论文部分内容阅读
摘要：针对我校应用物理学专业热物理课程教学中涉及到的“热学”和“热力学与统计物理学”两门课程，结合课程内容及教学实际，提出了对热物理体系整合的意义、目标及方法。
关键词：热物理 热学 热统 整合
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0196-01
我校应用物理学专业被评为自治区品牌专业，“热物理课程”是专业课教学中的一个大的教学系列，包括基础物理的“热学”和理论物理的“热力学与统计物理学”（简称“热统”），属于本专业的专业主干课，这两门课程均是研究与热现象有关的性质和规律，分别从宏观和微觀角度分析热现象的理论和相关物性性能，两课程内容承前启后，互有联系，但也有很多的重叠。在高等教育教学改革不断推进的今天，在我校实行学分制、要求减少学生上课学时的背景下，怎样整合两门课程，优化内容设置，达到高效的教学目标，是我们应该考虑的一个问题。
1.整合的意义
我校应用物理专业分别在大一下学期和大三上学期开设“热学”和“热统”课程，所用教材是当前国内高校采用较多的李椿等主编的《热学》和汪志诚主编的《热力学与统计物理》，开课学时较多，采用板书和多媒体结合教学的方式，考试为闭卷考试，但“热统”考试题目中有近一半的考题还会涉及到“热学”的内容。
所用教材中《热学》包括宏观理论、微观理论和物性学三大部分，结构上是统计物理学初步，之后是热力学基础，最后是物态与相变；《热力学与统计物理》内容涵盖热力学与统计物理两个部分，其中热力学部分的内容主要是热力学的基本定律、热力学函数、相平衡与化学平衡等；统计物理学部分的内容主要是玻耳兹曼系统、玻色系统和费米系统，及微正则分布、巨正则分布和正则分布等。其中，“热统”课程中热力学部分和统计物理部分内容各占总内容的45%和55%。而“热学”和“热统”课程中涉及到的热力学部分的内容重复率达1/3，如温度、平衡态、物态方程、热力学第一定律、热容量、焓、热力学第二定律、熵、卡诺定理等内容涉及到重复；统计物理部分的内容重复率达1/4，如能均分定理、麦克斯韦分布、等概率原理、玻耳兹曼统计等内容有重复。其中涉及到的麦克斯韦分布、气体分子动理论、输运现象、热力学定律、熵、玻耳兹曼分布等内容重复尤为明显。可见，这两门课程之间存在着内容重复的问题，导致讲授时浪费许多时间去讲解相同的内容，不利于学生更好的连贯、系统地学习。“热学”作为“热统”的初级基础，学生在学习了“热学”后，对“热学”中的两种研究方法所形成的两部分理论体系还不是很清晰，把二者整合起来有利于帮助学生建立一个清晰的热物理理论轮廓。另外，“热学”是在一年级开设，“热统”要等到三年级，这样对教学也会造成不便，整合后可以使教学自然连贯，让学生全面、系统地学习“热学”与“热统”的基本思想、研究方法以及当今学科前沿相关技术。而且，通过对两门课程重复内容的整合，可以节约出近1/4课时，这应该是新时期下课程教学改革的重要手段之一。
2.整合的目标
“热学”与“热统”课程整合是为了形成一个新的有机体，首先，要保证整合后原有知识体系的系统性和完整性不被破坏，即以热物理学的基本概念、定律、研究方法为主线，突出学科重点及特色；其次，还需整合教学的基本规律及学生的认知规律，合理地处理好每一个知识点的先后顺序，使学生的认知能力具有阶段性、渐进性和层次性的特点，以便更好地学习这一系列课程；最后，把与课程体系有关的科研新进展、新成果、新方法及新理论充实到整合后的内容体系当中，便于学生了解热物理学在近代科学技术研究中的重要作用、开阔视野、增强学生学习的兴趣。
因此，整合的目标就是在保证知识体系完整的同时，对内容的选取贯彻少而精的原则、避免内容的简单重复，同时还加大了课程的信息量、减少了课程的学时数。另外，减少重复性还可以避免学生产生厌学情绪，增加学生学习的积极性，提高其学习效率。
3.整合的方法
