時間：2023-03-06 15:59:28
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關(guān)鍵詞：熱力學(xué);統(tǒng)計物理;教學(xué)
熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)、電動力學(xué)、理論力學(xué)和量子力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)四大理論課程，但是對于大部分學(xué)生來講，他們除了對理論力學(xué)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(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)是關(guān)于熱現(xiàn)象理論的兩個組成部分：熱力學(xué)為宏觀理論，而統(tǒng)計物理學(xué)則是微觀理論。熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)與其他三門理論課之間有著緊密的聯(lián)系，學(xué)好熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)掌握其學(xué)習(xí)方法及思維方式對于學(xué)習(xí)其他相關(guān)學(xué)科有著非常重要的意義。本文就是以自身教學(xué)實踐為出發(fā)點，分析了在熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)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(xué)中遇到的問題
1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足
熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)在該校是在物理學(xué)本科專業(yè)大三的第一個學(xué)期開設(shè)的，對于這個時間段的大學(xué)生來講，他們已經(jīng)開始對畢業(yè)后自己的去向進(jìn)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(xué)生選擇的是畢業(yè)后就業(yè)，而只有少數(shù)學(xué)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(xué)生提不起對熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)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(xué)物理這種基礎(chǔ)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(rèn)為跟未來就業(yè)無關(guān)的課程上。其次是現(xiàn)在的“90后”大學(xué)生大多數(shù)為獨生子女，心理依賴性強(qiáng)，除了少數(shù)打算考研的學(xué)生會在課前預(yù)習(xí)和課堂上做筆記外，大部分學(xué)生很少動筆。所以，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮其主動性是教師應(yīng)該首要解決的問題。
2.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱
熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)這門課程中大部分用到高等數(shù)學(xué)中的知識，例如，某些復(fù)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(xué)生數(shù)學(xué)知識掌握不牢固，不能靈活地運用數(shù)學(xué)工具來解決熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)中遇到的問題。
3.物理概念不清晰
熱力學(xué)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(zhì)系統(tǒng)。同時熱力學(xué)中某些知識點與高中時期講過的熱學(xué)部分知識點重合，所以大部分學(xué)生覺得理解起來相對容易些。而統(tǒng)計物理學(xué)理論是對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出某些假設(shè)之后，應(yīng)用統(tǒng)計物理學(xué)理論求得具體物質(zhì)的特性，并且闡明產(chǎn)生這些特性的微觀機(jī)理。大部分學(xué)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(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教學(xué)方法提出的幾點建議
1.教師應(yīng)熟悉教材，深入研究
教師應(yīng)該熟悉自己所教課程的教材，概念清晰，公式推導(dǎo)完整。并且應(yīng)該在課下多看些關(guān)于熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)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(xué)模式，提高學(xué)生主動性
現(xiàn)在的大學(xué)生已經(jīng)不喜歡滿堂灌、填鴨式的教學(xué)模式，所以教師應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整自身的講課方式，比如，可以將傳統(tǒng)的板書和多媒體結(jié)合，一些重要的公式推導(dǎo)用板書細(xì)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(xué)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(xué)生可以鼓勵他們自己課下準(zhǔn)備教案課件，一個學(xué)期抽出適當(dāng)?shù)恼n時給學(xué)生，讓他們走上講臺。這樣既鍛煉了他們的心理素質(zhì)，為他們?nèi)蘸笞鼋處熯@一工作積累一定的經(jīng)驗。同時也激發(fā)了他們自身學(xué)習(xí)的積極性，他們必然會在課下認(rèn)真看書，遇到困難會查閱相關(guān)資料或者與其他同學(xué)討論，這也是對他們自主學(xué)習(xí)能力的一種很好的鍛煉。
3.注重理論的應(yīng)用及知識間的融會貫通
熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)教師不應(yīng)該只是為了完成教學(xué)任務(wù)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(xué)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(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)一節(jié)中麥克斯韋關(guān)系及四個基本方程時，可以將熵（S）、壓強(qiáng)（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?zhǔn)详P(guān)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(xué)統(tǒng)計物理學(xué)之間的聯(lián)系，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時教師應(yīng)該注意熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)理論知識與實踐應(yīng)用之間的聯(lián)系，比如，熱力學(xué)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(zhì)及社會的關(guān)系。
綜上所述，提高教師自身素質(zhì)，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，注重理論與實踐和熱力學(xué)統(tǒng)計物理學(xué)課程與其他學(xué)科之間的聯(lián)系，相信學(xué)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(xiàn)：
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[3]汪志誠.熱力學(xué)與統(tǒng)計物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.
（呼和浩特民族學(xué)院 數(shù)學(xué)系，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）
摘 要：眾所周知，熱力學(xué)三大基本定律是熱現(xiàn)象宏觀理論的重要基礎(chǔ).因此，了解這些定律的深刻意義和建立過程，在熱現(xiàn)象的研究當(dāng)中是格外重要的.本文中主要介紹熱力學(xué)三大基本定律的概述，以及在其建立過程中，做出卓越貢獻(xiàn)的物理學(xué)家和他們的重要成就.
關(guān)鍵詞 ：熱學(xué)基本定律；概述；形成史
中圖分類號：O414.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）01-0009-02
熱力學(xué)是熱學(xué)理論的一個方面.熱力學(xué)主要是從能量轉(zhuǎn)化的觀點來研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，它揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時遵從的宏觀規(guī)律.熱力學(xué)是總結(jié)物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象而得到的熱學(xué)理論，不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的相互作用.因此它是一種唯象的宏觀理論，具有高度的可靠性和普遍性.熱力學(xué)三定律是熱力學(xué)的基本理論.
1 熱力學(xué)第一定律
1.1 熱力學(xué)第一定律概述
能量守恒與轉(zhuǎn)換定律是自然界最普遍、最基本的規(guī)律之一.自然界中的一切物質(zhì)都具有能力，能量有各種不同的形式，這種不同形式的能量都可以轉(zhuǎn)移（從一個物體傳遞到另一個物體），也可以相互轉(zhuǎn)換(從一種能量形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N能量形式)，但在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)換過程中，它們的總量保持不變.這一規(guī)律成為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律.能量守恒與轉(zhuǎn)換定律應(yīng)用在熱力學(xué)中，或者說應(yīng)用在伴有熱效應(yīng)的各種過程中，便是熱力學(xué)第一定律.熱力學(xué)第一定律是人類在實踐中積累的經(jīng)驗總結(jié)，它的發(fā)現(xiàn)和建立，打破了人們企圖制造一種可以不消耗能量而能連續(xù)做功的永動機(jī).因此，熱力學(xué)第一定律也可以表述為：第一類永動機(jī)是造不出來的[1].
其基本公式可以表述為公式（1），它表明向系統(tǒng)輸入的熱量Q，等于質(zhì)量為m的流體流經(jīng)系統(tǒng)前后焓H的增量、動能v的增量以及系統(tǒng)向外界輸出的機(jī)械功W之和.
1.2 熱力學(xué)第一定律形成史
1.2.1 羅伯特·邁爾
熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律有著極其密切的關(guān)系.德國物理學(xué)家、醫(yī)生邁爾發(fā)現(xiàn)體力和體熱來源于食物中所含的化學(xué)能，提出如果動物體能的輸入同支出是平衡的，所有這些形式的能在量上就必定守恒.他由此受到啟發(fā)，去探索熱和機(jī)械功的關(guān)系.1842年他發(fā)表了《論無機(jī)性質(zhì)的力》的論文，表述了物理、化學(xué)過程中各種力（能）的轉(zhuǎn)化和守恒的思想.邁爾是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當(dāng)量的人.
1.2.2 焦耳
英國科學(xué)家焦耳(J.P.Joule，1818-1889)關(guān)于熱功當(dāng)量的測定，為最終確立熱力學(xué)第一定律奠定了堅實的實驗基礎(chǔ).1850年，焦耳在他的《論熱功當(dāng)量》的論文中，已經(jīng)將熱功當(dāng)量值總結(jié)為：以水做實驗為773石4磅/卡(424千克米/千卡)，以水銀作實驗為776.30磅/卡(425.77千克米/千卡)，后來又經(jīng)過一系列極為精確的實驗，焦耳又將J值確定為423.85千克米/千卡(4.153焦耳/卡)，這已和現(xiàn)代精確實驗極為接近了.他和邁爾分別從不同的方面和不同的途徑達(dá)到了對能量轉(zhuǎn)化與守恒的證明.
1.2.3 亥姆霍茲
德國物理學(xué)家亥姆霍茲從多方面論證了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，其中最主要的是從否定永動機(jī)的存在這一途徑來完成的.1842年，他在關(guān)于《力的守恒》的論文中，就論述了他的能量轉(zhuǎn)化與守恒的基本思想，論證了“活力”與“張力”之和是一個常數(shù)，稱之為“力的守恒原理”，并把這種“力”的保守性同永動機(jī)之不可能聯(lián)系起來.他的這一工作從理論上對能量守恒原理作出了重要概括.
2 熱力學(xué)第二定律
2.1 熱力學(xué)第二定律概述
熱力學(xué)第二定律有兩種表述，第一種是“不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化”，另一種為“不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓?，”即第二類永動機(jī)是造不出來的[2].
其基本公式可以表述為公式（2），式中，對不可逆過程應(yīng)取用不等號，δQ指系統(tǒng)實際過程熱，T指環(huán)境溫度，對可逆過程應(yīng)取用等號，δQ指可逆過程熱，T為系統(tǒng)溫度.
2.2 熱力學(xué)第二定律形成史
十八、十九世紀(jì)，由于科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，蒸氣機(jī)在英國煤礦業(yè)得到了普遍的使用，這同時給物理學(xué)家提出了許多急待解決的理論問題，比如：熱現(xiàn)象的產(chǎn)生原理、提高熱機(jī)效率的方法、熱機(jī)效率上限的存在與否、永動機(jī)的存在與否等等.
