王麗娜

(伊犁師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 新疆 伊寧 835000;新疆凝聚態(tài)相變與微結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室 新疆 伊寧 835000)

1 引言

新時(shí)代十分重視教育、科技和人才,對(duì)其工作也提出了新要求,課程教學(xué)是做好上述三方面工作的重要抓手.熱學(xué)課程作為物理類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程和核心課程,其教學(xué)工作一直受到教育者的重視.文獻(xiàn)[1]指出,在熱學(xué)教學(xué)中突出熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理的研究方法,注重復(fù)雜問題的適當(dāng)簡(jiǎn)化與理想化模型的建立,對(duì)學(xué)生構(gòu)建熱學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)和理解物質(zhì)本質(zhì)具有十分關(guān)鍵的作用.文獻(xiàn)[2]強(qiáng)調(diào)應(yīng)該在熱學(xué)課程中從物理現(xiàn)象著手教好活的物理學(xué),利用好課堂討論以給予學(xué)生發(fā)表個(gè)人意見和相互討論的機(jī)會(huì).文獻(xiàn)[3]以自己所在學(xué)校的熱學(xué)課程為例,具體介紹了如何培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力、分析處理實(shí)際問題的能力以及學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)等的做法.文獻(xiàn)[4]對(duì)熱學(xué)課程的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及習(xí)題和試題配置的現(xiàn)代化等進(jìn)行了探討.文獻(xiàn)[5]以信息技術(shù)為手段,依托網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建了課堂講授與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)相結(jié)合的熱學(xué)課程混合學(xué)習(xí)模式.文獻(xiàn)[6]在“課程思政”背景下,開展了轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)、構(gòu)建教學(xué)評(píng)價(jià)的實(shí)踐,促進(jìn)了專業(yè)學(xué)習(xí)與思政教育的協(xié)同發(fā)展.

結(jié)合上述工作,針對(duì)我校的學(xué)生與教學(xué)情況,我們發(fā)現(xiàn)在熱學(xué)課程的教學(xué)中,還存在一些急需改進(jìn)之處.(1)傳統(tǒng)教學(xué)中注重知識(shí)傳授,而對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和意識(shí)的培養(yǎng)方面有待加強(qiáng);(2)學(xué)生感覺知識(shí)抽象,對(duì)知識(shí)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值感受較弱;(3)利用現(xiàn)代技術(shù)手段提升教與學(xué)的效率有待提高;(4)熱學(xué)課程的育人功能發(fā)揮需要進(jìn)一步挖掘.針對(duì)這些問題,我們?cè)跓釋W(xué)教學(xué)中進(jìn)行了一些探索與實(shí)踐,以更好實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳承、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和熱學(xué)課程的育人功能.

2 融入創(chuàng)新要素 感知?jiǎng)?chuàng)新過程

2.1 教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代化大型設(shè)備相結(jié)合 鋪設(shè)通向創(chuàng)新之路

在傳統(tǒng)教學(xué)中,教師注重知識(shí)傳授多,而在學(xué)生的創(chuàng)新能力和意識(shí)的培養(yǎng)方面則有所欠缺.針對(duì)這一問題,教師可以將科研創(chuàng)新要素引入教學(xué)過程,促進(jìn)教學(xué),也為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)產(chǎn)生促進(jìn)作用.

以我校選用的《熱學(xué)》教材為例[7],在講解晶體中粒子的熱運(yùn)動(dòng)和液體的徹體性質(zhì)時(shí),將涉及到晶體和液體的熱容、熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)等物理量,這時(shí)我們會(huì)把本單位擁有的同步熱分析儀、熱膨脹儀和激光閃射導(dǎo)熱儀等熱學(xué)儀器的情況介紹給學(xué)生.例如,在講解熱膨脹系數(shù)時(shí),我們會(huì)簡(jiǎn)單介紹設(shè)備構(gòu)成,并闡述清楚關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的獲得方式.針對(duì)測(cè)量線膨脹系數(shù)的設(shè)備,我們會(huì)告訴學(xué)生計(jì)算線膨脹系數(shù)所需要的溫度與長(zhǎng)度的變化情況是分別通過熱電偶和位移傳感器來測(cè)得的.另外,還會(huì)簡(jiǎn)單介紹該儀器在陶瓷、玻璃、橡膠和建筑材料等方面的應(yīng)用.通過這些講解,學(xué)生不僅知道了物理量的定義、物理意義以及如何根據(jù)習(xí)題中的已知條件來計(jì)算它們,而且也知道了相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息在實(shí)踐中是如何得到的.這樣的做法既有助于學(xué)生對(duì)物理量的理解與認(rèn)知,也讓學(xué)生在這樣的潛移默化的過程中就已經(jīng)對(duì)科技創(chuàng)新設(shè)備有了認(rèn)知,為學(xué)生將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)等創(chuàng)新活動(dòng)鋪路奠基.

