導(dǎo)語：如何才能寫好一篇大學(xué)物理熱力學(xué)總結(jié)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

不同于物理學(xué)的其它部分，熱學(xué)包括宏觀理論與微觀理論兩種理論。熱現(xiàn)象的宏觀理論熱力學(xué)，通過大量的觀察和實(shí)驗總結(jié)出三條基本定律，給出了熱運(yùn)動與其它運(yùn)動形態(tài)相互轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律。熱力學(xué)具有嚴(yán)密的邏輯體系，其前提簡單，應(yīng)用范圍卻很廣，被愛因斯坦稱為是“具有普遍內(nèi)容的唯一的物理理論”。熱運(yùn)動的微觀理論（在大學(xué)物理中是氣體動理論）則是從體系的微觀模型出發(fā)，應(yīng)用統(tǒng)計方法計算體系的宏觀量（壓強(qiáng)和內(nèi)能等）。統(tǒng)計理論的結(jié)果可以使我們深刻理解那些抽象的熱力學(xué)概念的本質(zhì)，它與熱力學(xué)相輔相成，構(gòu)成了有關(guān)熱運(yùn)動的完整理論。從研究方法看，熱力學(xué)基本定律用否定語氣表出，熱力學(xué)第二定律數(shù)學(xué)表達(dá)式用反證法導(dǎo)出，都給我們提供了不同于物理學(xué)其它部分的思維論證方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用邏輯推理進(jìn)行抽象思維的能力。熱學(xué)的從微觀到宏觀的統(tǒng)計方法，在物理學(xué)中更是獨(dú)樹一幟，它完全不同于力學(xué)、電磁學(xué)乃至熱力學(xué)的實(shí)驗———理論———實(shí)驗的傳統(tǒng)方法，是一種假設(shè)———理論———實(shí)驗的方法，這種方法是現(xiàn)代物理學(xué)最重要的方法之一。然而，在大學(xué)物理熱學(xué)部分這兩種理論的表述都沒有系統(tǒng)化。有的教材中在給出熱力學(xué)第二定律的定性表述之后，導(dǎo)出了卡諾定理，并未進(jìn)一步導(dǎo)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，而是由熵的玻爾茲曼關(guān)系給出了熵增加原理。這種講法沒有體現(xiàn)熱力學(xué)理論本身的完整性。氣體動理論的系統(tǒng)理論較為復(fù)雜，大學(xué)物理中的氣體動理論只是初步理論，其中，作為中心內(nèi)容的氣體分子速率分布律（麥克斯韋速率分布律）一般教材都不講導(dǎo)出過程，而玻爾茲曼分布律僅僅是由麥克斯韋速率分布律推廣而來，缺乏系統(tǒng)性，給人以支離破碎的感覺。因此，熱學(xué)部分的教學(xué)內(nèi)容需要很好地組織、整合。

二、整合部分教學(xué)內(nèi)容

筆者認(rèn)為，在熱力學(xué)部分，熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其導(dǎo)出過程，集中體現(xiàn)了熱力學(xué)理論的完整性以及其特有的邏輯思維方法，是不應(yīng)或缺的。在導(dǎo)出卡諾定理之后，接著導(dǎo)出克勞修斯表達(dá)式，再定義熵函數(shù)，得到熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式（熵表達(dá)式）和熵增加原理，篇幅不長，難度不大，可以納入必講的教學(xué)內(nèi)容。如果教學(xué)時數(shù)確實(shí)有限，至少作為選學(xué)內(nèi)容可以寫入教材筆者認(rèn)為，在不增加難度的情況下，可以較大幅度地整合氣體動理論內(nèi)容，以增加其邏輯性和系統(tǒng)性，有利于展示統(tǒng)計方法。建議將氣體動理論部分的內(nèi)容按以下方式整合：1）麥克斯韋速率分布律。分析氣體分子熱運(yùn)動特征———提出理想氣體的微觀模型———定義速率分布函數(shù)———導(dǎo)出用速率分布函數(shù)表達(dá)的理想氣體的壓強(qiáng)公式———用簡單方法導(dǎo)出平衡態(tài)速率分布函數(shù)的形式———代入理想氣體的壓強(qiáng)公式確定參量———麥克斯韋速率分布律———三種特征速率。2）理想氣體的物態(tài)方程和熱容量。用麥克斯韋速率分布律計算壓強(qiáng)———氣體動理論的物態(tài)方程———用麥克斯韋速率分布律計算單原子分子理想氣體的平均動能———溫度的微觀意義———推廣得到能量均分定理———理想氣體的內(nèi)能和熱容量。3）熵的玻爾茲曼關(guān)系熱力學(xué)第二定律的微觀意義。4）氣體分子的平均自由程和遷移過程。

三、明確教學(xué)目標(biāo)和要求

筆者查閱了教學(xué)時數(shù)在108~126學(xué)時的數(shù)份大學(xué)物理教學(xué)大綱，發(fā)現(xiàn)熱學(xué)部分除了內(nèi)能、熱力學(xué)第一定律及其對理想氣體的應(yīng)用這部分要求“掌握”外，對其他部分各大綱的要求多有不同。在熱力學(xué)部分，對可逆過程與不可逆過程、熱力學(xué)第二定律的表述及其統(tǒng)計意義，一般要求是“理解”，但也有要求“掌握”和“了解”的；多數(shù)大綱對有關(guān)熵和熱力學(xué)第二定律的熵表達(dá)式?jīng)]有提出要求，只有一份大綱提出了“理解”的要求。在氣體動理論部分，幾份大綱中多數(shù)僅要求“理解”壓強(qiáng)和溫度的微觀本質(zhì)和能量均分定理，對理想氣體分子熱運(yùn)動圖像和統(tǒng)計方法以及麥克斯韋速率分布律等的要求都是“了解”，也有一份大綱對上述幾部分內(nèi)容都要求“掌握”。幾份大綱的對熱學(xué)部分的教學(xué)要求分歧很大，表明這個問題確有討論的必要。我們認(rèn)為，熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的導(dǎo)出過程，集中體現(xiàn)了熱力學(xué)特有的邏輯思維方法，從注重學(xué)習(xí)物理學(xué)方法的角度看，是不應(yīng)或缺的。從提出模型、進(jìn)行統(tǒng)計平均、建立宏觀量與微觀量的聯(lián)系到闡明宏觀量的微觀本質(zhì)的統(tǒng)計思想和方法，應(yīng)當(dāng)是氣體動理論部分的重點(diǎn)內(nèi)容。麥克斯韋速率分布律是氣體分子熱運(yùn)動的重要統(tǒng)計規(guī)律，即使是通過不嚴(yán)格的粗淺的方式導(dǎo)出，也是有利于學(xué)生接受和理解這一規(guī)律的。能量均分定理對討論理想氣體熱容量是有用的，但它并非氣體動理論的基本定理，不宜過分強(qiáng)調(diào)。據(jù)此，我們提出以下教學(xué)目標(biāo)：1）理解準(zhǔn)靜態(tài)過程、內(nèi)能和熱量的概念，理解熱力學(xué)第一定律的物理意義及其普遍性。2）掌握理想氣體各種等值過程和絕熱過程中的功、熱量、內(nèi)能改變量及卡諾循環(huán)的效率的計算。3）理解熱力學(xué)第二定律定性表述的實(shí)質(zhì)，理解可逆過程和不可逆過程。通過由熱力學(xué)第二定律定性表述導(dǎo)出卡諾定理和克勞修斯不等式，理解熱力學(xué)理論的邏輯思維方法。4）了解熵的宏觀意義和熵增加原理。5）理解氣體分子熱運(yùn)動的基本特征。理解速率分布函數(shù)的統(tǒng)計意義。通過推導(dǎo)氣體壓強(qiáng)公式，理解從提出模型、進(jìn)行統(tǒng)計平均到建立宏觀量與微觀量的聯(lián)系的統(tǒng)計思想和方法。6）理解麥克斯韋速率分布律及其三種特征速率。7）通過麥克斯韋速率分布律計算氣體的物態(tài)方程和熱容量，理解統(tǒng)計方法的系統(tǒng)性，理解壓強(qiáng)、溫度、內(nèi)能等概念的微觀本質(zhì)。8）通過熵的玻耳茲曼關(guān)系了解熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義。9）了解氣體分子平均自由程的概念和對遷移過程的應(yīng)用。應(yīng)當(dāng)指出，在實(shí)際教學(xué)中教師不看大綱僅按教材教學(xué)的現(xiàn)象較為普遍。在這種情況下，教師對教學(xué)目標(biāo)和要求不明確，教學(xué)內(nèi)容的處理就把握不準(zhǔn)，教學(xué)效果就難以提高。

四、講究教學(xué)方法

教學(xué)目標(biāo)確定以后，接下來的問題就是如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。在力學(xué)部分，從基本的實(shí)驗定律牛頓定律出發(fā)，每導(dǎo)出一個定理，教師講例題，學(xué)生做作業(yè)。如果說這種教學(xué)方法在講解熱力學(xué)第一定律及其對理想氣體的應(yīng)用時，效果還可以的話，在講解熱力學(xué)第二定律和氣體動理論時就很難有好的效果了。熱力學(xué)第二定律和氣體動理論部分幾乎沒有什么應(yīng)用的內(nèi)容，但要求注意推理過程，理解其中的思想和方法，而學(xué)生已有的習(xí)慣并不重視這一點(diǎn)。因此，需要采用更有吸引力和啟發(fā)性的教學(xué)方法。筆者在教學(xué)過程中體會到，比較長篇大論的講解，將教學(xué)內(nèi)容分解為一個個問題的講解方法更能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。用這種方法，問題必須精心設(shè)計，提出問題要學(xué)生思考，但不一定要學(xué)生回答。以講解熱力學(xué)第二定律為例，可設(shè)置如下問題：1）滿足熱力學(xué)第一定律（能量守恒）的熱力學(xué)過程都能實(shí)現(xiàn)嗎？熱現(xiàn)象是否還有其它規(guī)律？2）比如說，有沒有可能制造一個效率為100%（僅從一個熱源吸熱做功，不放熱）的熱機(jī)呢？（給出熱力學(xué)第二定律開爾文表述后）是否可以說，開爾文表述就是“熱不能完全變成功”？3）再比如說，熱量可能不可能由低溫物體自發(fā)傳到高溫物體呢？（給出熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述后）是否可以說，克勞修斯表述就是“熱量不能從低溫物體傳到高溫物體”？4）兩種表述似乎并不相關(guān)，為什么都是同一規(guī)律———熱力學(xué)第二定律嗎的表述呢？5）我們知道，功可以全部自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔_爾文表述說熱不能全部自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。這反映出一個什么問題？同樣，熱量可以從高溫物體自動傳到低溫物體，而克勞修斯表述說熱量不可能由低溫物體自動傳到高溫物體。這又反映出一個什么問題？6）可逆過程與不可逆過程的本質(zhì)有什么不同？用可逆過程和不可逆過程的語言，你能將熱力學(xué)第二定律的兩種表述分別說成什么？7）兩種表述等價性的證明過程也表明不可逆過程是相互關(guān)聯(lián)的，由此看來，熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)上說明了什么？熱力學(xué)第二定律還能不能用其它方式表述？8）熱力學(xué)第二定律能不能有一個數(shù)學(xué)表達(dá)式？如果能，它會是一個什么樣的式子？等式還是不等式？如果時間允許，也可用這些問題進(jìn)行課堂討論，相信效果會更好。

