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關鍵詞：熱力學;統計物理;教學
熱力學統計物理學、電動力學、理論力學和量子力學是物理學專業四大理論課程，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。熱力學和統計物理學是關于熱現象理論的兩個組成部分：熱力學為宏觀理論，而統計物理學則是微觀理論。熱力學和統計物理學與其他三門理論課之間有著緊密的聯系，學好熱力學和統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點，分析了在熱力學統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
熱力學統計物理學在該校是在物理學本科專業大三的第一個學期開設的，對于這個時間段的大學生來講，他們已經開始對畢業后自己的去向進行思考。在考慮就業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后就業，而只有少數學生選擇繼續考研究生。那些已經決定畢業后就業的大部分學生提不起對熱力學統計物理學的興趣，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無關的課程上。其次是現在的“90后”大學生大多數為獨生子女，心理依賴性強，除了少數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，如何激發學生學習熱情，發揮其主動性是教師應該首要解決的問題。
2.數學基礎薄弱
熱力學和統計物理學這門課程中大部分用到高等數學中的知識，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，但是有些學生數學知識掌握不牢固，不能靈活地運用數學工具來解決熱力學統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。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，應用統計物理學理論求得具體物質的特性，并且闡明產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，粒子的微觀狀態數對于玻爾茲曼系統、玻色系統和費米系統的不同。
二、對熱力學統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計物理學方面的其他資料及網上的影像講課視頻，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.改變傳統教學模式，提高學生主動性
現在的大學生已經不喜歡滿堂灌、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，一個學期抽出適當的課時給學生，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驗。同時也激發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
熱力學統計物理學教師不應該只是為了完成教學任務在規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計物理學之間的聯系，又激發了學生的學習興趣。同時教師應該注意熱力學統計物理學理論知識與實踐應用之間的聯系，比如，熱力學熵的概念，完全可以將其拓展，有生物熵、信息熵、農業熵，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，改變傳統教學模式，激發學生學習主動性，注重理論與實踐和熱力學統計物理學課程與其他學科之間的聯系，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：
[1]梁希俠.統計物理學[M].北京：科學出版社，2008.
[2]林宗涵.熱力學與統計物理學[M].北京大學出版社，2007.
[3]汪志誠.熱力學與統計物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.
（呼和浩特民族學院 數學系，內蒙古 呼和浩特 010051）
摘 要：眾所周知，熱力學三大基本定律是熱現象宏觀理論的重要基礎.因此，了解這些定律的深刻意義和建立過程，在熱現象的研究當中是格外重要的.本文中主要介紹熱力學三大基本定律的概述，以及在其建立過程中，做出卓越貢獻的物理學家和他們的重要成就.
關鍵詞 ：熱學基本定律；概述；形成史
中圖分類號：O414.1 文獻標識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）01-0009-02
熱力學是熱學理論的一個方面.熱力學主要是從能量轉化的觀點來研究物質的熱性質，它揭示了能量從一種形式轉換為另一種形式時遵從的宏觀規律.熱力學是總結物質的宏觀現象而得到的熱學理論，不涉及物質的微觀結構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.熱力學三定律是熱力學的基本理論.
1 熱力學第一定律
1.1 熱力學第一定律概述
能量守恒與轉換定律是自然界最普遍、最基本的規律之一.自然界中的一切物質都具有能力，能量有各種不同的形式，這種不同形式的能量都可以轉移（從一個物體傳遞到另一個物體），也可以相互轉換(從一種能量形式轉變為另一種能量形式)，但在轉移和轉換過程中，它們的總量保持不變.這一規律成為能量守恒與轉換定律.能量守恒與轉換定律應用在熱力學中，或者說應用在伴有熱效應的各種過程中，便是熱力學第一定律.熱力學第一定律是人類在實踐中積累的經驗總結，它的發現和建立，打破了人們企圖制造一種可以不消耗能量而能連續做功的永動機.因此，熱力學第一定律也可以表述為：第一類永動機是造不出來的[1].
其基本公式可以表述為公式（1），它表明向系統輸入的熱量Q，等于質量為m的流體流經系統前后焓H的增量、動能v的增量以及系統向外界輸出的機械功W之和.
1.2 熱力學第一定律形成史
1.2.1 羅伯特·邁爾
熱力學第一定律與能量守恒定律有著極其密切的關系.德國物理學家、醫生邁爾發現體力和體熱來源于食物中所含的化學能，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，去探索熱和機械功的關系.1842年他發表了《論無機性質的力》的論文，表述了物理、化學過程中各種力（能）的轉化和守恒的思想.邁爾是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當量的人.
1.2.2 焦耳
英國科學家焦耳(J.P.Joule，1818-1889)關于熱功當量的測定，為最終確立熱力學第一定律奠定了堅實的實驗基礎.1850年，焦耳在他的《論熱功當量》的論文中，已經將熱功當量值總結為：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到了對能量轉化與守恒的證明.
1.2.3 亥姆霍茲
德國物理學家亥姆霍茲從多方面論證了能量轉化與守恒定律，其中最主要的是從否定永動機的存在這一途徑來完成的.1842年，他在關于《力的守恒》的論文中，就論述了他的能量轉化與守恒的基本思想，論證了“活力”與“張力”之和是一個常數，稱之為“力的守恒原理”，并把這種“力”的保守性同永動機之不可能聯系起來.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 熱力學第二定律
2.1 熱力學第二定律概述
熱力學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，使之完全變為功而不引起其它變化，”即第二類永動機是造不出來的[2].
其基本公式可以表述為公式（2），式中，對不可逆過程應取用不等號，δQ指系統實際過程熱，T指環境溫度，對可逆過程應取用等號，δQ指可逆過程熱，T為系統溫度.
2.2 熱力學第二定律形成史
十八、十九世紀，由于科學技術迅猛發展，蒸氣機在英國煤礦業得到了普遍的使用，這同時給物理學家提出了許多急待解決的理論問題，比如：熱現象的產生原理、提高熱機效率的方法、熱機效率上限的存在與否、永動機的存在與否等等.
正式提出熱力學第二定律的是英國物理學家湯姆遜·開爾文(WilliamThomson，1524-1907)和德國物理學家克勞修斯在研究熱現象的過程中，發現按能量守恒與轉化定律，于是開爾文提出了“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用的功，而不產生其它影響”.