正式提出熱力學(xué)第二定律的是英國物理學(xué)家湯姆遜·開爾文(WilliamThomson，1524-1907)和德國物理學(xué)家克勞修斯在研究熱現(xiàn)象的過程中，發(fā)現(xiàn)按能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，于是開爾文提出了“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Γ划a(chǎn)生其它影響”.
而克勞修斯在提出熱力學(xué)第二定律的表述后，于1854年發(fā)表了題為“論熱的機(jī)械理論的第二定律的變化了的形式”論文，文中對熱力學(xué)第二定律又作了補(bǔ)充.至此，經(jīng)過眾多物理學(xué)家的努力，熱力學(xué)第二定律才完整地建立起來.
3 熱力學(xué)第三定律
3.1 熱力學(xué)第三定律概述
20世紀(jì)初，人們通過對低溫下熱力學(xué)現(xiàn)象的研究，確定了物質(zhì)熵值的零點，逐步建立起了熱力學(xué)第三定律，進(jìn)而提出了規(guī)定“熵”的概念，為解決一系列的熱力學(xué)問題提供了極大的方便.熱力學(xué)第三定律可以準(zhǔn)確簡潔地表述為：0K時，任何完美晶體的熵值為0.也可以表達(dá)為，絕對零度不能達(dá)到[3].
其公式可以按照公式（3）來表示，說明ΔG和ΔH隨著T變化，而當(dāng)T趨向于0時，ΔG和ΔH近似相等.
3.2 熱力學(xué)第三定律形成史
3.2.1 T·W·Richards
1902年，T·W·Richards研究了低溫下電池反應(yīng)的G、H與溫度的關(guān)系，得出這樣一個結(jié)論：當(dāng)溫度降低時，G、H逐漸趨于相等.Richards的研究為熱力學(xué)第三定律的提出提供了必要的理論和實驗基礎(chǔ).
3.2.2 普朗克
1912年，德國人普朗克在能斯特的熱定理基礎(chǔ)上，進(jìn)一步假設(shè)：0K時，純凝聚體系的熵值為零[4].
3.2.3 路易斯和蘭德爾
1920年，Lewis和Gibson發(fā)現(xiàn)指出普朗克的假設(shè)S(0k)=0只適用于完美晶體.因為0K時一些物質(zhì)可能有多種晶體形態(tài)，但其中只有完美晶體熵可能為零.普朗克、路易斯和蘭德爾對普朗克假設(shè)作了修正，得出如下說法：如果溫度為0k的每一種元素處于結(jié)晶狀態(tài)的熵值都為零，則一切物質(zhì)的熵值都具有一定的正值，但溫度為0k時其熵值可變?yōu)榱?，對于完美晶體來說確實如此.
至此，人們就建立起了比較完整、準(zhǔn)確的熱力學(xué)第三定律.
4 結(jié)語
熱力學(xué)三個定律是無數(shù)經(jīng)驗的總結(jié)，至今尚未發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)理論與事實不符合的情形，因此它們具有高度的可靠性.熱力學(xué)理論對一切物質(zhì)系統(tǒng)都適用，具有普遍性的優(yōu)點.這些理論是根據(jù)宏觀現(xiàn)象得出的，因此稱為宏觀理論，也叫唯象理論.
熱力學(xué)是熱學(xué)理論的一個方面.熱力學(xué)主要是從能量轉(zhuǎn)化的觀點來研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，它揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時遵從的宏觀規(guī)律.熱力學(xué)基本定律是人類在長期生產(chǎn)經(jīng)驗和科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，他們雖不能用其他理論方法加以證明，但由它們出發(fā)得出的熱力學(xué)關(guān)系及結(jié)論都與事實或經(jīng)驗相符，這有力地說明了熱力學(xué)定律的正確性.縱觀熱力學(xué)定律的發(fā)展史，科學(xué)是一個集觀察、思考、實驗、總結(jié)、學(xué)習(xí)、于一體的事物，只有以謹(jǐn)慎的態(tài)度對待它，才會迎來科學(xué)事業(yè)的飛躍.
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參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；物理學(xué)史；課堂教學(xué)；興趣激發(fā)
作者簡介：李玲（1980-），女，湖北荊州人，長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，講師。（湖北 荊州 430020）
基金項目：本文系長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院教研基金項目（項目編號：JY201112）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0122-02
一、大學(xué)物理課程的意義
物理是自然科學(xué)的基礎(chǔ)性學(xué)科，它的知識體系和思維方法貫穿人們學(xué)習(xí)自然科學(xué)知識的始終，培養(yǎng)人的科學(xué)精神，陶冶人的科學(xué)思維，教會人應(yīng)用科學(xué)方法解決具體問題。大學(xué)物理是工程技術(shù)學(xué)院（以下簡稱“我院”）相關(guān)系部許多專業(yè)課的理論基礎(chǔ)，但因有些學(xué)生認(rèn)識不到這門課的重要性，經(jīng)常在課程中期出現(xiàn)畏難厭學(xué)現(xiàn)象。現(xiàn)通過改革課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣，以期提高教學(xué)質(zhì)量。
物理學(xué)史上的許多名人軼事及其主要研究成果的研發(fā)過程都對今人有積極的指導(dǎo)作用，如光學(xué)波粒二象性對立統(tǒng)一的認(rèn)知發(fā)展過程。若能結(jié)合教學(xué)內(nèi)容將物理學(xué)史中有代表性的知識體系發(fā)展融入教學(xué)過程，既可激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，改變滿堂灌的理論推導(dǎo)，又可有機(jī)地將物理知識要點與科學(xué)的世界觀及哲學(xué)發(fā)展理論結(jié)合起來，有利于學(xué)生知識底蘊的累積和眼界的開闊。
表1 大學(xué)物理全模塊教學(xué)內(nèi)容及課時分配
我院經(jīng)過數(shù)年的大學(xué)物理模塊化教學(xué)改革[1]后，將學(xué)科內(nèi)容分為六個模塊（表1），參考課時分配，本文討論如何在課堂教學(xué)中將物理學(xué)發(fā)明史、名人史等容易激發(fā)學(xué)生興趣的內(nèi)容導(dǎo)入，以及導(dǎo)入后其對課題教學(xué)可起到的積極作用，課程內(nèi)容以我院現(xiàn)在使用的大學(xué)物理教材[2]為準(zhǔn)。
二、大學(xué)物理全模塊教學(xué)內(nèi)容
1.力學(xué)
力學(xué)部分的講授內(nèi)容比較多，是物理學(xué)實踐探索方法與思想體系建立的基礎(chǔ)。質(zhì)點運動學(xué)有兩次課，第一次課緒論開端討論物理學(xué)科的研究范圍，介紹從古人對自然的樸素的感性認(rèn)知，到近代利用微積分等數(shù)學(xué)工具歸納推導(dǎo)大量天文觀測數(shù)據(jù)及實驗室數(shù)據(jù)而獲得的經(jīng)典物理學(xué)基本定理與定律，再到近現(xiàn)代的量子物理和相對論，物理的發(fā)展史即人類文明的發(fā)展史。這兩次課中要將大學(xué)物理用到的微積分、矢量等數(shù)學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)化介紹，而微積分的發(fā)明者之一牛頓正是近代物理的標(biāo)志人物。
牛頓定律部分由于學(xué)生熟悉內(nèi)容，在理論講授部分很容易分散注意力，因此，介紹相關(guān)物理學(xué)史知識可以有效地激發(fā)學(xué)生興趣。如被稱為近代物理學(xué)之父的伽利略，其著名的比薩斜塔落體實驗、斜面實驗皆入選最美麗的十大物理實驗，[3]其物理思想如慣性、力與運動的關(guān)系等，是牛頓定律得以建立的基石。而牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運動定律是經(jīng)典力學(xué)的基石。質(zhì)點動力學(xué)的最后一節(jié)非慣性系略有些抽象。以科里奧利命名的旋轉(zhuǎn)參考系中的慣性力有許多常見實例，很容易激發(fā)學(xué)生探究興趣，如臺風(fēng)氣旋、下水方向、河道兩邊的不對稱沖刷，以及著名的列入十大最美物理實驗之一的傅科擺。[3]
剛體力學(xué)三次課相對來講較難較抽象，需要用到微積分、空間立體幾何及矢量叉乘知識，質(zhì)點的角動量守恒可以將開普勒第二定律的反向證明作為計算實例，而歷史上牛頓正是由開普勒第二定律推導(dǎo)定義角動量的概念。在大段相對沉悶的概念講解和定理推導(dǎo)之后，第谷與開普勒師生的歷史故事以及他們對物理學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)很容易引起學(xué)生的興趣。
2.振動與波
由于簡諧振動的振動方程、平面簡諧波的波動方程等都比較抽象，其對應(yīng)物理量的計算和轉(zhuǎn)換多，所以此處學(xué)生最易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。
機(jī)械振動兩次課，第一節(jié)課可用中國2013年6月太空課堂的單擺實驗導(dǎo)入；第二次課的利薩，及其后的阻尼振動及共振在生活中的應(yīng)用及歷史中的實例就更多了，例如著名的18世紀(jì)拿破侖士兵齊步過橋致橋塌事件。在西方，波動現(xiàn)象的本質(zhì)首先是由達(dá)芬奇發(fā)現(xiàn)的。機(jī)械波致質(zhì)點受迫振動也可舉共振的例子，如中國古代戰(zhàn)場上利用共振器判斷敵軍多寡和方位、唐朝寺廟鐘磬聲波共鳴等事例。第二次課中可以用1842年多普勒在散步時的“多普勒效應(yīng)”導(dǎo)入，目前該效應(yīng)應(yīng)用很廣。
3.熱學(xué)