五、改進(jìn)練習(xí)和考核

為了達(dá)到教學(xué)要求，除了講究教學(xué)方法外，還需要改進(jìn)練習(xí)與考核的內(nèi)容和方式。熱力學(xué)第二定律和氣體動理論部分幾乎沒有什么應(yīng)用的內(nèi)容，有價值的習(xí)題較少，應(yīng)當(dāng)特別注意思考題的應(yīng)用?？梢岳盟伎碱}組織課堂討論，也可以將有些思考題作為習(xí)題布置下去。比如針對熱力學(xué)第二定律，下面幾個題目作為習(xí)題可以很好地配合教學(xué)內(nèi)容：1）熱力學(xué)第二定律的普朗克表述是：不可能制造出一個機(jī)器，它在循環(huán)過程中從單一熱源吸熱全部用于將一重物提高。證明普朗克表述與開爾文表述等價。2）證明，功變熱的不可逆性與理想氣體自由膨脹的不可逆性是相互關(guān)聯(lián)的。3）證明，對于任何物質(zhì)，一條等溫線與一條絕熱線不能有兩個交點(diǎn)。4）證明，對于任何物質(zhì)，證明兩絕熱線不能相交。5）用熵增加原理證明理想氣體的自由膨脹過程是不可逆過程。從某種意義上說，期末考試也是學(xué)習(xí)平時學(xué)習(xí)的指揮棒。除了習(xí)題之外，平時強(qiáng)調(diào)的思考、討論的問題，也要在期末考試中體現(xiàn)出來。以填空題、選擇題和問答題等多種形式，考察學(xué)生對熱學(xué)基本概念、基本定律和科學(xué)方法的理解和掌握程度。

六、結(jié)束語

篇2

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理教學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新品質(zhì)創(chuàng)業(yè)方法

1創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素材的挖掘

與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相對應(yīng)，創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)就是創(chuàng)新，就是要突破原先的局限性，把握新機(jī)遇，提出新想法，創(chuàng)造新價值．在創(chuàng)新上，大學(xué)物理課程和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育兩者本質(zhì)相同，并且大學(xué)物理教學(xué)能夠應(yīng)用物理學(xué)的創(chuàng)新成就啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維［6］．從廣義的角度理解創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)業(yè)是指社會生活各個領(lǐng)域里的人們?yōu)殚_創(chuàng)新的事業(yè)所從事的社會實(shí)踐活動，是主體在能動性的社會實(shí)踐中所體現(xiàn)的一種特定的精神、能力和行為方式［7］．因此，物理學(xué)中所體現(xiàn)的創(chuàng)新恰恰屬于一種“創(chuàng)業(yè)”活動．大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容主要包括力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)以及量子與原子物理，內(nèi)容面較廣，涉及到眾多的物理學(xué)基本原理和物理學(xué)家的貢獻(xiàn)［8］，因此可以從物理學(xué)原理和物理學(xué)家創(chuàng)新的經(jīng)歷出發(fā)提煉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素材．在深入分析教材的基礎(chǔ)上，提煉出一系列物理學(xué)中的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素材，包括物理學(xué)原理、物理學(xué)家的創(chuàng)新經(jīng)歷及其對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的啟示，并且這些物理學(xué)原理和物理學(xué)家的創(chuàng)新經(jīng)歷能夠體現(xiàn)在具體的教學(xué)內(nèi)容里．經(jīng)過整理，物理學(xué)原理及其對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的啟示．物理學(xué)史上有許多物理學(xué)家創(chuàng)新成功的例子，創(chuàng)新成功的同時創(chuàng)造了新知識，他們的創(chuàng)新方法和哲理性論述對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了理論思維和方法論．我們研究了物理學(xué)家的創(chuàng)新經(jīng)歷，引申出了哲理性思想并提煉出這些思想對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的啟示．盡管物理學(xué)原理和物理學(xué)家的創(chuàng)新經(jīng)歷不能直接體現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想，但是引申這些材料的深刻含義能夠透視出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的深刻內(nèi)涵．

2教學(xué)模式的探索

物理學(xué)原理和物理學(xué)家的創(chuàng)新經(jīng)歷對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的啟示必須落實(shí)在具體的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的大學(xué)物理課堂教學(xué)往往從基本概念入手，教師講解基本定律和定理，然后師生討論、分析并舉例、練習(xí)．為了在大學(xué)物理教學(xué)中融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想教育，我們采用“兩段式”教學(xué)模式，即前一段進(jìn)行物理基本概念、基本原理的討論與分析，明確物理學(xué)基本概念和原理的含義以及應(yīng)用，然后由物理學(xué)基本原理、物理學(xué)家的創(chuàng)新經(jīng)歷引申、切入到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思想教育.例如克勞修斯熵和熱力學(xué)第二定律統(tǒng)計意義的教學(xué)．首先，講解克勞修斯熵和玻爾茲曼熵的概念、熵增加原理，然后討論，總結(jié)出4條熱力學(xué)“熵原理”［9］：（1）熵是有序與無序的度量；（2）孤立系統(tǒng)的熵增加；（3）負(fù)熵流原理；（4）非線性機(jī)制對熵的干預(yù)．再把熱力學(xué)“熵原理”由自然科學(xué)領(lǐng)域引申到社會科學(xué)領(lǐng)域，進(jìn)一步聯(lián)系大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，具體融入4個觀點(diǎn)：（1）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的負(fù)熵流；（2）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體現(xiàn)了非線性機(jī)制對熵的干預(yù)；（3）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)是無序到有序的過程；（4）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)應(yīng)該從創(chuàng)新入手．再例如愛因斯坦的狹義相對論教學(xué)．在講解和討論狹義相對論坐標(biāo)變換和速度變換之后，自然切入到愛因斯坦的生平介紹和狹義相對論產(chǎn)生的背景，引申出愛因斯坦對科學(xué)的貢獻(xiàn)．由此聯(lián)系愛因斯坦的哲理名言：提出一個問題往往比解決一個問題更重要；奇思玄想的天賦對我而言，比我的才干更重要；不曾犯錯的人從來不曾嘗試新事物等哲理名言，進(jìn)一步采用類比的方法，引申為愛因斯坦的“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)觀”：主張用豐富的想象力和奇思妙想提出新的問題；主張個性的張揚(yáng)和嘗試新事物；積極從事創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)個人的價值；成為一個務(wù)實(shí)、勤奮、包容、堅韌的創(chuàng)業(yè)者．在新課引入上盡量做到多樣化，既可以從物理學(xué)知識點(diǎn)入手，也可以由創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)事跡入手，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的．在內(nèi)容的安排上，做到精簡每節(jié)課的大學(xué)物理知識點(diǎn)內(nèi)容，如果知識點(diǎn)內(nèi)容太多，可以分配部分內(nèi)容在上節(jié)課講解，以便有足夠的時間安排創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想教育．在課后作業(yè)的布置上，不拘泥于計算型練習(xí)，布置一定量與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想教育相聯(lián)系的問題，例如，熱力學(xué)“熵原理”對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)有哪些啟示？從愛因斯坦的哲理思想看大學(xué)生如何創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)？等等．

3教學(xué)方法改進(jìn)

針對大學(xué)物理教學(xué)融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想教育的教學(xué)，原先簡單、線性的教學(xué)方法已經(jīng)不能適應(yīng)新內(nèi)容的教學(xué)要求．為了把知識內(nèi)容的教學(xué)和思想內(nèi)容的教學(xué)很好地融合在一起，有必要聯(lián)系當(dāng)前社會發(fā)展的實(shí)際，采用理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)方法，才能使創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的思想深入學(xué)生的理念之中．首先，聯(lián)系創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成功的風(fēng)云人物，例如馬云與阿里巴巴、俞敏洪與新東方教育、比爾蓋茨與微軟、李嘉誠與香港房地產(chǎn)，等等．把這些人物的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新方法與物理學(xué)家們的創(chuàng)新精神進(jìn)行類比，找出兩者的共同之處．例如聯(lián)系物理學(xué)家牛頓后期從事貨幣制造監(jiān)管，改進(jìn)造幣方法，大幅提升造幣效率的事跡［10］，我們得出結(jié)論：要想在創(chuàng)業(yè)的道路上取得成就，創(chuàng)新是基礎(chǔ)，從而提升學(xué)生對創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)關(guān)系的認(rèn)識．其次，聯(lián)系大學(xué)生創(chuàng)業(yè)成功的范例，讓學(xué)生從身邊創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)事跡說起，例如本校畢業(yè)學(xué)生創(chuàng)辦信息傳媒公司、教育直播公司、演出租賃服務(wù)公司等，結(jié)合研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練談?wù)勛约何磥淼膭?chuàng)業(yè)打算，等等．讓學(xué)生主動上網(wǎng)搜集大學(xué)生創(chuàng)業(yè)成功的范例，作為學(xué)生討論的素材，例如南京郵電大學(xué)大二學(xué)生陳峰偉創(chuàng)辦IT銷售、華南理工大學(xué)計算機(jī)軟件學(xué)院的許少煌創(chuàng)辦網(wǎng)站平臺、上海對外貿(mào)易學(xué)院大三學(xué)生創(chuàng)辦大學(xué)城在線服務(wù)等［11］，引導(dǎo)學(xué)生討論他們成功的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方法和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)品質(zhì)．另一方面，聯(lián)系物理學(xué)家的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新品質(zhì)，明確創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的方向和途徑，例如聯(lián)系普朗克突破科學(xué)困境提出能量子假說，啟示大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)應(yīng)該具有破舊立新的創(chuàng)業(yè)品質(zhì)；聯(lián)系牛頓在前人成就的基礎(chǔ)上提出慣性定律等事跡，啟發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)需要選擇合適的項目和奮斗方向．除了理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)，教師還積極指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，參加多項省級和國家級學(xué)科競賽．通過指導(dǎo)學(xué)生完成大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃提升大學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生具備堅韌、合作、包容的創(chuàng)業(yè)品質(zhì)．在指導(dǎo)大學(xué)生參加學(xué)科競賽的過程中，鼓勵學(xué)生提出新想法，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、合作創(chuàng)新的精神品質(zhì)．同時，部分學(xué)生獲得與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相關(guān)的優(yōu)異成績能夠為其他學(xué)生樹立形象，提供范例．

篇3

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)；安全工程專業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0041-03

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”是一門與工程實(shí)際聯(lián)系緊密、應(yīng)用性很強(qiáng)的熱科學(xué)基礎(chǔ)課，它源于礦業(yè)、石油、冶金、化工、機(jī)械、環(huán)境、航空航天等工程領(lǐng)域中的實(shí)際工程問題，也發(fā)展、應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題，在理工科本科生教育中占有重要地位，為理工科專業(yè)技術(shù)課的學(xué)習(xí)提供重要的理論基礎(chǔ)。近年來，隨著人類社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)水平的提高，實(shí)際工程領(lǐng)域所面臨的熱科學(xué)問題更加復(fù)雜，這使得“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式及授課內(nèi)容已面臨社會發(fā)展和學(xué)科發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，存在較多問題和不足。[1]作為中國礦業(yè)大學(xué)（北京）（以下簡稱“我校”）“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程的主講團(tuán)隊，筆者結(jié)合近年來科研工作中關(guān)于熱力學(xué)與傳熱學(xué)的問題和多年對該課程的教學(xué)經(jīng)驗，對該課程在安全工程專業(yè)本科教育中的課程改革和教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了一些探索，并得到了一些粗淺的體會和認(rèn)識。

