應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)中熱力學(xué)與統(tǒng)計物理教學(xué)改革措施研究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-7164（2025）17-0081-04

熱力學(xué)與統(tǒng)計物理是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課，主要研究物質(zhì)在各種條件下的熱力學(xué)性質(zhì)和統(tǒng)計規(guī)律。這涵蓋了宏觀熱力學(xué)系統(tǒng)的一般理論，微觀熱力學(xué)系統(tǒng)的基本理論，以及熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)基本方程、統(tǒng)計定律和統(tǒng)計規(guī)律的應(yīng)用等方面。

熱力學(xué)與統(tǒng)計物理課程的學(xué)習(xí)不僅可以使學(xué)生掌握基本的熱力學(xué)與統(tǒng)計物理的基本原理和處理問題的方法，而且能提高學(xué)生理解熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)在物理學(xué)史中的重要作用以及其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，從而提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力。

在教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)、課程以及前景發(fā)展為特點，充分利用先進教育理念、信息技術(shù)手段、豐富教學(xué)資源進行教學(xué)改革和創(chuàng)新，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新能力。通過改革，逐步形成具有鮮明特色的課程體系，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生獲得全方位的發(fā)展。

一、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計物理教學(xué)改革的目標與原則

（一）改革目標的設(shè)定

為了更好地適應(yīng)新時代的人才培養(yǎng)自標以及學(xué)校應(yīng)用物理學(xué)一流專業(yè)的建設(shè)需求，教師有必要對目前的熱學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)進行改革。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)熱學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)、量子力學(xué)以及固體物理等物理學(xué)課程，掌握基本的理論知識，還要在應(yīng)用上具有一定的能力。傳統(tǒng)的熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)內(nèi)容主要是熱力學(xué)定律與函數(shù)、相變、微觀態(tài)和統(tǒng)計規(guī)律等，這些內(nèi)容是物理學(xué)中最基本的知識，學(xué)生學(xué)完之后掌握相應(yīng)的理論知識即可。[1]

（二）改革過程中應(yīng)遵循的原則

熱力學(xué)與統(tǒng)計物理課程教學(xué)改革，需要遵循以下幾個原則。

1.以專業(yè)培養(yǎng)目標為導(dǎo)向，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標。應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標是在掌握物理基本理論和方法的基礎(chǔ)上，深入理解物理本質(zhì)，具有較強的分析、解決工程實際問題的能力，掌握本專業(yè)領(lǐng)域中的前沿知識和技術(shù)。

2.以學(xué)生為中心，以提高學(xué)生綜合能力為核心。教師要充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題及困難，采用啟發(fā)式、探究式、互動式教學(xué)方式，提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.以素養(yǎng)為主線，注重課程思政。以能力培養(yǎng)為主線，通過課程思政，將課程內(nèi)容與思想教育相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀；挖掘課程內(nèi)容中所蘊含的思政元素，形成潛移默化的教育效果；提升學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。[2]

二、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)改革的具體措施與實踐

（一）教學(xué)方法的改革與實踐

1.改進教學(xué)手段，提高學(xué)習(xí)興趣

現(xiàn)代教學(xué)手段多種多樣，主要有多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、電子教案、電子課本等。在多媒體課件制作過程中，應(yīng)該注意以下兩點：第一，教師要精心準備多媒體課件，對一些重要概念的推導(dǎo)過程，可以利用多媒體課件來輔助講解；如熱力學(xué)化學(xué)勢、熵等，可以借助電子教案、電子課本等輔助工具，讓學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上去記憶;在課堂教學(xué)中，用板書來概括課堂的重點難點，突出重點、難點。第二，教師在講授熱力學(xué)統(tǒng)計物理時，適當?shù)乩镁W(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，如學(xué)習(xí)通等，把學(xué)生平時不能直接接觸到的文獻資料上傳到平臺，學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行交流，以達到解決問題的目的。[3]