2.2 適度引入翻轉(zhuǎn)課堂 兼顧創(chuàng)新能力培養(yǎng)

翻轉(zhuǎn)課堂是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式,教師可以將翻轉(zhuǎn)課堂用于熱學(xué)課程的改革和探索中.在教學(xué)中,根據(jù)我校的人才培養(yǎng)方案和熱學(xué)教學(xué)大綱的要求,在保持課程的科學(xué)性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上,我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容有所取舍,講精講細(xì)、講深講透熱學(xué)課程的重點(diǎn)與難點(diǎn),同時(shí),對(duì)于教材中已詳細(xì)介紹的、淺顯易懂的內(nèi)容,教師可以借助翻轉(zhuǎn)課堂,讓學(xué)生自行學(xué)習(xí).

例如,在講解用分子射線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證麥克斯韋速度分布律時(shí),我們可以選用翻轉(zhuǎn)課堂模式,以學(xué)生為中心,給予學(xué)生關(guān)于分子射線實(shí)驗(yàn)、密勒·庫士實(shí)驗(yàn)等問題設(shè)置的提綱,讓學(xué)生根據(jù)問題查找資料,制作PPT,完成這些工作后交給教師進(jìn)行相應(yīng)地指導(dǎo),之后將其錄制視頻并發(fā)至學(xué)習(xí)平臺(tái)供其他學(xué)生學(xué)習(xí).對(duì)于上述這些問題,雖然在學(xué)科體系中已經(jīng)屬于已知內(nèi)容,但是具體到學(xué)生個(gè)體來說,依然是新知識(shí)、待解問題.因此,學(xué)生對(duì)這些問題的自主解決,相對(duì)于自身來說就是一個(gè)體驗(yàn)創(chuàng)新的過程,明顯區(qū)別于教師講、學(xué)生聽的被動(dòng)接受式教學(xué)模式.在熱學(xué)課程中還有很多這樣的內(nèi)容可供學(xué)生自主學(xué)習(xí),例如,利用麥克斯韋速率分布函數(shù)求解最概然速率、平均速率、速率倒數(shù)的平均和方均根速率等,熱力學(xué)過程的介紹、晶體中粒子的結(jié)合力等等.

與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比,引入翻轉(zhuǎn)課堂之后,學(xué)生要想完成相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)必然會(huì)多花費(fèi)一些時(shí)間,但這也是培養(yǎng)學(xué)生的探究新問題、新現(xiàn)象能力的一個(gè)有效途徑.學(xué)生也反映,雖然他們花費(fèi)更多的時(shí)間,但是通過實(shí)踐也體驗(yàn)到了一步步解決問題的過程,鍛煉了深入思考、資料查找、分析推理、溝通交流和語言表達(dá)等能力,有了與“聽講”不一樣的感受.

3 建構(gòu)知識(shí)支撐體系 感知知識(shí)現(xiàn)實(shí)價(jià)值

3.1 與初高中熱學(xué)知識(shí)有機(jī)銜接 構(gòu)建完整的知識(shí)認(rèn)知體系

大學(xué)課程熱學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)需要在高中相應(yīng)知識(shí)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行,高中舊知識(shí)是支撐大學(xué)新知識(shí)認(rèn)知的支柱.另外,由于高中物理課程具有不同的選學(xué)模式,導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)入大學(xué)時(shí),熱學(xué)知識(shí)的水平不盡相同.因此需要做好大學(xué)熱學(xué)知識(shí)與初高中熱學(xué)內(nèi)容的銜接,以實(shí)現(xiàn)在大學(xué)熱學(xué)課程中掌握更加深入與綜合的知識(shí).

