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熱力學(xué)教學(xué)范文第1篇

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，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)中某些知識點與高中時期講過的熱學(xué)部分知識點重合，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，不能如蜻蜓點水般膚淺地理解知識點。

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。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.

熱力學(xué)教學(xué)范文第2篇

工程熱力學(xué)課程的特點是理論性強(qiáng)、概念抽象，教學(xué)難度大。在缺少專業(yè)工程背景的情況下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺較為困難，甚至茫然不知所云。如何使學(xué)生能夠較好地掌握教學(xué)內(nèi)容及熱力學(xué)基本內(nèi)容，是工程熱力學(xué)課程教學(xué)的根本所在。在多年的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)在課堂教學(xué)中，除了需要借助優(yōu)美的PPT多媒體課件來展示熱力學(xué)過程，更需要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣，在引入一些工程實例的基礎(chǔ)上，激勵學(xué)生去思考，及時地與學(xué)生就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論，促進(jìn)學(xué)生對知識點的掌握和領(lǐng)悟。與常規(guī)教學(xué)方法相比，課堂教學(xué)不再是文字、公式的羅列，PPT動畫的簡單演示，而是把教學(xué)的核心放在啟迪學(xué)生對熱力學(xué)概念、原理的思考及把握上，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的同時，熟悉熱力學(xué)的系統(tǒng)內(nèi)容、章節(jié)間的邏輯關(guān)系、基本原理等，形成對熱力學(xué)的一種系統(tǒng)的總體的認(rèn)識和把握，而不是零散地去背誦記憶一些片段。通過這種激勵啟發(fā)式的教學(xué)，使學(xué)生做到理論和實際工程案例的結(jié)合，從而使熱力學(xué)知識很好地固化在學(xué)生的大腦中，并且達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。激勵啟發(fā)式教學(xué)，需要教師在課堂教學(xué)前充分準(zhǔn)備，精心設(shè)計課堂教學(xué)內(nèi)容的每個環(huán)節(jié)，圍繞章節(jié)內(nèi)容中的重點知識內(nèi)容，設(shè)計問題及啟發(fā)實例，并完成課堂互動討論的教學(xué)組織，在此過程中需要教師飽含激情和較好的耐心，使學(xué)生在嚴(yán)肅活潑的氛圍中掌握熱力學(xué)的相關(guān)知識。

二、改進(jìn)課堂教學(xué)PPT，增加工程實例

工程熱力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與工程實際密切相關(guān)。在教學(xué)過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿足課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣及深入掌握熱力學(xué)知識，迫切需要在傳統(tǒng)課件中加入工程實例，利用多媒體技術(shù)全面展示熱力學(xué)的工程應(yīng)用，使學(xué)生在工程案例的演示中發(fā)現(xiàn)并體會工程熱力學(xué)的重要性及美感。通過工程案例的學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)內(nèi)容圖文并茂，聲像結(jié)合，使學(xué)生在多方位、立體化地形成認(rèn)知并達(dá)到對熱力學(xué)知識的理解、分析、記憶、掌握和應(yīng)用。對于熱力學(xué)工程案例，我們選取了真空做功、制冷循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)等工程機(jī)械作為實例，進(jìn)行詳細(xì)分析和講授。工程案例的引入，將實際生活中與熱力學(xué)相關(guān)的問題引入到教學(xué)中，用所學(xué)知識來解釋工程問題，在講解中讓學(xué)生明白熱力學(xué)知識可以解決本專業(yè)涉及的實際專業(yè)問題，從而實現(xiàn)“從理論中來，到實踐中去”，實現(xiàn)對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

三、將工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)融入大學(xué)生創(chuàng)新項目中