而克勞修斯在提出熱力學第二定律的表述后，于1854年發表了題為“論熱的機械理論的第二定律的變化了的形式”論文，文中對熱力學第二定律又作了補充.至此，經過眾多物理學家的努力，熱力學第二定律才完整地建立起來.
3 熱力學第三定律
3.1 熱力學第三定律概述
20世紀初，人們通過對低溫下熱力學現象的研究，確定了物質熵值的零點，逐步建立起了熱力學第三定律，進而提出了規定“熵”的概念，為解決一系列的熱力學問題提供了極大的方便.熱力學第三定律可以準確簡潔地表述為：0K時，任何完美晶體的熵值為0.也可以表達為，絕對零度不能達到[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T趨向于0時，ΔG和ΔH近似相等.
3.2 熱力學第三定律形成史
3.2.1 T·W·Richards
1902年，T·W·Richards研究了低溫下電池反應的G、H與溫度的關系，得出這樣一個結論：當溫度降低時，G、H逐漸趨于相等.Richards的研究為熱力學第三定律的提出提供了必要的理論和實驗基礎.
3.2.2 普朗克
1912年，德國人普朗克在能斯特的熱定理基礎上，進一步假設：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發現指出普朗克的假設S(0k)=0只適用于完美晶體.因為0K時一些物質可能有多種晶體形態，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晶狀態的熵值都為零，則一切物質的熵值都具有一定的正值，但溫度為0k時其熵值可變為零，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、準確的熱力學第三定律.
4 結語
熱力學三個定律是無數經驗的總結，至今尚未發現熱力學理論與事實不符合的情形，因此它們具有高度的可靠性.熱力學理論對一切物質系統都適用，具有普遍性的優點.這些理論是根據宏觀現象得出的，因此稱為宏觀理論，也叫唯象理論.
熱力學是熱學理論的一個方面.熱力學主要是從能量轉化的觀點來研究物質的熱性質，它揭示了能量從一種形式轉換為另一種形式時遵從的宏觀規律.熱力學基本定律是人類在長期生產經驗和科學實驗的基礎上總結出來的，他們雖不能用其他理論方法加以證明，但由它們出發得出的熱力學關系及結論都與事實或經驗相符，這有力地說明了熱力學定律的正確性.縱觀熱力學定律的發展史，科學是一個集觀察、思考、實驗、總結、學習、于一體的事物，只有以謹慎的態度對待它，才會迎來科學事業的飛躍.
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參考文獻：
〔1〕魏蔚,吳建琴,馬曉棟.關于熱力學第一定律的講述[J].新疆師范大學學報(自然科學版),2011（04）:59-62.
〔2〕李復,高炳坤.熱力學第二定律理論體系的討論[J].大學物理,2000（04）:19-22.
〔3〕祁學永,畢言鋒.淺談熱力學第三定律的建立和規定熵的求算[J].山東教育學院學報,2003（06）:97-98+102.
關鍵詞：大學物理；物理學史；課堂教學；興趣激發
作者簡介：李玲（1980-），女，湖北荊州人，長江大學工程技術學院，講師。（湖北 荊州 430020）
基金項目：本文系長江大學工程技術學院教研基金項目（項目編號：JY201112）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0122-02
一、大學物理課程的意義
物理是自然科學的基礎性學科，它的知識體系和思維方法貫穿人們學習自然科學知識的始終，培養人的科學精神，陶冶人的科學思維，教會人應用科學方法解決具體問題。大學物理是工程技術學院（以下簡稱“我院”）相關系部許多專業課的理論基礎，但因有些學生認識不到這門課的重要性，經常在課程中期出現畏難厭學現象。現通過改革課堂教學內容，提高學生對物理的學習興趣，以期提高教學質量。
物理學史上的許多名人軼事及其主要研究成果的研發過程都對今人有積極的指導作用，如光學波粒二象性對立統一的認知發展過程。若能結合教學內容將物理學史中有代表性的知識體系發展融入教學過程，既可激發學習興趣，改變滿堂灌的理論推導，又可有機地將物理知識要點與科學的世界觀及哲學發展理論結合起來，有利于學生知識底蘊的累積和眼界的開闊。
表1 大學物理全模塊教學內容及課時分配
我院經過數年的大學物理模塊化教學改革[1]后，將學科內容分為六個模塊（表1），參考課時分配，本文討論如何在課堂教學中將物理學發明史、名人史等容易激發學生興趣的內容導入，以及導入后其對課題教學可起到的積極作用，課程內容以我院現在使用的大學物理教材[2]為準。
二、大學物理全模塊教學內容
1.力學
力學部分的講授內容比較多，是物理學實踐探索方法與思想體系建立的基礎。質點運動學有兩次課，第一次課緒論開端討論物理學科的研究范圍，介紹從古人對自然的樸素的感性認知，到近代利用微積分等數學工具歸納推導大量天文觀測數據及實驗室數據而獲得的經典物理學基本定理與定律，再到近現代的量子物理和相對論，物理的發展史即人類文明的發展史。這兩次課中要將大學物理用到的微積分、矢量等數學知識進行系統化介紹，而微積分的發明者之一牛頓正是近代物理的標志人物。
牛頓定律部分由于學生熟悉內容，在理論講授部分很容易分散注意力，因此，介紹相關物理學史知識可以有效地激發學生興趣。如被稱為近代物理學之父的伽利略，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、力與運動的關系等，是牛頓定律得以建立的基石。而牛頓在1687年發表的《自然哲學的數學原理》里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運動定律是經典力學的基石。質點動力學的最后一節非慣性系略有些抽象。以科里奧利命名的旋轉參考系中的慣性力有許多常見實例，很容易激發學生探究興趣，如臺風氣旋、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之后，第谷與開普勒師生的歷史故事以及他們對物理學發展的貢獻很容易引起學生的興趣。
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，其對應物理量的計算和轉換多，所以此處學生最易產生厭學情緒。