熱學(xué)部分我院僅勘工和化工類專業(yè)需要學(xué)習(xí)。氣體動理論部分的兩次課中涉及到微積分的計算不太多，學(xué)生們對克拉伯龍方程也有一定基礎(chǔ)，總體難度不大。第二次課講自由度及麥?zhǔn)纤俾史植悸蕰r，由于涉及到統(tǒng)計學(xué)，相對比較枯燥且理論公式冗長?？梢栽谇捌谝延^察到學(xué)生狀態(tài)及接受水平的基礎(chǔ)上，淡化理論，介紹一下科學(xué)家麥克斯韋生平。麥克斯韋被譽(yù)為牛頓與愛因斯坦之間最偉大的物理學(xué)家，其一生對物理學(xué)的卓越貢獻(xiàn)不僅表現(xiàn)在對后世產(chǎn)生巨大影響的電磁學(xué)上。他在熱力學(xué)方面提出的麥克斯韋速率分布式也是應(yīng)用最廣泛的科學(xué)公式之一，在許多物理分支中起著重要的作用。同時代的科學(xué)家玻爾茲曼將麥克斯韋速率分布式應(yīng)用到保守力場中，提出了玻爾茲曼速率分布律，在熱力學(xué)研究中也具有重要地位。玻爾茲曼把物理體系的熵和概率聯(lián)系起來，闡明了熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計性質(zhì)并引出了能量均分原理。
熱力學(xué)基礎(chǔ)三次課，可聯(lián)系科學(xué)發(fā)展史上對永動機(jī)的探索導(dǎo)入。如第一類永動機(jī)不可能被創(chuàng)造出來是違背了能量守恒定律，但其探索過程為熱力學(xué)第一定律的建立提供了實驗基礎(chǔ)；第二類永動機(jī)則違背了熱力學(xué)第二定律。此外，熱機(jī)的發(fā)明是工業(yè)革命的標(biāo)志之一，第二次課的循環(huán)過程可借此話題導(dǎo)入。
4.光學(xué)
光學(xué)是一個古老而充滿活力的學(xué)科。[4]從十七世紀(jì)中葉牛頓和惠更斯分別提出光的微粒學(xué)說和波動學(xué)說之后，對于光的本質(zhì)的討論一直是科學(xué)界熱點話題，直到二十世紀(jì)愛因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛頓對光學(xué)的研究可視為近代光學(xué)的開端，其棱鏡分解白光實驗入選十大最美物理實驗，[3]而牛頓環(huán)實驗至今仍是大學(xué)普通物理實驗室經(jīng)典必選實驗之一。因牛頓的權(quán)威，光的微粒學(xué)說在科學(xué)界占主導(dǎo)地位達(dá)一個多世紀(jì)。光的干涉第一次課以十九世紀(jì)初托馬斯楊的雙縫干涉實驗導(dǎo)入，這一實驗揭開了近代波動光學(xué)的序幕，亦是十大最美麗的物理實驗之一。[3]第二次課薄膜干涉可以用牛頓環(huán)導(dǎo)入。第三次課中介紹在物理學(xué)史上有重要地位的邁克爾遜（1907年獲諾貝爾獎）干涉儀。
在衍射部分，將菲涅爾等實驗證明的著名泊松亮斑在第一次課中作簡單介紹，可以很好激發(fā)學(xué)生的討論熱情，因泊松亮斑的相關(guān)歷史很多學(xué)生都有所了解。第二次課的X射線衍射的發(fā)現(xiàn)過程亦十分有趣，倫琴（1901年獲諾貝爾獎）夫人戴婚戒的手骨底片是第一張X光照片。
光的偏振總體上是介紹性質(zhì)的講授，重點是1808年發(fā)現(xiàn)的馬呂斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重點但比較有趣的雙折射現(xiàn)象則是早在1669年就被人們發(fā)現(xiàn)的，其在生活中可作為辨別晶體與非晶體的一種方式。
5.電磁學(xué)
經(jīng)典電磁學(xué)理論是大學(xué)物理中的必修模塊，雖然理論推導(dǎo)多、微積分計算多，但現(xiàn)在電磁學(xué)在生活中的應(yīng)用無處不在，且名人輩出，將課上得生動有趣并不困難。如靜電學(xué)部分的庫侖定律是1785年的庫侖扭秤實驗確立的，電荷的不連續(xù)性是由1909年密立根油滴實驗證明，該實驗是十大最美物理實驗之一。[3]第三次課講授的靜電場高斯定理因“數(shù)學(xué)之王”高斯得名。高斯生平傳聞軼事很多，尤其是其研究生時期，誤將懸留兩千余年未解的尺規(guī)作正十七邊形問題作為導(dǎo)師布置的課后作業(yè)一夜解決的故事，與學(xué)生們發(fā)散討論其心理學(xué)與教育學(xué)意義，對于學(xué)生打破心理設(shè)限努力鉆研學(xué)習(xí)很有意義。
穩(wěn)恒磁場八次課，第一次課可介紹中國古人在磁學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)，司南和指南針的意義；1820年近代磁學(xué)標(biāo)志性的奧斯特實驗等，也是學(xué)生們熟悉且有興趣的內(nèi)容。第二次課的畢奧-薩伐爾定律，可介紹其定律的得出與安培、拉普拉斯等在數(shù)學(xué)上的幫助密不可分，再次強(qiáng)調(diào)大學(xué)物理學(xué)習(xí)中高數(shù)知識的重要性。安培是一位在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)領(lǐng)域都有很高造詣的科學(xué)家，約第四、五次課中學(xué)習(xí)的磁場安培環(huán)路定理、安培定律都由他發(fā)現(xiàn)，被稱為“電學(xué)中的牛頓”。
電磁感應(yīng)部分則由著名科學(xué)家法拉第的故事導(dǎo)入。被譽(yù)為電磁學(xué)領(lǐng)域的平民巨人，著名的自學(xué)成才的科學(xué)家法拉第，生于英國一個貧苦鐵匠家庭，僅上過小學(xué)。1831年，他作出了關(guān)于力場的關(guān)鍵性突破，永遠(yuǎn)改變了人類文明。[4]法拉第是一位無以倫比的實驗物理學(xué)家，在電磁學(xué)、化學(xué)、電解、氣體液化等實驗方面都做出了巨大貢獻(xiàn)。而且法拉第十分幸運地在晚年遇到了既能理解他的物理思想，又長于數(shù)學(xué)的麥克斯韋，第三、四次課中的感生電場和位移電流假設(shè)都是由麥克斯韋提出。麥克斯韋于1873年出版了科學(xué)名著《電磁理論》，系統(tǒng)、全面、完美地闡述了電磁場理論，這一理論成為經(jīng)典物理學(xué)的重要支柱之一。1888年，赫茲經(jīng)反復(fù)實驗，終于發(fā)現(xiàn)了人們懷疑和期待已久的電磁波，由法拉第開創(chuàng)、麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，得以完美的證明。
6.相對論與近代物理
這部分內(nèi)容我院只有全模塊的勘工和建環(huán)專業(yè)按十六課時教學(xué)并考試，其他專業(yè)都只作為了解內(nèi)容，用物理學(xué)史的故事串講主要內(nèi)容即可：
（1）被譽(yù)為20世紀(jì)最偉大物理學(xué)家的愛因斯坦，其狹義相對論的兩個重要結(jié)論：時間延緩和長度收縮效應(yīng)，及物理學(xué)史上著名的雙生子佯謬已被實驗證明，而為愛因斯坦贏得1921年諾貝爾獎的是光電效應(yīng)的研究。
（2）光電效應(yīng)方程中的普朗克常數(shù)對描述光的量子性非常重要，因研究黑體輻射而提出該常數(shù)的普朗克（1918年諾貝爾物理學(xué)獎）是量子力學(xué)的創(chuàng)始人。有趣的是，普朗克本人并不認(rèn)同量子理論的許多觀點，直到愛因斯坦利用能量子假設(shè)完美地解釋了光電效應(yīng)。
（3）被戲傳一舉拿下諾貝爾獎（1929）的德布羅意也是量子力學(xué)創(chuàng)始人之一，以物質(zhì)波假設(shè)理論最初的確是在其博士論文中提出的，因德布羅意是法國公爵兼德國王子，使其曾被傳聞是一位花花公子，事實上德布羅意終身獻(xiàn)身于科學(xué)，深居簡出，是個標(biāo)準(zhǔn)的工作狂。
（4）提出氫原子能級假設(shè)的天才玻爾是著名的哥本哈根學(xué)派創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。
（5）概率波動力學(xué)的創(chuàng)始人薛定諤，提出著名假設(shè)“薛定諤的貓”。
三、結(jié)束語
本文按長江大學(xué)使用的《大學(xué)物理》教材[2]中各章節(jié)先后順序列出各章可能提及的名人軼事，希望對執(zhí)教于大學(xué)物理的同仁們在課堂教學(xué)中有所助益。
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【關(guān)鍵詞】熱力學(xué)統(tǒng)計物理 教學(xué)方法 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)實踐
【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0150-01
《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》是材料物理專業(yè)基礎(chǔ)理論課程之一[1]，是材料科學(xué)與物理學(xué)的一個交叉學(xué)科。重點研究熱運動和熱現(xiàn)象規(guī)律的學(xué)科，而且內(nèi)容豐富，體系完整。但是由于這門課程內(nèi)容抽象，理論性極強(qiáng)，就自己在學(xué)習(xí)中的體驗與老師在教學(xué)中的探討，發(fā)現(xiàn)很多的理論知識點都很難充分理解與熟練運用，因此在我們學(xué)習(xí)中及老師的教學(xué)方面都面臨著諸多方面的困難。所以在專業(yè)特點課程要求上既要有材料科學(xué)又要有物理學(xué)理論方面的知識相結(jié)合，應(yīng)在教學(xué)計劃中占有很重要的地位，為后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)提供承上啟下的鏈接作用。教學(xué)中激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思考能力，使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)。滿足該領(lǐng)域的人才需求，培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)人才及獨立分析問題的能力。本文結(jié)合作者在實踐學(xué)習(xí)中和課堂教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式及學(xué)習(xí)方法等諸多當(dāng)前存在的問題作以下的教學(xué)改革。
一、熱力學(xué)統(tǒng)計物理課程中存在的主要問題
首先，《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》作為材料物理專業(yè)理論課程主要基礎(chǔ)之一，它是由熱力學(xué)與統(tǒng)計物理兩部分組成，而且理論性較強(qiáng)，課程抽象?；谧髡咂綍r在教學(xué)中和同學(xué)的探討中發(fā)現(xiàn)公式很多，記不住，理不清，大多數(shù)同學(xué)都覺得《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》比較難。又由于在當(dāng)前高校推行素質(zhì)教育和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的指導(dǎo)下，理論課程教學(xué)學(xué)時都均有大幅度的壓縮。因此帶來了教學(xué)學(xué)時少和教學(xué)內(nèi)容多的嚴(yán)重矛盾，又因為教學(xué)體系沒有改變，所以存在教師教學(xué)過程中難教，學(xué)生難學(xué)的普遍現(xiàn)象。