为了使学生有一个循序渐进的学习接受过程，“热学”与“热统”课程还是采取独立分开教学，可以在连续的两个学期内完成教学。在教学过程中，采用两本教材，对相同、重复的内容进行合二为一的整合教学。“热学”课程中主要讲授热力学基础和统计物理学基础，使学生有一个初步的认识，这部分内容也比较简单，容易掌握。主要涉及的内容包括热力学基础部分的以热力学定律为主线全面介绍温度、内能、熵、焓等态函数及其简单应用，其中还要突出熵在热力学中的作用，涉及到其微观实质时，还应向学生引入信息熵、社会熵和生物熵等知识；而在统计物理基础部分，主要突出统计思想、统计方法及“涨落”的必然性，内容主要包括理想气体的压强、温度的统计解释及意义、能均分定理及理想气体的内能、麦克斯韦玻耳兹曼统计分布、气体分子的碰撞输运过程等。“热统”课程中主要讲授相变理论、近独立粒子的描述、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计、系综理论、涨落理论、非平衡态统计理论等。事实上，热物理中的宏观理论和微观理论相符相称、不可分割，在运用统计物理研究宏观过程的规律时，势必也会应用热力学函数、公式和相应的方法，使学生得到相应的训练。
在教学过程中，适当加入一些与热物理相关的科学前沿内容和交叉学科领域的知识，采取专题讲座的形式进行讲解，这样可以使学生了解到所学的基础知识和当今科学前沿的联系，扩大知识面，增强学生的学习兴趣，使教材内容更加丰富充实；还可以把现代工程技术中的问题引入到一些例题分析中，体现热物理在实际中的广泛应用和社会价值。
4.结语
通过教学改革，使热物理课程的内容和体系更符合教学规律，同时考虑学生的认知规律，将学生认知能力的阶段性、渐进性和层次性与热物理体系的逻辑性结合起来。使学生系统准确地掌握课程所涉及到的基本概念，全面灵活地运用热物理理论解决实际问题，为下一步学习更深的专业知识和了解物理学的最新研究成果奠定扎实的基础。通过探索研究及实践，找出适合我校应用物理专业热物理教学改革的方法，不断提高教学质量，培养出社会需要的新型人才。
关键词：热物理 热学 热统 整合
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0196-01
我校应用物理学专业被评为自治区品牌专业，“热物理课程”是专业课教学中的一个大的教学系列，包括基础物理的“热学”和理论物理的“热力学与统计物理学”（简称“热统”），属于本专业的专业主干课，这两门课程均是研究与热现象有关的性质和规律，分别从宏观和微觀角度分析热现象的理论和相关物性性能，两课程内容承前启后，互有联系，但也有很多的重叠。在高等教育教学改革不断推进的今天，在我校实行学分制、要求减少学生上课学时的背景下，怎样整合两门课程，优化内容设置，达到高效的教学目标，是我们应该考虑的一个问题。
1.整合的意义
我校应用物理专业分别在大一下学期和大三上学期开设“热学”和“热统”课程，所用教材是当前国内高校采用较多的李椿等主编的《热学》和汪志诚主编的《热力学与统计物理》，开课学时较多，采用板书和多媒体结合教学的方式，考试为闭卷考试，但“热统”考试题目中有近一半的考题还会涉及到“热学”的内容。
所用教材中《热学》包括宏观理论、微观理论和物性学三大部分，结构上是统计物理学初步，之后是热力学基础，最后是物态与相变；《热力学与统计物理》内容涵盖热力学与统计物理两个部分，其中热力学部分的内容主要是热力学的基本定律、热力学函数、相平衡与化学平衡等；统计物理学部分的内容主要是玻耳兹曼系统、玻色系统和费米系统，及微正则分布、巨正则分布和正则分布等。其中，“热统”课程中热力学部分和统计物理部分内容各占总内容的45%和55%。而“热学”和“热统”课程中涉及到的热力学部分的内容重复率达1/3，如温度、平衡态、物态方程、热力学第一定律、热容量、焓、热力学第二定律、熵、卡诺定理等内容涉及到重复；统计物理部分的内容重复率达1/4，如能均分定理、麦克斯韦分布、等概率原理、玻耳兹曼统计等内容有重复。