在具體的教學(xué)中,我們開展了將初高中熱學(xué)知識(shí)適當(dāng)嵌入熱學(xué)課程中的嘗試.例如,理想氣體的物態(tài)方程、理想氣體的壓強(qiáng)、物質(zhì)的相變?cè)诟咧袝r(shí)都有所涉及,但未進(jìn)行深入研究,基于此基礎(chǔ),教師在大學(xué)階段可以闡述其來源、推導(dǎo)過程、深入分析及應(yīng)用.再如,通過熱力學(xué)第一定律研究不同過程中理想氣體的能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化時(shí),初高中階段所接觸到的比熱是常量,利用代數(shù)關(guān)系可直接求解出熱量,將這特殊情況作為引子,可以推廣關(guān)于熱量的一般計(jì)算,比熱是溫度的函數(shù),需要通過比熱對(duì)溫度的積分才可求出不同過程中的熱量問題.做功亦是如此,一般情況下,壓強(qiáng)對(duì)體積的定積分才可以求出外界對(duì)系統(tǒng)所做的功.……這樣不僅有利于學(xué)生將整個(gè)熱學(xué)知識(shí)構(gòu)建成一個(gè)整體,而且也有利于高中未選學(xué)到相應(yīng)知識(shí)的學(xué)生能夠?qū)@些知識(shí)有更為充分的理解.

3.2 聯(lián)系生活實(shí)際 感受知識(shí)現(xiàn)實(shí)價(jià)值

熱學(xué)是一門有著悠久歷史的學(xué)科,它包含著人類自古以來對(duì)熱現(xiàn)象研究的豐碩成果.而學(xué)生在學(xué)習(xí)熱學(xué)時(shí),存在感覺知識(shí)抽象,不能感受知識(shí)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值的情況,使得學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力欠缺,興趣有待提高.因此,教師可以將生活、生產(chǎn)和工作中經(jīng)常遇到的熱學(xué)問題用于熱學(xué)教學(xué).

教師根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平與學(xué)習(xí)能力,將常見熱學(xué)現(xiàn)象和典型實(shí)例與學(xué)生所學(xué)的熱學(xué)知識(shí)進(jìn)行銜接與應(yīng)用,透過現(xiàn)象揭示事物本質(zhì).例如海拔高度與空氣密度之間有著怎樣的關(guān)系,通過低壓情形下的熱傳導(dǎo)問題如何解釋保溫杯的隔熱保溫作用,通過冰箱、空調(diào)等的工作原理如何求解循環(huán)過程的效率,樟腦丸揮發(fā)是怎樣的揮發(fā)過程等問題.將實(shí)例與理論進(jìn)行結(jié)合,一方面發(fā)揮了教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性和實(shí)用性的特點(diǎn),幫助學(xué)生理解抽象的熱學(xué)理論,理論指導(dǎo)實(shí)踐,也體現(xiàn)了物理來源于生活、應(yīng)用于生活的理念,另一方面使學(xué)生在學(xué)習(xí)熱學(xué)知識(shí)的過程中形成正確的方法論和思維方式,來提升解決問題的能力.

4 借助現(xiàn)代化通訊和智能化平臺(tái) 提升教與學(xué)的效率

4.1 利用現(xiàn)代化通訊方式 提高學(xué)習(xí)效率

在學(xué)習(xí)環(huán)境逐步演變成新型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí),在“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下,教師可以依靠互聯(lián)網(wǎng)、各種學(xué)習(xí)平臺(tái)等現(xiàn)代信息技術(shù)手段提升教與學(xué)的效率.

在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中,學(xué)生與教師之間進(jìn)行問題交流主要集中在課前、課間和課后,由于時(shí)間有限,對(duì)于有些問題可能不能進(jìn)行深入、詳細(xì)地解決,而且時(shí)效性也不強(qiáng).現(xiàn)如今,教師可以依靠互聯(lián)網(wǎng)通過微信、釘釘?shù)冉涣骱蛯W(xué)習(xí)平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)學(xué)生的答疑.采取這種方式來提問和答疑,不再受時(shí)間和空間的限制,并且討論和解決問題的細(xì)節(jié)還可以長(zhǎng)時(shí)間保存.因此,利用現(xiàn)代化通訊方式,可以架起時(shí)空之橋,縮短空間距離,彌補(bǔ)時(shí)間脫節(jié),增強(qiáng)對(duì)接效率,從而更為有力地支撐學(xué)生的高效學(xué)習(xí).