其次，教學(xué)形式陳舊，而《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》的語言嚴(yán)謹(jǐn)又枯燥[2]，內(nèi)容包含很多的公式及推導(dǎo)。在長期的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，老師采取灌輸?shù)姆绞浇虒W(xué)，這樣只能使課堂枯燥乏味，學(xué)生被動的接受知識，所以很難帶動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，從而容易使學(xué)生感到疲勞產(chǎn)生厭煩心態(tài)，對后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒。要想使學(xué)生真正的學(xué)習(xí)到知識，掌握實踐的應(yīng)用，培養(yǎng)符合目標(biāo)的專業(yè)人才，達(dá)到該領(lǐng)域的需求。就要大膽對過去陳舊的教學(xué)模式進(jìn)行改革，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，培養(yǎng)獨立思考的能力，促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展。又由于傳統(tǒng)期末考試都是閉卷考試，使學(xué)生不重視平時的課堂測試及知識的運用，期末都只是希望老師劃重點，到考試的時候死記硬背，考過之后就什么都忘了。根本就無法應(yīng)用到當(dāng)前科學(xué)的研究中，更不用談科學(xué)素養(yǎng)及創(chuàng)新能力。
對于以上普遍存在的諸多問題，根據(jù)作者在實踐中的學(xué)習(xí)與教師在教學(xué)中的深入探究。本文將對諸多的教學(xué)矛盾和學(xué)習(xí)提出一些意見及新的教學(xué)改革。
二、研究新型教學(xué)及內(nèi)容改革
（一）改進(jìn)教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
在面對教學(xué)內(nèi)容多，教學(xué)學(xué)時少的主要矛盾上，要加強(qiáng)教學(xué)課程的整合。因為在《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》中的熱學(xué)部分在大學(xué)物理和物理化學(xué)中都有很高的重復(fù)率，所以在充分了解本專業(yè)的選修課及后續(xù)學(xué)習(xí)的專業(yè)課知識后，如發(fā)現(xiàn)有重復(fù)的部分要進(jìn)行壓縮與刪減[3，4]。但是要正確引導(dǎo)學(xué)生，有針對性的做好提前復(fù)習(xí)與課后總結(jié)，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題，然后在課堂上對學(xué)生重點提出的問題作重點的講解，與學(xué)生多探討，加強(qiáng)課堂訓(xùn)練。這樣既保證了知識的完整性、系統(tǒng)性和邏輯性。更不會使學(xué)生產(chǎn)生厭煩的情緒，也能激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。這樣既提高了教學(xué)效果，優(yōu)化了課程體系，又能很好的緩解學(xué)時少與內(nèi)容多的主要矛盾。
（二）引入新課程考核理念，強(qiáng)化素質(zhì)考察
經(jīng)過國家對教育的不斷改革，對人才的考核及評定方式都發(fā)生了很大的變化。所以課程評價對課程實施起著重要的引導(dǎo)作用，在不同的時期，就有不同的教學(xué)理念，也就會出現(xiàn)不同的評價標(biāo)準(zhǔn)。在對學(xué)生進(jìn)行成績及各方面的考核中，要采取全方位多動態(tài)的方式對學(xué)生素質(zhì)與能力進(jìn)行考查?；趥鹘y(tǒng)的考試方式，都是一張試卷定成績，這種考核方式是有弊端的。因為《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》的基本內(nèi)容包含大量的公式及繁瑣的推導(dǎo)運算。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是灌輸?shù)姆绞竭M(jìn)行教學(xué)，學(xué)生被動的學(xué)習(xí)。教師與學(xué)生之間缺少交流，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)中很容易產(chǎn)生厭煩的情緒，上課根本就聽不進(jìn)去，達(dá)不到人才培養(yǎng)目標(biāo)。所以在教學(xué)中要采用啟發(fā)式教學(xué)，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，以教師為引導(dǎo)，開展課堂討論，師生共同參與，由教師提出一個或者多個與課堂相關(guān)的問題，讓學(xué)生以小組的形式進(jìn)行探討，或者讓學(xué)生課后自己查閱資料，每個人都對問題提出不同的回答，老師最后對問題做總結(jié)。以這種多樣化的方式考核，多方面做評定。既拓寬了學(xué)生的知識面，又激起了學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣。也更好的培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考的能力與勇于提出自己見解的習(xí)慣。
（三）理論聯(lián)系實際，適當(dāng)引入材料學(xué)科前沿內(nèi)容
隨著各大高校的轉(zhuǎn)型及對人才培養(yǎng)模式都是朝著創(chuàng)新型人才方向進(jìn)行的，課程的內(nèi)容就要體現(xiàn)一定的先進(jìn)性與現(xiàn)代化。在教學(xué)過程中要適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充與《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》課程相關(guān)的最新材料學(xué)與物理學(xué)學(xué)術(shù)成就與進(jìn)展。另一方面可以通過鼓勵學(xué)生多參加一些這方面的學(xué)術(shù)報告與學(xué)術(shù)沙龍，多做交流，或者可以讓學(xué)生多看相關(guān)報告的視頻。有意識的引導(dǎo)學(xué)生拓寬知識面，激發(fā)自主學(xué)習(xí)興趣，體現(xiàn)課程的豐富性，使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化。
材料類專業(yè)是應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)，比較注重實踐性，而當(dāng)前很多高校又在轉(zhuǎn)型為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，所以在對本課程的要求中要體現(xiàn)實用性，要加強(qiáng)理論與實踐相結(jié)合。在教學(xué)過程中多帶學(xué)生參觀一些生產(chǎn)或者加工類的工廠。讓學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，這樣不會使學(xué)生對課程產(chǎn)生厭煩的情緒，更能帶動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣?；蛘呃蠋熆梢詭W(xué)生多參加教學(xué)討論，參加各方面的比賽來加強(qiáng)學(xué)生對知識的應(yīng)用，讓學(xué)生體驗到學(xué)習(xí)本課程的實踐性，這樣既不會使學(xué)生對學(xué)習(xí)感到盲目和乏味，又能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也幫助學(xué)生拓寬知識面。
三、結(jié)語
本文結(jié)合作者在實踐學(xué)習(xí)中及根據(jù)教師的教學(xué)實踐，深入的探索了《熱力學(xué)統(tǒng)計物理》課程的教學(xué)模式。基于傳統(tǒng)陳舊的教學(xué)方法存在的問題與當(dāng)前在實踐教學(xué)中課時少與內(nèi)容繁多存在的諸多問題，提出了課程整合的具體課改方法。要加強(qiáng)討論式教學(xué)，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神，實現(xiàn)多樣化的考核方式，拓寬學(xué)生的知識面，使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)。以實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，達(dá)到國家對該專業(yè)的要求。
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關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；教學(xué)方法；教學(xué)效果
中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）03-0078-02
一、引言
大學(xué)物理學(xué)是一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課程，力、熱、聲、光、電等內(nèi)容在各個學(xué)科中都有廣泛的應(yīng)用。在高等院校中開設(shè)大學(xué)物理課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生對物理學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統(tǒng)的認(rèn)識和理解，增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)探索和創(chuàng)新意識，提高科學(xué)素養(yǎng)，樹立科學(xué)的世界觀[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，物理學(xué)與各學(xué)科間相互交叉、相互滲透日益密切，物理學(xué)將為學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展在專業(yè)領(lǐng)域中有所發(fā)現(xiàn)、有所創(chuàng)造、有所前進(jìn)打好基礎(chǔ)。通過大學(xué)物理課程教學(xué)，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生以下素質(zhì)：