其中涉及到的麦克斯韦分布、气体分子动理论、输运现象、热力学定律、熵、玻耳兹曼分布等内容重复尤为明显。可见，这两门课程之间存在着内容重复的问题，导致讲授时浪费许多时间去讲解相同的内容，不利于学生更好的连贯、系统地学习。“热学”作为“热统”的初级基础，学生在学习了“热学”后，对“热学”中的两种研究方法所形成的两部分理论体系还不是很清晰，把二者整合起来有利于帮助学生建立一个清晰的热物理理论轮廓。另外，“热学”是在一年级开设，“热统”要等到三年级，这样对教学也会造成不便，整合后可以使教学自然连贯，让学生全面、系统地学习“热学”与“热统”的基本思想、研究方法以及当今学科前沿相关技术。而且，通过对两门课程重复内容的整合，可以节约出近1/4课时，这应该是新时期下课程教学改革的重要手段之一。
2.整合的目标
“热学”与“热统”课程整合是为了形成一个新的有机体，首先，要保证整合后原有知识体系的系统性和完整性不被破坏，即以热物理学的基本概念、定律、研究方法为主线，突出学科重点及特色；其次，还需整合教学的基本规律及学生的认知规律，合理地处理好每一个知识点的先后顺序，使学生的认知能力具有阶段性、渐进性和层次性的特点，以便更好地学习这一系列课程；最后，把与课程体系有关的科研新进展、新成果、新方法及新理论充实到整合后的内容体系当中，便于学生了解热物理学在近代科学技术研究中的重要作用、开阔视野、增强学生学习的兴趣。
因此，整合的目标就是在保证知识体系完整的同时，对内容的选取贯彻少而精的原则、避免内容的简单重复，同时还加大了课程的信息量、减少了课程的学时数。另外，减少重复性还可以避免学生产生厌学情绪，增加学生学习的积极性，提高其学习效率。
3.整合的方法
为了使学生有一个循序渐进的学习接受过程，“热学”与“热统”课程还是采取独立分开教学，可以在连续的两个学期内完成教学。在教学过程中，采用两本教材，对相同、重复的内容进行合二为一的整合教学。“热学”课程中主要讲授热力学基础和统计物理学基础，使学生有一个初步的认识，这部分内容也比较简单，容易掌握。主要涉及的内容包括热力学基础部分的以热力学定律为主线全面介绍温度、内能、熵、焓等态函数及其简单应用，其中还要突出熵在热力学中的作用，涉及到其微观实质时，还应向学生引入信息熵、社会熵和生物熵等知识；而在统计物理基础部分，主要突出统计思想、统计方法及“涨落”的必然性，内容主要包括理想气体的压强、温度的统计解释及意义、能均分定理及理想气体的内能、麦克斯韦玻耳兹曼统计分布、气体分子的碰撞输运过程等。“热统”课程中主要讲授相变理论、近独立粒子的描述、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计、系综理论、涨落理论、非平衡态统计理论等。事实上，热物理中的宏观理论和微观理论相符相称、不可分割，在运用统计物理研究宏观过程的规律时，势必也会应用热力学函数、公式和相应的方法，使学生得到相应的训练。
在教学过程中，适当加入一些与热物理相关的科学前沿内容和交叉学科领域的知识，采取专题讲座的形式进行讲解，这样可以使学生了解到所学的基础知识和当今科学前沿的联系，扩大知识面，增强学生的学习兴趣，使教材内容更加丰富充实；还可以把现代工程技术中的问题引入到一些例题分析中，体现热物理在实际中的广泛应用和社会价值。
4.结语
通过教学改革，使热物理课程的内容和体系更符合教学规律，同时考虑学生的认知规律，将学生认知能力的阶段性、渐进性和层次性与热物理体系的逻辑性结合起来。使学生系统准确地掌握课程所涉及到的基本概念，全面灵活地运用热物理理论解决实际问题，为下一步学习更深的专业知识和了解物理学的最新研究成果奠定扎实的基础。通过探索研究及实践，找出适合我校应用物理专业热物理教学改革的方法，不断提高教学质量，培养出社会需要的新型人才。