在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中，需要提升學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的能力和具有工程應(yīng)用背景的有關(guān)開發(fā)、設(shè)計的能力。大學(xué)生創(chuàng)新項目的實施，有利于促進(jìn)高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的新型人才，促進(jìn)高校探索并建立以科研活動為中心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的本科人才培養(yǎng)和研究性學(xué)習(xí)教學(xué)改革，充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，同時在項目實施中使學(xué)生逐漸掌握思考問題、解決問題的能力。結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項目，結(jié)合建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的專業(yè)特點，在指導(dǎo)學(xué)生大創(chuàng)項目時，將熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和卡諾定律應(yīng)用其中，使學(xué)生明白能源利用的守恒性，以及如何提高熱力循環(huán)的效率，減少不可逆損失，這些都成為學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識來解決實際問題的一種鍛煉。學(xué)生在科研項目中，深化了對熱力學(xué)知識的認(rèn)識，同時提高了自己思考問題、解決問題的能力。同時，鼓勵學(xué)生積極參加各類挑戰(zhàn)杯、建筑節(jié)能比賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽等，通過這些競賽活動進(jìn)一步提升自己的創(chuàng)新能力。

四、改進(jìn)課后作業(yè)完成形式，增加分析報告

工程熱力學(xué)課程是一門實踐性很強(qiáng)的課程，其中很多理論已用于工業(yè)過程。因此，在課后作業(yè)中，需要對傳統(tǒng)布置練習(xí)題來檢驗教學(xué)成果的方式進(jìn)行改進(jìn)，增加一些實際工業(yè)循環(huán)的實例，讓學(xué)生通過分析其所應(yīng)用的原理，提交分析報告，并指出該工業(yè)過程效率提高的方式和途徑，以這樣的方式來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。同時，精選一些課后習(xí)題，通過詳解的方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和解決問題的能力，進(jìn)一步促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。創(chuàng)新是實現(xiàn)社會持續(xù)不斷向前發(fā)展的原動力，也是培養(yǎng)和造就一大批素質(zhì)過硬、勇于創(chuàng)新的新世紀(jì)人才，保證國家高速發(fā)展的有力保障。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)來自于理論和課堂，更在于理論和課堂之外的親身體會和具體的實踐操作。

本文從工程熱力學(xué)教學(xué)與工程實例結(jié)合，與科研活動結(jié)合，改進(jìn)課堂教學(xué)組織模式和課后作業(yè)完成形式等方面，探討了以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)下的工程熱力學(xué)教學(xué)改革與實踐，希望能夠進(jìn)一步提高工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和效果。

作者:高蓬輝 張東海 王義江 黃 煒 單位:中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系

參考文獻(xiàn)：

[1]岳丹婷,呂欣榮,李青.深化熱工教學(xué)改革加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].2002,(4):86-88.

[2]譚羽非.突出專業(yè)特點改革工程熱力學(xué)課程教學(xué)的研究與實踐[J].高等建筑教育,2004,(13):39-43.

熱力學(xué)教學(xué)范文第3篇

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)手段；教學(xué)改革

作者簡介：裘薇（1976-），女，浙江臨安人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師；朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（上海?200090）

基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設(shè)項目（編號：20105302）的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）21-0062-02

工程熱力學(xué)是研究熱能和其它形式能量（特別是機(jī)械能）相互轉(zhuǎn)換規(guī)律以及提高能量轉(zhuǎn)換效率的一門學(xué)科，是熱能與動力工程專業(yè)的一門必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生開始接觸的第一門和熱能工程有關(guān)的課程。工程熱力學(xué)不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)理論知識和基本技能，也為學(xué)生日后從事熱能利用、熱設(shè)計、熱管理和熱控制等方面的專業(yè)技術(shù)和科學(xué)研究工作打下必要的理論基礎(chǔ)。

近幾年，隨著學(xué)校的不斷發(fā)展，上海電力學(xué)院先后開設(shè)了“熱動卓越工程師班”、“電廠自動控制”、“電廠測控”、“電廠核電”新專業(yè)和獲得了“熱能工程”碩士點的授予權(quán)。為了適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)及“085工程”的需要，教師除了繼續(xù)承擔(dān)“熱動專業(yè)”的“工程熱力學(xué)”教學(xué)任務(wù)外，還將面向“電專業(yè)”和研究生開設(shè)不同層次內(nèi)容的工程熱力學(xué)課程，因此，為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要對“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法及手段開展更高層次的研究工作。