機械振動兩次課，第一節課可用中國2013年6月太空課堂的單擺實驗導入；第二次課的利薩，及其后的阻尼振動及共振在生活中的應用及歷史中的實例就更多了，例如著名的18世紀拿破侖士兵齊步過橋致橋塌事件。在西方，波動現象的本質首先是由達芬奇發現的。機械波致質點受迫振動也可舉共振的例子，如中國古代戰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”導入，目前該效應應用很廣。
3.熱學
熱學部分我院僅勘工和化工類專業需要學習。氣體動理論部分的兩次課中涉及到微積分的計算不太多，學生們對克拉伯龍方程也有一定基礎，總體難度不大。第二次課講自由度及麥氏速率分布率時，由于涉及到統計學，相對比較枯燥且理論公式冗長。可以在前期已觀察到學生狀態及接受水平的基礎上，淡化理論，介紹一下科學家麥克斯韋生平。麥克斯韋被譽為牛頓與愛因斯坦之間最偉大的物理學家，其一生對物理學的卓越貢獻不僅表現在對后世產生巨大影響的電磁學上。他在熱力學方面提出的麥克斯韋速率分布式也是應用最廣泛的科學公式之一，在許多物理分支中起著重要的作用。同時代的科學家玻爾茲曼將麥克斯韋速率分布式應用到保守力場中，提出了玻爾茲曼速率分布律，在熱力學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系起來，闡明了熱力學第二定律的統計性質并引出了能量均分原理。
熱力學基礎三次課，可聯系科學發展史上對永動機的探索導入。如第一類永動機不可能被創造出來是違背了能量守恒定律，但其探索過程為熱力學第一定律的建立提供了實驗基礎；第二類永動機則違背了熱力學第二定律。此外，熱機的發明是工業革命的標志之一，第二次課的循環過程可借此話題導入。
4.光學
光學是一個古老而充滿活力的學科。[4]從十七世紀中葉牛頓和惠更斯分別提出光的微粒學說和波動學說之后，對于光的本質的討論一直是科學界熱點話題，直到二十世紀愛因斯坦提出光的波粒二象性才告一段落。牛頓對光學的研究可視為近代光學的開端，其棱鏡分解白光實驗入選十大最美物理實驗，[3]而牛頓環實驗至今仍是大學普通物理實驗室經典必選實驗之一。因牛頓的權威，光的微粒學說在科學界占主導地位達一個多世紀。光的干涉第一次課以十九世紀初托馬斯楊的雙縫干涉實驗導入，這一實驗揭開了近代波動光學的序幕，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導入。第三次課中介紹在物理學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，可以很好激發學生的討論熱情，因泊松亮斑的相關歷史很多學生都有所了解。第二次課的X射線衍射的發現過程亦十分有趣，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的講授，重點是1808年發現的馬呂斯定律和1815年布儒斯特定律，不作重點但比較有趣的雙折射現象則是早在1669年就被人們發現的，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
經典電磁學理論是大學物理中的必修模塊，雖然理論推導多、微積分計算多，但現在電磁學在生活中的應用無處不在，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“數學之王”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作正十七邊形問題作為導師布置的課后作業一夜解決的故事，與學生們發散討論其心理學與教育學意義，對于學生打破心理設限努力鉆研學習很有意義。
穩恒磁場八次課，第一次課可介紹中國古人在磁學方面的發現，司南和指南針的意義；1820年近代磁學標志性的奧斯特實驗等，也是學生們熟悉且有興趣的內容。第二次課的畢奧-薩伐爾定律，可介紹其定律的得出與安培、拉普拉斯等在數學上的幫助密不可分，再次強調大學物理學習中高數知識的重要性。安培是一位在數學、物理、化學領域都有很高造詣的科學家，約第四、五次課中學習的磁場安培環路定理、安培定律都由他發現，被稱為“電學中的牛頓”。
電磁感應部分則由著名科學家法拉第的故事導入。被譽為電磁學領域的平民巨人，著名的自學成才的科學家法拉第，生于英國一個貧苦鐵匠家庭，僅上過小學。1831年，他作出了關于力場的關鍵性突破，永遠改變了人類文明。[4]法拉第是一位無以倫比的實驗物理學家，在電磁學、化學、電解、氣體液化等實驗方面都做出了巨大貢獻。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，又長于數學的麥克斯韋，第三、四次課中的感生電場和位移電流假設都是由麥克斯韋提出。麥克斯韋于1873年出版了科學名著《電磁理論》，系統、全面、完美地闡述了電磁場理論，這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。1888年，赫茲經反復實驗，終于發現了人們懷疑和期待已久的電磁波，由法拉第開創、麥克斯韋總結的電磁理論，得以完美的證明。
6.相對論與近代物理
這部分內容我院只有全模塊的勘工和建環專業按十六課時教學并考試，其他專業都只作為了解內容，用物理學史的故事串講主要內容即可：
（1）被譽為20世紀最偉大物理學家的愛因斯坦，其狹義相對論的兩個重要結論：時間延緩和長度收縮效應，及物理學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的研究。
（2）光電效應方程中的普朗克常數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的普朗克（1918年諾貝爾物理學獎）是量子力學的創始人。有趣的是，普朗克本人并不認同量子理論的許多觀點，直到愛因斯坦利用能量子假設完美地解釋了光電效應。
（3）被戲傳一舉拿下諾貝爾獎（1929）的德布羅意也是量子力學創始人之一，以物質波假設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身于科學，深居簡出，是個標準的工作狂。
（4）提出氫原子能級假設的天才玻爾是著名的哥本哈根學派創始人，量子力學的奠基人之一。
（5）概率波動力學的創始人薛定諤，提出著名假設“薛定諤的貓”。
三、結束語
本文按長江大學使用的《大學物理》教材[2]中各章節先后順序列出各章可能提及的名人軼事，希望對執教于大學物理的同仁們在課堂教學中有所助益。
參考文獻：
[1]李玲，梅麗雪.獨立學院大學物理模塊化教學探討[J].華章，
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[2]康垂令， 伍嗣榕，李玲.大學物理[M].武漢：武漢理工大學出版社，2013.
