独立学院热力学统计物理教学探究

朱庆利

摘 要：热力学统计物理是物理师范类专业的基础理论课程之一，对培养学思维能力、强化学生理论基础起着重要作用。由于独立学院学生普遍存在重实践轻理论的思想，加上该课程理论性强，概念抽象， 学生学习比较吃力。面对教学现状，从教学方法和教学内容层面探究了热力学与统计物理学课程教学的改革和实践，坚持一条主线，强化思考总结，不断引入前沿，取得较好效果。

关键词：热力学 统计物理 教学方法

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0153-02

物理学作为基础课程， 它不仅是自然科学的基础， 还是工程技术和产业升级的基石。学生在学习物理的基础概念、基础规律、基础方法及了解物理学与现代技术以及其它自然科学联系的同时， 更可以培养和提高自己的科学素质、思维方法和研究能力。热力学与统计物理作为本科教学中的一门重要基础理论课程，对学生物理思维的培养和物理学本质的认识起着不可替代的作用。

独立学院是以母体高校的优势教育资源为平台，以培养创新型、应用性本科人才为目标的高校。针对独立学院学生基础相对薄弱，且普遍存在重应用轻理论的思想，考虑到该门课程抽象性强，数学公式多，所以在教学过程中必须有针对性的采用科学的教学方法，因材施教，才能保证良好的教学效果。

1 一条主线，两种方法

学生在学习过程中，无法较好的对物理思想、定理定律建立起一个清晰的物理图像，很大程度上是由于没有很好地把握课程的理论主线。热力学与统计物理所讨论的对象是相同的， 即由大量微观粒子组成的系统， 但二者讨论问题的方法是不同的， 热力学是以实验定为基础的宏观研究方法， 统计物理学则是从分子运动论出发，用统计的方法对系统给出一个合理的模型，并以此为基础进行演绎推理从而得出规律的微观描述方法。热力学方法不能给出研究对象的本质，而统计方法推理的结果也要经受实验事实的检验。所以两种方法各具长处， 在课程中同时加以运用可以取长补短， 相辅相成。所以在教学上应该灵活运用，把握住研究对象这条主线， 灵活运用两种方法，做到取长补短， 相辅相成，是一个有机统一体，缺一不可。课程教学过程中，应在详细阐热力学与统计物理学的概念定义、发展历史的基础上讲授二者有机统一关系，使学生对两种方法有一个整体的认识，准确把握课程的基本特征，这有利于学生理解热力学统计物理的物理思想和建立相应的物理图像。

2 积极引导，强化思考

同基础物理学课程相比，热力学统计物理内容抽象且庞杂，而在应用型复合型人才的培养目标下，理论课时的教学采用传统的灌输式，填鸭式授课方式是不合时宜的，极易造成课堂教学乏味、沉闷。学生面对复杂、抽象的知识点也会感到厌烦，提不起学习的兴趣和积极性。因此，要以学生为主体，教师为主导，充分发挥学生的主观能动性，消除学生的畏难情绪，使他们从想要学习，乐于学习到爱上学习，从而正确理解和掌握知识。

课堂讲授的内容不应泛且广，应该有所取舍。在教学中我们注重对教学内容的优化，区别对待描述性内容， 浅显易懂内容和重点难点内容， 要集中精力抓重点， 提高教学效率，而对有些细节其实并不需要都讲“深” 或讲“透”对引导性和扩展性内容可以留给学生课后自行阅读。 对于程度好的学生要因材施教， 不能简单的只布置作业， 而是不时提出一些用他们已经掌握的知识有可能处理的问题， 或引入好的小课题，让他们去自由思考， 独立研究， 养成良好的自学习惯和独立思考判断与分析处理实际问题的能力。

3 总结规律，突出概念

这门课程有些教学内容包含着大量的偏微分方程组，比如内能、焓、自由能、吉布斯自由能的全微分和麦克斯韦关系式。对这些内容的教学，仅仅讲解清楚是不够的。面对如此繁杂的方程式，学生难以记忆，从而容易导致失去学习兴趣。这就需要老师不断的总结规律，挖掘物理量和表达式间的内在联系。此外，要在数学公式的推导中重点突出物理思想，能让学生更加清晰的了解公式代表的物理意义，清楚为什么，怎么做，是什么，从而深入学习。

此外，内能、焓、自由能、吉布斯自由能这四个物理量的量纲都是能量，但从内能这条线出发来可以方便理解其他几个量。我们知道，内能是大量微观粒子热运动时的能量，是从热力学第一定律通过作功和吸热的改变来获得。如果把内能减掉束缚能就可以得到自由能。在等压条件下内能就是焓，此时的自由能就是吉布斯自由能。有了全微分的表达式，这样就把几个物理量联系了起来，麦克斯韦关系式也可顺热得到。

4 重视前沿，提高素养

高校教师只有经常阅读学术文献，关注最新的研究进展，关注新知识、新材料和新发展，才能不断丰富并充实教学的内容，在教学思想上和教学方法上保持与时俱进。而从教学重点和难点的理解和把握，到围绕它们而设置合适的问题情景并引导学生思考，也都需要教师不断学习来加深对热力学统计物理专业知识以及教学方法的学习和再认知，在教学中体现学科发展的前沿。比如讲到玻色统计和费米统计时可以引入冷原子气体和超导，这不仅能使课程更加生动把能使学生直接体会到学这门课有实际价值，对学生掌握该学科的最新研究内容及其发展态势具有重要意义。

在传授物理知识的同时， 也要重视对学生思想的教育， 联系物理学史， 结合课程育人， 通过介绍对立与统一，个性与共性，简单与复杂的问题可以引导学生形成正确的物理思想。 此外，从书写清晰、语句通顺、作图正规准确、演算步骤齐全等要方面严格要求学生，培养他们从独立完成作业到规范完成作业的习惯，时时处处培养学生的科学素养。

当然，在热力学与统计物理课程的教学中，任何一种方法都不是独立的，他们交互影响，相辅相成，需要任课教师不断地钻研教材，钻研学生，与时俱进，在知识的传授过程中强化科学方法的教育，达到最佳教学效果。

5 结语

总之，针对独立学院的应用型、复合型人才培养目标，为了强化学生的理论基础，提高学生思维能力，根据课程教学中反映出来的问题，我们主要从教学内容和教学方法上进行了改革和尝试。通过实践证明，学生的学习的兴趣明显提高，知识面也得到了有效地拓展，解决实际问题的能力也不断加强。此外，改革和实践还有效缓解了授课学时和教学内容的矛盾，强化了人才的培养的广度和深度。

参考文献

[1] 汪志诚.热力学·统计物理[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2] 钟云霄.热力学与统计物理学[M].北京：科学出版社，1993.

[3] 徐序，郑秋南.热力学与统计物理若干教学方法探讨[J].新西部，2013（33）：145-146.

[4] 陈亚江，曹伟平，黄海燕.师范类热力学统计物理课堂教改实践[J].丽水学院学报，2014，36（5）：77-79.

[5] 曹海靜，蒋秀丽，蒋峰.热力学与统计物理课堂建设和教学改革初探[J].科技资讯，2014（36）：191.endprint