一、安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革的必要性

1.該課程對安全工程專業(yè)本科教育的重要性

安全工程專業(yè)是一個涉及理、工、文、法、管等學(xué)科的綜合交叉工科專業(yè)，目前國內(nèi)開辦安全工程專業(yè)的高等院校的類型很多，有礦業(yè)、石油、化工、軍工、土木、交通、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等?！肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”是安全工程專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在安全工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃中有非常重要的地位。根據(jù)安全科學(xué)基本理論，事故是能量失去控制而意外釋放所造成的，而“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”正是研究能量轉(zhuǎn)化與傳遞過程的基本規(guī)律，由此可見該課程對安全工程專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要性，其教學(xué)水平直接影響安全工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。

2.目前該課程教學(xué)中存在的問題和難點(diǎn)

（1）教學(xué)學(xué)時少，但教學(xué)內(nèi)容多，造成教與學(xué)矛盾。隨著21世紀(jì)國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略逐漸向拓寬專業(yè)口徑、培養(yǎng)復(fù)合型人才方向發(fā)展，安全工程專業(yè)本科教育的培養(yǎng)計劃和培養(yǎng)目標(biāo)也不斷調(diào)整，更加重視大安全“通才”教育。為滿足安全工程專業(yè)培養(yǎng)計劃改革和課程體系設(shè)置需要，我國多數(shù)高校對“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程學(xué)時都進(jìn)行了縮減。比如我校，由起初64學(xué)時調(diào)整為48學(xué)時，雖然學(xué)時減少，但主體教學(xué)內(nèi)容并未刪減，這導(dǎo)致教學(xué)進(jìn)度不得不加快。然而熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論性、專業(yè)性強(qiáng)，因為教學(xué)進(jìn)程加快，使得學(xué)生不能深入透徹理解重要知識點(diǎn)，造成教學(xué)效果較差，引起教與學(xué)的矛盾。

（2）課程概念多、公式多、理論性強(qiáng)，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程概念多、公式多、圖表多，盡管有些概念和公式在“大學(xué)物理”和“物理化學(xué)”課程中學(xué)習(xí)接觸過，但運(yùn)用這些抽象概念和基本公式解釋、推導(dǎo)熱物理規(guī)律時，多數(shù)學(xué)生都會感覺到比較吃力，因為這要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)和較強(qiáng)的抽象思維能力。另外，該課程中一些概念比較抽象且比較相近，容易發(fā)生混淆，比如可逆過程與準(zhǔn)靜態(tài)過程的聯(lián)系與區(qū)別，技術(shù)功、軸功、容積功區(qū)別，導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)的聯(lián)系與區(qū)別等。同時，“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”中繁多的公式的關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，推導(dǎo)過程復(fù)雜。上述理論性和專業(yè)性很強(qiáng)的概念、公式及其之間的復(fù)雜關(guān)系，大大地降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動力。

（3）教學(xué)內(nèi)容及參考教材安全專業(yè)應(yīng)用案例較少，學(xué)生專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，熱力學(xué)與傳熱學(xué)領(lǐng)域一些新的概念和理論不斷涌現(xiàn)，目前多數(shù)新出版的“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教材內(nèi)容豐富，知識面力求新穎和廣博，只配有少量簡單應(yīng)用案例。這對目前壓縮學(xué)時的安全工程專業(yè)本科教學(xué)來說不合適，不利于學(xué)生在有限學(xué)時內(nèi)深入學(xué)習(xí)和掌握重要熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論，而且不能使學(xué)生深入了解熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論在安全專業(yè)的應(yīng)用，從而造成專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。因此，針對安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)，應(yīng)有所側(cè)重，補(bǔ)充該專業(yè)應(yīng)用案例，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動力。

3.該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法優(yōu)化的必要性

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會的不斷進(jìn)步，人們對安全的要求越來越高，近幾年來安全學(xué)科發(fā)展迅猛，“安全科學(xué)與工程”已成為工學(xué)門類下第37個一級學(xué)科，安全學(xué)科涉及面越來越廣，已深入到礦業(yè)、石油、冶金、化工、環(huán)境、土木、交通等多個工程領(lǐng)域?！肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”作為安全工程專業(yè)重要專業(yè)基礎(chǔ)課，面臨社會科技發(fā)展和安全科學(xué)發(fā)展的新形勢，特別是教學(xué)學(xué)時壓縮情況下，其傳統(tǒng)的教學(xué)模式、授課內(nèi)容、教學(xué)效果已充滿挑戰(zhàn)，存在較多問題和不足，其教學(xué)情況，在一定程度上影響安全專業(yè)人才在實(shí)際工程中解決相應(yīng)問題的能力。因此，在有限學(xué)時內(nèi)，對該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化是非常必要的。通過教學(xué)改革，提高該課程教學(xué)水平，才能使其充分發(fā)揮對安全專業(yè)技術(shù)課學(xué)習(xí)應(yīng)起到的橋梁和鋪墊作用，從而在一定程度上提高安全工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。[2]

二、安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革思路及實(shí)施

1.該課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整和優(yōu)化

（1）根據(jù)安全專業(yè)方向和學(xué)時分配，強(qiáng)化和弱化部分教學(xué)內(nèi)容。為滿足安全工程專業(yè)培養(yǎng)計劃改革和課程體系設(shè)置需要，我校對“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程學(xué)時由起初64學(xué)時縮減為48學(xué)時。為在有限學(xué)時內(nèi)完成教學(xué)計劃和提高教學(xué)質(zhì)量，筆者選用的參考教材為張學(xué)學(xué)教授主編的《熱工基礎(chǔ)》，該書基本內(nèi)容由工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分組成。[3]該書側(cè)重于熱力學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)，有助于學(xué)生對基本理論知識和方法的理解和掌握，但對于安全工程專業(yè)基礎(chǔ)教育來說，其部分章節(jié)教學(xué)內(nèi)容不重要，比如工程熱力學(xué)篇的第六章內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)動力循環(huán)裝置和第七章制冷裝置循環(huán)等內(nèi)容，因此在教學(xué)過程中對上述內(nèi)容可以弱化。該書第五章中作為了解內(nèi)容的濕空氣性質(zhì)及其熱力學(xué)過程，是通風(fēng)安全理論的基礎(chǔ)，對安全工程專業(yè)來說就特別重要，因此在教學(xué)中對該部分內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)化?？偟膩碚f，對該課程的教學(xué)應(yīng)因材施教，根據(jù)安全工程專業(yè)方向和教學(xué)計劃分配，靈活調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)，使得學(xué)生能深入透徹理解重要知識點(diǎn)，避免引起教與學(xué)的矛盾。

（2）擴(kuò)充傳熱學(xué)數(shù)值計算知識及應(yīng)用算例，增強(qiáng)學(xué)生對基本公式及理論知識應(yīng)用方面的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動力。“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程概念多、公式多、圖表多，通過實(shí)驗教學(xué)可以加深學(xué)生對熱力學(xué)與傳熱學(xué)理論知識的理解和掌握，但受于學(xué)時和實(shí)驗條件限制，目前該課程實(shí)驗教學(xué)課時還比較少。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計算方法的快速發(fā)展，數(shù)值計算（或稱數(shù)值實(shí)驗）為熱力學(xué)和傳熱學(xué)研究開辟了一個新途徑。目前“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)中，只在導(dǎo)熱部分對數(shù)值計算基礎(chǔ)進(jìn)行了簡要介紹，為了使學(xué)生能較系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)值計算在傳熱學(xué)的應(yīng)用，也需要對流換熱部分的數(shù)值解算進(jìn)行補(bǔ)充。考慮到本科生對數(shù)值計算涉及的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和偏微分方程求解等知識的理解和掌握比較吃力，在課程教學(xué)中對MATLAB軟件在傳熱學(xué)數(shù)值計算中應(yīng)用進(jìn)行介紹，并引入相關(guān)傳熱問題解算案例進(jìn)行講解。MATLAB是一套綜合性的高性能數(shù)值計算和可視化軟件，借助MATLAB軟件不僅能使學(xué)生較快掌握傳熱學(xué)數(shù)值計算的應(yīng)用，同時借助其強(qiáng)大的計算和繪圖功能，也可以使學(xué)生對熱力學(xué)和傳熱學(xué)中的許多公式和熱物理規(guī)律推導(dǎo)進(jìn)行圖像化展示，這有助于學(xué)生對熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論知識的理解和掌握。[4]

（3）建立安全專業(yè)應(yīng)用案例庫，細(xì)化到具體章節(jié)教學(xué)內(nèi)容中。“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，應(yīng)用性很強(qiáng)，它源于工程實(shí)際，并應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題。因此，若要提高“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量，在課程教學(xué)過程中應(yīng)將實(shí)際工程案例作為教學(xué)素材，引導(dǎo)學(xué)生對特定的教學(xué)案例問題進(jìn)行分析，并借助熱力學(xué)和傳熱基本理論提出解決方案。針對安全工程專業(yè)說，工作中會遇到各種各樣的危險情景，引入專業(yè)案例教學(xué)非常重要，比如應(yīng)該補(bǔ)充講授熱力學(xué)能量傳遞、煙氣對流和輻射復(fù)合傳熱方面的案例、熱力學(xué)與傳熱學(xué)在事故演變分析中的應(yīng)用案例。通過案例教學(xué)不僅可以使學(xué)生對熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識有深刻的理解和掌握，也有利于拓展學(xué)生的思維模式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用和實(shí)踐能力，對工作中危險情景問題應(yīng)該怎樣借助熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論來分析和解決會有較好的把握。因此，筆者近幾年來特別重視對安全專業(yè)應(yīng)用案例庫的建設(shè)，對各個案例根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，基本貫穿于各個章節(jié)的教學(xué)中。

2.該課程教學(xué)方法改進(jìn)和優(yōu)化

近幾年來隨著國家對人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的調(diào)整以及工科類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的改革，為了保證和進(jìn)一步提升“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量，筆者對該課程教學(xué)方法進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)。

（1）以科研與工作實(shí)踐促進(jìn)教學(xué)。大學(xué)教學(xué)不同于中學(xué)教學(xué)，大學(xué)是培養(yǎng)人才和創(chuàng)造知識的重要平臺，在大學(xué)教學(xué)過程中要講授傳播高深前沿的專業(yè)技術(shù)知識。只有通過科研歷練和工作實(shí)踐，大學(xué)教師才可以逐步提高專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)，才能緊跟進(jìn)而較好地把握本專業(yè)科技前沿?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程作為工科類重要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程任課教師更應(yīng)立足于科技前沿，通過科研工作不斷提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)，并將科研成果轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)理論知識滲透到教學(xué)過程中，這樣才能克服教材內(nèi)容滯后于最新專業(yè)科技知識的不足，保證教學(xué)質(zhì)量，同時通過“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)也能拓寬學(xué)生的科研視野和提升學(xué)生專業(yè)知識水平。為此，筆者在教學(xué)過程中穿插介紹了課題組在采空區(qū)自然發(fā)火、礦井降溫等領(lǐng)域與熱力學(xué)和傳熱學(xué)有關(guān)的研究成果。