1.求實精神——通過大學(xué)物理課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的勇氣、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的作風(fēng)。
2.創(chuàng)新意識——通過學(xué)習(xí)物理學(xué)的研究方法、物理學(xué)的發(fā)展歷史以及物理學(xué)家的成長經(jīng)歷等，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。
3.科學(xué)美感——引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物理學(xué)所具有的明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統(tǒng)一等美學(xué)特征，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美觀，使學(xué)生學(xué)會用美學(xué)的觀點欣賞和發(fā)掘科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強(qiáng)認(rèn)識和掌握自然科學(xué)規(guī)律的自主能力。
然而，對于農(nóng)林類專業(yè)的學(xué)生（包括農(nóng)學(xué)、林學(xué)、食品、動科等），大學(xué)物理學(xué)時相對較少，我校理論教學(xué)48學(xué)時，實驗教學(xué)32學(xué)時，共80學(xué)時，理論學(xué)時和實驗學(xué)時都不足理工科學(xué)生課時的一半。因此學(xué)生對該課程的認(rèn)識不足，學(xué)習(xí)興趣不高；而且這些學(xué)生高考錄取分?jǐn)?shù)較低，數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)不是特別好；最后是大學(xué)物理學(xué)用到很多高等數(shù)學(xué)知識，而很多學(xué)生剛學(xué)習(xí)完一學(xué)期高等數(shù)學(xué)，對高等數(shù)學(xué)知識的欠缺和不牢固是影響學(xué)生學(xué)習(xí)成績的另外一個重要因素。因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不明顯，并未達(dá)到應(yīng)有的學(xué)習(xí)要求。幾年來我校物理教研室本著邊研究、邊實踐、邊提高的原則，對少學(xué)時物理教學(xué)進(jìn)行了卓有成效的改革和建設(shè)，在調(diào)整課程體系、改革課程內(nèi)容及考試方法等方面作了大量的研究和實踐工作，取得了較好的效果。在教學(xué)內(nèi)容方面，主編了教材《普通物理學(xué)》（張慶國，陳慶東主編，中國農(nóng)業(yè)出版社，2012年1月出版）。我們把教學(xué)內(nèi)容要求分為四級：掌握、理解、了解和閱讀?！罢莆铡币髮W(xué)生深刻理解，熟練掌握?！袄斫狻币髮W(xué)生理解和基本掌握?！傲私狻币髮W(xué)生進(jìn)行一般性的了解，能進(jìn)行定性分析，知道所涉及的物理量和相關(guān)的公式。閱讀為選用內(nèi)容，為開闊學(xué)生視野而設(shè)定。在本文中，根據(jù)多年來從事少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)的改革經(jīng)驗，總結(jié)了提高少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)效果的幾個方法，希望真正提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，加強(qiáng)基礎(chǔ)、提高能力、提高物理素養(yǎng)，最后達(dá)到教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”的和諧統(tǒng)一。
二、教學(xué)方法探究
2l世紀(jì)需要知識面寬、適應(yīng)性強(qiáng)、有開拓精神和創(chuàng)新意識的人才。所以我們在傳授物理知識時，應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)研究方法及思想方法[2]。古人云“授之以魚，不如授之以漁”，提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的關(guān)鍵在于提高教師素質(zhì)，為此我們對物理學(xué)的典型思想方法進(jìn)行了深入研究。根據(jù)我們多年來的教學(xué)成功經(jīng)驗，要在有限的學(xué)時內(nèi)，提高學(xué)生成績，增強(qiáng)學(xué)生利用物理知識分析和解決實際問題的能力，達(dá)到大學(xué)物理的教學(xué)要求，我們總結(jié)了以下幾點：
1.提高學(xué)習(xí)興趣。我們都知道，“興趣是最好的老師”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的前提?？梢栽谡n程開始之前，可以在第一次上緒論課時，多講述物理學(xué)在高新科技，尤其是本專業(yè)的應(yīng)用。例如，對農(nóng)林類專業(yè)的學(xué)生，可以講述植物根部的水為什么能夠到達(dá)樹頂，植物葉面很多小孔的作用，土壤中的水為什么能夠懸浮等問題，引導(dǎo)他們利用大學(xué)物理中的流體力學(xué)的知識可以解釋；對于動科類專業(yè)的學(xué)生，可以講述為什么血液能夠在血管中流動，x射線成像是什么原理，原子核的放射性對生物體有什么影響等，引導(dǎo)他們利用大學(xué)物理學(xué)中的相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)行解釋。通過這些內(nèi)容的講述，學(xué)生知道了大學(xué)物理學(xué)和專業(yè)知識的關(guān)系，激發(fā)了學(xué)習(xí)動力，為提高學(xué)習(xí)效果提供了保障。
2.增加學(xué)習(xí)樂趣。中國人常說“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。在實際教學(xué)中，講到相關(guān)知識時，可以適當(dāng)講解該定理的產(chǎn)生過程，以及一些物理學(xué)中的名人軼事，提高學(xué)生的樂趣，增加大學(xué)物理學(xué)習(xí)的趣味性。例如，在講高斯定理時，可以講解數(shù)學(xué)王子高斯成長過程中的一些故事；在講光的衍射時，可以講解泊松亮斑的產(chǎn)生及命名過程；在講解粒子的波粒二象性時，可以讓學(xué)生猜想一下，如果宏觀物體具有波動性，會產(chǎn)生哪些效應(yīng)等。通過這些內(nèi)容的了解，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的樂趣，也對學(xué)生進(jìn)行了勵志教學(xué)，啟發(fā)他們努力學(xué)習(xí)、積極探索新事物的精神。
3.活躍課堂氣氛。物理學(xué)的學(xué)習(xí)對有些學(xué)生來說是困難的，甚至是枯燥的，這些學(xué)生在課堂上不愿意聽講，課后不愿意復(fù)習(xí)，抄襲作業(yè)，敷衍了事，不能達(dá)到教學(xué)要求。因此，在課堂教學(xué)中，要設(shè)法提高課堂氣氛。課堂講課時，隨機(jī)提問，讓每個學(xué)生都要跟上教學(xué)進(jìn)度；每章節(jié)結(jié)束，讓學(xué)生總結(jié)本章節(jié)的主要內(nèi)容、重要共識、基本方法等，迫使每個學(xué)生都要認(rèn)真聽講，積極總結(jié)。把提問和總結(jié)與期末考核的平時分結(jié)合起來，讓學(xué)生重視這些教學(xué)環(huán)節(jié)。
4.打開專業(yè)窗口。在給農(nóng)林各專業(yè)講解大學(xué)物理時，應(yīng)多介紹物理學(xué)和生物學(xué)的結(jié)合和應(yīng)用。如生物力學(xué)、生物系統(tǒng)熱力學(xué)、化學(xué)勢與水勢、大氣電場對生物的影響、環(huán)境磁場對生物的影響、熱力學(xué)和量子力學(xué)對生命現(xiàn)象的解釋等。這對于提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的主觀能動性，擴(kuò)大視野以及在各自專業(yè)范圍內(nèi)的思路無疑是有幫助的。
5.重視實驗教學(xué)。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，對學(xué)生加深對書本知識的理解，提高學(xué)生動手能力具有重要的作用?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”說的就是這個道理。因此，要重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。課前，要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，包括檢查預(yù)習(xí)報告和提問相關(guān)內(nèi)容；實驗過程中，要保證每個學(xué)生規(guī)范操作，順利完成，得到相應(yīng)結(jié)論；課后認(rèn)真批改實驗報告，對出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤的學(xué)生要求重新完成實驗。
三、總結(jié)
在本文中，根據(jù)多年對少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)的經(jīng)驗，我們總結(jié)了增強(qiáng)學(xué)生興趣，提高學(xué)生利用物理知識分析和解決實際問題的能力，從而達(dá)到大學(xué)物理的教學(xué)要求的幾個方法，為提高少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)的目標(biāo)提供了一些方法。在今后的教學(xué)過程中，還要不斷改革，不斷總結(jié)，為真正提高少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)尋找更加合理有效的方法。以上是我們對提高少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)的一些思考，優(yōu)化課堂教學(xué)是一個長期的課題，我們將不斷地努力實踐探索，使少學(xué)時大學(xué)物理教學(xué)工作日趨完善。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】高中物理；模塊；劃分