2.引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖，建立學(xué)習(xí)檔案

思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生梳理知識點，找出各知識點之間的聯(lián)系，加深記憶，促進其知識建構(gòu)能力的提高。[4在以往的教學(xué)過程中，主要是教師代替學(xué)生進行逐章歸納知識，在此狀態(tài)下，反思和總結(jié)的是教師而非學(xué)生，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)。相反，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖，學(xué)生處于主動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，學(xué)生需要自身從根本上理解知識到掌握輸出圖譜。在此過程中，不僅可以梳理知識重點，還能進一步了解知識脈絡(luò)，起到融會貫通的作用。建立涵蓋學(xué)生課后習(xí)題、思維導(dǎo)圖、課后模擬實驗及其分析的學(xué)習(xí)檔案，搭建師生交流平臺，可以加強師生之間的溝通和交流。其一，教師收集作業(yè)，能夠從作業(yè)完成情況及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，做到查漏補缺，改善自己的教學(xué)內(nèi)容和調(diào)整教學(xué)進度，起到教學(xué)相長的作用；其二，學(xué)習(xí)檔案對學(xué)生而言是公開可查的，學(xué)生通過查看他人的課后作業(yè)，能夠相互比較，發(fā)現(xiàn)不足。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革與實踐

1.針對性調(diào)整和修改部分內(nèi)容

針對課程內(nèi)容的特點，在教學(xué)內(nèi)容上進行了調(diào)整和壓縮。首先，在課堂講授中，刪除了一些概念較為抽象的理論，如熵、熱力學(xué)熵、統(tǒng)計物理學(xué)中的熱力學(xué)函數(shù)等。其次，還將課程內(nèi)容進行了適當?shù)貕嚎s，把熱力學(xué)統(tǒng)計物理的基本概念和定律通過實例來說明，這樣既可使學(xué)生能夠更好地理解和掌握這些概念和定律，又可從增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講解“系統(tǒng)的能量變化\"時，只需要講清楚系統(tǒng)中能量的變化和原因就可以了。這樣的簡化教學(xué)不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)感到輕松愉快，而且也便于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行監(jiān)控。

2.增加課后計算機模擬實驗?zāi)M環(huán)節(jié)

在教學(xué)中，如何讓學(xué)生掌握熱力學(xué)、統(tǒng)計物理的基本概念、基本原理，掌握其基本方法和技術(shù)，從而為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)，是本課程教學(xué)中需要解決的重要問題。為此，文章將熱力學(xué)與統(tǒng)計物理課程的教學(xué)內(nèi)容分為兩部分：一是在第一章介紹熱力學(xué)的概念、基本定律及其應(yīng)用；二是在第二章介紹統(tǒng)計物理的概念、基本定律及其應(yīng)用。這樣安排既能讓學(xué)生從整體上把握熱力學(xué)和統(tǒng)計物理，又能使學(xué)生了解這兩門課在整個物理學(xué)科體系中的地位和作用。

實驗是將理論知識與實踐能力相結(jié)合的重要手段，實驗是學(xué)生獲取感性認識、培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)。因此，在安排實驗內(nèi)容時，要結(jié)合專業(yè)特點和實際需求，注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新精神。以范德瓦耳斯狀態(tài)方程為例，以往的教學(xué)主要注重傳授理論化知識，要求完成相應(yīng)的課后習(xí)題。這樣的狀態(tài)下，學(xué)生只能單純學(xué)習(xí)知識點，無法做到理論聯(lián)系實際。增加課后計算機模擬實驗?zāi)M環(huán)節(jié)，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)了狀態(tài)方程相關(guān)的理論知識后，還被要求課后通過實際氣體的參數(shù)結(jié)合已學(xué)習(xí)的Python或MATLAB等相關(guān)程序語言，實踐模擬不同溫度、壓力區(qū)間下氣體狀態(tài)方程，例如氫氣、氮氣以及氮氣等，對比相同狀態(tài)下不同氣體狀態(tài)方程的差異，這樣不僅可以進一步鞏固氣體物態(tài)方程等知識點，還可以鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

