提高熱學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量探討

邱忠陽，崔 蓮，徐 栩，馮瑞姝，王 英，胡同瑞

(大慶師范學(xué)院 物理與電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶163712)

熱學(xué)課程是高等院校物理專業(yè)及應(yīng)用物理專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究有關(guān)物質(zhì)熱現(xiàn)象及熱運(yùn)動(dòng)的各種規(guī)律的科學(xué)［1］。熱學(xué)與力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)一起被稱為經(jīng)典物理的四大基石［2］，是基礎(chǔ)物理課程中最先開設(shè)的課程，是學(xué)生完整、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)物理的開始。熱學(xué)課程的內(nèi)容比較抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中感到困惑，為了幫助學(xué)生掌握好這門課，同時(shí)考慮到對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)問題，有必要對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革。

1 當(dāng)前熱學(xué)課程教學(xué)的不足

1.1 教學(xué)中沒有突出大學(xué)與中學(xué)物理在學(xué)科知識(shí)、思維方法上的區(qū)別

中學(xué)物理教材熱學(xué)部分與大學(xué)熱學(xué)教材內(nèi)容的編寫都是遵循物質(zhì)運(yùn)動(dòng)從低級(jí)到高級(jí)的邏輯順序，大學(xué)的熱學(xué)教材與中學(xué)物理相比，內(nèi)容雖然有重復(fù)，卻更有深度和廣度［3］。在以往的教學(xué)中，教師往往忽略大學(xué)與中學(xué)的不同，依照教材講授，使學(xué)生普遍認(rèn)為大學(xué)的熱學(xué)課程就是高中知識(shí)的重復(fù)學(xué)習(xí)，產(chǎn)生倦怠思想，影響學(xué)習(xí)效率。而且高考熱學(xué)部分內(nèi)容較少，熱學(xué)的學(xué)習(xí)方法不系統(tǒng)，容易套用力學(xué)和電磁學(xué)的學(xué)習(xí)思維。所以在講授內(nèi)容時(shí)，需要讓學(xué)生注意到大學(xué)熱學(xué)課程與中學(xué)物理課程熱學(xué)部分的不同，實(shí)現(xiàn)從高中到大學(xué)的過渡，提高教學(xué)質(zhì)量。

1.2 課堂教學(xué)方式單一，學(xué)生主體作用發(fā)揮不足

以往的教學(xué)中，采取的方式基本上都是教師照教材教、學(xué)生記的方式，偶爾教師提問，這些都是教師單向的向?qū)W生輸出知識(shí)，學(xué)生接受知識(shí)，而學(xué)生很少向教師提問，沒有對(duì)理論的質(zhì)疑，所以無法體現(xiàn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

1.3 單一的評(píng)價(jià)機(jī)制

現(xiàn)在對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)評(píng)定方式基本上是以平時(shí)成績加期末試卷成績?yōu)橹?，平時(shí)成績包括學(xué)生出勤情況、平時(shí)作業(yè)等，學(xué)生只要平時(shí)成績過關(guān)、做得出考題，就能得到合格的成績。而這種評(píng)價(jià)機(jī)制下，只能考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)本身的掌握情況，而無法考核學(xué)生應(yīng)用能力發(fā)展情況。

2 教學(xué)的改革實(shí)踐

面對(duì)教學(xué)中的這些不足，應(yīng)該如何解決?實(shí)施教學(xué)改革的目的是提高教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此，做了以下一些探索。

2.1 注重緒論教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

緒論是一門課程的先導(dǎo)與靈魂，對(duì)整門課程的學(xué)習(xí)有著提綱挈領(lǐng)的作用，好的緒論教學(xué)可以很快將學(xué)生帶入課程中，啟發(fā)學(xué)生的思維，所以緒論教學(xué)的好壞就直接影響到學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)［4］。對(duì)于熱學(xué)課程來講，是學(xué)生走入大學(xué)校門后最早開設(shè)的基礎(chǔ)物理課程，所以熱學(xué)課程的緒論教學(xué)成敗不只影響熱學(xué)課程的學(xué)習(xí)，還影響到學(xué)生對(duì)物理學(xué)完整、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解。成功的緒論課教學(xué)，可以使學(xué)生在認(rèn)識(shí)熱學(xué)這門課程的同時(shí)，也認(rèn)識(shí)整個(gè)物理學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)，幫助學(xué)生建立明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.2 做好與中學(xué)物理課程熱學(xué)部分的銜接

熱學(xué)是研究一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的規(guī)律的科學(xué)，分熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理兩大部分。重要內(nèi)容有熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、物態(tài)方程等，這些理論在中學(xué)階段都學(xué)過，在理論的深度和廣度相差很多，所以在熱學(xué)教學(xué)中要找出銜接中學(xué)與大學(xué)之間的知識(shí)點(diǎn)，介紹重復(fù)講解，提高教學(xué)效率。