一、引言
新課程標(biāo)準(zhǔn)實施以來，全面促進(jìn)了各地物理教學(xué)的研究，促進(jìn)了教師改變教學(xué)理念，培養(yǎng)出一批具有創(chuàng)新精神的優(yōu)秀教師。同時一些比較好的學(xué)校開設(shè)了豐富多彩的選修課，拓寬了學(xué)生的知識面，豐富了學(xué)生的文化生活。
但現(xiàn)在高中采用的是模塊教學(xué)的方式，由于課時限制和高考的要求，絕大多數(shù)學(xué)生不能把高中所有模塊都學(xué)完，造成學(xué)生知識結(jié)構(gòu)不完整，對大學(xué)理工科專業(yè)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響。因此有必要對高中物理模塊進(jìn)行調(diào)整。
二、高中物理教學(xué)中遇到的困難
1、初高中銜接問題
初高中的思維方式和學(xué)習(xí)方法不同，思維方面從初中的定性、具體、感性到高中的定量、抽象、理性是一個跳躍，學(xué)習(xí)方法從初中物理學(xué)習(xí)偏記憶到高中物理偏理解又是一個轉(zhuǎn)折，學(xué)生學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變需要一個適應(yīng)的過程。
高中物理與初中數(shù)學(xué)的銜接不夠，初中物理對數(shù)學(xué)的依賴性不強(qiáng)，但高中物理對數(shù)學(xué)依賴性較強(qiáng)。學(xué)生剛進(jìn)入高一學(xué)習(xí)，數(shù)學(xué)工具跟不上，如講位移、速度、加速度時有關(guān)矢量的表示；討論s―t、v--t圖象時斜率的物理意義等。運動學(xué)和力學(xué)章節(jié)調(diào)整后情況又是好轉(zhuǎn)，但學(xué)習(xí)力的合成和分解時三角函數(shù)知識的缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)還是造成很多困難。
2、物理教學(xué)課時不足，矛盾突出
課標(biāo)規(guī)定一個模塊的學(xué)習(xí)課時為36個學(xué)時，這不能滿足實際教學(xué)的課時要求。課標(biāo)規(guī)定必修和選修的總體學(xué)習(xí)時間為三年，但是為了保證畢業(yè)會考和高考有足夠的復(fù)習(xí)時間，課程內(nèi)容往往高二就全部結(jié)束，這樣三年的教學(xué)內(nèi)容壓縮到兩年來學(xué)，課時少的矛盾更加突出，加上模塊的學(xué)習(xí)有選擇性，在課時緊缺的情況下，教師只得放棄知識結(jié)構(gòu)的完整性，通過減少模塊的學(xué)習(xí)保證高考的復(fù)習(xí)時間。
3、科學(xué)探究活動不能得到充分落實
高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出：實驗是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)。探究教學(xué)的意義和作用得到廣大教師和學(xué)生的充分肯定，但由于探究的過程需要較多的時間，加上實驗條件的限制，學(xué)生的科學(xué)探究活動往往不能得到充分的開展和落實。
4、模塊選擇和教材編排有不合理之處。
例如，動量定理和動量守恒定律屬于力學(xué)知識，也是物理學(xué)的重要定理，沒有和動力學(xué)知識一起放在必修模塊里，而是放在選修模塊里是不恰當(dāng)?shù)模幌鄬φ摵筒６笮远紝儆诮锢韺W(xué)知識，又分別放在3-4和3-5兩個模塊里也是不合理的。高中物理3系列共有7個模塊，包括2個必修和5個選修模塊，而許多中學(xué)除了必修的2個模塊之外，5個選修模塊只學(xué)習(xí)2個或3的。怎么選擇由教師決定，有悖于當(dāng)初制定選修模塊的初衷。
三、高校部分理工專業(yè)對高中物理的要求
本科教育規(guī)模大幅度增長使高等教育由精英教育向全民素質(zhì)教育轉(zhuǎn)化，高中畢業(yè)后絕大多數(shù)學(xué)生都能進(jìn)入高校繼續(xù)深造，高中階段的學(xué)習(xí)狀況直接影響大學(xué)的學(xué)習(xí)。大學(xué)物理作為一門核心基礎(chǔ)課程是許多理工科專業(yè)的必修課程，確保大學(xué)物理課程與高中物理順利銜接是學(xué)好這門課的必要條件。
我們以大學(xué)理工科專業(yè)的課程內(nèi)容作為研究對象，通過對不同專業(yè)課程內(nèi)容的分析，呈現(xiàn)大學(xué)學(xué)習(xí)所需的高中物理基礎(chǔ)知識。
對于機(jī)械和電子類專業(yè)，與物理有關(guān)的課程主要有普通物理、工程力學(xué)、電工電子學(xué)、電路、模擬 / 數(shù)字電子技術(shù)，這些課程的學(xué)習(xí)需要有高中物理力學(xué)和電磁學(xué)為基礎(chǔ)。
對于材料科學(xué)與工程專業(yè)，與物理有關(guān)的課程主要有物理化學(xué)、 材料性能Ⅰ――物理性能、材料性能Ⅱ――力學(xué)性能、材料熱力學(xué)，這些課程的學(xué)習(xí)需要有高中物理力學(xué)、熱學(xué)和原子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。
對于能源與動力工程專業(yè)，與物理有關(guān)的課程主要有力學(xué)理論（工程力學(xué)、流體力學(xué)）、熱工學(xué)理論（工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)等）、電工電子學(xué)理論等。這些課程的學(xué)習(xí)主要需要有高中物理力學(xué)、電磁學(xué)和熱學(xué)為基礎(chǔ)。
對于有關(guān)航空航天專業(yè)，與物理有關(guān)的課程主要有理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)甲、彈性力學(xué)、振動力學(xué) 、氣體動力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)動力學(xué)，這些課程的學(xué)習(xí)均需有扎實的力學(xué)和熱學(xué)基礎(chǔ)。
對于有關(guān)海洋科學(xué)與工程專業(yè)，與物理有關(guān)的課程主要有理論力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、傳感與檢測技術(shù)，這些課程的學(xué)習(xí)均需高中物理力學(xué)和電磁學(xué)的知識基礎(chǔ)。
對于有關(guān)光學(xué)信息工程專業(yè)，與物理有關(guān)的課程主要有應(yīng)用光學(xué)、物理光學(xué)、光電子學(xué)、光電檢測技術(shù)及系統(tǒng) 、光電信息綜合實驗，這些課程的需要有一定的力學(xué)和光學(xué)基礎(chǔ)。
通過以上分析，考慮到還有未統(tǒng)計的專業(yè)，可以發(fā)現(xiàn)，力學(xué)和電磁學(xué)是幾乎所有理工科專業(yè)都涉及到的知識，熱學(xué)的涉及范圍也很廣，其次是光學(xué)和原子物理學(xué)知識。
三、高中物理新的模塊設(shè)計
針對以上分析，可以把高中物理3系列的知識重新進(jìn)行整合?？紤]到現(xiàn)在許多中學(xué)必修+選修只學(xué)4―5個模塊的現(xiàn)狀，把現(xiàn)在的7個模塊（包括2個必修模塊和5個選修模塊）整合成5個模塊（包括3個必修模塊和兩個選修模塊）。具體劃分如下：
必修一劃分為三個章節(jié)，分別是運動、力學(xué)、牛頓運動定律，與原來一致。
必修二劃分為三個章節(jié)，分別是曲線運動、機(jī)械能及其守恒定律、動量守恒定律。與原來必修二不同的是撤掉天體運動，增加動量守恒定律。這樣劃分的依據(jù)是：天體運動是曲線運動的拓展，涉及許多物理學(xué)史等人文方面的知識，作為選修內(nèi)容更加合適。動量守恒是物理學(xué)重要的守恒定律，應(yīng)該作為必修內(nèi)容，放在機(jī)械能守恒的后面是因為動能和動量這兩個物理量有很高的相似度，同時它們的學(xué)習(xí)方法存在著順遷移，放在一起可以促進(jìn)相互之間的學(xué)習(xí)。
必修三劃分為五個章節(jié)，包括靜電場、恒定電流、交變電流、磁場、電磁感應(yīng)。電磁的相關(guān)應(yīng)用包括“互感和自感”、“渦流 電磁阻尼和電磁驅(qū)動”、傳感器建議劃分到選修二電磁波這章。因為力傳感器在探究牛頓第三定律的時候就有涉及，磁傳感器在前面磁場中有涉及。在“互感和自感”中有介紹到電流傳感器，故將傳感器一章的內(nèi)容濃縮到一節(jié)或放在電磁波后面進(jìn)行總結(jié)比較好。
選修一劃分為四個章節(jié)，包括分子動理論、氣體、物態(tài)和物態(tài)變化、熱力學(xué)定律共四個小節(jié)。具體內(nèi)容與原來熱學(xué)的選修3-3一致。
選修二劃分為七個章節(jié)，包括機(jī)械振動、機(jī)械波、光、電磁波、波粒二象性、原子結(jié)構(gòu)和原子核、相對論。這樣劃分的依據(jù)是機(jī)械振動、波、光在本質(zhì)上有相似性，波的反射和折射用波面和惠更斯原理來解釋，學(xué)生不好理解，這部分內(nèi)容建議刪除。 “實驗：用雙縫干涉測量光的波長”建議刪除，定量的分析過難?！跋鄬φ摵喗椤边@部分內(nèi)容可以簡化，教師對于這部分內(nèi)容難講，學(xué)生也很難理解，只需向?qū)W生傳達(dá)出科技正在發(fā)展變化的思想即可。黑體輻射、康普頓效應(yīng)、概率波和不確定關(guān)系等物理知識，應(yīng)適當(dāng)降低難度，可以將這部分知識作為科普知識介紹。
四、小結(jié)
高中物理模塊按照以上方式調(diào)整以后，便于教師教學(xué)，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)也相對完整，為選擇理工科專業(yè)的學(xué)生進(jìn)入高校順利學(xué)習(xí)打下了扎實的基礎(chǔ)。
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(一)現(xiàn)有的課程體系與高職人才培養(yǎng)方案針對性不強(qiáng)
