于忠衛(wèi)　黃艷艷

摘要：本文針對當前熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程教學(xué)中主要存在的問題，通過深入的調(diào)查和教學(xué)一線的實踐工作，開展熱力學(xué)統(tǒng)計物理研究型教學(xué)模式的探索，為課程教學(xué)改革提供一些經(jīng)驗和積累。

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

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0121-02

一、引言

近年來，隨著我國高等物理教育科學(xué)研究的開展，在課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)模式改革方面都取得了一定的進展，但在很多方面依然存在較多的問題。就熱力學(xué)統(tǒng)計物理這門課程來說，這是一門研究熱現(xiàn)象和熱運動規(guī)律的學(xué)科，內(nèi)容豐富、體系完整，是物理專業(yè)理論基礎(chǔ)課程之一。由于這門課程理論性強，內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來大都感到難以充分理解和熟練應(yīng)用，因此學(xué)科教學(xué)面臨著諸方面的困難。

當前熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程教學(xué)中主要存在三個問題。

首先，授課學(xué)時少和教學(xué)內(nèi)容多是教學(xué)中的一個主要矛盾。物理專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程時，課時較少，但是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系卻基本不變，這對按時完成教學(xué)進度和保證良好的教學(xué)效果造成了一定的困難。

其次，教學(xué)形式的陳舊，很難使學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)揮主動性和積極性。熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程的語言嚴謹而枯燥，內(nèi)容包含大量的公式和推導(dǎo)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，容易使學(xué)生感到疲勞從而產(chǎn)生厭煩的心理。而促使學(xué)生學(xué)習(xí)的動力僅僅是為了通過考核，拿到學(xué)分，學(xué)生并沒有切實掌握所學(xué)知識，更談不上實際應(yīng)用。

第三，所學(xué)知識與前沿科技嚴重脫節(jié)。在教學(xué)中往往為了完成教學(xué)任務(wù)，很多內(nèi)容僅局限于書本知識，而對于前沿知識的介紹甚少。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，不能將所學(xué)知識與前沿物理研究聯(lián)系起來，很多知識浮于表面，無法應(yīng)用到當前的科學(xué)研究中，這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力都是一種限制。

對于以上教學(xué)中存在的普遍問題，這門課程的教學(xué)改革也引起了全國范圍普通高校的高度重視。目前，在課程的體系、課程內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式方面已經(jīng)有了諸多積極的探索和研究[1-6]，本文擬針對以上問題，通過深入調(diào)查和教學(xué)一線的實踐工作，開展熱力學(xué)統(tǒng)計物理研究型教學(xué)模式的探索，為課程教學(xué)改革提供一些經(jīng)驗和積累。

二、熱力學(xué)統(tǒng)計物理研究型教學(xué)的思考

（一）課程定位

熱力學(xué)統(tǒng)計物理是一門研究熱現(xiàn)象和熱運動規(guī)律的學(xué)科，是四大物理理論基礎(chǔ)課程之一。其課程內(nèi)容豐富，包含熱力學(xué)基本定律、熵增原理、相變理論、近獨立粒子的三種分布和統(tǒng)計等重要的知識內(nèi)容。課程的授課學(xué)習(xí)對象一般為物理專業(yè)本科生，他們具有了普通物理學(xué)力學(xué)、熱學(xué)以及原子物理學(xué)多方面知識的積累，在知識體系上需要從宏觀和微觀上對熱力學(xué)知識進一步加深了解。另外，伴隨著知識體系的展開，課程內(nèi)各種解決問題的方法如統(tǒng)計、平均、理想化、相圖等為師生開展研究型學(xué)習(xí)提供了素材和案例。

（二）研究型學(xué)習(xí)

對于研究型教學(xué)到目前為止還沒有一個明確的、統(tǒng)一的定義，而大家對研究型教學(xué)的認識也不盡相同[7]。有學(xué)者認為，研究型教學(xué)是以“真實的科學(xué)研究”活動為核心，學(xué)生在“從事科研任務(wù)”中學(xué)習(xí)知識的一種教學(xué)模式；還有學(xué)者認為，研究型教學(xué)是教師以課堂內(nèi)容和學(xué)生已有的知識積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運用知識和能力，自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的教學(xué)模式。

我們認為研究型教學(xué)不僅包括了以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體開展的探究性學(xué)習(xí)的各種教學(xué)活動，還包括了課后學(xué)生的各種研究與創(chuàng)新活動，即包括了基于課堂的研究型教學(xué)模式、基于課題的研究型教學(xué)模式以及基于科研小論文的研究型教學(xué)模式，同時，在該模式教學(xué)過程中，基于問題的發(fā)現(xiàn)—探索—解決始終貫穿其中。對于熱力學(xué)統(tǒng)計物理這門課程，我們通過對課程特點和學(xué)生實際情況的研究，進行了上述研究型教學(xué)模式的探索。其目的正是突破傳統(tǒng)教學(xué)模式在熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)中的困境，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的科學(xué)修養(yǎng)。