高中物理課程由12 個(gè)模塊組成，理工科高考生需要學(xué)習(xí)6－7 個(gè)模塊，在12 個(gè)模塊中與熱學(xué)相關(guān)的模塊是:選修1－2(熱現(xiàn)象與規(guī)律、熱與生活、能源與社會(huì)發(fā)展)、選修2－2(熱與熱機(jī))和選修3－3(分子動(dòng)理論與統(tǒng)計(jì)思想、固體、液體與氣體、熱力學(xué)定律與能量守恒、能源與可持續(xù)發(fā)展)［5］。通過對(duì)比人民教育出版社的《物理》和高教出版社李椿版《熱學(xué)》對(duì)一些基本概念和基本規(guī)律為講解方式，來探討中學(xué)物理課程熱學(xué)部分與大學(xué)熱學(xué)課程的銜接問題。

熱學(xué)的基本概念如溫度、氣體壓強(qiáng)和內(nèi)能等，大學(xué)和高中都是對(duì)其定義、本質(zhì)進(jìn)行討論，不同之處在于高中教材是定性分析這些概念，而大學(xué)中則利用數(shù)學(xué)手段定量地分析這些概念的微觀本質(zhì)，給出嚴(yán)格的定義。物態(tài)方程是熱學(xué)中比較重要的方程，描述系統(tǒng)狀態(tài)參量壓強(qiáng)、體積和溫度之間的函數(shù)關(guān)系，大學(xué)和高中教材中都對(duì)各狀態(tài)參量之間的關(guān)系進(jìn)行分析和討論，高中教材只是對(duì)狀態(tài)參量進(jìn)行定性的分析沒有提出理想氣體模型，而大學(xué)教材通過對(duì)實(shí)際氣體進(jìn)行簡化討論提出理想氣體模型，從而得到理想氣體狀態(tài)方程，在考慮實(shí)際情況遇到的一切影響因素再對(duì)理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行修正。熱力學(xué)第一定律描述系統(tǒng)狀態(tài)改變時(shí)，系統(tǒng)與外界能力能量轉(zhuǎn)化和傳遞的情況，大學(xué)和高中的教材中都分析了熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)和意義，大學(xué)教材中結(jié)合高等數(shù)學(xué)的知識(shí)討論理想氣體在等溫過程、等壓過程、等體過程和絕熱過程等熱力學(xué)過程中，功、熱量、內(nèi)能的改變情況。

在了解學(xué)生的基本情況后，可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，突出重點(diǎn)。對(duì)中學(xué)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)容采取穿線的方式過渡到大學(xué)內(nèi)容上來，消除學(xué)生重復(fù)學(xué)習(xí)的錯(cuò)覺，引導(dǎo)學(xué)生合理利用數(shù)學(xué)工具建立物理模型，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，收到良好的教學(xué)效果。

2.3 利用網(wǎng)絡(luò)資源，采取多樣的教學(xué)方法

現(xiàn)在的課堂教學(xué)中，教師多采用講授為主、啟發(fā)為輔的教學(xué)方式，學(xué)生的主體作用不明顯，所以在教學(xué)過程中，可以合理利用網(wǎng)絡(luò)資源采取不同的教學(xué)方法。利用網(wǎng)絡(luò)貼吧構(gòu)建一個(gè)平臺(tái)，在此平臺(tái)上，學(xué)生可以自由討論，共享資源。

熱學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，基礎(chǔ)理論形成已有二百多年的歷史，面對(duì)有百年歷史的經(jīng)典理論，如何解決經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與應(yīng)用的關(guān)系，一直是熱學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)所在。對(duì)于學(xué)生來講，他們感興趣的是現(xiàn)在所學(xué)的理論和生活有什么聯(lián)系，和科技的發(fā)展有什么聯(lián)系，可以利用這一點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)起正反兩個(gè)方向的討論，從知識(shí)點(diǎn)出發(fā)到其應(yīng)用，或者實(shí)例出發(fā)分析其用到的熱學(xué)原理。比如熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用、低溫與超導(dǎo)技術(shù)或生活中的氣球?yàn)槭裁磿?huì)爆裂等。

我們將學(xué)生分成幾組，選出一些主題，讓學(xué)生設(shè)計(jì)方案，從知識(shí)點(diǎn)出發(fā)的主題完成用簡單的方法驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)和其應(yīng)用，從實(shí)際現(xiàn)象或技術(shù)出發(fā)的主題要完成提煉該現(xiàn)象或技術(shù)所應(yīng)用的理論及各理論所起的作業(yè)，小組完成課程論文，然后派代表做現(xiàn)場的總結(jié)報(bào)告，讓所有學(xué)生一起來分享各小組的討論成果。通過這樣的方式讓學(xué)生自己挖掘出理論與生活的聯(lián)系。平臺(tái)建成的前期需要教師多引導(dǎo)學(xué)生參與討論、提出自己的想法，讓學(xué)生逐漸習(xí)慣在平臺(tái)上交流，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)課程內(nèi)容、歸納、總結(jié)，再由教師進(jìn)行總結(jié)。通過這樣的教學(xué)方式不僅可以提高教學(xué)效率，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也有助于對(duì)學(xué)生獨(dú)立分析問題解決問題的能力的培養(yǎng)。

