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熱力學與統(tǒng)計物理學課程的教法研究

2016-03-18 17:23高本領(lǐng)梁峰
高師理科學刊 2016年9期
關(guān)鍵詞:關(guān)系式熱力學物理

高本領(lǐng),梁峰

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熱力學與統(tǒng)計物理學課程的教法研究

高本領(lǐng),梁峰

熱力學與統(tǒng)計物理學(以下簡稱熱統(tǒng))研究的是與溫度有關(guān)的熱現(xiàn)象及與熱現(xiàn)象有關(guān)的物質(zhì)運動規(guī)律和應(yīng)用,與自然界的大部分運動形式緊密關(guān)聯(lián),是物理專業(yè)重要的一門課程[1].由于熱統(tǒng)的物理思想抽象,所用數(shù)學知識復雜,使學生學習具有相當難度,影響學生的學習興趣.教學實踐中,研究熱統(tǒng)教法,做好以下5個方面至關(guān)重要.

(1)教師要對熱統(tǒng)課程有極高的興趣與熱情.任課教師要喜歡熱統(tǒng)課程,在課堂上能夠潛移默化地感染學生.如果教師對該課程興趣不高、熱情一般,那么,學生就很難產(chǎn)生濃厚的興趣與熱情.

(2)教學中貫徹由易到難、循序漸進原則.教師要重視比較簡單,但很重要的基礎(chǔ)知識教學,這有助于學生打好基礎(chǔ),掌握知識體系的內(nèi)部邏輯,對學生畏難情緒克服有利.如第一章在熱統(tǒng)中較簡單,但熱力學的重要理論幾乎全在第一章[1].通過本章教學,要讓學生對熱力學基礎(chǔ)理論及其內(nèi)部關(guān)系有足夠的認識與理解.教師重視第一章的教學,學生通過仔細、認真學習,掌握熱力學的幾乎全部概念;理解熱力學第一定律、克勞修斯等式與不等式、卡諾定理、熱力學第二定律的來龍去脈.特別是,學生對熱力學第一、第二定律的基本方程有清晰的認識,為后面章節(jié)甚而全書的學習會起到事半功倍的效果.

(3)教師應(yīng)投入足夠的時間與精力,精心備課.熱統(tǒng)課程基本沒有圖形要畫,主要是關(guān)系式、理論推導及其含義講解.復雜的數(shù)學關(guān)系,是學生學習的一大難點.這需要教師課前精心備課,課上能夠準確、詳細推導每一個關(guān)系式,這可以幫助學生克服障礙,增強學好熱統(tǒng)的信心,使學生體會到學習的樂趣.

(4)教學中應(yīng)將所教知識與科技前沿相聯(lián)系.如將絕熱膨脹與絕熱去磁降溫熱力學關(guān)系對獲得趨于絕對0K的指導作用[2],講授朗道相變理論時說明它是研究自然界相變的重要依據(jù).同時,聯(lián)系相關(guān)內(nèi)容與教師的科研:如內(nèi)能或自由能極小是新物質(zhì)尋找的判據(jù).讓學生知道很多內(nèi)容對其它學科和科研的作用.教學中多體現(xiàn)熱統(tǒng)的價值,讓學生會感受到其實際意義與作用,增強學生自覺學習的內(nèi)在動力.

(5)教學中應(yīng)側(cè)重物理規(guī)律訓練.解決問題不能圖方便,應(yīng)反復培養(yǎng)學生物理思維習慣.以簡單均勻系統(tǒng)的一個熱力學關(guān)系的證明為例,作具體說明.

方法1[4]因為,有,所以.

方法2[5]因為,所以.

前2個方法,雖然節(jié)省時間,但所學物理知識與規(guī)律用得少.方法3耗時,但是對熱統(tǒng)理解有好處,也是正常的思維方法.其中用到了很多的知識,如:熱力學基本方程、麥克斯韋關(guān)系,容易激發(fā)學生興趣,培養(yǎng)學生良好的物理思維習慣.

[1] 汪志誠.熱力學·統(tǒng)計物理[M].4版.北京:高等教育出版社,2008:1-47,72-74

[2] 馬本堃,高尚慧,孫煜.熱力學與統(tǒng)計物理學[M].北京:高等教育出版社,1980:77-79

[3] 王立志,呂秀娟,田麗杰,等.熱力學微分關(guān)系式的處理方法[J].煙臺師范學院學報:自然科學版,2004,20(3):200-203

[4] 王立志,柳盛典,張秀榮,等.熱力學關(guān)系式的雅可比行列式方法[J].煙臺師范學院學報:自然科學版,2005,21(1):44-47

(淮陰工學院 數(shù)理學院,江蘇 淮安 223003)

淮陰工學院校自然基金面上項目(2917767)

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