李曉東 程仁志 于景新

摘要：熱學課程是本科物理學專業(yè)的一門重要基礎課程，學好這門課程對學生學習其他物理相關課程有重要的作用。然而，熱學課程的內容較多.且較為抽象，很難引起學生的學習興趣與探索熱情。為了提高學生學習的主動性，本研究積極進行了熱學課程教學改革的嘗試和思考。實踐證明，豐富教學形式、構建課程知識體系、理論聯(lián)系實際、開展專題講座與專題討論等方式有助于提升課程的教學效果，可以為學生創(chuàng)造有意義的學習經(jīng)歷。

關鍵詞：教學;熱學課程;物理

熱學課程是本科物理學專業(yè)的一門重要基礎課程，對學生知識體系的構建有十分重要的作用。學生學好這門課程能為后續(xù)學習熱力學與統(tǒng)計物理、固體物理、原子物理等課程打下良好的基礎。然而，熱學課程的知識內容較為陳舊，多為一個世紀以前已經(jīng)建立起來的經(jīng)典理論，并且學生在中學階段已或多或少地學習過這部分內容，因此很多學生對這部分內容提不起太大的興趣。同時，傳統(tǒng)的“教師講，學生聽，學生課后復習和做題”的教學方式已經(jīng)不能滿足新時代學生的學習需求。因此，為了提高熱學課程的教學質量，培養(yǎng)學生的學習興趣，我們嘗試在教學過程中采用實例分析、講座、專題討論等形式豐富教學過程，建立以教師為主導、以學生為主體的教學模式，從而增加學生學習過程中的獲得感。

一、采用多種方法。豐富教學形式

熱學課程的教學內容較多，既有微觀上的分子動理論的平衡態(tài)理論和非平衡態(tài)理論，又有宏觀上的熱力學第一、第二定律，還有物態(tài)和相變等內容。如果教師只是一味地照書本講解，沒有任何計劃性，很容易使學生感到熱學課程枯燥難懂。因此，我們在教學過程中應根據(jù)各部分內容的不同特點采用不同的教學方法。首先，分子動理論的平衡態(tài)理論，熱力學的第一、第二定律是需要學生重點掌握的部分，我們就重點講解基本概念、理論和規(guī)律，并加強訓練學生建立物理模型和分析熱力學過程的能力，同時注意適當降低計算的難度。其次，對于分子動理論的非平衡態(tài)理論，其數(shù)學推導過程較為煩瑣，我們就簡要講解其中的重點概念，幫助學生理清知識脈絡，然后讓學生通過自學了解氣體輸運過程的基本物理思想。同時，我們會給出實例供學生參考，并讓學生采用分組研究的方式解決實際問題。最后，對于物態(tài)和相變的內容，我們采用專題講座的形式，讓學生知曉自己所學內容與科學前沿的緊密聯(lián)系，從而激發(fā)學生學習的熱情。

二、強調知識結構。構建課程知識體系

在熱學課程中，概念性的內容比較多。通過調查，我們發(fā)現(xiàn)學生在學習時習慣于逐個概念、逐個定理定律的單獨知識點的學習.這樣的結果就是學生在學習過程中對某個概念理解較清晰，但是課程結束后不能形成完整的知識體系。課程結束后，學生總結自己通過這門課程學到了什么時，往往是簡單地羅列出部分概念的定義或定理、定律的一些內容，很難有條理地系統(tǒng)講出課程的知識結構脈絡。究其原因，主要是學生在學習時一味地把精力投入到具體某一知識內容的學習上，沒有站在一個更高的角度來領會整個課程的知識體系。

鑒于以上情況.在學生學習的過程中.我們要注重建立學生完整的熱學知識體系，以避免“只見樹木，不見森林”的零散化記憶。首先，在熱學課程第一節(jié)緒論課上，我們詳細地列出了課程的基本知識體系，讓學生對課程有一個初步認識。其次，每一章節(jié)的開始和結束，我們都要對本章節(jié)的知識結構進行梳理，讓學生對章節(jié)知識結構有一個總體的認識，能在知識結構中找到每一個知識點相應的位置。最后，在課程結束時，我們會給出本課程的知識結構圖，保證學生能根據(jù)結構圖有條理地把握本課程的知識脈絡，并據(jù)此講出相應的具體內容，讓學生做到“既見樹木，又見森林”。通過這種訓練，學生在談到熱學課程時，能夠思路清晰地講解出熱學課程的知識體系，而不是簡單地羅列幾個概念或定律，并且學生在以后的學習過程中能夠快速回憶起相關的熱學內容。