一、教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)目標(biāo)是通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握工程熱力學(xué)的基本理論和基本知識，受到較強(qiáng)的基本技能訓(xùn)練，能正確進(jìn)行熱力過程和熱力循環(huán)的分析和計算。教學(xué)方向定位于基礎(chǔ)科學(xué)理論與工程實際之間的橋梁，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決工程實踐問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅實的理論基礎(chǔ)。課程的特點是：將工程熱力學(xué)作為一個整體來組織教學(xué)，并借助于現(xiàn)代教育手段、密切結(jié)合實驗與專業(yè)課程，進(jìn)行完整、系統(tǒng)的教學(xué)。

二、教學(xué)改革采取的措施

教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革是服務(wù)于課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，它是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要措施?！惫こ虩崃W(xué)”課程的邏輯性很強(qiáng)，各部分內(nèi)容又交叉滲透，一環(huán)扣一環(huán)，而且概念抽象，是一門難教難學(xué)的課程，所以在教學(xué)的過程中，需要注意教學(xué)的方法和手段，使學(xué)生能較好又容易地理解教學(xué)內(nèi)容。

1.教學(xué)方法的改革

（1）開展教學(xué)研討活動，理解教學(xué)思路。通過開展多次教師試講活動，對本課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)方法等有比較清楚的認(rèn)識。教學(xué)目標(biāo)要從學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及職業(yè)發(fā)展的需求考慮?；A(chǔ)課不只是為后續(xù)課程服務(wù)，為專業(yè)的學(xué)習(xí)服務(wù)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)思維方式，提高他們分析問題和解決問題的科學(xué)研究能力，使學(xué)生眼光遠(yuǎn)、層次高、后勁足。教學(xué)上需要控制教學(xué)內(nèi)容的難度。注意將教學(xué)內(nèi)容及習(xí)題的難度控制在適當(dāng)?shù)乃?，難度太大的習(xí)題，會過度加大學(xué)生的負(fù)擔(dān)，不提倡作為作業(yè)而布置。教學(xué)中需要清楚講述知識點產(chǎn)生的背景和來龍去脈，爭取用一條主線將各章節(jié)的內(nèi)容穿起來，避免對知識點的孤立講授，避免學(xué)生孤立地理解知識。教學(xué)中需要介紹本學(xué)科在工業(yè)、民用及高新技術(shù)領(lǐng)域的一些應(yīng)用實例，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解，使學(xué)生充分認(rèn)識本門課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

（2）注重學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程教學(xué)過程中注意理論聯(lián)系實際，注重工程應(yīng)用。以往學(xué)生反映“孤立系統(tǒng)熵增原理和作功能力損失”這部分內(nèi)容抽象難懂。在教學(xué)中可舉一個工程實例：大氣環(huán)境溫度為-10℃，為保持計算機(jī)房內(nèi)20℃，需每小時向機(jī)房供熱7500kJ。若采用三種方式供熱：（1）電熱器；（2）電動機(jī)帶動熱泵；（3）溫度為80℃的熱水供暖，讓學(xué)生分析三種情況的熵增和作功能力損失。使用這種工程例子好處是：學(xué)生接觸的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和實用價值，可以使學(xué)生加深對這部分內(nèi)容的理解。同時從實例的比較中，學(xué)生自己也可領(lǐng)悟出一個道理：對能量應(yīng)從量和質(zhì)兩方面綜合評價，才能真正找到節(jié)能途徑。