（2）設(shè)立課程助教和網(wǎng)絡(luò)討論課堂，增強(qiáng)課程教學(xué)答疑和交流。為了及時解答學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，在“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)過程中筆者安排了助教，助教一般由青年教師或高年級研究生擔(dān)任，主要負(fù)責(zé)課程作業(yè)批改和答疑，并不定時開展相關(guān)專題討論班，加強(qiáng)學(xué)生對重要章節(jié)的學(xué)習(xí)和理解。另外，在課外，筆者還充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立了網(wǎng)絡(luò)討論課堂（QQ群）。針對課程學(xué)習(xí)疑難問題、課程建設(shè)及改進(jìn)建議等問題學(xué)生都可以在課程討論群中提出，助教或任課教師基本每天都會登陸討論群回答學(xué)生提出的問題。通過設(shè)立助教和建立網(wǎng)絡(luò)討論渠道，較大程度上增進(jìn)了課堂教學(xué)以外老師和學(xué)生的交流，提升了該課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（3）借助現(xiàn)代多媒體教育技術(shù)豐富教學(xué)手段。近年來，隨著計算機(jī)科技和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，多媒體技術(shù)成為教育教學(xué)過程中一個非常重要和便利的工具?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程涉及的公式和圖表非常多，采用多媒體技術(shù)可以顯著節(jié)省教師對一些公式和圖表的板書時間，不僅能提高教學(xué)效率，并且采用圖文并茂的PPT可以形象具體地展示教學(xué)內(nèi)容，利于學(xué)生理解。然而，對于比較重要的教學(xué)內(nèi)容，比如導(dǎo)熱微分方程、對流換熱方程等數(shù)學(xué)描述的推導(dǎo)，筆者仍采用傳統(tǒng)板書方式，詳細(xì)分析和講解重要定律和公式的提出和推導(dǎo)過程。另外，要充分利用多媒體技術(shù)的多種媒介形式，包括多種形態(tài)的文字、圖片、動畫、錄像等。[5]目前筆者已經(jīng)制作和收集了一些圖片和視屏（熱電偶等測溫器件、肋片、換熱器傳熱過程Flash、煤自燃實(shí)驗錄像等），在課堂教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的效果，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，也加深了學(xué)生對傳熱學(xué)在科技生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的認(rèn)識。

（4）改革和優(yōu)化考核方式?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程涉及的公式和準(zhǔn)則特別多，有些公式較難記憶和推導(dǎo)，因此任課教師在閉卷考試命題時不得不壓縮范圍，這導(dǎo)致一些同學(xué)在考試復(fù)習(xí)時會忽略一些教學(xué)內(nèi)容。為了使學(xué)生能對熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論知識有一個整體的把握和思考，特別是對該課程基本理論的應(yīng)用有較深刻的認(rèn)識和理解，筆者采用多元化考核方式。多元化成績評定包括三部分：第一，課后習(xí)題作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)、課下網(wǎng)絡(luò)討論表現(xiàn)情況；第二，專題大作業(yè)完成情況，專題大作業(yè)主要是基于熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論開展相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計或數(shù)值模擬等；第三，閉卷考試成績。采取這種多元化考核方式，不僅能促進(jìn)學(xué)生對熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論知識的深入學(xué)習(xí)和掌握，也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，提升實(shí)踐應(yīng)用能力，有助于培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

3.學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)引導(dǎo)

為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，筆者在“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)過程中通過多種形式對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)或提供多種實(shí)踐渠道進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（1）設(shè)置熱力學(xué)和傳熱學(xué)專題大作業(yè)。在教學(xué)過程中，筆者精心選取了多個與熱力學(xué)和傳熱學(xué)密切相關(guān)的專業(yè)問題，讓學(xué)生分組協(xié)作，首先對這些問題進(jìn)行調(diào)研，然后開展實(shí)驗設(shè)計和數(shù)值模擬分析，并寫出相應(yīng)的總結(jié)報告。最后，利用討論課時間，組織各組以PPT形式進(jìn)行匯報，通過提問和討論意見進(jìn)一步完善作業(yè)成果。專題大作業(yè)的成果作為期末考試總成績評定的一部分。在課堂教學(xué)過程中增加學(xué)生參與的比重，使學(xué)生成為課程學(xué)習(xí)的主體，能為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力創(chuàng)造有利條件。[6]

（2）利用大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目。目前，我校積極響應(yīng)國家、北京市有關(guān)開展大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的政策和工作安排，每年都組織設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目近300項，這為我校大學(xué)生參與科研工作、開展創(chuàng)新活動提供了重要的平臺和良好的條件。我?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程剛好在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目立項這學(xué)期開課，在教學(xué)過程中，筆者鼓勵學(xué)生應(yīng)用熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論進(jìn)行選題，并在開展研究工作過程中給予方法和技術(shù)指導(dǎo)。

（3）利用校外實(shí)踐基地現(xiàn)場實(shí)習(xí)交流。為了提高學(xué)生的實(shí)際工作能力和教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才，以盡快適應(yīng)社會發(fā)展的人才需求，和加強(qiáng)本科實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，我校資源與安全工程學(xué)院積極開展校企合作實(shí)踐教學(xué)，目前已建立了39個校外實(shí)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)基地。在“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)過程中，筆者穿插介紹了安全工程專業(yè)相關(guān)應(yīng)用案例，同時，也經(jīng)常給學(xué)生灌輸實(shí)踐學(xué)習(xí)的思想，鼓勵學(xué)生好好利用實(shí)踐基地這個很好的學(xué)習(xí)平臺，到實(shí)踐基地去實(shí)習(xí)或社會實(shí)踐時現(xiàn)場觀察、學(xué)習(xí)熱力學(xué)和傳熱學(xué)的應(yīng)用實(shí)例。通過現(xiàn)場學(xué)習(xí)能較大程度上拓展學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用思維和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。

三、結(jié)語

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程在理工科本科生教育中占有重要地位，它源于工程實(shí)際問題，也發(fā)展、應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題。為能使熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識適應(yīng)社會發(fā)展需要和滿足現(xiàn)代社會對信息型、復(fù)合型人才的需求，“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法需不斷改進(jìn)和優(yōu)化。

本文以安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教學(xué)為例，針對該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)特點(diǎn)和目前教學(xué)中存在的典型問題和不足，提出了該課程教學(xué)改革和優(yōu)化的思路和具體改進(jìn)實(shí)施方案。該課程教學(xué)改革在安全工程專業(yè)教學(xué)中實(shí)踐結(jié)果表明，新的人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)模式下“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量有較大改觀，學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)情況、分析解決問題能力、實(shí)踐應(yīng)用能力都得到較大提升。筆者對該課程在安全工程專業(yè)本科教育中的課程改革和教學(xué)實(shí)踐，希望能為國內(nèi)其他高校理工科“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革提供思路借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]于靖博，董麗娜，趙蘭英.《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣州化工，2013，41（11）：259-260.

[2]林日億，梁金國，黃善波，等.安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革[J].中國電力教育，2010，（167）：93-95.

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ZOU Zhong-li MA Jin-fu CHEN Zhan-lin

（School of Materials Science and Engineering， Beifang Univesity of Nationalities， Yinchuan Ningxia 750021， China）

【Abstract】According to the characteristics of Physical Chemistry and the development requirements of the major， teaching reform is carried out in Physical Chemistry course. The reform includes changing in curriculum， improving teaching content and updating teaching methods. The students’ interest and learning initiative are increased clearly， and the quality of teaching and the teaching level are improved effectively by teaching reform.

【Key words】Physical chemistry；Teaching reform；Teaching effect

物理化學(xué)是新能源材料與器件專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是從化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象的聯(lián)系中，尋找和探索化學(xué)反應(yīng)過程中普遍性變化規(guī)律的一門科學(xué)[1]，研究內(nèi)容包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)及表面化學(xué)等，其研究目的是探究物質(zhì)變化過程的基本規(guī)律，用于解決科學(xué)研究和實(shí)際生活中的問題?！靶履茉床牧吓c器件專業(yè)”是今年教育部2010年公布的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)之一，全國共有十余所高校獲準(zhǔn)設(shè)立該新專業(yè)。物理化學(xué)課程可為新能源材料與器件專業(yè)后續(xù)課程、創(chuàng)新實(shí)驗和畢業(yè)設(shè)計提供重要理論支撐。通過新能源專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐，筆者從以下幾方面談幾點(diǎn)認(rèn)識和體會，供大家探討。

1 存在的問題

物理化學(xué)課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，公式多，概念多，需要教授的知識點(diǎn)多，而課時卻非常有限。正由于這些特點(diǎn)使得該課程成為高等院校中有名難學(xué)難懂的專業(yè)課，考試通過率普遍很低。通過本校新能源專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生也普遍反映該課程理論概念抽象、相關(guān)公式和使用的限定條件眾多，十分難學(xué)，在學(xué)習(xí)過程極易產(chǎn)生厭倦和抵觸的情緒。

此外，物理化學(xué)存在的另一問題是學(xué)習(xí)起點(diǎn)高。前修課程包括高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，無機(jī)化學(xué)。由于各課程自成體系，互相封閉，各自為教造成基礎(chǔ)課，基礎(chǔ)課與專業(yè)課存在重復(fù)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重。使得教與學(xué)都十分困難，教師要耗費(fèi)大量時間解釋相關(guān)課程的基礎(chǔ)知識，而學(xué)生也難以理解和接受。比如在微積分和微分方程都沒有學(xué)到情況下，讓學(xué)生理解化學(xué)動力學(xué)中n級反應(yīng)，顯然是不恰當(dāng)?shù)?，再如多組分系統(tǒng)熱力學(xué)中偏摩爾量的概念，沒有高數(shù)知識也是無法理解的，這樣的教學(xué)脫離了學(xué)生的基礎(chǔ)，也違背了循序漸進(jìn)的教學(xué)原則[2]。

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

針對目前物理化學(xué)的現(xiàn)狀，筆者首先從教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)體系進(jìn)行了重新梳理，具體包括以下三方面。

2.1 修訂教學(xué)大綱，力求內(nèi)容少而精

目前全國大多數(shù)高校中開設(shè)的物理化學(xué)課程學(xué)時至少在80學(xué)時以上，而本校物理化學(xué)課程的學(xué)時只有48學(xué)時。這造成了在選取教材方面存在極大的困難，物理化學(xué)的經(jīng)典教材有很多，然而即使在簡明教材中也難有一種符合本校專業(yè)的培養(yǎng)要求。本課程曾經(jīng)選用的教材在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，雖然是面向材料專業(yè)編寫的，并且在課程內(nèi)容方面對材料專業(yè)也有所側(cè)重，但書籍閱讀理論基礎(chǔ)較高，學(xué)生普遍反映看不懂。綜合考慮采用清華大學(xué)朱文濤教授主編的《物理化學(xué)簡明教程》，該書對傳統(tǒng)物理化學(xué)的內(nèi)容去繁就簡，內(nèi)容也深入淺出。在此基礎(chǔ)上要求教師在授課過程中也不唯書，不照本宣科，對原有教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，比如去掉物質(zhì)的狀態(tài)與表征一章，合并表面和膠體兩章，使其更具有科學(xué)性和概括性。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣

興趣是最好的老師，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣一直是物理化學(xué)教學(xué)中關(guān)注的問題[3]。物理化學(xué)是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的課程，在講授過程中注重科學(xué)發(fā)展史的介紹。例如熱力學(xué)第二定律的講授過程中增加熱力學(xué)定律研究和產(chǎn)生的歷史過程，引入永動機(jī)的起源和爭論，既可以引發(fā)學(xué)生的聽課興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的科學(xué)思維。再如冰箱制冷與卡諾循環(huán)、中暑與熵病、土壤保墑與開爾文公式、鹵水點(diǎn)豆腐與膠體聚沉等，將生活中常見的現(xiàn)象與本課程有機(jī)地聯(lián)系起來。此外結(jié)合專業(yè)以課程內(nèi)容為主線，介紹一些與新能源專業(yè)聯(lián)系緊密的科技進(jìn)展，如在電化學(xué)章節(jié)可增加與新能源專業(yè)聯(lián)系緊密的鋰離子電池、燃料電池等的發(fā)展，經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐收到了很好的教學(xué)效果。

2.3 梳理知識結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)與其他學(xué)科的關(guān)系

在教學(xué)過程中教師需要經(jīng)過思維加工，設(shè)計出課程知識體系，以便于學(xué)生理解掌握。物理化學(xué)的概念多，對于每一個概念教師在上課過程中確切說明：問題是怎么提出來的？它的定義是如何表述的，其物理意義是什么？適用范圍是什么？等等。通過舉例的方式詳細(xì)講解各個章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，將知識點(diǎn)聯(lián)系起來，融會貫通[4]。針對無機(jī)化學(xué)與本課程在內(nèi)容上有一定重復(fù)，避免低層次的重復(fù)，充分利用學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗，重點(diǎn)介紹以前未學(xué)的知識點(diǎn)，使得兩門課程可以很好地銜接起來。針對物理化學(xué)中大量定義、結(jié)論、推導(dǎo)過程都使用了大量的數(shù)學(xué)知識，在實(shí)際教學(xué)過程，教師有意識地提前安排學(xué)生進(jìn)行課外復(fù)習(xí)，對于一些重要的數(shù)學(xué)知識，可以在課堂上進(jìn)行簡要復(fù)習(xí)[2]。

3 多種教學(xué)方法和教學(xué)手段

3.1 改進(jìn)教學(xué)方法

教學(xué)方法的改革包括在課堂教學(xué)過程中擺脫滿堂灌的模式，要想調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，設(shè)疑啟發(fā)是一個有效途徑[5]，在教學(xué)過程中多提示、多啟發(fā)，將理論和例題講解相結(jié)合的方式，講述理論時可以選用學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象來設(shè)置疑問，進(jìn)而引出理論解釋；講解精選例題時多啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)正確的思維方式，實(shí)現(xiàn)教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的雙向互動，充分調(diào)動學(xué)生的參與意識、主動性和積極性，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

3.2 多種教學(xué)手段相結(jié)合

多媒體相對于傳統(tǒng)板書教學(xué)有著不可比擬的功能，可以形象使用圖表動畫形式演示抽象的物理化學(xué)理論，提高課堂效率，還可以通過視頻形式向?qū)W生展示一些重要的科技前沿成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維[6]。此外，在采用多媒體輔助教學(xué)的基礎(chǔ)上，課下可依托學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建立該課程的學(xué)習(xí)平臺，使得課堂教學(xué)得以延續(xù)和補(bǔ)充。將課程簡介、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教案、參考書目等相關(guān)內(nèi)容上傳，讓學(xué)生根據(jù)自己實(shí)際情況在課下自由選擇時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，解決自身存在的不同問題，同時可以強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解和掌握，提高學(xué)生的自學(xué)能力。

篇5

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理；教學(xué)方法；現(xiàn)存問題

1大學(xué)物理教學(xué)面臨的問題

1．1大學(xué)物理的學(xué)科地位正在逐步弱化

當(dāng)前有一定數(shù)量的師生群體對大學(xué)物理的學(xué)科地位缺乏深刻的認(rèn)識，他們認(rèn)為非物理專業(yè)的學(xué)生將大學(xué)物理作為必修課沒有多少實(shí)際意義，同時許多院校非物理專業(yè)學(xué)生的大學(xué)物理課時數(shù)量也在逐漸下降。［1］國家教育部門2015年頒布的關(guān)于大學(xué)物理課程的規(guī)范要求各院校大學(xué)物理的課時不能少于144課時，然而真正嚴(yán)格按照要求執(zhí)行的院校少之又少，大部分院校的課時在72至108之間，課時數(shù)量更少的也不在少數(shù)。

1．2大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容顯得過于陳舊

物理學(xué)主要劃分為經(jīng)典物理和近代物理兩個版塊，然而值得注意的是，當(dāng)前大部分高校的大學(xué)物理所講授的內(nèi)容中經(jīng)典物理占據(jù)超過了百分之八十的比例，近代物理部分的知識講授嚴(yán)重不足。經(jīng)典物理所包含的理論與概念都是二十世紀(jì)前的研究成果，這些在大部分中學(xué)物理教材中都有所涉及，因此難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后近代物理的有關(guān)內(nèi)容卻因為課時原因而無法做足夠的介紹，這就從根本上導(dǎo)致了教學(xué)內(nèi)容的陳舊。

1．3大學(xué)物理的考核評價方式過于單一

絕不部分院校在大學(xué)物理這門課上采取的計分方式都是綜合評價，即平時成績與期末卷面成績的加權(quán)分?jǐn)?shù)。平時成績主要又來自課后作業(yè)，然后由于網(wǎng)絡(luò)的便捷性，基本上所有習(xí)題的答案都能通過網(wǎng)絡(luò)找到，因此課后作業(yè)的成績很難反映出學(xué)生是否真的掌握了知識點(diǎn)以及學(xué)習(xí)態(tài)度是否端正。而期末考試也只是單純的卷面答題，這對于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)造成了巨大障礙，難以真正鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力以及創(chuàng)新思維。

2大學(xué)物理教學(xué)新方法

2．1緒論部分

緒論部分是整個課程的引入，包含了大學(xué)物理所要研究的對象、內(nèi)容以及需要用到的方法。緒論部分作為大學(xué)物理的第一節(jié)課，對于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣起到了關(guān)鍵作用。任課教師不應(yīng)當(dāng)只是照本宣科，將大學(xué)物理的各個章節(jié)羅列出來。為了增強(qiáng)課程的趣味性，在介紹物理學(xué)的研究對象和內(nèi)容時，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)運(yùn)用現(xiàn)實(shí)生活中的案例來解釋，特別是采用當(dāng)下大學(xué)生感興趣的話題，例如使用汽車在上坡時采用的是高檔位還是低檔位來解釋其中的物理原理。［2］在介紹物理學(xué)的發(fā)展歷程時，可以具體介紹某一物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)某一物理定律的過程，并在介紹過程中不斷提問，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，自己解決問題，總結(jié)問題，形成科學(xué)研究思路。在強(qiáng)調(diào)物理學(xué)的研究意義時，教師可以多舉一些物理學(xué)在所教學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例，例如對于計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，可以舉一些量子物理學(xué)在晶體管研究上的應(yīng)用。

2．2物理課程分層次教學(xué)模式的實(shí)施

根據(jù)不同專業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行教學(xué)層。將學(xué)緣相近的幾個專業(yè)作為一個單位，按照入學(xué)時學(xué)生的成績，將全部學(xué)生分成兩類班級，成績優(yōu)異的歸為一類，這類學(xué)生不需做進(jìn)一步細(xì)分;成績較差的也歸為一類，但是這類學(xué)生需做進(jìn)一步細(xì)分，綜合分析實(shí)際情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。同時多層次內(nèi)容選擇也可以安排在網(wǎng)上選修時由學(xué)生自主選擇，但是校方需要對選課系統(tǒng)做出一定限制，避免大部分學(xué)生都故意選擇內(nèi)容較淺的課程。

2．3經(jīng)典物理部分

經(jīng)典物理部分的內(nèi)容大多都在中學(xué)課程中介紹過，因此不必面面俱到，對于不同專業(yè)的學(xué)生應(yīng)該有所側(cè)重，例如對于化工類的學(xué)生，應(yīng)該著重講授熱力學(xué)模塊，為化工類學(xué)生后續(xù)的物化課程做鋪墊;對于機(jī)械類的學(xué)生，應(yīng)該著重講授力學(xué)模塊，為機(jī)械類學(xué)生后續(xù)的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程做鋪墊;對于信息類的學(xué)生，應(yīng)該著重講授電磁學(xué)版塊，為信息類學(xué)生后續(xù)的光電學(xué)課程做鋪墊。［3］在對各專業(yè)學(xué)生授課時，要注意有的放矢，使得學(xué)生在學(xué)學(xué)物理時能夠感受到其與自身專業(yè)的關(guān)聯(lián)性，從而獲得更大的學(xué)習(xí)目的性和動力。對各專業(yè)學(xué)生講授經(jīng)典物理的其他版塊時，應(yīng)當(dāng)以實(shí)例為引入，以拓寬視野為主要教學(xué)目標(biāo)。

2．4近代物理部分

近代物理學(xué)的重要理論對于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步具有巨大價值，然而，這個部分的內(nèi)容過于抽象，一般學(xué)生難以熟練掌握。因此，大學(xué)物理教師在講授這個版塊的內(nèi)容時，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對概念的介紹，盡量跳過對定理的推導(dǎo)，并以近代物理的研究成果為依托，著重對理論進(jìn)行初步介紹。著名物理學(xué)家費(fèi)恩曼對于物理的學(xué)習(xí)曾提出過自己的看法，“學(xué)習(xí)物理的人不應(yīng)該只是試圖去解出微分方程，而是應(yīng)當(dāng)嘗試?yán)斫馑鼈兊暮x”。在狹義相對論的教學(xué)中，我國教師的教學(xué)重點(diǎn)普遍在于洛侖茲推導(dǎo)公式，并以此為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出一系列公式，注重的是公式的推導(dǎo)而不是內(nèi)涵的探索。相反，國外的部分物理教材一般會通過簡單的舉例來解釋公式的導(dǎo)出，而不是用嚴(yán)格、冰冷的數(shù)學(xué)方式進(jìn)行推導(dǎo)，這種方法能夠大大節(jié)約公式的學(xué)習(xí)時間，加深公式的理解程度，這顯然更加符合大學(xué)物理的教學(xué)目的。此外，高校還應(yīng)當(dāng)適時舉辦一些物理學(xué)專題講座，向?qū)W生們宣導(dǎo)物理技術(shù)近年來的發(fā)展概況，使學(xué)生們在了解理論知識的基礎(chǔ)上，對物理技術(shù)的動向也能有所認(rèn)知。

3結(jié)語

物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，是廣大科研工作者從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)，大學(xué)物理作為理工科學(xué)生的必修課程，其包含了對于科學(xué)研究理論與方法的傳授，對于理工科學(xué)生的專業(yè)發(fā)展具有重要價值。因此，各高校應(yīng)當(dāng)重視大學(xué)物理這門課程的教學(xué)，并從教學(xué)方法上入手，解決當(dāng)前大學(xué)物理教學(xué)中存在的諸多問題。

