(shí)，知道這些基礎(chǔ)知識(shí)的來(lái)龍去脈以及應(yīng)用是非常有意義的.高師院校畢業(yè)的大學(xué)生從事中學(xué)教師崗位的比較多，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，應(yīng)該為學(xué)生以后從事物理教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，教給學(xué)生分析和解決物理問題的方法和思路，滲透物理教學(xué)的特點(diǎn)和風(fēng)格.因此，在教學(xué)內(nèi)容改革中應(yīng)該保留和加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)，不能輕易地壓縮或刪減.

高師院校的學(xué)生入學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)于名牌大學(xué)的學(xué)生略差一些，所以對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的講解應(yīng)該更詳細(xì)一些，避免產(chǎn)生很大的跳躍.而名牌院校由于師資水平較高，學(xué)生入學(xué)基礎(chǔ)較好，因此可以比一般院校講得快一些.

1.2 體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展前沿的原則

科學(xué)前沿能夠很好地反映熱學(xué)的一些新進(jìn)展，讓學(xué)生體驗(yàn)到熱學(xué)是一門發(fā)展中的科學(xué).熱學(xué)是現(xiàn)代前沿科學(xué)中最為激動(dòng)人心的學(xué)科之一，熱學(xué)中還有很多有意義的可以推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的科研課題，從而可以激發(fā)學(xué)生的科研熱情.科學(xué)前沿還能很好地與實(shí)際生活相聯(lián)系，讓學(xué)生們覺得熱學(xué)很接近社會(huì)、貼近生活，覺得學(xué)有所用，這樣能提高他們的學(xué)習(xí)興趣.科學(xué)前沿的介紹還能開闊大學(xué)生的視野，為他們以后到中學(xué)當(dāng)老師做好知識(shí)儲(chǔ)備.人們經(jīng)常說(shuō)“要給學(xué)生一杯水，自己要有一桶水”，現(xiàn)在又提出來(lái)只有一桶水還不夠，還要有一池活水，要不斷更新自己的知識(shí)，了解科學(xué)發(fā)展的前沿，才能做一名合格的物理教師.

1.3 展現(xiàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)和諧的原則

教學(xué)內(nèi)容和課程體系的安排要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和教學(xué)規(guī)律，傳統(tǒng)的熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分為宏觀理論和微觀理論2大類.學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的一般規(guī)律是從現(xiàn)象到本質(zhì)的順序，黃淑清老師編寫的《熱學(xué)教程》一書，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的安排是先介紹宏觀理論后介紹微觀理論，比較符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.但是隨著熱學(xué)的不斷發(fā)展，非平衡態(tài)熱力學(xué)在 20世紀(jì)六七十年代興起了，熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容必須對(duì)此做出反應(yīng).因此，如何將非平衡態(tài)的理論更新到熱學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中，使整個(gè)熱學(xué)教學(xué)內(nèi)容完整、結(jié)構(gòu)和諧成為物理學(xué)工作者一個(gè)很棘手的問題.

1.4 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的原則

興趣和愛好是積極性的來(lái)源，我們都有這樣的感受，凡是自己感興趣的事情，都會(huì)主動(dòng)去做，還能廢寢忘食地做，根本不需要他人強(qiáng)迫督促.對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)也是一樣，一旦他們對(duì)于學(xué)習(xí)產(chǎn)生了興趣，就會(huì)主動(dòng)去學(xué)，反復(fù)地學(xué)，深入進(jìn)去，主動(dòng)探究，學(xué)習(xí)效果也會(huì)事半功倍.因此，無(wú)論是在課程內(nèi)容選擇上，還是在課堂教學(xué)過(guò)程中，我們要時(shí)刻注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

1.5 重視熱學(xué)學(xué)科方法的原則

對(duì)于物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，熱學(xué)的前期課程是力學(xué)，在力學(xué)中不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，研究的是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，沒有涉及到統(tǒng)計(jì)理論.而熱學(xué)的研究有2種方法，即宏觀方法和微觀方法.進(jìn)而形成了熱學(xué)的2種理論，宏觀理論和微觀理論.宏觀理論的主要內(nèi)容是熱力學(xué)第一、二、三定律，這些定律都是具有高度的普遍性和可靠性.但由于它們不涉及物質(zhì)的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)，所以顯得不夠深刻.微觀理論是從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)的，所以更深刻地揭示了熱現(xiàn)象的本質(zhì).這2種理論彼此聯(lián)系、相互補(bǔ)充，與力學(xué)的研究方法截然不同，具有更廣泛的推廣和實(shí)用價(jià)值.因此，在教學(xué)內(nèi)容的安排上應(yīng)該重視熱學(xué)學(xué)科方法的教育.