講述教材內(nèi)容和工程實踐有機(jī)聯(lián)系。例如：制冷循環(huán)的原理與制冷裝置、冷藏庫、家用空調(diào)、電冰箱的聯(lián)系，濕空氣的相關(guān)知識在空氣調(diào)節(jié)、電廠冷卻塔中的應(yīng)用，郎肯循環(huán)與火力發(fā)電廠實際循環(huán)等。通過介紹這種內(nèi)在聯(lián)系，使課堂教學(xué)內(nèi)容生動，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識和原理在實際中運(yùn)用。

改變以往全部由教師做習(xí)題點評的方式，請學(xué)生上講臺講演自己的解題方法，其他同學(xué)評判和討論。通過各抒己見，對比分析，最后達(dá)到“明辯是非”。教學(xué)實驗表明：采用這種做法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的解題方法明顯增多，有些學(xué)生的解題思路相當(dāng)活躍。

鼓勵同學(xué)撰寫生活中應(yīng)用工程熱力學(xué)知識解決實際問題的小論文。指導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的熱力學(xué)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識分析實際問題，鼓勵學(xué)生構(gòu)思的創(chuàng)新性。通過這一環(huán)節(jié)使學(xué)生充分理解熱力學(xué)的方法，引起對相關(guān)領(lǐng)域的濃厚興趣，加強(qiáng)對學(xué)生理論聯(lián)系實際、提高科學(xué)素質(zhì)，并且學(xué)生與老師互動、老師通過課外指導(dǎo)來因材施教。在2009年的試驗過程中，絕大多數(shù)學(xué)生撰寫了相關(guān)論文，達(dá)到了預(yù)期效果。

熱力學(xué)教學(xué)范文第4篇

關(guān)鍵詞：熱力學(xué)統(tǒng)計物理；教學(xué)改革；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）08-0105-02

《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》屬理論物理課程，是高等院校物理學(xué)專業(yè)本科學(xué)生在修完《熱學(xué)》課程之后必修的一門基礎(chǔ)理論課程，它對于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及從事相關(guān)科研都具有重要的意義?！稛崃W(xué)與統(tǒng)計物理》語言嚴(yán)謹(jǐn)?shù)菰?，包含大量的公式和推?dǎo)，教學(xué)中容易忽視科學(xué)思維訓(xùn)練和科學(xué)思想方法的培養(yǎng)。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)學(xué)完《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》后，對涉及到的概念、規(guī)律和處理方法都感覺比較模糊，實際應(yīng)用困難。在教學(xué)方法上，目前普遍采用的教學(xué)方法是老師推導(dǎo)公式，學(xué)生聽講，使學(xué)生整體感覺模糊。熱力學(xué)是一大堆偏微商，偏來偏去；統(tǒng)計物理是這分布那分布。教師在講臺上講的是口干舌燥，筋疲力盡，學(xué)生在臺下卻無精打采，昏昏欲睡。如何實現(xiàn)在教學(xué)中師生的互動，知識的傳遞、信息的交流和思維的碰撞在《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》課堂教學(xué)中顯得尤為重要。筆者在近幾年的教學(xué)中，針對《熱力與學(xué)統(tǒng)計物理》的現(xiàn)狀進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，在一定程度上調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，并收到了較好的效果。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

1.深化物理概念。由于《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》教材中有很多理論的堆積和繁雜的推導(dǎo)過程，而對課程中蘊(yùn)含的思維訓(xùn)練和科學(xué)思想、科學(xué)方法等內(nèi)容很少涉及，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，大部分時間都是花在推導(dǎo)公式上，忽視了應(yīng)用人才的培養(yǎng)。在《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》教學(xué)中，盡量做到從最普遍的基本原理出發(fā)，運(yùn)用歸納、演繹的方法導(dǎo)出實驗規(guī)律，然后培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理理論解決一些典型實際問題的方法和能力。同時強(qiáng)調(diào)對物理概念和意義、物理意義的理解，簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使學(xué)生形成較完整的物理學(xué)圖像。