不同的學(xué)歷層次設(shè)定有不同的培養(yǎng)目標(biāo)和不同的人才培養(yǎng)方案。高職教育應(yīng)該不同于一般意義的高等教育，也不是中等職業(yè)技術(shù)教育的升級版。長期以來，高職教育的定位與目標(biāo)仍在不斷的探索之中，但有一點已成為共識:搞好高職教育，紀(jì)要構(gòu)筑理論基礎(chǔ)，又要結(jié)合實際應(yīng)用，注重理論與實踐相結(jié)合。但院校在制定人才培養(yǎng)方案時往往注重課程體系滿足企業(yè)的實際需求，解決眼前的學(xué)生就業(yè)問題，以專業(yè)課程為中心，忽視了基礎(chǔ)課程對學(xué)生職業(yè)能力與職業(yè)素養(yǎng)的重要作用，其后果是學(xué)生缺乏必要的基礎(chǔ)理論素養(yǎng)，不利于未來職業(yè)道路的發(fā)展。人才培養(yǎng)方案決定教學(xué)。由于大量專業(yè)課、外語、計算機(jī)等專業(yè)和實踐課程的加強(qiáng)，大學(xué)物理課程的學(xué)時被極大的壓縮?，F(xiàn)在的大學(xué)物理課程還十分強(qiáng)調(diào)構(gòu)建“大而全”的課程理論體系，力求嚴(yán)謹(jǐn)、完整，整個課程還是按照力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理分類，沒有考慮到不同專業(yè)對這門基礎(chǔ)課的需求側(cè)重點是不一樣的，忽視基礎(chǔ)與專業(yè)間的有機(jī)聯(lián)系，且與日趨減少的課程學(xué)時相沖突。高職物理的教學(xué)深度與廣度很難把握:由于各方面因素的影響，物理教學(xué)中往往只能簡單的通過削減知識點，簡化定理定律公式的數(shù)學(xué)分析和推理過程來降低教學(xué)難度，犧牲了對很多問題深入探析研究，缺少擴(kuò)展性;理論聯(lián)系實際的內(nèi)容少，內(nèi)容枯燥空洞;知識體系偏重經(jīng)典物理，與近代物理的成就脫節(jié)，沒有反應(yīng)物理學(xué)的最新發(fā)展和新成果，與中學(xué)物理有很多的雷同之處，很難激發(fā)和提高學(xué)生對大學(xué)物理課程的興趣，失去了大學(xué)物理課程在培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識方面的積極意義。
(二)教情與學(xué)情不匹配
目前高職物理教學(xué)模式往往還沿用傳統(tǒng)的大學(xué)教育模式。在教學(xué)觀念上，強(qiáng)調(diào)教師是教學(xué)活動的中心，忽略了學(xué)生的主體地位，師生之間缺少互動，教師“填鴨式”教學(xué)，學(xué)生死記硬背，僵化地掌握知識，很少積極參與學(xué)習(xí)，不能體現(xiàn)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。教學(xué)手段單一，以課堂理論教學(xué)為主，實驗課時遠(yuǎn)達(dá)不到課程要求，甚至很多院校在教學(xué)中取消了實驗課程。雖然目前課堂教學(xué)基本都引入多媒體教學(xué)，如PPT與動畫演示，但多媒體主要限于物理概念、規(guī)律的文字描述展示和公式的推導(dǎo)演示，而不能展示物理過程，學(xué)生缺少直觀的認(rèn)知，很多物理現(xiàn)象只能依靠老師的費力講解和學(xué)生的“心領(lǐng)神會”，教學(xué)效果不理想?，F(xiàn)階段高職院校生源來源日趨復(fù)雜，我校近年通過提前招生、對口單招的生源已接近新生人數(shù)的一半，且由于文理兼收，大部分學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理功底薄弱。相對于中學(xué)物理，大學(xué)物理以復(fù)雜一般運動問題為研究對象，通過高等數(shù)學(xué)微積分和矢量代數(shù)方法分析解決問題。由于高數(shù)、大學(xué)物理往往由于教學(xué)計劃同步開課，學(xué)生對高數(shù)還在消化理解時接觸大學(xué)物理，缺乏將實際問題抽象為模型用高數(shù)進(jìn)行分析、解決的能力。對課程的評價方法單一?？荚囀菫榻虒W(xué)服務(wù)，反應(yīng)教學(xué)情況的，而不是教學(xué)的指揮棒。而實際情況是將考試作為考核學(xué)生學(xué)習(xí)情況的唯一依據(jù)，且考結(jié)果輕過程，考核內(nèi)容格式化，習(xí)題題“理想化”。這樣的考核方式缺乏探究性、實踐性、綜合性，考驗的是學(xué)生的“背功”，使學(xué)生養(yǎng)成了對前人成果的依賴性，習(xí)慣照搬照抄他人成果，挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性和創(chuàng)新能力。
(三)教材問題
目前高職大學(xué)物理課程缺乏合適的教材，通常選用本科或成人自考教材，使用時僅作簡單的壓縮和刪減，內(nèi)容抽象，與實際生產(chǎn)脫離，不能體現(xiàn)高職教育注重理論聯(lián)系生產(chǎn)實際的特點，學(xué)生懼怕厭倦物理學(xué)習(xí)。
(四)對大學(xué)物理的人文精神的影響重視不夠
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，院校教育時間的有限性和知識增長的無限性是永遠(yuǎn)的矛盾，僅憑在校的幾年所學(xué)不可能受用終生，需要不斷充實、提高。高職學(xué)生未來處于生產(chǎn)第一線，應(yīng)該具備不斷獲取新知識的能力，這也是高職教育的目標(biāo)。目前的大學(xué)物理教學(xué)還停留在學(xué)生對物理基礎(chǔ)知識的掌握這個低層面上，對其在幫助學(xué)生獲取、吸收、運用知識方面的巨大作用沒有涉及，忽視了物理學(xué)的人文精神對學(xué)生職業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的積極影響。學(xué)生常常迷茫“為什么要學(xué)物理?”“學(xué)物理對我的專業(yè)有什么幫助”，疲于應(yīng)付作業(yè)、考試，急功近利，考完就忘。
二、對提高物理課程教學(xué)效果的探索建議
(一)改變觀念，重視大學(xué)物理的人文精神的積極影響
我們應(yīng)該從提高人才綜合素質(zhì)這一目標(biāo)全面認(rèn)識大學(xué)物理課程的地位和作用。大學(xué)物理不僅僅是一門重要的基礎(chǔ)理論課程，在素質(zhì)教育方面也有著特殊的地位和作用。物理學(xué)是一門自然科學(xué)更是文化，閃耀著豐富的哲學(xué)思想。物理學(xué)在創(chuàng)立和發(fā)展的漫長坎坷過程中，物理學(xué)家總結(jié)和發(fā)展了許多及其精彩研究方法，如觀察和實驗、分析和綜合、歸納和演繹等等。這些研究方法有其獨有的特點，注重嚴(yán)密的推理邏輯，理論與實驗的緊密結(jié)合，也為其他自然學(xué)科的研究起著指導(dǎo)作用。學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)不但要掌握相關(guān)理論知識，更重要的是學(xué)習(xí)其研究方法和思維方式，領(lǐng)會物理思想，樹立起徹底的唯物主義思想，注重團(tuán)結(jié)協(xié)作，踏實求實，勇于創(chuàng)新，鼓勵學(xué)生將這些方法、思想運用到專業(yè)學(xué)習(xí)中去。
(二)課程內(nèi)容與專業(yè)對接，采用模塊化教學(xué)
根據(jù)高職學(xué)生的實際情況及各專業(yè)的教學(xué)計劃，高職大學(xué)物理不應(yīng)固守向普通高等教育完整嚴(yán)密課程體系看齊的陳舊觀念，教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)靈活，致力服務(wù)于專業(yè)建設(shè)。根據(jù)不同專業(yè)的特點，選擇合適的課程內(nèi)容針對不同的專業(yè)，在課時有限、條件有限的情況下，為學(xué)生打下專業(yè)所必需的物理基礎(chǔ)。積極采用模塊化教學(xué)，注重知識結(jié)構(gòu)。大學(xué)物理的章節(jié)如力學(xué)、振動與波、熱力學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)等，內(nèi)容浩繁，要在三四十課時中完成是不現(xiàn)實的，但這些不同領(lǐng)域具有較高的獨立性，根據(jù)不同專業(yè)所需刪去若干章節(jié)不會影響學(xué)生對物理學(xué)的整體認(rèn)識，以機(jī)械專業(yè)為例，細(xì)分專業(yè)可以采用不同的模塊組合:①機(jī)制專業(yè):力學(xué)、振動和波②機(jī)電專業(yè):力學(xué)、電磁學(xué)③模具專業(yè):力學(xué)、熱力學(xué)④化工設(shè)備、船舶、飛機(jī)維修專業(yè):力學(xué)、振動和波、流體在教學(xué)中，控制好教學(xué)的難度和廣度。大學(xué)物理課程所包含的內(nèi)容是科技人員必須具備的基礎(chǔ)知識，專業(yè)課是這些物理基礎(chǔ)知識在不同領(lǐng)域的具體應(yīng)用與延伸。高職學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)普遍薄弱，不能簡單的通過刪減內(nèi)容、回避難點來滿足教學(xué)合格率，造成學(xué)生職業(yè)能力的缺失。對于不是必需、理論性強(qiáng)的內(nèi)容應(yīng)直接刪除，對于必需但掌握難度較大的定律定理則可以淡化推導(dǎo)，重在講解其在生產(chǎn)中實際應(yīng)用。通過物理課程，學(xué)生可以有序的將其中的物理基礎(chǔ)知識與專業(yè)課程中的內(nèi)容對接，掌握完整的專業(yè)知識鏈。
(三)理論結(jié)合實驗開展教學(xué)，完善考核評價方式
固體物理學(xué)是凝聚態(tài)物理和材料物理專業(yè)的必備基礎(chǔ)課，它融合了普通物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理、量子力學(xué)等多學(xué)科的知識。也是因為知識面廣、量大、深奧難懂，在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映較難掌握這門課程。如何取舍教學(xué)內(nèi)容、如何深入淺出地講解基礎(chǔ)知識點、如何改變教學(xué)手段和教學(xué)形式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力等，這些都是教學(xué)中遇到的主要問題。作者從數(shù)年的教學(xué)中總結(jié)了一些心得體會，希望對這門課的教學(xué)有所借鑒作用。
一、多媒體與三維模型的應(yīng)用