[3]宮鐵波，張炳恒.十大經典物理實驗回顧[J].大學物理實驗，
【關鍵詞】熱力學統計物理 教學方法 教學內容 教學實踐
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0150-01
《熱力學統計物理》是材料物理專業基礎理論課程之一[1]，是材料科學與物理學的一個交叉學科。重點研究熱運動和熱現象規律的學科，而且內容豐富，體系完整。但是由于這門課程內容抽象，理論性極強，就自己在學習中的體驗與老師在教學中的探討，發現很多的理論知識點都很難充分理解與熟練運用，因此在我們學習中及老師的教學方面都面臨著諸多方面的困難。所以在專業特點課程要求上既要有材料科學又要有物理學理論方面的知識相結合，應在教學計劃中占有很重要的地位，為后續專業學習提供承上啟下的鏈接作用。教學中激起學生的學習興趣和思考能力，使教學效果達到最優。滿足該領域的人才需求，培養高素質的專業人才及獨立分析問題的能力。本文結合作者在實踐學習中和課堂教學中的教學內容、教學方法、考核方式及學習方法等諸多當前存在的問題作以下的教學改革。
一、熱力學統計物理課程中存在的主要問題
首先，《熱力學統計物理》作為材料物理專業理論課程主要基礎之一，它是由熱力學與統計物理兩部分組成，而且理論性較強，課程抽象。基于作者平時在教學中和同學的探討中發現公式很多，記不住，理不清，大多數同學都覺得《熱力學統計物理》比較難。又由于在當前高校推行素質教育和培養應用型人才的指導下，理論課程教學學時都均有大幅度的壓縮。因此帶來了教學學時少和教學內容多的嚴重矛盾，又因為教學體系沒有改變，所以存在教師教學過程中難教，學生難學的普遍現象。
其次，教學形式陳舊，而《熱力學統計物理》的語言嚴謹又枯燥[2]，內容包含很多的公式及推導。在長期的教學中發現，老師采取灌輸的方式教學，這樣只能使課堂枯燥乏味，學生被動的接受知識，所以很難帶動學生自主學習的興趣，從而容易使學生感到疲勞產生厭煩心態，對后續專業課的學習產生抵觸情緒。要想使學生真正的學習到知識，掌握實踐的應用，培養符合目標的專業人才，達到該領域的需求。就要大膽對過去陳舊的教學模式進行改革，增加學生自主學習的空間，培養獨立思考的能力，促進學生個性發展。又由于傳統期末考試都是閉卷考試，使學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。根本就無法應用到當前科學的研究中，更不用談科學素養及創新能力。
對于以上普遍存在的諸多問題，根據作者在實踐中的學習與教師在教學中的深入探究。本文將對諸多的教學矛盾和學習提出一些意見及新的教學改革。
二、研究新型教學及內容改革
（一）改進教學方法，優化教學內容
在面對教學內容多，教學學時少的主要矛盾上，要加強教學課程的整合。因為在《熱力學統計物理》中的熱學部分在大學物理和物理化學中都有很高的重復率，所以在充分了解本專業的選修課及后續學習的專業課知識后，如發現有重復的部分要進行壓縮與刪減[3，4]。但是要正確引導學生，有針對性的做好提前復習與課后總結，讓學生自己去發現問題，然后在課堂上對學生重點提出的問題作重點的講解，與學生多探討，加強課堂訓練。這樣既保證了知識的完整性、系統性和邏輯性。更不會使學生產生厭煩的情緒，也能激發學生自主學習的興趣。這樣既提高了教學效果，優化了課程體系，又能很好的緩解學時少與內容多的主要矛盾。
（二）引入新課程考核理念，強化素質考察
經過國家對教育的不斷改革，對人才的考核及評定方式都發生了很大的變化。所以課程評價對課程實施起著重要的引導作用，在不同的時期，就有不同的教學理念，也就會出現不同的評價標準。在對學生進行成績及各方面的考核中，要采取全方位多動態的方式對學生素質與能力進行考查。基于傳統的考試方式，都是一張試卷定成績，這種考核方式是有弊端的。因為《熱力學統計物理》的基本內容包含大量的公式及繁瑣的推導運算。而傳統的教學模式都是灌輸的方式進行教學，學生被動的學習。教師與學生之間缺少交流，這樣學生在學習中很容易產生厭煩的情緒，上課根本就聽不進去，達不到人才培養目標。所以在教學中要采用啟發式教學，調動學生學習的積極性，以教師為引導，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的問題，讓學生以小組的形式進行探討，或者讓學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。以這種多樣化的方式考核，多方面做評定。既拓寬了學生的知識面，又激起了學生自主學習興趣。也更好的培養了學生獨立思考的能力與勇于提出自己見解的習慣。
（三）理論聯系實際，適當引入材料學科前沿內容
隨著各大高校的轉型及對人才培養模式都是朝著創新型人才方向進行的，課程的內容就要體現一定的先進性與現代化。在教學過程中要適當的補充與《熱力學統計物理》課程相關的最新材料學與物理學學術成就與進展。另一方面可以通過鼓勵學生多參加一些這方面的學術報告與學術沙龍，多做交流，或者可以讓學生多看相關報告的視頻。有意識的引導學生拓寬知識面，激發自主學習興趣，體現課程的豐富性，使教學效果達到最優化。
材料類專業是應用性很強的專業，比較注重實踐性，而當前很多高校又在轉型為應用型人才的培養，所以在對本課程的要求中要體現實用性，要加強理論與實踐相結合。在教學過程中多帶學生參觀一些生產或者加工類的工廠。讓學生在實踐中學習，這樣不會使學生對課程產生厭煩的情緒，更能帶動學生自主學習的興趣。或者老師可以帶學生多參加教學討論，參加各方面的比賽來加強學生對知識的應用，讓學生體驗到學習本課程的實踐性，這樣既不會使學生對學習感到盲目和乏味，又能激發學習興趣，也幫助學生拓寬知識面。
三、結語
本文結合作者在實踐學習中及根據教師的教學實踐，深入的探索了《熱力學統計物理》課程的教學模式。基于傳統陳舊的教學方法存在的問題與當前在實踐教學中課時少與內容繁多存在的諸多問題，提出了課程整合的具體課改方法。要加強討論式教學，調動學生自主學習的興趣，有效激發學生的創新熱情以及培養學生的創造精神，實現多樣化的考核方式，拓寬學生的知識面，使教學效果達到最優。以實現人才培養目標，達到國家對該專業的要求。
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關鍵詞：大學物理；教學方法；教學效果
中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）03-0078-02
一、引言