教師也可以依靠互聯(lián)網(wǎng)借助微信、釘釘、學(xué)習(xí)通等平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)的布置和批改,實(shí)現(xiàn)了無紙化的批改作業(yè).為了讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)、相互借鑒,教師可以在平臺(tái)上設(shè)置生生互評(píng),最后教師對(duì)批改的作業(yè)進(jìn)行審核把關(guān).在生生互評(píng)方面,我們采取的是匿名互評(píng),也就是既隱藏做作業(yè)人姓名,又隱藏批作業(yè)人姓名,使學(xué)生放心評(píng)價(jià),盡量做到客觀公正,避免礙于情面打高分.學(xué)生也認(rèn)為匿名互評(píng)的方式比較好,避免人情分,而且也有了相互學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),可以在發(fā)現(xiàn)別人內(nèi)容錯(cuò)誤的過程中不斷規(guī)范自己的認(rèn)知.

4.2 利用智能化平臺(tái) 增強(qiáng)學(xué)習(xí)針對(duì)性

及時(shí)了解和掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,是開展有效教與學(xué)的重要基礎(chǔ),但是在傳統(tǒng)教與學(xué)中,學(xué)生知識(shí)掌握情況的反饋往往時(shí)效性不強(qiáng),而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力.我們可以利用智能化平臺(tái),改變以往的考核和評(píng)價(jià)方式.例如,在問卷星、學(xué)習(xí)通等平臺(tái)上發(fā)布課前測(cè)試、單元測(cè)驗(yàn)等,要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試.學(xué)生提交之后可以立即獲得反饋結(jié)果,知道自己哪些知識(shí)已經(jīng)掌握,哪些知識(shí)還尚未解決、仍需繼續(xù)學(xué)習(xí),提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的針對(duì)性.另外,有些平臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果,匯總出學(xué)生的答題成績(jī),并且對(duì)每一題的正確率、每一選項(xiàng)的比例進(jìn)行分析,讓教師及時(shí)方便地了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,由此我們可以進(jìn)行有的放矢的教學(xué),也有助于對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果形成更全面的評(píng)價(jià).

需要說明的是,雖然通過線上進(jìn)行考評(píng)具有便捷性,但在進(jìn)行線上考評(píng)時(shí),也要注重監(jiān)督,以使考評(píng)結(jié)果能更為真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,我們一般是在教師的巡視下開展線上測(cè)試的.另外,這些結(jié)果只是作為過程性考核來使用,仍然保留著傳統(tǒng)式的課程期末考試,以在更為公正、嚴(yán)格的情況下考查出學(xué)生真實(shí)的知識(shí)掌握程度.

5 挖掘與嵌入熱學(xué)課程思政元素

5.1 深入挖掘熱學(xué)課程思政 發(fā)揮思想價(jià)值引領(lǐng)作用

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道,使各類課程與思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng)”.熱學(xué)課程作為一門專業(yè)課程,教師也應(yīng)深入挖掘熱學(xué)課程思政,將教書與育人相結(jié)合,發(fā)揮熱學(xué)課程的育人作用.

在物理學(xué)的發(fā)展過程中,涌現(xiàn)出了很多物理學(xué)家,他們的生平與科研經(jīng)歷,都是涵養(yǎng)學(xué)生精神世界的最好素材.在介紹物質(zhì)的微觀模型這一節(jié)時(shí),可以穿插王淦昌院士作出的成就及其生平.王淦昌,“兩彈一星”元?jiǎng)?提出了一個(gè)驗(yàn)證中微子存在的方案;他隱姓埋名17年,唯愿以身報(bào)國,為中國原子彈和氫彈等核武器的試驗(yàn)作出了偉大的貢獻(xiàn).在介紹葛正權(quán)實(shí)驗(yàn)時(shí),我們將葛正權(quán)先生的生平簡(jiǎn)歷、學(xué)習(xí)過程、技術(shù)成就融入課程.葛正權(quán)先生在獲得博士學(xué)位后,就迫切回國實(shí)現(xiàn)其“教育救國”“工業(yè)救國”的志向,不僅通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)定量地驗(yàn)證了麥克斯韋速度分布律,而且還奠定了中國的制氧工業(yè)基礎(chǔ),是奠基中國雷達(dá)工業(yè)的“破土者”,為物理學(xué)教學(xué)和科研奉獻(xiàn)一生.在介紹固體這一章時(shí),可以介紹黃昆教授的主要成就.黃昆教授是中國固體物理學(xué)的奠基人,提出了著名的“黃方程”和“聲子極化激元”概念以及“黃-里斯理論”;同時(shí)也是半導(dǎo)體物理的開創(chuàng)者之一.這樣的物理學(xué)家還有很多很多,我們要學(xué)習(xí)和發(fā)揚(yáng)科學(xué)家實(shí)事求是、刻苦鉆研、探索真理的精神,學(xué)習(xí)和發(fā)揚(yáng)科學(xué)家胸懷祖國、愛國奉獻(xiàn)、淡泊名利的精神,引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的科學(xué)發(fā)展觀和家國情懷.