通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，還可以使學(xué)生成為教學(xué)助理，對(duì)于課堂教學(xué)、課程作業(yè)中產(chǎn)生的一些疑問在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中共同討論，用大家的力量來解決這些問題。通過這樣的方式，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，節(jié)約有限時(shí)間課堂，有效緩解由學(xué)時(shí)壓縮所帶來的教學(xué)壓力;還可以使教師更清楚教學(xué)中的不足，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方案。

2.4 合理利用教學(xué)手段，提高教學(xué)效果

隨著科技的發(fā)展，很多現(xiàn)代化的技術(shù)都應(yīng)用到教學(xué)中，例如圖形、圖像、動(dòng)畫、演示視頻等。多媒體教學(xué)可以將抽象的難以用語言表述的物理過程、熱學(xué)現(xiàn)象用圖形的方式更為直觀形象地表達(dá)出來，節(jié)約課堂時(shí)間，增大教學(xué)的信息量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣［7］。

熱學(xué)內(nèi)容包含熱力學(xué)(宏觀理論)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(微觀理論)，教學(xué)內(nèi)容安排以認(rèn)知層次為序由宏觀到微觀，再由微觀到宏觀，二者合二為一。在教學(xué)過程中會(huì)遇到很多比較抽象的理論，可以借助計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，通過演示實(shí)驗(yàn)、Flash 或GIF 的方式，給學(xué)生一個(gè)直觀效果，加強(qiáng)理解。例如，在麥克斯韋速率分布律部分，需要建立合理的模型，得到統(tǒng)計(jì)規(guī)律，理論很抽象，學(xué)生理解起來比較困難。在教學(xué)過程可以通過“伽爾頓板演示實(shí)驗(yàn)”來幫助學(xué)生理解由大量實(shí)驗(yàn)得到統(tǒng)計(jì)結(jié)論的這種方式，這樣我們?cè)僖臌溈怂鬼f速率分布時(shí)，學(xué)生對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律已有基本的認(rèn)識(shí)，理解起來就比較容易。講解氣體壓強(qiáng)微觀解釋時(shí)，可以用計(jì)算機(jī)模擬氣體分子不斷碰撞的過程，讓學(xué)生可以直觀地“看到”分子的微觀運(yùn)動(dòng)，便于學(xué)生記憶。

多媒體教學(xué)形式新穎，直觀明了，降低學(xué)生的理解難度，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且避免了傳統(tǒng)教學(xué)手段的單一性。多媒體教學(xué)雖然有很多好處，但是并不是要完全拋棄傳統(tǒng)的板書教學(xué)。例如在講解公式推導(dǎo)時(shí)還需要用板書，給學(xué)生思考的時(shí)間，利于學(xué)生理解。所以在教學(xué)過程中要合理利用多媒體和傳統(tǒng)板書相結(jié)合，相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

2.5 改革該課程的評(píng)價(jià)內(nèi)容和方式

教學(xué)方法、手段改變后，也要有相適合的評(píng)價(jià)機(jī)制，為了使學(xué)生更好地參與到教學(xué)改革中，熱學(xué)課程的評(píng)價(jià)機(jī)制也進(jìn)行了相應(yīng)的改革。

傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)內(nèi)容包含平時(shí)成績和期末成績兩個(gè)部分。平時(shí)成績由學(xué)生出勤、作業(yè)成績、課堂表現(xiàn)三部分組成。改革后在平時(shí)成績中加入了課程論文部分，而課程論文部分又包含了小組網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)活躍度評(píng)價(jià)(學(xué)生發(fā)貼數(shù)量、回帖數(shù)量、發(fā)帖質(zhì)量、“灌水”情況都在考評(píng)因素中)、課程論文評(píng)價(jià)以及總結(jié)報(bào)告評(píng)價(jià)三個(gè)部分，對(duì)于期末成績?nèi)砸栽嚲硇问娇己?，考核?nèi)容以對(duì)熱學(xué)的知識(shí)點(diǎn)理解為基礎(chǔ)，考查學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和廣度，側(cè)重考查學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

總成績的計(jì)算方法為:平時(shí)成績占50%，期末考試成績占50%。平時(shí)成績中:學(xué)生出勤占5%、作業(yè)成績占10%、課堂表現(xiàn)10%、活躍度評(píng)價(jià)10%、課程論文評(píng)價(jià)10%以及總結(jié)報(bào)告評(píng)價(jià)5%。通過新的評(píng)價(jià)機(jī)制，使學(xué)生更為積極參與到網(wǎng)絡(luò)討論中，提高學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題和解決問題的能力。

3 結(jié) 語

經(jīng)過一年的實(shí)踐，以上措施初見成效。通過教學(xué)改革，提高了教學(xué)效率、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增加，使學(xué)生從盲目的記知識(shí)到能夠自主地學(xué)習(xí)熱學(xué)基本理論、總結(jié)學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的綜合能力。如何提高教學(xué)質(zhì)量，是一項(xiàng)長期的任務(wù)，教師要不斷嘗試新的方式方法，積累經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法等多個(gè)角度出發(fā)，提出改善教學(xué)質(zhì)量的方案，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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