大學物理學是一門重要的通識性必修基礎課程，力、熱、聲、光、電等內容在各個學科中都有廣泛的應用。在高等院校中開設大學物理課程，其教學目的是使學生對物理學的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統的認識和理解，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養探索和創新意識，提高科學素養，樹立科學的世界觀[1]。隨著科學技術的迅速發展，物理學與各學科間相互交叉、相互滲透日益密切，物理學將為學生適應現代科學技術發展在專業領域中有所發現、有所創造、有所前進打好基礎。通過大學物理課程教學，應注重培養學生以下素質：
1.求實精神——通過大學物理課程教學，培養學生追求真理的勇氣、嚴謹求實的科學態度和刻苦鉆研的作風。
2.創新意識——通過學習物理學的研究方法、物理學的發展歷史以及物理學家的成長經歷等，引導學生樹立科學的世界觀，激發學生的求知熱情、探索精神、創新欲望以及敢于向舊觀念挑戰的精神。
3.科學美感——引導學生認識物理學所具有的明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統一等美學特征，培養學生的科學審美觀，使學生學會用美學的觀點欣賞和發掘科學的內在規律，逐步增強認識和掌握自然科學規律的自主能力。
然而，對于農林類專業的學生（包括農學、林學、食品、動科等），大學物理學時相對較少，我校理論教學48學時，實驗教學32學時，共80學時，理論學時和實驗學時都不足理工科學生課時的一半。因此學生對該課程的認識不足，學習興趣不高；而且這些學生高考錄取分數較低，數學物理基礎不是特別好；最后是大學物理學用到很多高等數學知識，而很多學生剛學習完一學期高等數學，對高等數學知識的欠缺和不牢固是影響學生學習成績的另外一個重要因素。因此，學生的學習效果不明顯，并未達到應有的學習要求。幾年來我校物理教研室本著邊研究、邊實踐、邊提高的原則，對少學時物理教學進行了卓有成效的改革和建設，在調整課程體系、改革課程內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。在教學內容方面，主編了教材《普通物理學》（張慶國，陳慶東主編，中國農業出版社，2012年1月出版）。我們把教學內容要求分為四級：掌握、理解、了解和閱讀。“掌握”要求學生深刻理解，熟練掌握。“理解”要求學生理解和基本掌握。“了解”要求學生進行一般性的了解，能進行定性分析，知道所涉及的物理量和相關的公式。閱讀為選用內容，為開闊學生視野而設定。在本文中，根據多年來從事少學時大學物理教學的改革經驗，總結了提高少學時大學物理教學效果的幾個方法，希望真正提高學生的學習效果，加強基礎、提高能力、提高物理素養，最后達到教師的“教”和學生的“學”的和諧統一。
二、教學方法探究
2l世紀需要知識面寬、適應性強、有開拓精神和創新意識的人才。所以我們在傳授物理知識時，應重視培養學生的物理學研究方法及思想方法[2]。古人云“授之以魚，不如授之以漁”，提高學生科學素質的關鍵在于提高教師素質，為此我們對物理學的典型思想方法進行了深入研究。根據我們多年來的教學成功經驗，要在有限的學時內，提高學生成績，增強學生利用物理知識分析和解決實際問題的能力，達到大學物理的教學要求，我們總結了以下幾點：
1.提高學習興趣。我們都知道，“興趣是最好的老師”，提高學生的學習興趣，是提高學生學習效果的前提。可以在課程開始之前，可以在第一次上緒論課時，多講述物理學在高新科技，尤其是本專業的應用。例如，對農林類專業的學生，可以講述植物根部的水為什么能夠到達樹頂，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，引導他們利用大學物理中的流體力學的知識可以解釋；對于動科類專業的學生，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，引導他們利用大學物理學中的相關內容可以進行解釋。通過這些內容的講述，學生知道了大學物理學和專業知識的關系，激發了學習動力，為提高學習效果提供了保障。
2.增加學習樂趣。中國人常說“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。在實際教學中，講到相關知識時，可以適當講解該定理的產生過程，以及一些物理學中的名人軼事，提高學生的樂趣，增加大學物理學習的趣味性。例如，在講高斯定理時，可以講解數學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生及命名過程；在講解粒子的波粒二象性時，可以讓學生猜想一下，如果宏觀物體具有波動性，會產生哪些效應等。通過這些內容的了解，不僅提高了學生學習的樂趣，也對學生進行了勵志教學，啟發他們努力學習、積極探索新事物的精神。
3.活躍課堂氣氛。物理學的學習對有些學生來說是困難的，甚至是枯燥的，這些學生在課堂上不愿意聽講，課后不愿意復習，抄襲作業，敷衍了事，不能達到教學要求。因此，在課堂教學中，要設法提高課堂氣氛。課堂講課時，隨機提問，讓每個學生都要跟上教學進度；每章節結束，讓學生總結本章節的主要內容、重要共識、基本方法等，迫使每個學生都要認真聽講，積極總結。把提問和總結與期末考核的平時分結合起來，讓學生重視這些教學環節。
4.打開專業窗口。在給農林各專業講解大學物理時，應多介紹物理學和生物學的結合和應用。如生物力學、生物系統熱力學、化學勢與水勢、大氣電場對生物的影響、環境磁場對生物的影響、熱力學和量子力學對生命現象的解釋等。這對于提高學生學習物理學的主觀能動性，擴大視野以及在各自專業范圍內的思路無疑是有幫助的。
5.重視實驗教學。物理學是一門實驗科學，對學生加深對書本知識的理解，提高學生動手能力具有重要的作用。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”說的就是這個道理。因此，要重視實驗教學環節。課前，要檢查學生的預習情況，包括檢查預習報告和提問相關內容；實驗過程中，要保證每個學生規范操作，順利完成，得到相應結論；課后認真批改實驗報告，對出現嚴重錯誤的學生要求重新完成實驗。
三、總結
在本文中，根據多年對少學時大學物理教學的經驗，我們總結了增強學生興趣，提高學生利用物理知識分析和解決實際問題的能力，從而達到大學物理的教學要求的幾個方法，為提高少學時大學物理教學的目標提供了一些方法。在今后的教學過程中，還要不斷改革，不斷總結，為真正提高少學時大學物理教學尋找更加合理有效的方法。以上是我們對提高少學時大學物理教學的一些思考，優化課堂教學是一個長期的課題，我們將不斷地努力實踐探索，使少學時大學物理教學工作日趨完善。
參考文獻：
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【關鍵詞】高中物理；模塊；劃分
一、引言
