熱力學與統計物理學課程的教法研究

高本領，梁峰

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熱力學與統計物理學課程的教法研究

高本領，梁峰

熱力學與統計物理學（以下簡稱熱統）研究的是與溫度有關的熱現象及與熱現象有關的物質運動規律和應用，與自然界的大部分運動形式緊密關聯，是物理專業重要的一門課程[1]．由于熱統的物理思想抽象，所用數學知識復雜，使學生學習具有相當難度，影響學生的學習興趣．教學實踐中，研究熱統教法，做好以下5個方面至關重要．

（1）教師要對熱統課程有極高的興趣與熱情．任課教師要喜歡熱統課程，在課堂上能夠潛移默化地感染學生．如果教師對該課程興趣不高、熱情一般，那么，學生就很難產生濃厚的興趣與熱情．

（2）教學中貫徹由易到難、循序漸進原則．教師要重視比較簡單，但很重要的基礎知識教學，這有助于學生打好基礎，掌握知識體系的內部邏輯，對學生畏難情緒克服有利．如第一章在熱統中較簡單，但熱力學的重要理論幾乎全在第一章[1]．通過本章教學，要讓學生對熱力學基礎理論及其內部關系有足夠的認識與理解．教師重視第一章的教學，學生通過仔細、認真學習，掌握熱力學的幾乎全部概念；理解熱力學第一定律、克勞修斯等式與不等式、卡諾定理、熱力學第二定律的來龍去脈．特別是，學生對熱力學第一、第二定律的基本方程有清晰的認識，為后面章節甚而全書的學習會起到事半功倍的效果．

（3）教師應投入足夠的時間與精力，精心備課．熱統課程基本沒有圖形要畫，主要是關系式、理論推導及其含義講解．復雜的數學關系，是學生學習的一大難點．這需要教師課前精心備課，課上能夠準確、詳細推導每一個關系式，這可以幫助學生克服障礙，增強學好熱統的信心，使學生體會到學習的樂趣．

（4）教學中應將所教知識與科技前沿相聯系．如將絕熱膨脹與絕熱去磁降溫熱力學關系對獲得趨于絕對0Ｋ的指導作用[2]，講授朗道相變理論時說明它是研究自然界相變的重要依據．同時，聯系相關內容與教師的科研：如內能或自由能極小是新物質尋找的判據．讓學生知道很多內容對其它學科和科研的作用．教學中多體現熱統的價值，讓學生會感受到其實際意義與作用，增強學生自覺學習的內在動力．

（5）教學中應側重物理規律訓練．解決問題不能圖方便，應反復培養學生物理思維習慣．以簡單均勻系統的一個熱力學關系的證明為例，作具體說明．

方法1[4]因為，有，所以．

方法2[5]因為，所以．

前2個方法，雖然節省時間，但所學物理知識與規律用得少．方法3耗時，但是對熱統理解有好處，也是正常的思維方法．其中用到了很多的知識，如：熱力學基本方程、麥克斯韋關系，容易激發學生興趣，培養學生良好的物理思維習慣．

[1] 汪志誠．熱力學·統計物理[M]．4版．北京：高等教育出版社，2008：1-47，72-74

[2] 馬本堃，高尚慧，孫煜．熱力學與統計物理學[M]．北京：高等教育出版社，1980：77-79

[3] 王立志，呂秀娟，田麗杰，等．熱力學微分關系式的處理方法[J]．煙臺師范學院學報：自然科學版，2004，20（3）：200-203

[4] 王立志，柳盛典，張秀榮，等．熱力學關系式的雅可比行列式方法[J]．煙臺師范學院學報：自然科學版，2005，21（1）：44-47

（淮陰工學院 數理學院，江蘇 淮安 223003）

淮陰工學院校自然基金面上項目（2917767）