淺談熱力學統(tǒng)計物理學教學

楊洪濤　冀文慧　呼和滿都拉

摘 要：從自身教學實踐出發(fā)，首先對在講授熱力學統(tǒng)計物理學課程中遇到的問題做了詳細闡述，其次提出了改進該門課程教學的幾點建議，最后總結全文。

關鍵詞：熱力學;統(tǒng)計物理;教學

熱力學統(tǒng)計物理學、電動力學、理論力學和量子力學是物理學專業(yè)四大理論課程，但是對于大部分學生來講，他們除了對理論力學稍感興趣外，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。熱力學和統(tǒng)計物理學是關于熱現(xiàn)象理論的兩個組成部分：熱力學為宏觀理論，而統(tǒng)計物理學則是微觀理論。熱力學和統(tǒng)計物理學與其他三門理論課之間有著緊密的聯(lián)系，學好熱力學和統(tǒng)計物理學掌握其學習方法及思維方式對于學習其他相關學科有著非常重要的意義。本文就是以自身教學實踐為出發(fā)點，分析了在熱力學統(tǒng)計物理學教學過程中遇到的問題，并且提出了自己的建議及解決問題的方法。

一、教學中遇到的問題

1.學生學習興趣不足

熱力學統(tǒng)計物理學在該校是在物理學本科專業(yè)大三的第一個學期開設的，對于這個時間段的大學生來講，他們已經(jīng)開始對畢業(yè)后自己的去向進行思考。在考慮就業(yè)壓力及自身條件和家庭因素后，絕大部分學生選擇的是畢業(yè)后就業(yè)，而只有少數(shù)學生選擇繼續(xù)考研究生。那些已經(jīng)決定畢業(yè)后就業(yè)的大部分學生提不起對熱力學統(tǒng)計物理學的興趣，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物理這種基礎課有一定的難度，他們從心理上不愿意把時間用在與自己認為跟未來就業(yè)無關的課程上。其次是現(xiàn)在的“90后”大學生大多數(shù)為獨生子女，心理依賴性強，除了少數(shù)打算考研的學生會在課前預習和課堂上做筆記外，大部分學生很少動筆。所以，如何激發(fā)學生學習熱情，發(fā)揮其主動性是教師應該首要解決的問題。

2.數(shù)學基礎薄弱

熱力學和統(tǒng)計物理學這門課程中大部分用到高等數(shù)學中的知識，例如，某些復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，但是有些學生數(shù)學知識掌握不牢固，不能靈活地運用數(shù)學工具來解決熱力學統(tǒng)計物理學中遇到的問題。

3.物理概念不清晰

熱力學研究的是由大量微觀粒子（分子或其他粒子）組成的宏觀物質系統(tǒng)。同時熱力學中某些知識點與高中時期講過的熱學部分知識點重合，所以大部分學生覺得理解起來相對容易些。而統(tǒng)計物理學理論是對物質的微觀結構作出某些假設之后，應用統(tǒng)計物理學理論求得具體物質的特性，并且闡明產(chǎn)生這些特性的微觀機理。大部分學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)和費米系統(tǒng)的不同。

二、對熱力學統(tǒng)計物理學教學方法提出的幾點建議

1.教師應熟悉教材，深入研究

教師應該熟悉自己所教課程的教材，概念清晰，公式推導完整。并且應該在課下多看些關于熱力學統(tǒng)計物理學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)教學模式，提高學生主動性

現(xiàn)在的大學生已經(jīng)不喜歡滿堂灌、填鴨式的教學模式，所以教師應該適當調整自身的講課方式，比如，可以將傳統(tǒng)的板書和多媒體結合，一些重要的公式推導用板書細致講解，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。另外對于師范類學生可以鼓勵他們自己課下準備教案課件，一個學期抽出適當?shù)恼n時給學生，讓他們走上講臺。這樣既鍛煉了他們的心理素質，為他們日后做教師這一工作積累一定的經(jīng)驗。同時也激發(fā)了他們自身學習的積極性，他們必然會在課下認真看書，遇到困難會查閱相關資料或者與其他同學討論，這也是對他們自主學習能力的一種很好的鍛煉。

3.注重理論的應用及知識間的融會貫通

熱力學統(tǒng)計物理學教師不應該只是為了完成教學任務在規(guī)定時間里將一本教材的理論知識原封不動地講給學生，而是清楚知識之間的融會貫通，靈活運用已知的知識來引出未知的知識點。比如，在介紹均勻物質的熱力學性質一節(jié)中麥克斯韋關系及四個基本方程時，可以將熵（S）、壓強（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氏關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統(tǒng)計物理學之間的聯(lián)系，又激發(fā)了學生的學習興趣。同時教師應該注意熱力學統(tǒng)計物理學理論知識與實踐應用之間的聯(lián)系，比如，熱力學熵的概念，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及社會的關系。

綜上所述，提高教師自身素質，改變傳統(tǒng)教學模式，激發(fā)學生學習主動性，注重理論與實踐和熱力學統(tǒng)計物理學課程與其他學科之間的聯(lián)系，相信學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：

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

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

基金項目：內蒙古自治區(qū)高等學校科學研究項目，項目編號：NJZY12248。

作者簡介：楊洪濤（1980-），女，蒙古族，內蒙古通遼市人，集寧師范學院物理系講師，碩士研究生，研究方向：低維結構材料中激子的性質。

編輯 謝尾合