新課程標準實施以來，全面促進了各地物理教學的研究，促進了教師改變教學理念，培養出一批具有創新精神的優秀教師。同時一些比較好的學校開設了豐富多彩的選修課，拓寬了學生的知識面，豐富了學生的文化生活。
但現在高中采用的是模塊教學的方式，由于課時限制和高考的要求，絕大多數學生不能把高中所有模塊都學完，造成學生知識結構不完整，對大學理工科專業的學習產生不利影響。因此有必要對高中物理模塊進行調整。
二、高中物理教學中遇到的困難
1、初高中銜接問題
初高中的思維方式和學習方法不同，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，學習方法從初中物理學習偏記憶到高中物理偏理解又是一個轉折，學生學習方法的轉變需要一個適應的過程。
高中物理與初中數學的銜接不夠，初中物理對數學的依賴性不強，但高中物理對數學依賴性較強。學生剛進入高一學習，數學工具跟不上，如講位移、速度、加速度時有關矢量的表示；討論s―t、v--t圖象時斜率的物理意義等。運動學和力學章節調整后情況又是好轉，但學習力的合成和分解時三角函數知識的缺乏對學生學習還是造成很多困難。
2、物理教學課時不足，矛盾突出
課標規定一個模塊的學習課時為36個學時，這不能滿足實際教學的課時要求。課標規定必修和選修的總體學習時間為三年，但是為了保證畢業會考和高考有足夠的復習時間，課程內容往往高二就全部結束，這樣三年的教學內容壓縮到兩年來學，課時少的矛盾更加突出，加上模塊的學習有選擇性，在課時緊缺的情況下，教師只得放棄知識結構的完整性，通過減少模塊的學習保證高考的復習時間。
3、科學探究活動不能得到充分落實
高中物理課程標準指出：實驗是物理課程改革的重要環節。探究教學的意義和作用得到廣大教師和學生的充分肯定，但由于探究的過程需要較多的時間，加上實驗條件的限制，學生的科學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知識，也是物理學的重要定理，沒有和動力學知識一起放在必修模塊里，而是放在選修模塊里是不恰當的；相對論和波粒二象性都屬于近代物理學知識，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，而許多中學除了必修的2個模塊之外，5個選修模塊只學習2個或3的。怎么選擇由教師決定，有悖于當初制定選修模塊的初衷。
三、高校部分理工專業對高中物理的要求
本科教育規模大幅度增長使高等教育由精英教育向全民素質教育轉化，高中畢業后絕大多數學生都能進入高校繼續深造，高中階段的學習狀況直接影響大學的學習。大學物理作為一門核心基礎課程是許多理工科專業的必修課程，確保大學物理課程與高中物理順利銜接是學好這門課的必要條件。
我們以大學理工科專業的課程內容作為研究對象，通過對不同專業課程內容的分析，呈現大學學習所需的高中物理基礎知識。
對于機械和電子類專業，與物理有關的課程主要有普通物理、工程力學、電工電子學、電路、模擬 / 數字電子技術，這些課程的學習需要有高中物理力學和電磁學為基礎。
對于材料科學與工程專業，與物理有關的課程主要有物理化學、 材料性能Ⅰ――物理性能、材料性能Ⅱ――力學性能、材料熱力學，這些課程的學習需要有高中物理力學、熱學和原子結構為基礎。
對于能源與動力工程專業，與物理有關的課程主要有力學理論（工程力學、流體力學）、熱工學理論（工程熱力學、傳熱學等）、電工電子學理論等。這些課程的學習主要需要有高中物理力學、電磁學和熱學為基礎。
對于有關航空航天專業，與物理有關的課程主要有理論力學、材料力學、流體力學甲、彈性力學、振動力學 、氣體動力學、飛行器結構動力學，這些課程的學習均需有扎實的力學和熱學基礎。
對于有關海洋科學與工程專業，與物理有關的課程主要有理論力學、材料力學、流體力學、傳感與檢測技術，這些課程的學習均需高中物理力學和電磁學的知識基礎。
對于有關光學信息工程專業，與物理有關的課程主要有應用光學、物理光學、光電子學、光電檢測技術及系統 、光電信息綜合實驗，這些課程的需要有一定的力學和光學基礎。
通過以上分析，考慮到還有未統計的專業，可以發現，力學和電磁學是幾乎所有理工科專業都涉及到的知識，熱學的涉及范圍也很廣，其次是光學和原子物理學知識。
三、高中物理新的模塊設計
針對以上分析，可以把高中物理3系列的知識重新進行整合。考慮到現在許多中學必修+選修只學4―5個模塊的現狀，把現在的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，分別是運動、力學、牛頓運動定律，與原來一致。
必修二劃分為三個章節，分別是曲線運動、機械能及其守恒定律、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。這樣劃分的依據是：天體運動是曲線運動的拓展，涉及許多物理學史等人文方面的知識，作為選修內容更加合適。動量守恒是物理學重要的守恒定律，應該作為必修內容，放在機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，同時它們的學習方法存在著順遷移，放在一起可以促進相互之間的學習。
必修三劃分為五個章節，包括靜電場、恒定電流、交變電流、磁場、電磁感應。電磁的相關應用包括“互感和自感”、“渦流 電磁阻尼和電磁驅動”、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容濃縮到一節或放在電磁波后面進行總結比較好。
選修一劃分為四個章節，包括分子動理論、氣體、物態和物態變化、熱力學定律共四個小節。具體內容與原來熱學的選修3-3一致。
選修二劃分為七個章節，包括機械振動、機械波、光、電磁波、波粒二象性、原子結構和原子核、相對論。這樣劃分的依據是機械振動、波、光在本質上有相似性，波的反射和折射用波面和惠更斯原理來解釋，學生不好理解，這部分內容建議刪除。 “實驗：用雙縫干涉測量光的波長”建議刪除，定量的分析過難。“相對論簡介”這部分內容可以簡化，教師對于這部分內容難講，學生也很難理解，只需向學生傳達出科技正在發展變化的思想即可。黑體輻射、康普頓效應、概率波和不確定關系等物理知識，應適當降低難度，可以將這部分知識作為科普知識介紹。
四、小結
高中物理模塊按照以上方式調整以后，便于教師教學，學生的知識結構也相對完整，為選擇理工科專業的學生進入高校順利學習打下了扎實的基礎。
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(一)現有的課程體系與高職人才培養方案針對性不強