2.優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。根據(jù)《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》和《熱學(xué)》、《量子力學(xué)》、《固體物理》等課程的關(guān)系，盡量減少與《熱學(xué)》、《固體物理》等相應(yīng)課程內(nèi)容的重復(fù)。例如對于熱力學(xué)中的內(nèi)容（如平衡態(tài)、溫度、物態(tài)方程、熱力學(xué)第一定律、功、熱量與焓、理想氣體、熱力學(xué)第二定律、熵、卡諾定理等）和統(tǒng)計物理中的內(nèi)容（如等概率原理、玻耳茲曼統(tǒng)計、能均分定理、麥克斯韋分布）與《熱學(xué)》的重復(fù)率高，在教學(xué)時適量減少課時。例如德拜理論等內(nèi)容可以放在《固體物理》中并且要重點講授。通過教學(xué)內(nèi)容的整合，提高了教學(xué)效率，優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，緩解了授課學(xué)時和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，從而明確了課程的主線。

3.增加前沿知識。在講授課本知識的同時，適當(dāng)增加前沿內(nèi)容。例如講解獲得低溫的方法時，增加介紹3He、4He稀釋致冷和激光致冷；對于非線性不可逆過程熱力學(xué)，重點介紹耗散結(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用；補(bǔ)充相變中朗道連續(xù)相變理論和臨界點附近漲落與關(guān)聯(lián)的理論；增加介紹統(tǒng)計物理中玻色愛因斯坦凝聚的新進(jìn)展；介紹朗之萬方程在光學(xué)粘膠、多普勒致冷和磁光陷阱等方面的應(yīng)用。通過增加前沿知識的學(xué)習(xí)和介紹，加深學(xué)生對基本內(nèi)容的理解，開闊學(xué)生的視野，引起學(xué)生的興趣并有利于科學(xué)思維的培養(yǎng)。

4.注重實踐環(huán)節(jié)。在講授理論知識課的同時，注重實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計環(huán)節(jié)。由于《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》是理論性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)中往往重視理論教學(xué)而忽視實踐環(huán)節(jié)，這不利于應(yīng)用性人才的培養(yǎng)。需要在教學(xué)中增加實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計環(huán)節(jié)。例如熵變的計算、鐵磁—順磁相變、粒子輸運(yùn)問題、平衡態(tài)的確定、半透薄等知識和問題，結(jié)合Ising模型，郎之萬方程，Monte Carlo、Random Walking等計算方法，有針對性的進(jìn)行課程設(shè)計。通過實踐教學(xué)，既加深了學(xué)生對物理學(xué)過程、物理概念的理解，又鍛煉了學(xué)生計算機(jī)程序設(shè)計能力，從而增強(qiáng)了學(xué)生解決實際問題的能力。

二、教學(xué)方法改革

1.對比法的應(yīng)用。由于《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》存在大量的物理意義相同或相近的物理概念、物理量、物理規(guī)律和處理方法等，通過增加對比讓學(xué)生掌握該門課的主線，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想和方法。例如對于內(nèi)能、自由能、吉布斯函數(shù)、焓的概念；麥?zhǔn)详P(guān)系；熵、自由能、焓、吉布斯、內(nèi)能等的各種判據(jù)和條件；微正則分布、正則分布、巨正則分布；玻爾茲曼統(tǒng)計、玻色統(tǒng)計、費(fèi)米統(tǒng)計等內(nèi)容，教學(xué)時主要講授部分內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生對比分析物理概念和研究方法的區(qū)別和聯(lián)系。通過對比教學(xué)，既加深了學(xué)生對基本感念、基本研究方法的理解，又能起到舉一反三的教學(xué)效果。