在全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家的過程中,一些關(guān)鍵核心技術(shù)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),如載人航天、探月探火、核電技術(shù)、大飛機(jī)制造等都會(huì)涉及與熱學(xué)相關(guān)的問題,我們要對(duì)這些國家重大工程進(jìn)行深入挖掘,并將這些內(nèi)容恰如其分地貫穿于熱學(xué)課程中,把培育和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀、科學(xué)精神與人文情懷、愛國主義教育等內(nèi)容融入教書育人全過程,潛移默化地、“潤(rùn)物細(xì)無聲”地影響學(xué)生的思想行為和言行舉止,增強(qiáng)學(xué)生熱愛祖國和振興中華的責(zé)任擔(dān)當(dāng).

5.2 通過自我實(shí)踐 促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展

在熱學(xué)授課時(shí),教師可以通過讓學(xué)生查閱圖書資料、搜尋網(wǎng)絡(luò)資源,或者教師推薦優(yōu)秀教材[8]、中國慕課等資源,了解和關(guān)注自己感興趣的熱學(xué)問題、熱學(xué)現(xiàn)象,了解自己崇拜敬佩的物理學(xué)家的生平、成就等,并錄制相應(yīng)的視頻進(jìn)行闡述.通過這樣的方式,進(jìn)一步貫徹以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的鉆研精神和科學(xué)精神,也促進(jìn)了學(xué)生獨(dú)立思考、思維邏輯和語言表達(dá)等更為全面的能力的提升.與翻轉(zhuǎn)課堂一樣,在開展這些活動(dòng)時(shí),學(xué)生也需要多花費(fèi)時(shí)間,但是活動(dòng)開展后,學(xué)生也反映通過自己的查詢、整理和講解,他們有了更深的感悟和理解,體會(huì)也更加深刻.

6 結(jié)論

在熱學(xué)課程的講授過程中,普遍存在著如下一些問題:教師重視知識(shí)傳授,對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)關(guān)注不夠;學(xué)生感覺熱學(xué)抽象,體驗(yàn)不到知識(shí)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值;教學(xué)效率的提升有待進(jìn)一步加強(qiáng);育人功能發(fā)揮仍需要挖掘等.針對(duì)這些問題,我們對(duì)熱學(xué)課程從融入現(xiàn)代大型儀器要素、適當(dāng)使用翻轉(zhuǎn)課堂、貫穿初高中熱學(xué)知識(shí)、將聯(lián)系實(shí)際生活中的熱學(xué)現(xiàn)象融入熱學(xué)課程、利用現(xiàn)代技術(shù)手段、嵌入課程思政元素等方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐.通過改革,學(xué)生對(duì)創(chuàng)新有了一些了解,在開展畢業(yè)設(shè)計(jì)等創(chuàng)新活動(dòng)中,對(duì)現(xiàn)代化設(shè)備的認(rèn)知不再空白;在學(xué)習(xí)中也感受到了科技帶來的便利性和效率提升.學(xué)生也反映有了高中知識(shí)和實(shí)際生活中熱學(xué)現(xiàn)象的融入,他們更易于接受大學(xué)熱學(xué)知識(shí),進(jìn)一步體會(huì)到知識(shí)的價(jià)值;通過翻轉(zhuǎn)課堂和課程思政的融入與實(shí)踐,鍛煉了他們獨(dú)立思考、資料查找、分析推理、溝通交流和語言表達(dá)等能力,也對(duì)鉆研精神和科學(xué)精神有了切身體會(huì).總之,通過學(xué)生的反映、學(xué)業(yè)成績(jī)以及后續(xù)發(fā)展等來看,熱學(xué)課程的改革與實(shí)踐,解決了課程中所面臨的一些問題,實(shí)現(xiàn)了改革的目標(biāo).我們的做法具有可操作性,對(duì)其他課程的建設(shè)具有借鑒意義.