1.基于課堂的研究型教學(xué)模式。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式通常以灌輸式為主，往往使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成依賴心理，缺乏學(xué)習(xí)的責(zé)任感，學(xué)習(xí)中處于被動狀態(tài)，因此在課堂教學(xué)中必須在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新教學(xué)方法。由于課堂教學(xué)教授給學(xué)生的基本知識、基本技能是學(xué)生進行研究型學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，所以傳統(tǒng)課堂教學(xué)必不可少。結(jié)合課堂教學(xué)實踐，我們采取降低傳統(tǒng)課堂比例的方法來完成基本知識的傳授。對于知識的講解注意講清知識的來龍去脈、辨析重點難點、簡化推導(dǎo)過程、講授基本思路。在完成傳統(tǒng)課堂的同時，引入研究型學(xué)習(xí)課堂，我們采取基于問題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning PBL）的研究型問題教學(xué)模式。如：熱力學(xué)部分，可以從常見現(xiàn)象出發(fā)，通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考，使每一個基本原理都成為啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)研究思路、培養(yǎng)研究興趣的案例。如關(guān)于熵的學(xué)習(xí)，可以在學(xué)習(xí)之前，提出這樣一個問題：物理學(xué)是研究自然科學(xué)和規(guī)律的，那么關(guān)于生物進化和宇宙演變，物理學(xué)是否也能在此發(fā)揮作用呢？在學(xué)習(xí)完熵的內(nèi)容后，用熵的概念來討論生命進化過程是怎么樣的過程？上述的問題，既有趣味性，貼近生活，又能引發(fā)思考，使得課堂氣氛活躍，學(xué)生們主動思考，積極探索，教學(xué)在輕松愉快的氣氛中有效完成，可以說，某些章節(jié)的知識內(nèi)容學(xué)習(xí)，只要能回答出一到兩個問題，這部分內(nèi)容就學(xué)習(xí)完成了。

2.基于課題的研究型教學(xué)模式。課堂之外的主動性學(xué)習(xí)對于大學(xué)本科的教育至關(guān)重要，而任課教師在課堂之外的主動學(xué)習(xí)引導(dǎo)作用同樣不可忽視。另外，讓學(xué)生利用課余課后的時間進行研究學(xué)習(xí)，也能為師生節(jié)余課堂時間，為有效解決教學(xué)課時少和授課內(nèi)容多的矛盾提供方法。因此，我們提出了基于課題的研究型教學(xué)模式。該模式由教師引導(dǎo)，師生共同參與，由教師提出1個或者多個和課堂相關(guān)的小課題，學(xué)生們通常以3～5人為一個課題研究小組，每組選擇承擔一項課題。課題小組可以由一人擔任小組長，在規(guī)定的時間內(nèi)（1星期至1個月不等）完成。課題小組在完成任務(wù)后，可以采取小組匯報、小組互評、課題論文等多種形式完成結(jié)題并獲得一定的課題完成分數(shù)。課題的難度由教師來給定，通常要求學(xué)生們在課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，還需要一定的科研視野和學(xué)術(shù)深度，學(xué)生往往需要在圖書館和互聯(lián)網(wǎng)上做必要的調(diào)研和學(xué)習(xí)，并加以討論和總結(jié)才能完成任務(wù)。與課堂結(jié)合緊密且效果不錯的課題有熱力學(xué)第一/二定律的歷史發(fā)展、永動機歷史、焓的調(diào)查、熵和系統(tǒng)進化、熵和熱寂說、熵的意義及拓展應(yīng)用、相圖分析調(diào)研、等概率原理分析、玻爾茲曼分布和玻色以及費米分布的區(qū)別和聯(lián)系、麥克斯韋速度分布實驗調(diào)查研究等等。

（三）研究型教學(xué)模式考核方式的變革

區(qū)別于傳統(tǒng)的試卷考核打分模式，以研究型教學(xué)模式為主導(dǎo)的課程教學(xué)的考核方式也需要相應(yīng)的進行變化革新。對于熱力學(xué)統(tǒng)計物理這門課程來說，熟悉該課程的基本認識、了解研究的方法、得到思維方式的鍛煉比記牢幾個公式，學(xué)會一些理論推導(dǎo)更重要。因此，我們改變單一的課程考核打分考核方法，研究出課題打分法、課程論文打分法、課堂討論表現(xiàn)打分法、期末考核打分法四種方式綜合的打分方法。按照學(xué)院和學(xué)生的接受認可度，期末考核打分法比例降低至50%甚至以下，而課題和論文表現(xiàn)、課堂討論的表現(xiàn)三種綜合平均后，其在總評成績中的比例占據(jù)50%或者更多。這樣的考核方式，不再呆板單一，強調(diào)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高了學(xué)習(xí)參與度，也鍛煉了學(xué)生多方面的能力，更容易為學(xué)生所接受。

三、結(jié)束語

本文結(jié)合教學(xué)實踐，積極探索了熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)中的研究型教學(xué)模式，提出了基于課堂的問題研究型教學(xué)模式以及基于課題和科研論文的課后研究型教學(xué)模式，并相應(yīng)地提出了該課程多種考核相結(jié)合的考核方式。該教學(xué)模式立足傳統(tǒng)教學(xué)模式，并加以創(chuàng)新，在高效完成教學(xué)任務(wù)的同時，緩解了授課學(xué)時不足與教學(xué)內(nèi)容繁多的矛盾，調(diào)動了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，在夯實基礎(chǔ)知識和掌握基本方法的基礎(chǔ)上，有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神。

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