2.互動式教學(xué)的應(yīng)用。教學(xué)中適當(dāng)?shù)貞?yīng)用互動式的教學(xué)方法，改變以往課堂教學(xué)的傳統(tǒng)模式。激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性和自我學(xué)習(xí)的能力。在教學(xué)中，增加一些基本概念、定律和處理方法的討論。例如討論熱力學(xué)溫標(biāo)和理想氣體溫標(biāo)的異同點；討論理想氣體狀態(tài)方程和焦耳定律的獨立性；討論分析熱力學(xué)第二定律的微分表達(dá)式和熱力學(xué)基本微分關(guān)系的不同之處；討論熵的概念以及不可逆過程中熵變的計算方法比較。根據(jù)熵增原理討論了宇宙的起源、宇宙的形成、宇宙的未來和宇宙的演化等。在相變中除了物體的固、液、氣三相變化，討論自然界還存在許許多多的相變現(xiàn)象，例如物質(zhì)從金屬變成超導(dǎo)體的超導(dǎo)相變；液態(tài)氦從正常液體變成超流體的λ相變；磁鐵在居里溫度從鐵磁性變成順磁性等。通過討論進(jìn)一步明確了概念、規(guī)律的適用條件和一般處理方法等，并在互動過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識、參與意識、群體意識和問題意識，提高了學(xué)生的積極性和主動性。

三、其他方面工作

在《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》教學(xué)中我們還進(jìn)行了其他方面的改革和實踐。在考核方面，采用閉卷考試、一頁開卷、課程設(shè)計、論文等多種考核方式。為適應(yīng)教學(xué)的需要，針對教學(xué)內(nèi)容作了完整的習(xí)題解答和復(fù)習(xí)資料，并作為教材配套的教學(xué)參考書。在保證本學(xué)科的基本理論、基本知識和基本技能的全面性，以及在精選內(nèi)容時注意知識的科學(xué)性和系統(tǒng)性的前提下，制作了圖文并茂、引人入勝的課件。在課堂上運(yùn)用多媒體，VCD、DVD，教學(xué)軟件、音像制品等這種直觀的、形象化的演示，有利于學(xué)生增強(qiáng)感性認(rèn)識，便于理解和記憶。

四、結(jié)論

在教學(xué)改革的指導(dǎo)思想下，針對《熱力與學(xué)統(tǒng)計物理》教學(xué)中存在的問題，進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面的改革和嘗試。實踐證明，這些改革和實踐緩解了授課學(xué)時和教學(xué)內(nèi)容的矛盾，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展了學(xué)生的知識面和自主實踐課的空間，增強(qiáng)了學(xué)生解決實際問題的能力，從而有利于人才的培養(yǎng)。

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熱力學(xué)教學(xué)范文第5篇

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；研究型教學(xué)；熱力學(xué)統(tǒng)計物理

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

一、引言

近年來，隨著我國高等物理教育科學(xué)研究的開展，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題。就熱力學(xué)統(tǒng)計物理這門課程來說，這是一門研究熱現(xiàn)象和熱運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科，內(nèi)容豐富、體系完整，是物理專業(yè)理論基礎(chǔ)課程之一。由于這門課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來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)計物理課程教學(xué)中主要存在三個問題。

首先，授課學(xué)時少和教學(xué)內(nèi)容多是教學(xué)中的一個主要矛盾。物理專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程時，課時較少，但是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系卻基本不變，這對按時完成教學(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)揮主動性和積極性。熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程的語言嚴(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)的動力僅僅是為了通過考核，拿到學(xué)分，學(xué)生并沒有切實掌握所學(xué)知識，更談不上實際應(yīng)用。

第三，所學(xué)知識與前沿科技嚴(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)容僅局限于書本知識，而對于前沿知識的介紹甚少。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，不能將所學(xué)知識與前沿物理研究聯(lián)系起來，很多知識浮于表面，無法應(yīng)用到當(dāng)前的科學(xué)研究中，這對培養(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。

對于以上教學(xué)中存在的普遍問題，這門課程的教學(xué)改革也引起了全國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]，本文擬針對以上問題，通過深入調(diào)查和教學(xué)一線的實踐工作，開展熱力學(xué)統(tǒng)計物理研究型教學(xué)模式的探索，為課程教學(xué)改革提供一些經(jīng)驗和積累。