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篇6

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；科學(xué)通識；科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0109-02

在諸多的工科院校中，大學(xué)物理是工科學(xué)生中必修的基礎(chǔ)課之一。作為高等教育中的自然科學(xué)類基礎(chǔ)課程，大學(xué)物理是研究物質(zhì)基本運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)，是自然科學(xué)的核心[1]，是傳播科學(xué)思維、加強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)的重要承載體。物理學(xué)的精神是求真、求實(shí)和創(chuàng)新[2]。雖然理工科的課程都能通過潛移默化，而起到提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的作用；但是只有大學(xué)物理課程，可以把這個問題作為一項專門的議題來對待，教師講課的宗旨也可以由知識的傳授而轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。

一、我校工科大學(xué)物理教學(xué)的現(xiàn)狀

我校的大學(xué)物理教學(xué)目前還是沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)模式，分為理論授課和實(shí)驗教學(xué)兩個部分。理論教學(xué)根據(jù)所在學(xué)科的不同，主要分成96學(xué)時和72學(xué)時兩種。主要承擔(dān)質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)、電磁學(xué)、振動和波動理論、光學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)時數(shù)多一些的會簡單講授狹義相對論和量子論的基本內(nèi)容。實(shí)驗教學(xué)一般為40～60學(xué)時，主要完成經(jīng)典物理學(xué)中一些代表性實(shí)驗的內(nèi)容。除了課堂教學(xué)外，還有網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)；任課教師會根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況，節(jié)選一些和教學(xué)內(nèi)容有關(guān)聯(lián)的課外內(nèi)容，放在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，供學(xué)生們自己學(xué)習(xí)或者練習(xí)。理論課程的學(xué)習(xí)效果檢測，由標(biāo)準(zhǔn)化試題庫里選題組卷，通過閉卷考試來完成?，F(xiàn)行的這套教學(xué)模式已經(jīng)延續(xù)了近三十年，對提升工科學(xué)生的物理基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)科學(xué)的思想方法和研究方法起了積極的影響，充當(dāng)了基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間的橋梁，對我校培養(yǎng)出合格的本科畢業(yè)生發(fā)揮了非常重要的作用。

但隨著社會的發(fā)展，大學(xué)物理的這套教學(xué)模式面臨著越來越多的問題。包景東對現(xiàn)有的教學(xué)流程作了精辟的總結(jié)：“教師在課堂上講授正確的知識，學(xué)生在課后做正確的練習(xí)，但缺乏批判性思維的訓(xùn)練和科學(xué)精神的引導(dǎo)。”[3]最終，這樣的教學(xué)變成了以考試要求的“解題”內(nèi)容為中心的教學(xué)，教師講課的重點(diǎn)變成了基本的物理概念、重要公式及其解題中的應(yīng)用，使得大學(xué)物理變成了一項枯燥無趣的課程。

這樣乏味的教學(xué)對學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情也是毀滅性的打擊。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情往往是靠功課的“有用性”和“有趣性”來激發(fā)的。理工性質(zhì)的基礎(chǔ)課程就是數(shù)學(xué)類課程和大學(xué)物理課程，其他課程都是專業(yè)課或者專業(yè)基礎(chǔ)課程。大部分的學(xué)生以就業(yè)或考研為導(dǎo)向來進(jìn)行學(xué)習(xí)。大學(xué)物理課程不像具體的專業(yè)課那樣直接面向就業(yè)，又不像數(shù)學(xué)類課程那樣與考研息息相關(guān)，更何況，物理學(xué)概念和公式理解和應(yīng)用起來又具有相當(dāng)?shù)碾y度，從而大學(xué)物理變成了廣大工科學(xué)生覺得既“無趣”又“無用”，還很“難”的“雞肋”課程。對于“985”或者“211”學(xué)校，很多學(xué)生為了出國深造，會努力把大學(xué)物理學(xué)中的基本概念和公式吃透，因為國外高校一般都很看重平均成績點(diǎn)數(shù)（GPA，Grade Point Average）和基礎(chǔ)類課程成績；而對于普通的二本院校，能夠出國深造的學(xué)生是極少數(shù)，因此有熱情來學(xué)學(xué)物理的少之又少。從筆者所在的學(xué)校及兄弟工科院校從事大學(xué)物理教學(xué)的同行們反饋的信息來看，在大學(xué)物理課堂上能夠積極主動學(xué)習(xí)的學(xué)生，除了極少數(shù)是延續(xù)了中學(xué)對自然科學(xué)的興趣的，基本都是為了高分而獲得獎學(xué)金而學(xué)習(xí)。

這種教學(xué)模式還帶來了一個更嚴(yán)重的后果，就是各個工科專業(yè)建設(shè)者們也覺得大學(xué)物理課程是“費(fèi)力且無用”的，從而會大力壓縮大學(xué)物理的課時。以筆者所在的學(xué)校為例，信息類專業(yè)中大學(xué)物理的課時數(shù)就設(shè)置成了48學(xué)時，如果不是教育部教學(xué)大綱的指導(dǎo)要求，大學(xué)物理課程很可能會從工科教學(xué)中消失。

大學(xué)物理教學(xué)面臨的現(xiàn)狀讓我們不得不深入思考：作為自然科學(xué)的核心課程，本質(zhì)上是既“有趣”又“有用”的，為什么會面臨如此尷尬的局面？筆者認(rèn)為，現(xiàn)有的教學(xué)模式是不合時宜的，要大力改革，教學(xué)的基本指導(dǎo)思想要從“掌握基本概念和公式而解題”轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲私饪茖W(xué)常識以提高科學(xué)素養(yǎng)”，課程的定位要從“物理學(xué)原理教學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱茖W(xué)通識教學(xué)”。

二、工科學(xué)生有提高科學(xué)素養(yǎng)的需求

根據(jù)2010年11月第八次中國公民科學(xué)素養(yǎng)調(diào)查報告顯示，中國大陸具備基本科學(xué)素養(yǎng)的公民比例達(dá)到3.27%，而同期人口普查數(shù)據(jù)的結(jié)果表明中國大陸大專以上學(xué)歷水平人口為8.9%，這說明大部分大學(xué)畢業(yè)生還不具備基本科學(xué)素養(yǎng)[1]。而在這份調(diào)查數(shù)據(jù)中，崇尚科學(xué)精神的公民比例達(dá)到64.94%[4]，這表明我國大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)還有極大的提升需求?？茖W(xué)素養(yǎng)包括很多方面，很難得有標(biāo)準(zhǔn)的定義，但普遍認(rèn)為包括三個方面：即對于科學(xué)知識達(dá)到基本的了解程度；對科學(xué)的研究過程和方法達(dá)到基本的了解程度；對于科學(xué)技術(shù)對社會和個人所產(chǎn)生的影響達(dá)到基本的了解程度。

很顯然，科學(xué)素養(yǎng)的提高是一個社會性工程，絕不可能僅僅由課堂教學(xué)來完成。課堂教學(xué)能夠傳遞的是認(rèn)識物質(zhì)世界的基本規(guī)律和基本方法，以及批判的科學(xué)思維方式；即廣博的自然科學(xué)知識面以及科學(xué)的探究方法，也就是“科學(xué)通識”。工科類學(xué)生的專業(yè)課程往往是針對某些具體問題的理論和解決方法，有“深度”而無“廣度”；側(cè)重于技術(shù)手段的改進(jìn)和提高，忽略了技術(shù)所依靠的基本物理原理的局限性和暫時性。尤其是“卓越工程師培養(yǎng)計劃”[5]出臺以來，我校越發(fā)注重實(shí)踐技能的培養(yǎng)，忽略了科學(xué)通識的教學(xué)和傳播。因而，工科學(xué)生是有提升科學(xué)素養(yǎng)，了解科學(xué)通識的需求的，科學(xué)通識教學(xué)應(yīng)當(dāng)專門作為一個課題來認(rèn)真研究。

三、科學(xué)通識教學(xué)由大學(xué)物理課程完成的合理性

很多學(xué)者認(rèn)識到在大學(xué)教育中應(yīng)該加強(qiáng)科學(xué)通識教學(xué)的重要性（見文獻(xiàn)[6]及其引用文獻(xiàn)），甚至文科類專業(yè)[7]也有這樣的呼吁。但是關(guān)于科學(xué)通識教學(xué)具體怎么實(shí)現(xiàn)，還沒有相關(guān)報道。在我國現(xiàn)行的教育體系下，只靠學(xué)生自主學(xué)習(xí)、電子刊物宣傳、學(xué)者講座等形式是不夠的，還是需要開設(shè)專門的課程來進(jìn)行教學(xué)。物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，處于諸多核心自然科學(xué)的基礎(chǔ)地位[8]，是研究自然界物質(zhì)最基本形態(tài)的科學(xué)。物理學(xué)是通過觀察、實(shí)驗、抽象、假設(shè)等研究方法并經(jīng)實(shí)踐的檢驗而建立起來的，是一門理論和實(shí)驗高度結(jié)合的精確科學(xué)，是最能體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展過程、研究方法和思維方式的學(xué)科。相比較數(shù)學(xué)課程和工科專業(yè)課程，大學(xué)物理是最合適來承擔(dān)科學(xué)通識教學(xué)的課程。

情形越來越清楚，大學(xué)物理課程不轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)通識教學(xué)，將會成為一個高校專業(yè)建設(shè)者和學(xué)生眼中越來越邊緣化的學(xué)科，將會繼續(xù)“無趣”且“無用”下去，廣大的大學(xué)物理授課從業(yè)者將會處于“空有滿腹經(jīng)綸，卻無人可與交流”的尷尬境地，唯有主動變革，放棄以公式為基礎(chǔ)的教學(xué)而轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴岣呖茖W(xué)素養(yǎng)為目的的教學(xué)，才能為大學(xué)教育做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]包景東.格物致理?批判性科學(xué)思維[M].2014，北京：科學(xué)出版社.

[4]高宏斌.第八次中國公民科學(xué)素養(yǎng)調(diào)查[J].中國科學(xué)基金，2011，（1）.

[5]林健.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”學(xué)校方案研究[J].高等教育工程研究，2010，（5）.

[6]馮惠敏，胡拓.自然科學(xué)通識課程教學(xué)質(zhì)量評價指標(biāo)構(gòu)建[J].宏觀質(zhì)量研究，2014，2（3）.

