淺談熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)

楊洪濤　冀文慧　呼和滿都拉

摘 要：從自身教學(xué)實踐出發(fā)，首先對在講授熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)課程中遇到的問題做了詳細(xì)闡述，其次提出了改進(jìn)該門課程教學(xué)的幾點(diǎn)建議，最后總結(jié)全文。

關(guān)鍵詞：熱力學(xué);統(tǒng)計物理;教學(xué)

熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)、電動力學(xué)、理論力學(xué)和量子力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)四大理論課程，但是對于大部分學(xué)生來講，他們除了對理論力學(xué)稍感興趣外，對其他三大理論課都是從心理上帶著恐懼的，覺得特別難理解。熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)是關(guān)于熱現(xiàn)象理論的兩個組成部分：熱力學(xué)為宏觀理論，而統(tǒng)計物理學(xué)則是微觀理論。熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)與其他三門理論課之間有著緊密的聯(lián)系，學(xué)好熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)掌握其學(xué)習(xí)方法及思維方式對于學(xué)習(xí)其他相關(guān)學(xué)科有著非常重要的意義。本文就是以自身教學(xué)實踐為出發(fā)點(diǎn)，分析了在熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)過程中遇到的問題，并且提出了自己的建議及解決問題的方法。

一、教學(xué)中遇到的問題

1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足

熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)在該校是在物理學(xué)本科專業(yè)大三的第一個學(xué)期開設(shè)的，對于這個時間段的大學(xué)生來講，他們已經(jīng)開始對畢業(yè)后自己的去向進(jìn)行思考。在考慮就業(yè)壓力及自身條件和家庭因素后，絕大部分學(xué)生選擇的是畢業(yè)后就業(yè)，而只有少數(shù)學(xué)生選擇繼續(xù)考研究生。那些已經(jīng)決定畢業(yè)后就業(yè)的大部分學(xué)生提不起對熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)的興趣，這門課也不足以引起他們足夠的重視，在他們看來，畢業(yè)后他們不會再用到它，再加上這門課程相對于大學(xué)物理這種基礎(chǔ)課有一定的難度，他們從心理上不愿意把時間用在與自己認(rèn)為跟未來就業(yè)無關(guān)的課程上。其次是現(xiàn)在的“90后”大學(xué)生大多數(shù)為獨(dú)生子女，心理依賴性強(qiáng)，除了少數(shù)打算考研的學(xué)生會在課前預(yù)習(xí)和課堂上做筆記外，大部分學(xué)生很少動筆。所以，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮其主動性是教師應(yīng)該首要解決的問題。

2.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱

熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)這門課程中大部分用到高等數(shù)學(xué)中的知識，例如，某些復(fù)雜的積分要用到換元法或者是分步積分法，某些問題中要用到泰勒展開式，但是有些學(xué)生數(shù)學(xué)知識掌握不牢固，不能靈活地運(yùn)用數(shù)學(xué)工具來解決熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)中遇到的問題。

3.物理概念不清晰

熱力學(xué)研究的是由大量微觀粒子（分子或其他粒子）組成的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)。同時熱力學(xué)中某些知識點(diǎn)與高中時期講過的熱學(xué)部分知識點(diǎn)重合，所以大部分學(xué)生覺得理解起來相對容易些。而統(tǒng)計物理學(xué)理論是對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出某些假設(shè)之后，應(yīng)用統(tǒng)計物理學(xué)理論求得具體物質(zhì)的特性，并且闡明產(chǎn)生這些特性的微觀機(jī)理。大部分學(xué)生對物理概念理解不清晰、不透徹，比如，由大量全同近獨(dú)立粒子組成的系統(tǒng)，粒子的微觀狀態(tài)數(shù)對于玻爾茲曼系統(tǒng)、玻色系統(tǒng)和費(fèi)米系統(tǒng)的不同。

二、對熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)方法提出的幾點(diǎn)建議

1.教師應(yīng)熟悉教材，深入研究

教師應(yīng)該熟悉自己所教課程的教材，概念清晰，公式推導(dǎo)完整。并且應(yīng)該在課下多看些關(guān)于熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)方面的其他資料及網(wǎng)上的影像講課視頻，檢查自身不足，深入研究，不能如蜻蜓點(diǎn)水般膚淺地理解知識點(diǎn)。

2.改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高學(xué)生主動性

現(xiàn)在的大學(xué)生已經(jīng)不喜歡滿堂灌、填鴨式的教學(xué)模式，所以教師應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整自身的講課方式，比如，可以將傳統(tǒng)的板書和多媒體結(jié)合，一些重要的公式推導(dǎo)用板書細(xì)致講解，一些比較容易理解的概念可以用幻燈放映帶過即可，沒必要在學(xué)生已經(jīng)熟悉的簡單的知識點(diǎn)上做冗長的陳述。另外對于師范類學(xué)生可以鼓勵他們自己課下準(zhǔn)備教案課件，一個學(xué)期抽出適當(dāng)?shù)恼n時給學(xué)生，讓他們走上講臺。這樣既鍛煉了他們的心理素質(zhì)，為他們?nèi)蘸笞鼋處熯@一工作積累一定的經(jīng)驗。同時也激發(fā)了他們自身學(xué)習(xí)的積極性，他們必然會在課下認(rèn)真看書，遇到困難會查閱相關(guān)資料或者與其他同學(xué)討論，這也是對他們自主學(xué)習(xí)能力的一種很好的鍛煉。

3.注重理論的應(yīng)用及知識間的融會貫通

熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教師不應(yīng)該只是為了完成教學(xué)任務(wù)在規(guī)定時間里將一本教材的理論知識原封不動地講給學(xué)生，而是清楚知識之間的融會貫通，靈活運(yùn)用已知的知識來引出未知的知識點(diǎn)。比如，在介紹均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)一節(jié)中麥克斯韋關(guān)系及四個基本方程時，可以將熵（S）、壓強(qiáng)（P）、溫度（T）及體積（V）分別用英文單詞sun（太陽），peak（山峰），tree（樹）及valley（山谷）表示，然后繪出一個圓（圓的上端為S，下端為T，左端為P，右端為V，箭頭方向為從上到下，從左到右），可以用一個英文句子來記憶箭頭的方向：The Sun is pouring down his rays upon the Tree，and the brook is flowing from the Peak to the Valley，然后利用基本方程及麥?zhǔn)详P(guān)系的記憶方法就可以輕松地掌握這兩部分知識，這樣既建立了英語與熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)之間的聯(lián)系，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時教師應(yīng)該注意熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)理論知識與實踐應(yīng)用之間的聯(lián)系，比如，熱力學(xué)熵的概念，完全可以將其拓展，有生物熵、信息熵、農(nóng)業(yè)熵，還可以涉及熵與能量品質(zhì)及社會的關(guān)系。

綜上所述，提高教師自身素質(zhì)，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，注重理論與實踐和熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)課程與其他學(xué)科之間的聯(lián)系，相信學(xué)生會對該課程更感興趣，并且會提高分析、解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁希俠.統(tǒng)計物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2]林宗涵.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)[M].北京大學(xué)出版社，2007.

[3]汪志誠.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項目，項目編號：NJZY12248。

作者簡介：楊洪濤（1980-），女，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼市人，集寧師范學(xué)院物理系講師，碩士研究生，研究方向：低維結(jié)構(gòu)材料中激子的性質(zhì)。

編輯 謝尾合