二、熱力學(xué)統(tǒng)計物理研究型教學(xué)的思考

（一）課程定位

熱力學(xué)統(tǒng)計物理是一門研究熱現(xiàn)象和熱運(yùn)動規(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、近獨立粒子的三種分布和統(tǒng)計等重要的知識內(nèi)容。課程的授課學(xué)習(xí)對象一般為物理專業(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)多方面知識的積累，在知識體系上需要從宏觀和微觀上對熱力學(xué)知識進(jìn)一步加深了解。另外，伴隨著知識體系的展開，課程內(nèi)各種解決問題的方法如統(tǒng)計、平均、理想化、相圖等為師生開展研究型學(xué)習(xí)提供了素材和案例。

（二）研究型學(xué)習(xí)

對于研究型教學(xué)到目前為止還沒有一個明確的、統(tǒng)一的定義，而大家對研究型教學(xué)的認(rèn)識也不盡相同[7]。有學(xué)者認(rèn)為，研究型教學(xué)是以“真實的科學(xué)研究”活動為核心，學(xué)生在“從事科研任務(wù)”中學(xué)習(xí)知識的一種教學(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)生已有的知識積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識和能力，自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的教學(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)生為主體開展的探究性學(xué)習(xí)的各種教學(xué)活動，還包括了課后學(xué)生的各種研究與創(chuàng)新活動，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，在該模式教學(xué)過程中，基于問題的發(fā)現(xiàn)―探索―解決始終貫穿其中。對于熱力學(xué)統(tǒng)計物理這門課程，我們通過對課程特點和學(xué)生實際情況的研究，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，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)過程中養(yǎng)成依賴心理，缺乏學(xué)習(xí)的責(zé)任感，學(xué)習(xí)中處于被動狀態(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、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)實踐，我們采取降低傳統(tǒng)課堂比例的方法來完成基本知識的傳授。對于知識的講解注意講清知識的來龍去脈、辨析重點難點、簡化推導(dǎo)過程、講授基本思路。在完成傳統(tǒng)課堂的同時，引入研究型學(xué)習(xí)課堂，我們采取基于問題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning PBL）的研究型問題教學(xué)模式。如：熱力學(xué)部分，可以從常見現(xiàn)象出發(fā)，通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考，使每一個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，提出這樣一個問題：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，用熵的概念來討論生命進(jìn)化過程是怎么樣的過程？上述的問題，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，某些章節(jié)的知識內(nèi)容學(xué)習(xí)，只要能回答出一到兩個問題，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。課堂之外的主動性學(xué)習(xí)對于大學(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間進(jìn)行研究學(xué)習(xí)，也能為師生節(jié)余課堂時間，為有效解決教學(xué)課時少和授課內(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個或者多個和課堂相關(guān)的小課題，學(xué)生們通常以3～5人為一個課題研究小組，每組選擇承擔(dān)一項課題。課題小組可以由一人擔(dān)任小組長，在規(guī)定的時間內(nèi)（1星期至1個月不等）完成。課題小組在完成任務(wù)后，可以采取小組匯報、小組互評、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給定，通常要求學(xué)生們在課堂學(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)合緊密且效果不錯的課題有熱力學(xué)第一/二定律的歷史發(fā)展、永動機(jī)歷史、焓的調(diào)查、熵和系統(tǒng)進(jìn)化、熵和熱寂說、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驗調(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。對于熱力學(xué)統(tǒng)計物理這門課程來說，熟悉該課程的基本認(rèn)識、了解研究的方法、得到思維方式的鍛煉比記牢幾個公式，學(xué)會一些理論推導(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，其在總評成績中的比例占據(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

本文結(jié)合教學(xué)實踐，積極探索了熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(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，緩解了授課學(xué)時不足與教學(xué)內(nèi)容繁多的矛盾，調(diào)動了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，在夯實基礎(chǔ)知識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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