伊厚會　姚延立

摘要：在教學(xué)中結(jié)合《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》的課程特點和教學(xué)中存在的問題，進行了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的改革和嘗試，并起到較好的效果。

關(guān)鍵詞：熱力學(xué)統(tǒng)計物理；教學(xué)改革；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）08-0105-02

《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》屬理論物理課程，是高等院校物理學(xué)專業(yè)本科學(xué)生在修完《熱學(xué)》課程之后必修的一門基礎(chǔ)理論課程，它對于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及從事相關(guān)科研都具有重要的意義?！稛崃W(xué)與統(tǒng)計物理》語言嚴謹?shù)菰铮罅康墓胶屯茖?dǎo)，教學(xué)中容易忽視科學(xué)思維訓(xùn)練和科學(xué)思想方法的培養(yǎng)。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)學(xué)完《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》后，對涉及到的概念、規(guī)律和處理方法都感覺比較模糊，實際應(yīng)用困難。在教學(xué)方法上，目前普遍采用的教學(xué)方法是老師推導(dǎo)公式，學(xué)生聽講，使學(xué)生整體感覺模糊。熱力學(xué)是一大堆偏微商，偏來偏去；統(tǒng)計物理是這分布那分布。教師在講臺上講的是口干舌燥，筋疲力盡，學(xué)生在臺下卻無精打采，昏昏欲睡。如何實現(xiàn)在教學(xué)中師生的互動，知識的傳遞、信息的交流和思維的碰撞在《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》課堂教學(xué)中顯得尤為重要。筆者在近幾年的教學(xué)中，針對《熱力與學(xué)統(tǒng)計物理》的現(xiàn)狀進行了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，在一定程度上調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，并收到了較好的效果。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

1.深化物理概念。由于《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》教材中有很多理論的堆積和繁雜的推導(dǎo)過程，而對課程中蘊含的思維訓(xùn)練和科學(xué)思想、科學(xué)方法等內(nèi)容很少涉及，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，大部分時間都是花在推導(dǎo)公式上，忽視了應(yīng)用人才的培養(yǎng)。在《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》教學(xué)中，盡量做到從最普遍的基本原理出發(fā)，運用歸納、演繹的方法導(dǎo)出實驗規(guī)律，然后培養(yǎng)學(xué)生運用物理理論解決一些典型實際問題的方法和能力。同時強調(diào)對物理概念和意義、物理意義的理解，簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使學(xué)生形成較完整的物理學(xué)圖像。

2.優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。根據(jù)《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》和《熱學(xué)》、《量子力學(xué)》、《固體物理》等課程的關(guān)系，盡量減少與《熱學(xué)》、《固體物理》等相應(yīng)課程內(nèi)容的重復(fù)。例如對于熱力學(xué)中的內(nèi)容（如平衡態(tài)、溫度、物態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律、功、熱量與焓、理想氣體、熱力學(xué)第二定律、熵、卡諾定理等）和統(tǒng)計物理中的內(nèi)容（如等概率原理、玻耳茲曼統(tǒng)計、能均分定理、麥克斯韋分布）與《熱學(xué)》的重復(fù)率高，在教學(xué)時適量減少課時。例如德拜理論等內(nèi)容可以放在《固體物理》中并且要重點講授。通過教學(xué)內(nèi)容的整合，提高了教學(xué)效率，優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，緩解了授課學(xué)時和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，從而明確了課程的主線。

3.增加前沿知識。在講授課本知識的同時，適當(dāng)增加前沿內(nèi)容。例如講解獲得低溫的方法時，增加介紹3He、4He稀釋致冷和激光致冷；對于非線性不可逆過程熱力學(xué)，重點介紹耗散結(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用；補充相變中朗道連續(xù)相變理論和臨界點附近漲落與關(guān)聯(lián)的理論；增加介紹統(tǒng)計物理中玻色愛因斯坦凝聚的新進展；介紹朗之萬方程在光學(xué)粘膠、多普勒致冷和磁光陷阱等方面的應(yīng)用。通過增加前沿知識的學(xué)習(xí)和介紹，加深學(xué)生對基本內(nèi)容的理解，開闊學(xué)生的視野，引起學(xué)生的興趣并有利于科學(xué)思維的培養(yǎng)。