不同的學歷層次設定有不同的培養目標和不同的人才培養方案。高職教育應該不同于一般意義的高等教育，也不是中等職業技術教育的升級版。長期以來，高職教育的定位與目標仍在不斷的探索之中，但有一點已成為共識:搞好高職教育，紀要構筑理論基礎，又要結合實際應用，注重理論與實踐相結合。但院校在制定人才培養方案時往往注重課程體系滿足企業的實際需求，解決眼前的學生就業問題，以專業課程為中心，忽視了基礎課程對學生職業能力與職業素養的重要作用，其后果是學生缺乏必要的基礎理論素養，不利于未來職業道路的發展。人才培養方案決定教學。由于大量專業課、外語、計算機等專業和實踐課程的加強，大學物理課程的學時被極大的壓縮。現在的大學物理課程還十分強調構建“大而全”的課程理論體系，力求嚴謹、完整，整個課程還是按照力學、熱學、電磁學、光學和近代物理分類，沒有考慮到不同專業對這門基礎課的需求側重點是不一樣的，忽視基礎與專業間的有機聯系，且與日趨減少的課程學時相沖突。高職物理的教學深度與廣度很難把握:由于各方面因素的影響，物理教學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學分析和推理過程來降低教學難度，犧牲了對很多問題深入探析研究，缺少擴展性;理論聯系實際的內容少，內容枯燥空洞;知識體系偏重經典物理，與近代物理的成就脫節，沒有反應物理學的最新發展和新成果，與中學物理有很多的雷同之處，很難激發和提高學生對大學物理課程的興趣，失去了大學物理課程在培養學生探索精神和創新意識方面的積極意義。
(二)教情與學情不匹配
目前高職物理教學模式往往還沿用傳統的大學教育模式。在教學觀念上，強調教師是教學活動的中心，忽略了學生的主體地位，師生之間缺少互動，教師“填鴨式”教學，學生死記硬背，僵化地掌握知識，很少積極參與學習，不能體現對學生自主學習能力和創造能力的培養。教學手段單一，以課堂理論教學為主，實驗課時遠達不到課程要求，甚至很多院校在教學中取消了實驗課程。雖然目前課堂教學基本都引入多媒體教學，如PPT與動畫演示，但多媒體主要限于物理概念、規律的文字描述展示和公式的推導演示，而不能展示物理過程，學生缺少直觀的認知，很多物理現象只能依靠老師的費力講解和學生的“心領神會”，教學效果不理想。現階段高職院校生源來源日趨復雜，我校近年通過提前招生、對口單招的生源已接近新生人數的一半，且由于文理兼收，大部分學生的數學、物理功底薄弱。相對于中學物理，大學物理以復雜一般運動問題為研究對象，通過高等數學微積分和矢量代數方法分析解決問題。由于高數、大學物理往往由于教學計劃同步開課，學生對高數還在消化理解時接觸大學物理，缺乏將實際問題抽象為模型用高數進行分析、解決的能力。對課程的評價方法單一。考試是為教學服務，反應教學情況的，而不是教學的指揮棒。而實際情況是將考試作為考核學生學習情況的唯一依據，且考結果輕過程，考核內容格式化，習題題“理想化”。這樣的考核方式缺乏探究性、實踐性、綜合性，考驗的是學生的“背功”，使學生養成了對前人成果的依賴性，習慣照搬照抄他人成果，挫傷了學生學習物理的積極性和創新能力。
(三)教材問題
目前高職大學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，內容抽象，與實際生產脫離，不能體現高職教育注重理論聯系生產實際的特點，學生懼怕厭倦物理學習。
(四)對大學物理的人文精神的影響重視不夠
現代科學技術日新月異，院校教育時間的有限性和知識增長的無限性是永遠的矛盾，僅憑在校的幾年所學不可能受用終生，需要不斷充實、提高。高職學生未來處于生產第一線，應該具備不斷獲取新知識的能力，這也是高職教育的目標。目前的大學物理教學還停留在學生對物理基礎知識的掌握這個低層面上，對其在幫助學生獲取、吸收、運用知識方面的巨大作用沒有涉及，忽視了物理學的人文精神對學生職業長遠發展的積極影響。學生常常迷茫“為什么要學物理?”“學物理對我的專業有什么幫助”，疲于應付作業、考試，急功近利，考完就忘。
二、對提高物理課程教學效果的探索建議
(一)改變觀念，重視大學物理的人文精神的積極影響
我們應該從提高人才綜合素質這一目標全面認識大學物理課程的地位和作用。大學物理不僅僅是一門重要的基礎理論課程，在素質教育方面也有著特殊的地位和作用。物理學是一門自然科學更是文化，閃耀著豐富的哲學思想。物理學在創立和發展的漫長坎坷過程中，物理學家總結和發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，注重嚴密的推理邏輯，理論與實驗的緊密結合，也為其他自然學科的研究起著指導作用。學生學習物理學不但要掌握相關理論知識，更重要的是學習其研究方法和思維方式，領會物理思想，樹立起徹底的唯物主義思想，注重團結協作，踏實求實，勇于創新，鼓勵學生將這些方法、思想運用到專業學習中去。
(二)課程內容與專業對接，采用模塊化教學
根據高職學生的實際情況及各專業的教學計劃，高職大學物理不應固守向普通高等教育完整嚴密課程體系看齊的陳舊觀念，教學內容的選取應靈活，致力服務于專業建設。根據不同專業的特點，選擇合適的課程內容針對不同的專業，在課時有限、條件有限的情況下，為學生打下專業所必需的物理基礎。積極采用模塊化教學，注重知識結構。大學物理的章節如力學、振動與波、熱力學、光學和電磁學等，內容浩繁，要在三四十課時中完成是不現實的，但這些不同領域具有較高的獨立性，根據不同專業所需刪去若干章節不會影響學生對物理學的整體認識，以機械專業為例，細分專業可以采用不同的模塊組合:①機制專業:力學、振動和波②機電專業:力學、電磁學③模具專業:力學、熱力學④化工設備、船舶、飛機維修專業:力學、振動和波、流體在教學中，控制好教學的難度和廣度。大學物理課程所包含的內容是科技人員必須具備的基礎知識，專業課是這些物理基礎知識在不同領域的具體應用與延伸。高職學生學習基礎普遍薄弱，不能簡單的通過刪減內容、回避難點來滿足教學合格率，造成學生職業能力的缺失。對于不是必需、理論性強的內容應直接刪除，對于必需但掌握難度較大的定律定理則可以淡化推導，重在講解其在生產中實際應用。通過物理課程，學生可以有序的將其中的物理基礎知識與專業課程中的內容對接，掌握完整的專業知識鏈。
(三)理論結合實驗開展教學，完善考核評價方式
固體物理學是凝聚態物理和材料物理專業的必備基礎課，它融合了普通物理、熱力學與統計物理、量子力學等多學科的知識。也是因為知識面廣、量大、深奧難懂，在教學過程中，學生普遍反映較難掌握這門課程。如何取舍教學內容、如何深入淺出地講解基礎知識點、如何改變教學手段和教學形式提高學生的學習和應用能力等，這些都是教學中遇到的主要問題。作者從數年的教學中總結了一些心得體會，希望對這門課的教學有所借鑒作用。
一、多媒體與三維模型的應用