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關(guān)鍵詞 半導(dǎo)體物理學(xué) 課程探索

中圖分類號：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）02-0001-01

信息技術(shù)的基礎(chǔ)是微電子技術(shù)，隨著半導(dǎo)體和集成電路的迅猛發(fā)展，微電子技術(shù)已經(jīng)滲透到電子信息學(xué)科的各個領(lǐng)域，電子、通信、控制等諸多學(xué)科都融合了微電子科學(xué)的基礎(chǔ)知識?！栋雽?dǎo)體物理學(xué)》是微電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果以及學(xué)生未來的就業(yè)和發(fā)展。但是，《半導(dǎo)體物理學(xué)》具有理論性強(qiáng)、教學(xué)模式單一、教學(xué)內(nèi)容更新慢等特點(diǎn)，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在一定的難度。因此，本文從課堂教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，針對目前教學(xué)過程中存在的問題與不足，對微電子專業(yè)的《半導(dǎo)體物理學(xué)》課程進(jìn)行探索。

一、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

重慶郵電大學(xué)采用的教材為電子工業(yè)出版社劉恩科主編的《半導(dǎo)體物理學(xué)》，該教材具有知識體系完善、涉及知識點(diǎn)多、理論推導(dǎo)復(fù)雜、學(xué)科交叉性強(qiáng)等特點(diǎn)，需要學(xué)生有扎實(shí)的固體物理、量子力學(xué)、統(tǒng)計物理以及數(shù)學(xué)物理方法等多門前置學(xué)科的基礎(chǔ)知識。另外，我們開設(shè)的學(xué)生對象為微電子相近專業(yè)的學(xué)生，因而在課程內(nèi)容設(shè)置時有必要考慮學(xué)生知識水平及其知識結(jié)構(gòu)等問題。雖然微電子學(xué)相近專業(yè)開設(shè)了大學(xué)物理等課程，但是大部分專業(yè)未開設(shè)量子力學(xué)、固體物理及熱力學(xué)統(tǒng)計物理等前置課程，學(xué)生缺少相應(yīng)的背景知識。因此，我們在《半導(dǎo)體物理學(xué)》課程內(nèi)容設(shè)置上，需要將部分量子力學(xué)、固體物理學(xué)及統(tǒng)計物理學(xué)等相關(guān)知識融合貫穿在教學(xué)中，避免學(xué)生在認(rèn)識上產(chǎn)生跳躍。

從內(nèi)容上，依據(jù)課程大綱《半導(dǎo)體物理學(xué)》主要分為兩大部分，前半部分著重介紹半導(dǎo)體的電子狀態(tài)及對應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)，電子有效質(zhì)量、雜質(zhì)和缺陷能級、載流子的統(tǒng)計分布，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性與非平衡載流子，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡述了費(fèi)米能級、遷移率、非平衡載流子壽命等基本概念；后半部分對典型的半導(dǎo)體元器件及其性能進(jìn)行了深入分析?；谝陨戏治?，半導(dǎo)體物理課程對授課教師要求較高，需要教師采用多樣化的教學(xué)手段，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，注重理論推導(dǎo)與結(jié)論同相關(guān)電子元器件的實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生較好地理解并掌握相關(guān)知識。

二、教學(xué)方法與教學(xué)手段

為了讓學(xué)生能較好地掌握《半導(dǎo)體物理學(xué)》中涉及的理論及模型，需要采用多樣化的教學(xué)方法和手段?；凇栋雽?dǎo)體物理學(xué)》課程的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)黑板板書基礎(chǔ)上，充分利用PPT、Flash等多媒體軟件，實(shí)物模型等多種信息化教學(xué)手段，模擬微觀過程，使教學(xué)信息具體化，邏輯思維形象化，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性和主動性，從而達(dá)到提高課堂教學(xué)質(zhì)量的目的。

三、考核方式的改革

為了客觀地評價教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，改革考核方式是十分必要的。針對《半導(dǎo)體物理學(xué)》課程特點(diǎn)，對考核方式作如下嘗試：（1）在授課過程中，針對課程的某些重點(diǎn)知識點(diǎn)，設(shè)計幾個小題目，進(jìn)行課堂討論，從而增強(qiáng)學(xué)生上課積極性及獨(dú)立思考能力；（2）學(xué)期末提交針對課程總結(jié)的課程論文，使學(xué)生在對課程有更深入了解的同時激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造積極性。

《半導(dǎo)體物理學(xué)》是微電子技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)《半導(dǎo)體物理學(xué)》這門課的全面深入的改革，還有待與同仁一道共同努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯乃云.微電子專業(yè)“半導(dǎo)體物理”教學(xué)改革的探索[J].中國電力教育，2012，（13）.

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關(guān)鍵詞:建筑物理;課程;教學(xué)模式;改革

1建筑物理課程介紹

建筑物理課程是基于物理原理來提升建筑質(zhì)量的一門課程,該課程交叉了物理知識與建筑知識,通常重點(diǎn)研究建筑物在光學(xué)、熱力學(xué)以及聲學(xué)等方面的應(yīng)用.通過研究建筑設(shè)計中光學(xué)、熱力學(xué)以及聲學(xué)方面的知識,使得建筑物獲得更好的采光能力、隔熱保溫以及建筑降噪等優(yōu)勢.建筑物理課程作為建筑類專業(yè)的基礎(chǔ)課程,是提升建筑藝術(shù)性,充分發(fā)揮建筑舒適性和適用性的重要學(xué)科,下文重點(diǎn)分析該學(xué)科教學(xué)模式現(xiàn)狀以及改革思路.

2建筑物理課程教學(xué)模式現(xiàn)狀分析

2．1課程教授模式傳統(tǒng),不適應(yīng)學(xué)科發(fā)展要求

建筑類專業(yè)課程通常理論性較強(qiáng),對于學(xué)生實(shí)踐能力也有一定的要求,而當(dāng)前高校開展建筑物理課程教學(xué)模式依舊大量的以傳統(tǒng)的理論講解為主,學(xué)生被動學(xué)習(xí)的現(xiàn)象非常普遍,一方面是由于建筑類課程是一個體系性的學(xué)科,需要大量的專業(yè)學(xué)科反復(fù)堆積,學(xué)生往往缺乏必要的理論知識積累,造成學(xué)科的碎片化嚴(yán)重,另一方面,傳統(tǒng)的教學(xué)模式,展現(xiàn)給學(xué)生的往往都是一個個的推導(dǎo)過程或者是知識點(diǎn),學(xué)生不能通過理論的學(xué)習(xí)獲得直接的知識應(yīng)用,久而久之學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣以及積極性容易受挫,從而影響教學(xué)質(zhì)量.

2．2動手實(shí)踐不足,忽視建筑類專業(yè)的本質(zhì)

建筑類專業(yè)對學(xué)生動手實(shí)踐能力有著較高的要求,而具體教學(xué)實(shí)踐實(shí)施的時候,往往受到教學(xué)條件、教學(xué)設(shè)計等方面的原因,造成學(xué)生真正的動手實(shí)踐操作不足,而僅有的實(shí)踐課程還常以驗證性的實(shí)驗為主,在既定的“實(shí)驗條件和實(shí)驗結(jié)論”的前提下,建筑類學(xué)科的創(chuàng)新性和發(fā)展性受到了較大的限制,而,這也是建筑物理學(xué)科教學(xué)模式過程中存在的重大問題.

2．3對于現(xiàn)代化教學(xué)輔助設(shè)備應(yīng)用不足

建筑物理教學(xué)除了上述兩個方面的不足,對于現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備應(yīng)用不足也是比較突出的現(xiàn)狀.在實(shí)際的教學(xué)過程中,對于多媒體教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用往往僅局限于教學(xué)講稿的演示,而對于教學(xué)軟件以及建筑模型多角度、多層次的展示則很少出現(xiàn)在具體的教學(xué)過程中,造成了現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備的極大浪費(fèi).一方面這于教師對于現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備的應(yīng)用能力有關(guān),另一方面是高校建筑物理教學(xué)建設(shè)的欠缺.

3建筑物理課程教學(xué)模式改革與探索

3．1創(chuàng)新教學(xué)模式,契合學(xué)科發(fā)展要求

提升建筑物理學(xué)科建設(shè),首先應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)思路,改變傳統(tǒng)的以講為主的教學(xué)模式,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,挖掘建筑類專業(yè)學(xué)科特點(diǎn),順應(yīng)教學(xué)發(fā)展要求.具體而言應(yīng)從以下幾個方面入手:其一,做好學(xué)科定位,建筑物理作為建筑類專業(yè)的基礎(chǔ)公共課程,對于不同專業(yè)方向要求和側(cè)重點(diǎn)都不盡相同,因此在具體的教學(xué)實(shí)施過程中,應(yīng)對其進(jìn)行細(xì)化,適應(yīng)不同專業(yè)方向的學(xué)科要求;其二,提升實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比重以及現(xiàn)代化的教學(xué)手段的應(yīng)用水平,充分發(fā)揮現(xiàn)代教學(xué)設(shè)施的優(yōu)勢,使得理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)齊頭并進(jìn);其三,在具體教學(xué)過程中應(yīng)突出學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性、主動性,畢竟學(xué)生是教學(xué)實(shí)施的對象,應(yīng)充分尊重“生本”教學(xué)理念,在教學(xué)過程中調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)建筑物理教學(xué)發(fā)展水平的提升.

3．2提升學(xué)生動手實(shí)踐能力

建筑物理教學(xué)過程中做好學(xué)生動手實(shí)踐能力的培養(yǎng),可以嘗試當(dāng)前非常流行的“項目式”教學(xué),以具體的小項目代替?zhèn)鹘y(tǒng)的驗證性實(shí)驗,教師做好項目課題的設(shè)定,而具體的項目實(shí)施則由學(xué)生去完成,以理論指導(dǎo)實(shí)踐,在反復(fù)的動手實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)漏洞,使得二者都能得到有效的提升,項目的評價過程本文建議可以通過學(xué)生之間的交叉評價來完成,一方面鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力,同時也培養(yǎng)了學(xué)生總結(jié)評價能力.當(dāng)然,教師可以在項目結(jié)束之后,進(jìn)行普遍性的一個評價,真正將理論和實(shí)踐融入到建筑物理教學(xué)實(shí)施過程中來.

3．3充分應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)手段提升學(xué)科質(zhì)量

現(xiàn)代化教學(xué)手段的有效應(yīng)用也是提升建筑物理教學(xué)實(shí)施效果的重要思路,杜絕對多媒體等教學(xué)設(shè)施的單一化應(yīng)用(幻燈片的播放),充分應(yīng)用各種教學(xué)軟件以及其他工程類軟件(如AUTOCAD),在理論講解時通過配套的軟件模型演示,二維模型展示、3D模型展示,透視圖展示等等,使得學(xué)生能夠?qū)χR點(diǎn)有深層次的把握,同時還可以通過一些Flash軟件將具體的建筑實(shí)施過程進(jìn)行展示,使得學(xué)生能夠非常直觀的感受具體的建筑實(shí)施過程.當(dāng)然,對于現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)施的應(yīng)用,必然對教師的計算機(jī)應(yīng)用水平有著較高的要求,一些軟件的運(yùn)行對于計算機(jī)的運(yùn)行環(huán)境也有一定的要求,這都是在具體實(shí)施過程中容易出現(xiàn)的一些問題.總之,建筑物理課程教學(xué)模式的改革,應(yīng)從教學(xué)創(chuàng)新、教學(xué)實(shí)踐和現(xiàn)代化教學(xué)輔助設(shè)備的應(yīng)用等諸多方面共同加強(qiáng),多角度、多層次提升建筑物理教學(xué)質(zhì)量,促進(jìn)學(xué)科發(fā)展.