3.開拓線上，線下教育渠道

就熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)改革而言，開拓線上與線下教育渠道是一種重要創(chuàng)新之舉。在信息技術(shù)快速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)很難適應(yīng)當代學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為此，有必要將線上教育和線下教育結(jié)合起來，建立多元化和個性化教學(xué)環(huán)境。開拓線上教育渠道，能給學(xué)生帶來更靈活更獨立的學(xué)習(xí)方式，通過搭建在線課程平臺對熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程內(nèi)容進行視頻、PPT、動畫等多形式展示，使學(xué)生能夠隨時隨地獲取學(xué)習(xí)資料并根據(jù)學(xué)習(xí)進度及興趣進行學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇。另外，線上平臺可提供習(xí)題練習(xí)和在線答疑，有利于學(xué)生鞏固所學(xué)內(nèi)容和解決問題。線下教育渠道優(yōu)化也不容忽視，傳統(tǒng)課堂教學(xué)在熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)中仍占據(jù)著重要地位。通過舉辦小組討論，實驗操作，案例分析等形式多樣的教學(xué)活動能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并提升其實踐能力與團隊協(xié)作能力。與此同時，教師還可根據(jù)學(xué)生反饋及表現(xiàn)情況適時調(diào)整教學(xué)策略以保證教學(xué)質(zhì)量。

在開拓線上和線下教育渠道時也要注重二者的結(jié)合和補充。線上教育能夠提供大量的學(xué)習(xí)資源，方便學(xué)生學(xué)習(xí)，但是缺少面對面的溝通與互動；而線下教育能為教學(xué)提供真實場景，加強人際互動。為此，有必要把線上和線下教學(xué)資源有效結(jié)合起來，構(gòu)成無縫對接的教學(xué)體系。例如，教師可借助線上平臺公布預(yù)習(xí)資料、課后作業(yè)等，指導(dǎo)學(xué)生事先理解課程內(nèi)容、鞏固所學(xué)內(nèi)容；組織課堂討論、實驗等活動，以深化學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的認識與運用。通過開拓線上和線下教育渠道，能給熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)改革帶來新的生機。這一多元化教學(xué)模式既能提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率與興趣，又能培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新精神。在今后的教學(xué)實踐中要不斷地對這一教學(xué)模式進行探索與改進，以期對熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)改革作出更大的貢獻。

4.跨學(xué)科知識的整合

將跨學(xué)科知識融入熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)改革是有重要意義的教學(xué)策略，把熱力學(xué)統(tǒng)計物理等學(xué)科知識有機地結(jié)合在一起，能開拓學(xué)生眼界，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力。跨學(xué)科知識的整合有利于深化學(xué)生熱力學(xué)統(tǒng)計物理知識。熱力學(xué)統(tǒng)計物理，作為物理學(xué)中的一個關(guān)鍵子領(lǐng)域，與化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)等其他多個學(xué)科存在著緊密的相互關(guān)聯(lián)。引入其他學(xué)科的知識到熱力學(xué)統(tǒng)計物理的教學(xué)過程中，有助于學(xué)生更深入地掌握熱力學(xué)統(tǒng)計物理的核心觀念和基本理念。如引入分子運動論，可將化學(xué)上分子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)動力學(xué)等知識相結(jié)合；敘述相變現(xiàn)象可介紹生物學(xué)上細胞膜相變及其他實例。在熱力學(xué)統(tǒng)計物理的教學(xué)中，通過引入其他學(xué)科的知識和方法，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能力和解決問題的能力。

（三）教學(xué)評價體系的改革與實踐

1.發(fā)展性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合

傳統(tǒng)的考核方式是學(xué)生通過平時表現(xiàn)和期末考試獲得最終成績，期末考試成績的占比較高，即使平時上課不積極的學(xué)生也能靠著臨陣磨槍的“背多分”模式占領(lǐng)高地，不利于學(xué)生循序漸進地掌握知識。這對于堅持上課的學(xué)生而言缺乏公平性，僅靠最后一堂考試決定成績優(yōu)劣并不全面。除此之外，終結(jié)性考試更是難以察覺學(xué)生個人的進步情況，學(xué)生得到的鼓勵和鞭策較少。對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的行為、表現(xiàn)和成果等方面進行觀察和分析的發(fā)展性評價有助于了解學(xué)生的發(fā)展情況和需要，為其提供個性化的支持和幫助，促進其全面發(fā)展。[5]在平常的課程教學(xué)中檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生了解到自己對所學(xué)知識的掌握程度，督促學(xué)生的日常學(xué)習(xí)。除此之外，發(fā)展性評價還應(yīng)該注重評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，不能以分數(shù)作為唯一評價標準，以此調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)。將日常課上回答問題、課后作業(yè)、思維導(dǎo)圖構(gòu)建以及模擬實驗等方式相結(jié)合，平時成績占總成績的比重增加到 40% ，這樣不僅能夠把握學(xué)生每次上課情況，還能最大限度地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進度與知識的掌握情況，還能及時鼓勵和鞭策學(xué)生。