固體物理學是一門研究固體的微觀結構、組成固體的粒子（原子、離子、電子等）之間的相互作用與規律，并在此基礎上闡明固體宏觀性質的學科。因此，固體的微觀結構是這門課程的基礎。許多固體物理學的教材，例如黃昆等的《固體物理學》經典教材，開篇即討論晶體的結構。但對晶體結構的理解，特別是對三維的晶體結構的理解，需要學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？原胞內有多少個原子？單胞內的各個原子是否等價？在教學過程中，許多學生對這些問題一時不能很好理解。
隨著計算機的普及和利用，多媒體教室普遍存在，并被廣泛使用。多媒體教學手段的利用，有助于學生對固體微觀結構的理解。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構、原胞的選取、原胞的形狀等。與傳統板書相比，利用多媒體呈現并分析固體的微觀結構以及晶體的結構特征，對教師而言，更加省時、省力；幾何關系的表達也更為準確，便于學生的理解。此外，若能結合三維的原子實物模型，那么，固體的微觀結構將能更為直觀地展現在學生眼前。多媒體與三維模型的應用對于學生理解固體的微觀結構、晶格的周期性、原胞、晶體的對稱性等基礎概念很有好處。
當然，多媒體教學也存在著一定的局限性。例如，在公式的推導、基礎概念的講解等方面，板書其實更受學生的歡迎。與多媒體教學相比，板書的節奏慢，師生間可以有較多的互動；學生相對容易跟上教師思考問題、解決問題的步伐，學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，多媒體教學還需適當地與傳統板書相結合才能達到較好的教學效果。
二、教學內容的取舍
由于固體物理學融合了普通物理、熱力學與統計物理、量子力學、晶體學等多學科的知識，其知識面廣、量大，在有限的學時里，不可能面面俱到地討論固體物理學所涉及的所有知識點。因此，實際教學中可以結合本專業的特色，有選擇地取舍部分教學內容。例如，側重固體熱學性質的專業可以考慮以晶格振動等內容為主；而側重微電子的專業則可以考慮以能帶理論、半導體中的電子等內容為主。當然，一些多個領域都涉及到的基礎知識也應是這門課程不可缺少的一部分內容。
固體的微觀結構和結合方式是固體物理學的基礎，因此，晶體的結構和晶體的結合等知識點應是這門課程的基礎知識之一。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系，但很多時候，可以分別側重討論。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實際情況分別討論，并得到與實際較為符合的理論結果。因此，晶格振動、能帶理論和缺陷等知識點之間相對獨立，或可根據各專業的實際情況取舍部分教學內容。
在許多固體物理學的教材中，例如黃昆等的《固體物理學》教材和閻守勝的《固體物理基礎》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理論，它是凝聚態物理前言研究的有效手段之一，也是材料設計的一種有效方法。教學過程中，教師可以結合各專業的實際情況介紹一些密度泛函理論的基礎知識。同時，還可以介紹一些最新的相關研究進展，以拓展學生的知識面、提高學生的學習興趣。
三、模塊化的教學形式
如前所述，固體物理學中的許多知識點間相對獨立；基于這門課程的特征，教師在教學過程中可以考慮模塊化的教學形式，以子課題的形式將相應內容呈現給學生。可能的模塊如：討論晶體的結構和晶體的結合方式的基礎模塊――晶體的結構與結合；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、贗勢方法等數個部分。這樣做首先有利于教學內容的取舍；其次，有利于學生對各知識點的理解、有利于學生梳理清楚各個知識點之間的關系。
此外，固體物理學是凝聚態物理前沿研究的基礎之一；其基礎知識、理論推導、實驗背景以及處理問題的方式方法等，都是開展凝聚態物理研究的基礎。而模塊化教學，以課題研究的形式提出問題、解決問題，將教學內容以問題為導向呈現給學生，這有助于培養學生的學習能力和解決實際問題的能力。而且，課題研究的教學模式，既是在教授學生知識，也是在開展科研，有助于提高學生對科研的認識、有助于培養學生的科研能力。這種課題研究的模塊化教學形式還可以結合基于原始問題的教學來開展。
四、基于原始問題的教學
所謂原始問題，可簡單理解為：現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問題，并呼吁將基于原始物理問題的教學實踐引入大學物理的教學中。這應是個值得提倡的建議，畢竟現實生活中遇到的具體問題都是原始問題。與傳統的習題不同，原始問題未被抽象、加工或簡化。學生處理實際問題的第一步便是將問題適當簡化，這也是學生需要學習的一種能力。
事實上，合理的模型簡化是各種理論的基礎，也是實際應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，但它們數十年來是我們討論、分析相應問題的基礎。今天，那些被寫進教科書的基礎理論，在當時、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：根據經典的熱力學理論，晶體的定體摩爾熱容是個與溫度無關的常數。實驗發現晶體的熱容在高溫下確實接近于常數，但是晶體的熱容在低溫下并不是個常數，其與溫度的三次方成比例關系。
問題的提出：理論預言與實驗觀測為何不相符？如何解釋實驗現象？20世紀初剛剛發展起來的量子力學是否能解釋這個實驗現象？這些問題在愛因斯坦的年代應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。結合量子力學，得到體系的能量本征值；寫出晶格振動總能的表達式，繼而給出由晶格振動貢獻的晶格熱容的表達式。由于晶格熱容的表達式復雜，很難直接與實驗結果對比，因此引入進一步的簡化和近似――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研究的方式相接近，既能提高學生對科研的認識、培養學生的科研能力，又能培養學生理論聯系實際、解決實際問題的能力。
五、小結
針對固體物理學這門課程的一些特點，本文從教學手段、教學內容和教學形式等方面提出了一些教學改革的心得體會。教學手段上，可以利用多媒體和三維模型等教學手段，以便讓學生更容易理解固體的微觀結構。教學內容上，可以針對專業特色，有選擇地取舍部分章節。而模塊化的教學形式，可以將相對獨立的知識點以子課題的形式呈現給學生，既能幫助學生梳理知識點，又能讓學生對課題研究有所認識。最后，通過課題研究的教學形式、理論聯系實際的討論分析以及基于原始問題的教學，培養學生學習和應用的能力。
致謝：感謝上海高校外國留學生英語授課示范性課程《英文大學物理》建設項目的資助。
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