三、注重知識應用，理論聯(lián)系實際

熱學課程的內容較為瑣碎、零散，純粹的理論知識講授容易使學生提不起學習興趣，因此，我們根據(jù)各章節(jié)中的不同知識的特點，理論聯(lián)系實際，提出一些生產(chǎn)和生活中有待解決的問題，讓學生通過查閱各種文獻資料、運用熱學知識解決實際問題。比如，在學習分子動理論的非平衡態(tài)理論內容時，我們采用實例分析的形式進行教學。在高溫環(huán)境下工作時，人們需要穿著專用服裝以避免灼傷。專用服裝通常由三層織物材料構成，記為I、Ⅱ、Ⅲ層。其中，I層與外界環(huán)境接觸，Ⅲ層與皮膚之間的空隙記為Ⅳ層。為設計專用服裝，研究者需要將體內溫度控制在37℃左右的假人放置在實驗室的高溫環(huán)境中，以測量假人皮膚外側的溫度。在已知每層的密度、比熱、熱傳導率和厚度等相關參數(shù)和一定的原始實驗數(shù)據(jù)的前提下，讓學生根據(jù)不同的環(huán)境條件要求，采用理論建模的方法來確定人體皮膚外側的溫度變化情況。這道題的解決除要用到熱傳導的相關知識外，還需要用到數(shù)學中的微積分知識。我們將班級學生分成若干小組，以專題作業(yè)的形式讓每個小組先自主學習熱學課本上熱傳導的內容，再查閱相關文獻和各種網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。我們要求小組內部討論并給出解決方案，最后再進行分組匯報。在這個過程中，我們可以直觀地看到學生的參與熱情有了極大的提高。此外，學生在解決問題的過程中既學習了新知識，又鍛煉了查閱資料和分析解決問題的能力，還增強了團隊協(xié)作意識。我們在教學過程中積極搜尋有價值的實際問題，通過理論聯(lián)系實際，將學生從枯燥的理論學習中解放出來，使得課堂教學變得生動活潑。

四、開展專題講座與專題討論。開闊學生視野

熱學課程涉及的內容較多，但一些知識的學習要求是屬于了解層面的.針對這部分內容我們采用專題講座的形式進行教學。比如，熱學課程中的物態(tài)與相變的內容難度較大但只要求學生了解，同時這部分內容也與凝聚態(tài)物理、等離子物理、材料科學等相關研究較為密切。因此，我們采用專題講座的形式組織教學。我們邀請研究凝聚態(tài)物理、等離子物理、材料科學等方向的專家學者走進課堂，為學生介紹物態(tài)和相變的相關研究領域，并通過討論與交流為學生答疑解惑。由于熱學課程是在大學一年級開設的，可能一些學生對物理專業(yè)的認識還不夠，這種形式不僅有助于開闊學生的視野，也增進了學生對物理專業(yè)的認識，提高了學生的學習興趣。

另外，隨著科學的發(fā)展，熱學課程中的一些知識、概念日漸豐富，在不同課程中其內涵也在不斷擴充，我們認為有必要讓學生更全面地理解這些內容。針對此類內容，我們采用專題討論的形式進行教學。比如，“熵和熵增加原理”，這部分內容過于抽象，學生只聽教師講解很難完全把握。然而，“熵”的概念在信息科學、生命科學、天體物理等學科領域有更豐富的內涵。于是，我們以專題的形式給學生（學生自己完成分組）布置任務，要求學生通過圖書資料查閱、網(wǎng)絡及新媒體搜索等方式學習與“熵和熵增加原理”相關的內容，每一組都要形成總結報告。然后，我們組織課堂討論，每組推薦一個代表作報告，全班學生共同討論。通過專題討論，學生加深了對熱學課程中熵的理解.有的學生還討論了信息熵、熵與宇宙學、熵與生命科學等內容。這樣的專題討論讓學生變被動學習為主動探索，從查閱相關資料到制作電子課件，再到參與課堂討論，學生充分發(fā)揮了自身的主觀能動性與積極性。

通過教學改革嘗試，我們豐富了教學形式，增加了實例分析、專題講座和專題討論的教學模式，提高了課程的教學質量，得到了學生的認可和好評。我們通過重點講解課程主干知識，使學生對知識脈絡的把握更為清晰：通過實例分析，讓學生理論聯(lián)系實際，變被動學習為主動探索，提高了學生利用所學知識解決實際問題的能力，增加了學生的獲得感;通過專題講座，提高了課程的時效性，也提高了學生對專業(yè)和學科的認識，開闊了學生的視野：通過專題討論，提高了課堂教學的有效性，鍛煉了學生探索新知識的能力。當然，這只是我們初步的嘗試和思考，仍需進一步完善和提高。我們的初衷是通過不斷的教學改革探索，提高教學質量，為學生創(chuàng)造有意義的學習經(jīng)歷。