固體物理學(xué)是一門研究固體的微觀結(jié)構(gòu)、組成固體的粒子（原子、離子、電子等）之間的相互作用與規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上闡明固體宏觀性質(zhì)的學(xué)科。因此，固體的微觀結(jié)構(gòu)是這門課程的基礎(chǔ)。許多固體物理學(xué)的教材，例如黃昆等的《固體物理學(xué)》經(jīng)典教材，開篇即討論晶體的結(jié)構(gòu)。但對晶體結(jié)構(gòu)的理解，特別是對三維的晶體結(jié)構(gòu)的理解，需要學(xué)生較好的空間想象能力。由于晶格的周期平移不變性，理想晶格可以通過原胞或單胞的周期平移、重復(fù)而得到。那么，如何選取合適的原胞或單胞？原胞的形狀如何？原胞內(nèi)有多少個原子？單胞內(nèi)的各個原子是否等價？在教學(xué)過程中，許多學(xué)生對這些問題一時不能很好理解。
隨著計算機(jī)的普及和利用，多媒體教室普遍存在，并被廣泛使用。多媒體教學(xué)手段的利用，有助于學(xué)生對固體微觀結(jié)構(gòu)的理解。例如，可以通過視頻或PowerPoint文件，可以直觀地展示晶體的微觀結(jié)構(gòu)、原胞的選取、原胞的形狀等。與傳統(tǒng)板書相比，利用多媒體呈現(xiàn)并分析固體的微觀結(jié)構(gòu)以及晶體的結(jié)構(gòu)特征，對教師而言，更加省時、省力；幾何關(guān)系的表達(dá)也更為準(zhǔn)確，便于學(xué)生的理解。此外，若能結(jié)合三維的原子實物模型，那么，固體的微觀結(jié)構(gòu)將能更為直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前。多媒體與三維模型的應(yīng)用對于學(xué)生理解固體的微觀結(jié)構(gòu)、晶格的周期性、原胞、晶體的對稱性等基礎(chǔ)概念很有好處。
當(dāng)然，多媒體教學(xué)也存在著一定的局限性。例如，在公式的推導(dǎo)、基礎(chǔ)概念的講解等方面，板書其實更受學(xué)生的歡迎。與多媒體教學(xué)相比，板書的節(jié)奏慢，師生間可以有較多的互動；學(xué)生相對容易跟上教師思考問題、解決問題的步伐，學(xué)生也能有較充分的時間來理解各個知識點、梳理要點以及做筆記等。因此，多媒體教學(xué)還需適當(dāng)?shù)嘏c傳統(tǒng)板書相結(jié)合才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)內(nèi)容的取舍
由于固體物理學(xué)融合了普通物理、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理、量子力學(xué)、晶體學(xué)等多學(xué)科的知識，其知識面廣、量大，在有限的學(xué)時里，不可能面面俱到地討論固體物理學(xué)所涉及的所有知識點。因此，實際教學(xué)中可以結(jié)合本專業(yè)的特色，有選擇地取舍部分教學(xué)內(nèi)容。例如，側(cè)重固體熱學(xué)性質(zhì)的專業(yè)可以考慮以晶格振動等內(nèi)容為主；而側(cè)重微電子的專業(yè)則可以考慮以能帶理論、半導(dǎo)體中的電子等內(nèi)容為主。當(dāng)然，一些多個領(lǐng)域都涉及到的基礎(chǔ)知識也應(yīng)是這門課程不可缺少的一部分內(nèi)容。
固體的微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)合方式是固體物理學(xué)的基礎(chǔ)，因此，晶體的結(jié)構(gòu)和晶體的結(jié)合等知識點應(yīng)是這門課程的基礎(chǔ)知識之一。考慮到理想晶格由原子實和電子組成，晶格的運動主要在晶格振動等部分討論；而電子的運動主要在能帶理論等部分討論，具體還可以分為金屬中電子的運動和半導(dǎo)體中電子的運動等部分。盡管這原子實和電子的運動實際上相互聯(lián)系，但很多時候，可以分別側(cè)重討論。此外，實際晶體也并非理想晶體；實際晶體除了有邊界之外，也常含有缺陷。但在許多情況下，晶格的振動、電子的運動和缺陷的影響依然可以依據(jù)實際情況分別討論，并得到與實際較為符合的理論結(jié)果。因此，晶格振動、能帶理論和缺陷等知識點之間相對獨立，或可根據(jù)各專業(yè)的實際情況取舍部分教學(xué)內(nèi)容。
在許多固體物理學(xué)的教材中，例如黃昆等的《固體物理學(xué)》教材和閻守勝的《固體物理基礎(chǔ)》教材，密度泛函理論并沒有被提到。事實上，密度泛函理論是一個被廣泛使用的基礎(chǔ)理論，它是凝聚態(tài)物理前言研究的有效手段之一，也是材料設(shè)計的一種有效方法。教學(xué)過程中，教師可以結(jié)合各專業(yè)的實際情況介紹一些密度泛函理論的基礎(chǔ)知識。同時，還可以介紹一些最新的相關(guān)研究進(jìn)展，以拓展學(xué)生的知識面、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
三、模塊化的教學(xué)形式
如前所述，固體物理學(xué)中的許多知識點間相對獨立；基于這門課程的特征，教師在教學(xué)過程中可以考慮模塊化的教學(xué)形式，以子課題的形式將相應(yīng)內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生。可能的模塊如：討論晶體的結(jié)構(gòu)和晶體的結(jié)合方式的基礎(chǔ)模塊――晶體的結(jié)構(gòu)與結(jié)合；討論晶體中原子實運動的模塊――晶格振動；討論晶體中電子運動的模塊――能帶理論；討論實際晶體中可能存在的缺陷的模塊――晶體的缺陷等；其中，能帶理論部分還可分為：近自由電子模型、緊束縛模型、贗勢方法等數(shù)個部分。這樣做首先有利于教學(xué)內(nèi)容的取舍；其次，有利于學(xué)生對各知識點的理解、有利于學(xué)生梳理清楚各個知識點之間的關(guān)系。
此外，固體物理學(xué)是凝聚態(tài)物理前沿研究的基礎(chǔ)之一；其基礎(chǔ)知識、理論推導(dǎo)、實驗背景以及處理問題的方式方法等，都是開展凝聚態(tài)物理研究的基礎(chǔ)。而模塊化教學(xué)，以課題研究的形式提出問題、解決問題，將教學(xué)內(nèi)容以問題為導(dǎo)向呈現(xiàn)給學(xué)生，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決實際問題的能力。而且，課題研究的教學(xué)模式，既是在教授學(xué)生知識，也是在開展科研，有助于提高學(xué)生對科研的認(rèn)識、有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。這種課題研究的模塊化教學(xué)形式還可以結(jié)合基于原始問題的教學(xué)來開展。
四、基于原始問題的教學(xué)
所謂原始問題，可簡單理解為：現(xiàn)實生活中實際存在的、未被抽象加工或簡化的問題。于克明教授、邢教授等人詳細(xì)探討了原始物理問題的諸多方面；此外，周武雷教授等人還討論了原始物理問題含義的界定等相關(guān)問題，并呼吁將基于原始物理問題的教學(xué)實踐引入大學(xué)物理的教學(xué)中。這應(yīng)是個值得提倡的建議，畢竟現(xiàn)實生活中遇到的具體問題都是原始問題。與傳統(tǒng)的習(xí)題不同，原始問題未被抽象、加工或簡化。學(xué)生處理實際問題的第一步便是將問題適當(dāng)簡化，這也是學(xué)生需要學(xué)習(xí)的一種能力。
事實上，合理的模型簡化是各種理論的基礎(chǔ)，也是實際應(yīng)用或科研必不可少的一種能力。例如，討論晶格熱容的愛因斯坦模型和德拜模型，盡管模型簡單，但它們數(shù)十年來是我們討論、分析相應(yīng)問題的基礎(chǔ)。今天，那些被寫進(jìn)教科書的基礎(chǔ)理論，在當(dāng)時、在理論剛被提出時，都是為了原始問題的解決。下面以晶體熱容為例，稍加詳述。
問題的背景：根據(jù)經(jīng)典的熱力學(xué)理論，晶體的定體摩爾熱容是個與溫度無關(guān)的常數(shù)。實驗發(fā)現(xiàn)晶體的熱容在高溫下確實接近于常數(shù)，但是晶體的熱容在低溫下并不是個常數(shù)，其與溫度的三次方成比例關(guān)系。
問題的提出：理論預(yù)言與實驗觀測為何不相符？如何解釋實驗現(xiàn)象？20世紀(jì)初剛剛發(fā)展起來的量子力學(xué)是否能解釋這個實驗現(xiàn)象？這些問題在愛因斯坦的年代應(yīng)該都是前言的科研問題。
問題的簡化：（1）不考慮邊界、缺陷、雜質(zhì)等的影響，將實際晶體抽象為理想晶體；（2）基于絕熱近似，不考慮電子的具體空間分布，將原子當(dāng)作一個整體，原子―原子間存在相互作用；（3）基于近鄰近似，只考慮近鄰原子間的相互作用；（4）基于簡諧近似，將原子間的相互作用勢在原子的平衡位置作泰勒級數(shù)展開，并保留到二階項。
問題的解決：基于上面的模型簡化，寫出描述原子運動的牛頓第二定律，并求解方程組，這些方程組與相互獨立的簡諧振子的運動方程組相對應(yīng)。結(jié)合量子力學(xué)，得到體系的能量本征值；寫出晶格振動總能的表達(dá)式，繼而給出由晶格振動貢獻(xiàn)的晶格熱容的表達(dá)式。由于晶格熱容的表達(dá)式復(fù)雜，很難直接與實驗結(jié)果對比，因此引入進(jìn)一步的簡化和近似――愛因斯坦模型或德拜模型。
這種提出問題、分析問題、解決問題的方式與做前言科學(xué)研究的方式相接近，既能提高學(xué)生對科研的認(rèn)識、培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，又能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際問題的能力。
五、小結(jié)
針對固體物理學(xué)這門課程的一些特點，本文從教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式等方面提出了一些教學(xué)改革的心得體會。教學(xué)手段上，可以利用多媒體和三維模型等教學(xué)手段，以便讓學(xué)生更容易理解固體的微觀結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容上，可以針對專業(yè)特色，有選擇地取舍部分章節(jié)。而模塊化的教學(xué)形式，可以將相對獨立的知識點以子課題的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，既能幫助學(xué)生梳理知識點，又能讓學(xué)生對課題研究有所認(rèn)識。最后，通過課題研究的教學(xué)形式、理論聯(lián)系實際的討論分析以及基于原始問題的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用的能力。
致謝：感謝上海高校外國留學(xué)生英語授課示范性課程《英文大學(xué)物理》建設(shè)項目的資助。
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