4.注重實踐環(huán)節(jié)。在講授理論知識課的同時，注重實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計環(huán)節(jié)。由于《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》是理論性很強的課程，在教學(xué)中往往重視理論教學(xué)而忽視實踐環(huán)節(jié)，這不利于應(yīng)用性人才的培養(yǎng)。需要在教學(xué)中增加實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計環(huán)節(jié)。例如熵變的計算、鐵磁—順磁相變、粒子輸運問題、平衡態(tài)的確定、半透薄等知識和問題，結(jié)合Ising模型，郎之萬方程，Monte Carlo、Random Walking等計算方法，有針對性的進行課程設(shè)計。通過實踐教學(xué)，既加深了學(xué)生對物理學(xué)過程、物理概念的理解，又鍛煉了學(xué)生計算機程序設(shè)計能力，從而增強了學(xué)生解決實際問題的能力。

二、教學(xué)方法改革

1.對比法的應(yīng)用。由于《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》存在大量的物理意義相同或相近的物理概念、物理量、物理規(guī)律和處理方法等，通過增加對比讓學(xué)生掌握該門課的主線，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想和方法。例如對于內(nèi)能、自由能、吉布斯函數(shù)、焓的概念；麥氏關(guān)系；熵、自由能、焓、吉布斯、內(nèi)能等的各種判據(jù)和條件；微正則分布、正則分布、巨正則分布；玻爾茲曼統(tǒng)計、玻色統(tǒng)計、費米統(tǒng)計等內(nèi)容，教學(xué)時主要講授部分內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對比分析物理概念和研究方法的區(qū)別和聯(lián)系。通過對比教學(xué)，既加深了學(xué)生對基本感念、基本研究方法的理解，又能起到舉一反三的教學(xué)效果。

2.互動式教學(xué)的應(yīng)用。教學(xué)中適當(dāng)?shù)貞?yīng)用互動式的教學(xué)方法，改變以往課堂教學(xué)的傳統(tǒng)模式。激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性和自我學(xué)習(xí)的能力。在教學(xué)中，增加一些基本概念、定律和處理方法的討論。例如討論熱力學(xué)溫標和理想氣體溫標的異同點；討論理想氣體狀態(tài)方程和焦耳定律的獨立性；討論分析熱力學(xué)第二定律的微分表達式和熱力學(xué)基本微分關(guān)系的不同之處；討論熵的概念以及不可逆過程中熵變的計算方法比較。根據(jù)熵增原理討論了宇宙的起源、宇宙的形成、宇宙的未來和宇宙的演化等。在相變中除了物體的固、液、氣三相變化，討論自然界還存在許許多多的相變現(xiàn)象，例如物質(zhì)從金屬變成超導(dǎo)體的超導(dǎo)相變；液態(tài)氦從正常液體變成超流體的λ相變；磁鐵在居里溫度從鐵磁性變成順磁性等。通過討論進一步明確了概念、規(guī)律的適用條件和一般處理方法等，并在互動過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識、參與意識、群體意識和問題意識，提高了學(xué)生的積極性和主動性。

三、其他方面工作

在《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》教學(xué)中我們還進行了其他方面的改革和實踐。在考核方面，采用閉卷考試、一頁開卷、課程設(shè)計、論文等多種考核方式。為適應(yīng)教學(xué)的需要，針對教學(xué)內(nèi)容作了完整的習(xí)題解答和復(fù)習(xí)資料，并作為教材配套的教學(xué)參考書。在保證本學(xué)科的基本理論、基本知識和基本技能的全面性，以及在精選內(nèi)容時注意知識的科學(xué)性和系統(tǒng)性的前提下，制作了圖文并茂、引人入勝的課件。在課堂上運用多媒體，VCD、DVD，教學(xué)軟件、音像制品等這種直觀的、形象化的演示，有利于學(xué)生增強感性認識，便于理解和記憶。

四、結(jié)論

在教學(xué)改革的指導(dǎo)思想下，針對《熱力與學(xué)統(tǒng)計物理》教學(xué)中存在的問題，進行了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的改革和嘗試。實踐證明，這些改革和實踐緩解了授課學(xué)時和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)生的知識面和自主實踐課的空間，增強了學(xué)生解決實際問題的能力，從而有利于人才的培養(yǎng)。

參考文獻：

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[7]梁希俠.統(tǒng)計熱力學(xué)（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

基金項目：濱州學(xué)院教學(xué)研究項目（BYJYZD201010）；濱州學(xué)院重點課程（BZXYZDKC200912）

作者簡介：伊厚會（1976-），男，山東費縣人，博士，副教授，主要從事大學(xué)物理、熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)、計算物理學(xué)等方面的教學(xué)和研究。