《熱力學與統計物理》混合教學法的構建與實踐*
——以東北林業大學課程教學為例

(東北林業大學理學院 黑龍江 哈爾濱 150040)

1 引言

教育部高等教育司2018年工作要點中強調：課程是人才培養的核心要素，按“建、用、學”原則開展課程建設，促進更多教師建好課、用好課，推進更多學生學好課，打造適應學生自主學習的智慧課堂、智慧實驗室，建立支持學生隨時可學、隨處可學的泛在化學習新環境.這些勢必要求高校教師要以深化課堂教學方法改革為著力點，充分利用互聯網、大數據、虛擬現實等現代信息技術與課堂教學深度融合，創新教育形態、豐富教學資源、重塑教學流程，以教育技術現代化助推高等教育現代化.

《熱力學與統計物理》是高等學校物理專業的重要理論必修課和物理專業基礎課，是理論物理“四大力學”之一[1].學生普遍反映該課程的相似公式較多而且不容易理解與記憶[2]，導致應用不熟練等一系列的問題.為了改變學生這種學習現狀，尋求教材、新媒體、教師、學生的最佳契合點，在教學中采用了混合教學法.

2 混合教學法的實施

2.1 引入“微課”視頻

“微課”視頻時間不長，重點突出，學生的注意力容易集中，用來講解課程中的重點與難點比較適合.鑒于學生已經熟知《熱力學與統計物理》在物理專業課程中的難度和地位，在學習該課程之前容易出現未學先怯的心理狀態.為了消除這種干擾學習的不良心理，在緒論課中以視頻形式引入一些生動有趣的物理現象，使他們產生求知欲，進而促使學生自然而然地投入學習中.在緒論課中，選擇播放名稱是“何為幽靈粒子?”和“引力波的發現”的視頻講解和報道.這些視頻都是近期中央電視臺新聞中權威發布的，可信度高.每當有最新的物理現象和科學研究成果報道出來后，結合實際情況進行精簡處理后納入緒論課中.在進行科普的同時，激發學生的求知欲.第二章的重點部分以麥氏關系的簡單應用為例進行說明.在麥氏關系的教學中發現學生記不住或記不準麥氏關系公式，經常將4個公式混淆.公式記不準應用就無從談起.因此，這一部分知識錄制了“微課”視頻，包括如何記憶麥氏關系、為什么要應用麥氏關系以及怎樣應用麥氏關系.并將視頻共享到在線課程中，其中的一個視頻截圖如圖1所示.

圖1 麥氏關系的簡單應用微課視頻截圖

學生除了課上可以看到講解視頻，課下可以根據自己的時間及需要反復觀看揣摩，加深知識的理解和吸收.通過“微課”視頻，學生可以很好地理解轉化思想在這一部分如何體現與應用，不但公式容易記住了，更重要的是麥氏關系的應用也掌握了.

2.2 應用思維導圖

信息時代科學技術飛速發展，知識更新周期越來越短.想要記憶更多的內容，必須重視學習與記憶方法.在教學過程中發現，一些學生在孤立地學某一個知識點時還能記住它的內容.一旦有多個相似規律出現，應用起來就顯得力不從心.這是他們平時學習不注重總結，只是孤立片面學習知識導致的.課程的知識不應該僅僅孤立地學習記憶，應該學會判別、分析、掌握它們之間是否存在聯系或者存在怎樣的聯系，便于知識的記憶、積累、應用.在教學中隨時提示學生匯總出課程前面學習到的定理和定律等相關規律，避免混淆.學完每一章內容都需要復習，梳理知識點的脈絡，在黑板上啟發學生回憶本章的重點，畫出本章和前面章節知識聯系的思維導圖，課后讓學生自己去完善豐富，加深知識的理解，便于應用.思維導圖的應用以熱力學第三定律的學習為例進行說明，思維導圖如圖2所示.

圖2 關于熱力學第三定律的思維導圖

關鍵詞選擇為定理和定律，學生可以在此基礎上展開關聯聯想，將在本章之前學習的內容也吸納進來，豐富演化出更適合自己學習與記憶的形式.

2.3 運用“大數據”統計

前面提及的方法著重于引導學生學習以及如何進行知識點的梳理，對于學生知識掌握的熟練程度還需要進行測試檢驗.可以借助“大數據”這一手段分析出存在的問題，進而解決問題.以第六章近獨立粒子的最概然分布為例.測試題型是判斷題，10道題目.正確率分布情況如圖3所示.

可以發現，題目10正確率最低，題目是“滿足經典極限條件的玻色系統和費米系統具有相同的分布和微觀狀態數”，該題目重點考察學生對分布及微觀狀態數的理解以及不同系統中分布和微觀狀態數規律的記憶.54人參與答題，正確率只有50%，多達27人判斷錯誤，說明在教學中該知識點需要重點強調.需要學生課后加強練習.

圖3 測試題目正確率分布圖

題目8是“經典極限條件是指任一能級上粒子數均遠小于該能級的量子態數”， 正確率100%，說明54人全部回答正確，學生已經掌握了經典極限條件的該種表述形式，在復習中不需要重點強調.其他題目正確率都高于91%，只需對做錯題目的學生作個別化指導，幫助他們找出做錯的原因.由此可見，大數據給出的題目正確率分布可以對教學起到指導作用，具有針對性地掃除教學中存在的“盲區”.

3 結束語

通過混合教學法的實施，提供了高水平的課堂教學，激發了學生的課堂學習熱情，提升了學生的學習信心，增強了學生的學習效果,基本實現了學生“把頭抬起來，坐到前排來，提出問題來”的課堂目標，使其具備綜合分析能力與嚴密的邏輯推理能力.