2 高師熱學(xué)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革的實(shí)施方案

在內(nèi)容選擇上，對(duì)熱學(xué)中的一些內(nèi)容進(jìn)行了刪減，比如固體部分，我們只是在講物態(tài)時(shí)簡(jiǎn)單介紹了一下，因?yàn)楦敿?xì)的內(nèi)容在學(xué)習(xí)《固體物理》時(shí)會(huì)講的.焦耳-湯姆孫效應(yīng)只作為閱讀材料，因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)《熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》時(shí)會(huì)詳細(xì)講的.做這樣的刪減之后，避免了不必要的重復(fù)，同時(shí)又可以節(jié)約一些學(xué)時(shí)向?qū)W生介紹一些前沿知識(shí).我們加入前沿知識(shí)主要采用 3種方式：第一種方式是采用局部滲透的方法將科學(xué)前沿體現(xiàn)出來(lái)，即在熱學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)中找出結(jié)合點(diǎn)，把相應(yīng)的科學(xué)前沿內(nèi)容滲透進(jìn)去，在講課過(guò)程中作簡(jiǎn)單介紹.例如，在講解熱容與焓這節(jié)課時(shí)，我們向?qū)W生滲透了焓在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用.在講熵的微觀實(shí)質(zhì)時(shí)，我們向?qū)W生滲透了信息熵、生物熵和社會(huì)熵等知識(shí).在講解彎曲液面下的附加壓強(qiáng)時(shí)，我們向?qū)W生滲透了拉普拉斯公式在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用.第二種方式是在相關(guān)的章節(jié)中采用閱讀材料的形式集中討論一些專題，供學(xué)生課后閱讀.例如，我們?cè)谥v液體的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，后面附有閱讀材料水的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，珍惜水資源.在講擴(kuò)散現(xiàn)象的宏觀規(guī)律及微觀解釋時(shí)，后面附有閱讀材料菲克定律在生物學(xué)中的應(yīng)用.第三種方式是以單獨(dú)的章節(jié)來(lái)講述非平衡態(tài)理論，在這一章里，我們介紹了分形、混沌、耗散結(jié)構(gòu)、生命與生態(tài)環(huán)境等非平衡態(tài)的知識(shí).為了便于學(xué)生接受和理解，在熱學(xué)中介紹最新成就不能作專題介紹，更不能詳細(xì)闡述細(xì)節(jié)，而必須對(duì)與熱學(xué)有關(guān)的前沿知識(shí)，用普通物理的語(yǔ)言、用低年級(jí)學(xué)生能聽懂的語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)，主要是突出其物理思想和基本原理[1].

我們?cè)O(shè)計(jì)的熱學(xué)教學(xué)課程體系包括4個(gè)部分：第一部分，平衡態(tài)熱力學(xué).第二部分，平衡態(tài)分子動(dòng)理學(xué)理論.第三部分，物性學(xué)理論.第四部分，非平衡態(tài)理論.通過(guò)這樣的內(nèi)容安排建立起一個(gè)完整、科學(xué)和現(xiàn)代化的熱學(xué)內(nèi)容體系.學(xué)生學(xué)完熱學(xué)后，一方面可以對(duì)熱學(xué)有一個(gè)全面的了解，另一方面還可以認(rèn)識(shí)到熱學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐生活的緊密聯(lián)系，使學(xué)生學(xué)有所得，學(xué)有所用.

[1] 吳瑞賢.熱學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化[J].大學(xué)物理,1995,14(6):37-38.

Reformation of Teaching Content and Course System of Thermology in Normal University

LIU Li-hua
(College of Physics, Jilin Normal University, Siping, Jilin 136000, China)

According to the specialties of normal university and the facts of thermology teaching, the teaching content and course system of thermology have been reformed. The reformation should reinforce the basic theory, embody the scientific forelands, exhibit harmonious structure, excite the students’ interests and emphasize the subject’s method. Some repeated contents have been deleted and the scientific forelands have been introduced.

thermology; teaching content; course system

G642

A

1673-2065(2011)04-0090-02

2011-01-05

劉立華(1974-),女,吉林四平人,吉林師范大學(xué)物理學(xué)院副教授,理學(xué)博士.

(責(zé)任編校：李建明英文校對(duì)：李玉玲)