研究型教學(xué)模式在熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)中的實(shí)踐探索

于忠衛(wèi)　黃艷艷

摘要：本文針對(duì)當(dāng)前熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理課程教學(xué)中主要存在的問(wèn)題，通過(guò)深入的調(diào)查和教學(xué)一線(xiàn)的實(shí)踐工作，開(kāi)展熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)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(yàn)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(jì)物理

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）33-0121-02

一、引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)高等物理教育科學(xué)研究的開(kāi)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(jìn)展，但在很多方面依然存在較多的問(wèn)題。就熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理這門(mén)課程來(lái)說(shuō)，這是一門(mén)研究熱現(xiàn)象和熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，內(nèi)容豐富、體系完整，是物理專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)課程之一。由于這門(mén)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)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(dāng)前熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理課程教學(xué)中主要存在三個(gè)問(wèn)題。

首先，授課學(xué)時(shí)少和教學(xué)內(nèi)容多是教學(xué)中的一個(gè)主要矛盾。物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理課程時(shí)，課時(shí)較少，但是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系卻基本不變，這對(duì)按時(shí)完成教學(xué)進(jìn)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(dòng)性和積極性。熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理課程的語(yǔ)言嚴(yán)謹(jǐn)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(dòng)力僅僅是為了通過(guò)考核，拿到學(xué)分，學(xué)生并沒(méi)有切實(shí)掌握所學(xué)知識(shí)，更談不上實(shí)際應(yīng)用。

第三，所學(xué)知識(shí)與前沿科技嚴(yán)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(shū)本知識(shí)，而對(duì)于前沿知識(shí)的介紹甚少。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，不能將所學(xué)知識(shí)與前沿物理研究聯(lián)系起來(lái)，很多知識(shí)浮于表面，無(wú)法應(yīng)用到當(dāng)前的科學(xué)研究中，這對(duì)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(duì)于以上教學(xué)中存在的普遍問(wèn)題，這門(mén)課程的教學(xué)改革也引起了全國(guó)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(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)深入調(diào)查和教學(xué)一線(xiàn)的實(shí)踐工作，開(kāi)展熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)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(yàn)和積累。

二、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理研究型教學(xué)的思考

（一）課程定位

熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理是一門(mén)研究熱現(xiàn)象和熱運(yùn)動(dòng)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(dú)立粒子的三種分布和統(tǒng)計(jì)等重要的知識(shí)內(nèi)容。課程的授課學(xué)習(xí)對(duì)象一般為物理專(zhuān)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(shí)的積累，在知識(shí)體系上需要從宏觀(guān)和微觀(guān)上對(duì)熱力學(xué)知識(shí)進(jìn)一步加深了解。另外，伴隨著知識(shí)體系的展開(kāi)，課程內(nèi)各種解決問(wèn)題的方法如統(tǒng)計(jì)、平均、理想化、相圖等為師生開(kāi)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(duì)于研究型教學(xué)到目前為止還沒(méi)有一個(gè)明確的、統(tǒng)一的定義，而大家對(duì)研究型教學(xué)的認(rèn)識(shí)也不盡相同[7]。有學(xué)者認(rèn)為，研究型教學(xué)是以“真實(shí)的科學(xué)研究”活動(dòng)為核心，學(xué)生在“從事科研任務(wù)”中學(xué)習(xí)知識(shí)的一種教學(xué)模式；還有學(xué)者認(rèn)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(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的教學(xué)模式。

我們認(rèn)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(kāi)展的探究性學(xué)習(xí)的各種教學(xué)活動(dòng)，還包括了課后學(xué)生的各種研究與創(chuàng)新活動(dòng)，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(shí)，在該模式教學(xué)過(guò)程中，基于問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)—探索—解決始終貫穿其中。對(duì)于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理這門(mén)課程，我們通過(guò)對(duì)課程特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際情況的研究，進(jìn)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(jì)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(shí)，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(guò)程中養(yǎng)成依賴(lài)心理，缺乏學(xué)習(xí)的責(zé)任感，學(xué)習(xí)中處于被動(dòng)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(shí)、基本技能是學(xué)生進(jìn)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(shí)踐，我們采取降低傳統(tǒng)課堂比例的方法來(lái)完成基本知識(shí)的傳授。對(duì)于知識(shí)的講解注意講清知識(shí)的來(lái)龍去脈、辨析重點(diǎn)難點(diǎn)、簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程、講授基本思路。在完成傳統(tǒng)課堂的同時(shí)，引入研究型學(xué)習(xí)課堂，我們采取基于問(wèn)題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning PBL）的研究型問(wèn)題教學(xué)模式。如：熱力學(xué)部分，可以從常見(jiàn)現(xiàn)象出發(fā)，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，使每一個(gè)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(gè)問(wèn)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(jìn)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(lái)討論生命進(jìn)化過(guò)程是怎么樣的過(guò)程？上述的問(wèn)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(dòng)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(shuō)，某些章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)，只要能回答出一到兩個(gè)問(wèn)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(dòng)性學(xué)習(xí)對(duì)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(dòng)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(shí)間進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，也能為師生節(jié)余課堂時(shí)間，為有效解決教學(xué)課時(shí)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(gè)或者多個(gè)和課堂相關(guān)的小課題，學(xué)生們通常以3～5人為一個(gè)課題研究小組，每組選擇承擔(dān)一項(xiàng)課題。課題小組可以由一人擔(dān)任小組長(zhǎng)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（1星期至1個(gè)月不等）完成。課題小組在完成任務(wù)后，可以采取小組匯報(bào)、小組互評(píng)、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?jǐn)?shù)。課題的難度由教師來(lái)給定，通常要求學(xué)生們?cè)谡n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(shū)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(cuò)的課題有熱力學(xué)第一/二定律的歷史發(fā)展、永動(dòng)機(jī)歷史、焓的調(diào)查、熵和系統(tǒng)進(jìn)化、熵和熱寂說(shuō)、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(fèi)米分布的區(qū)別和聯(lián)系、麥克斯韋速度分布實(shí)驗(yàn)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(jìn)行變化革新。對(duì)于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理這門(mén)課程來(lái)說(shuō)，熟悉該課程的基本認(rèn)識(shí)、了解研究的方法、得到思維方式的鍛煉比記牢幾個(gè)公式，學(xué)會(huì)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(rèn)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(píng)成績(jī)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(qiáng)調(diào)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)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(yǔ)

本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，積極探索了熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)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(wèn)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(shí)，緩解了授課學(xué)時(shí)不足與教學(xué)內(nèi)容繁多的矛盾，調(diào)動(dòng)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體作用，在夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)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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