2.加大課后實踐在全局評價中的權(quán)重

在應(yīng)用物理學(xué)中加大課后實踐權(quán)重，既來源于學(xué)科特點，也和社會對人才的需求密切相關(guān)。應(yīng)用物理學(xué)是以應(yīng)用為導(dǎo)向的學(xué)科，理論知識的應(yīng)用是其核心。首先，通過校內(nèi)課后實踐，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識應(yīng)用于實際問題，驗證理論在不同條件下的適用性，加深對理論的理解。其次，應(yīng)用物理學(xué)涉及實驗設(shè)計、儀器使用、數(shù)據(jù)采集與分析等實際技能。從社會需求角度上來說，社會更傾向于招聘能夠迅速適應(yīng)工作環(huán)境、解決實際問題的應(yīng)用型人才。因此，加大應(yīng)用物理學(xué)中實踐的成分有助于學(xué)生更好地適應(yīng)社會需求，提高其就業(yè)競爭力，也有助于形成提升專業(yè)素養(yǎng)。

三、應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)統(tǒng)計物理教學(xué)改革的效果與反思

（一）教學(xué)效果的評估與反饋

通過對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計物理教學(xué)改革的實踐，取得了以下顯著效果。

1.學(xué)生對熱力學(xué)與統(tǒng)計物理的基本概念、基本定律及應(yīng)用有了更為深入的理解。通過優(yōu)化課程內(nèi)容，使得學(xué)生能夠從整體上把握這門課程，認識到它在物理學(xué)科體系中的地位與作用。

2.模擬實驗課程的改革，使得學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新精神得到了培養(yǎng)。在實驗過程中，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R與實際操作相結(jié)合，以提高學(xué)習(xí)興趣。

（二）教學(xué)改革的反思

雖然取得了顯著效果，但在教學(xué)改革過程中也存在一些不足之處，值得反思。

1.在教學(xué)方法上，可以嘗試更多的互動式教學(xué)，如課堂討論、小組合作等，以提高學(xué)生的參與度和積極性。

2.對學(xué)生的個性化教育有待加強，具體可通過課后輔導(dǎo)、學(xué)術(shù)講座等形式，為學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)機會和資源。

3.加強與其他高校及科研機構(gòu)的交流合作，借鑒學(xué)界與業(yè)界先進的教育理念和教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)語

總而言之，通過對應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計物理教學(xué)改革的實踐，取得了顯著的效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實際應(yīng)用能力得到了提高。注重學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和個性化教育，加強與其他高校及科研機構(gòu)的交流合作，借鑒先進的教育理念和教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。通過不斷地探索和實踐，應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)熱力學(xué)與統(tǒng)計物理的教學(xué)質(zhì)量將得到進一步提高，為我國培養(yǎng)更多優(yōu)秀的應(yīng)用物理學(xué)人才作出貢獻。

參考文獻：

[1]劉曉娣，李香宇，張靜.基于學(xué)習(xí)動力的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐[J].高教學(xué)刊，2024，10（03）：129-132+137.

[2]張克生．應(yīng)用型高校物理實驗教學(xué)改革與實踐探索[J].湖北開放職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2022，35（20）：153-154+157.

[3]薛云，張立學(xué)，呂洲，等.高校物理化學(xué)課程教學(xué)改革與實踐研究[J].化學(xué)工程與裝備，2022（06）：298-300.

[4].塔金星，李春雷，李玉，等.思維導(dǎo)圖在熱力學(xué)與統(tǒng)計物理（二）教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科學(xué)，2021，12（09）：70-71.

[5]劉永鳳，袁頂國.高校學(xué)業(yè)評價[M].北京：高等教育出版社，2019：113-125.

（薦稿人：丁長春，副教授）

（責任編輯：邵秋露）