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關(guān)鍵詞: 大學(xué)物理教學(xué) 認(rèn)知結(jié)構(gòu) 正遷移

1.引言

大學(xué)物理學(xué)作為高校理工科學(xué)生的一門必修課,不僅具有科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和很強(qiáng)的實(shí)踐性,而且具有廣泛的應(yīng)用性和不斷的創(chuàng)新性。學(xué)生在學(xué)習(xí)新的物理知識時總是以原有的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ),原有的學(xué)習(xí)可能促進(jìn)也可能干擾后繼的學(xué)習(xí)。這種原有的知識結(jié)構(gòu)作用于所學(xué)新知識的情況在很大程度上影響到學(xué)習(xí)效果,因此受到教育學(xué)家和心理學(xué)家的普遍重視,這就是高等教育心理學(xué)中的“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”及“學(xué)習(xí)遷移”的問題,其成為學(xué)習(xí)問題研究中的一個重要方面。

所謂“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”[1],簡單來說就是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中在其頭腦中已經(jīng)建立起來的知識結(jié)構(gòu);而“學(xué)習(xí)遷移”[2]指的是已經(jīng)獲得的知識、方法、技能對學(xué)習(xí)新知識的影響。積極的影響稱之為正遷移,而消極的影響稱之為負(fù)遷移。可辨別性是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一個重要的因素,如果我們在大學(xué)物理實(shí)際教學(xué)工作中采取科學(xué)的方法調(diào)節(jié)并優(yōu)化這一因素,就能夠促使正遷移產(chǎn)生,從而促進(jìn)教學(xué)工作,提高教學(xué)效果,極大地促進(jìn)大學(xué)物理的教學(xué)工作。

2.“認(rèn)識結(jié)構(gòu)”的可辨別性與“正遷移”

美國著名認(rèn)知教育心理學(xué)家奧蘇伯爾認(rèn)為學(xué)生的學(xué)習(xí)主要是有意義的接受學(xué)習(xí)[3]。學(xué)生在有意義的接受學(xué)習(xí)過程中在其頭腦中必然會建立一定的知識結(jié)構(gòu),這就是高等教育心理學(xué)中所稱的“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”。具體地說,“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”就是指學(xué)生在某一學(xué)科的特殊知識領(lǐng)域內(nèi)觀念的全部內(nèi)容及其組織?？杀鎰e性是“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的一個重要因素,是指新的學(xué)習(xí)內(nèi)容與同化它的起固定作用的原有內(nèi)容的分化程度。如果一個學(xué)生的原有知識是按一定的結(jié)構(gòu)、分層次嚴(yán)密組織好的,則他在遇到新的學(xué)習(xí)任務(wù)時,不僅能迅速在原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中找到新知識的固定點(diǎn),而且易于辨別新舊知識的異同。

奧蘇伯爾在有意義的接受學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上提出了一種新的“學(xué)習(xí)遷移”理論,稱為認(rèn)知結(jié)構(gòu)說[4]。認(rèn)知結(jié)構(gòu)說認(rèn)為在有意義的接受學(xué)習(xí)中,學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是有效影響學(xué)習(xí)遷移的重要因素。學(xué)生應(yīng)該積極地利用舊知識理解新知識,把新知識納入到己有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,這個過程實(shí)際上就是有效的正遷移過程。因此,教師通過調(diào)節(jié)可辨別性,使學(xué)生的“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”組織有序、層次分明,易于實(shí)現(xiàn)正遷移,是至關(guān)重要的。

3.采取知識類比的策略,提高“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的可辨別性,促進(jìn)學(xué)習(xí)正遷移

“類比”是人們認(rèn)識事物本質(zhì)特征的一種基本方法,是一種必須由原有“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”來積極心理參與的認(rèn)知行為,是學(xué)習(xí)主體在探究中求同辨異,在已有的認(rèn)知基礎(chǔ)上,突破固有的認(rèn)識束縛,建立新的認(rèn)知結(jié)構(gòu),獲得新的本質(zhì)的認(rèn)識過程。而知識類比策略本身就是一種很好的學(xué)習(xí)方法。

注重新知識與新知識、新知識與舊知識之間的類比,能夠增強(qiáng)學(xué)生“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的可辨別性。而“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的可辨別性又是影響學(xué)習(xí)遷移的重要因素。事實(shí)上大多數(shù)學(xué)生的“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”并不總是條理清晰可辨的,有時甚至是組織無序、層次混亂的。因此,采取知識類比的策略可以有效地提高可辨別性,增強(qiáng)“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的條理性和可利用性。我們在大學(xué)物理實(shí)際教學(xué)過程中,著重運(yùn)用了類比的教學(xué)策略,優(yōu)化了學(xué)生的“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”,使之組織有序、層次分明,有效地增強(qiáng)了認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可辨別性,實(shí)現(xiàn)了最大限度的學(xué)習(xí)正遷移。

我們在大學(xué)物理教學(xué)過程中主要采用了以下四種類比策略。

3.1概念類比法

在大學(xué)物理課堂教學(xué)中,教師應(yīng)當(dāng)扎扎實(shí)實(shí)抓好物理概念等基礎(chǔ)知識的講解,通過類比不同的物理概念,加深學(xué)生對概念本質(zhì)屬性的理解,對容易混淆、認(rèn)識模糊的概念加以區(qū)別、判斷,有意識地引導(dǎo)學(xué)生對概念進(jìn)行比較區(qū)別,認(rèn)識規(guī)律的本質(zhì)特征。還可以通過類比法,加深理解大學(xué)物理“力、熱、電、光”四大部分之間不同物理量與概念的異同點(diǎn),可以總結(jié)歸納知識網(wǎng)絡(luò),提高對物質(zhì)的整體認(rèn)識。

例如,我們在教授學(xué)生學(xué)習(xí)光波的某些知識時,完全可以類比機(jī)械波的一些概念。首先復(fù)習(xí)機(jī)械波的相關(guān)知識――波的疊加原理,波具有獨(dú)立傳播性(兩波相遇后分開,仍保持各自原來的特征),還具有運(yùn)動疊加原理(相遇區(qū)內(nèi)任一質(zhì)元的位移,是各波單獨(dú)在該點(diǎn)引起的振動位移的合成),頻率相同、振動方向相同、相差恒定的兩列波為相干波,在兩列相干波的交匯處會呈現(xiàn)出明暗相間的穩(wěn)定圖像,與時間無關(guān),這種現(xiàn)象稱為干涉現(xiàn)象。機(jī)械波的干涉分為干涉相漲和干涉相消,當(dāng)波程差為半波長的偶數(shù)倍即波長的整數(shù)倍時為干涉相漲,而波程差為半波長的奇數(shù)倍時為干涉相消。以上的關(guān)于機(jī)械波的知識已經(jīng)是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的一部分,完全可以作為學(xué)習(xí)光波知識在學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的固著點(diǎn),完全可以類比于光波的相關(guān)知識。光波也同樣具有波的獨(dú)立傳播性和疊加原理,頻率相同、振動方向相同、相差恒定的兩列光為相干光,光的干涉條紋也是明暗相間的,且當(dāng)光程差為半波長的偶數(shù)倍即波長的整數(shù)倍時為干涉相漲,呈現(xiàn)為亮條紋,而光程差為半波長的奇數(shù)倍時為干涉相消,呈現(xiàn)為暗條紋。

再如,力學(xué)中的慣性和熱學(xué)中的比熱容這兩個概念,表面上它們之間毫無聯(lián)系,但通過類比,就可以發(fā)現(xiàn)它們還是有一定聯(lián)系的。慣性是物質(zhì)本身的屬性,與物體的速度、加速度無關(guān)。“慣性”可以看作是物體反抗改變運(yùn)動狀態(tài)的一種“惰性”,那么無論物體是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動狀態(tài),這種性質(zhì)都是有的。這時學(xué)生已經(jīng)很好地理解了“慣性”的概念,“慣性”已經(jīng)成為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的一部分,完全可以作為學(xué)習(xí)“比熱容”在學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的固著點(diǎn),完全可以類比于“比熱容”的相關(guān)知識。如此說來,而熱學(xué)中的比熱容同樣是描述物質(zhì)本身的一種屬性,它與物質(zhì)的溫度、質(zhì)量、運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。同樣,比熱容可以通俗地看成是物質(zhì)的“惰性”,是物質(zhì)對改變溫度的反抗,比熱容越大,則它“惰性”越大。教師通過以上深層次的引申與類比,可以加深學(xué)生對慣性和比熱容這兩個概念的深刻理解。

又如,在學(xué)習(xí)量子物理的基本概念的波函數(shù)所滿足的條件時,其條件之一為有限性,函數(shù)的模的平方在整個空間內(nèi)出現(xiàn)的幾率為一,即歸一化條件。這些關(guān)于量子物理波函數(shù)歸一化的知識已經(jīng)成為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的一部分,完全可以作為學(xué)習(xí)熱學(xué)中的理想氣體麥克斯韋速率分布的歸一化性質(zhì)在學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的固著點(diǎn),完全可以類比于量子物理波函數(shù)歸一化的相關(guān)知識。這一知識點(diǎn)可以類比熱學(xué)中的理想氣體的麥克斯韋速率分布中的性質(zhì),在所有速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比的總和為一,亦即歸一化條件。諸如此類,在類比的過程中也包含物理知識與方法的遷移,并且教會學(xué)生辨認(rèn)知識的本質(zhì)特征,幫助學(xué)生把新知識納入自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中,實(shí)現(xiàn)知識的有效遷移。

3.2列表類比法

列表類比的方法更直觀地反映出不同物理本質(zhì)之間的異同。應(yīng)用列表類比法一定要講究文字簡潔明了、準(zhǔn)確、規(guī)范,這樣才能突出類比內(nèi)容的關(guān)鍵,使學(xué)生集中注意力,提高教學(xué)效果。

例如在講述相對論內(nèi)容時,關(guān)于洛侖茲變換在不同的條件下,表現(xiàn)出不同的類型,列表類比如下:

從上表可以簡潔明了地看出,在S系中發(fā)生的兩件事,在不同的時空條件下,在S系中觀察會表現(xiàn)出不同的結(jié)果。學(xué)生在學(xué)習(xí)這些知識時,通過類比能正確理解洛侖茲變換的整體聯(lián)系和在一定條件下矛盾的轉(zhuǎn)化,從而把握問題的實(shí)質(zhì)。學(xué)生容易找出知識點(diǎn)間的異同,增強(qiáng)知識間的可辨別程度,易于獲得精確、可分離性強(qiáng)的知識。

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再如,在講解熱力學(xué)第一定律的幾個特殊過程時,為了清晰地表示出這幾個特殊過種中的“功”、“熱”、“內(nèi)能”三個物理量的變化關(guān)系,教師可以列表類比如下:

從上表可以清楚地看出四個特殊過種中的“功”、“熱”、“內(nèi)能”三個物理量的變化關(guān)系。學(xué)生可以一目了然,更加容易加深理解與記憶。

3.3圖解類比法

圖解類比法,就是利用兩個物理量之間變化分布的關(guān)系圖把有關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行類比。類比可以突出某些概念、性質(zhì)、判定各種關(guān)系之間的區(qū)別和聯(lián)系,使各自的特點(diǎn)更為鮮明,使學(xué)生更能抓住特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)識、了解,從而熟練掌握,做到觸類旁通,靈活應(yīng)用知識。

圖解類比法非常直觀地比較物理量的性質(zhì)之間的變化關(guān)系。如圖1所示為不同溫度下絕對黑體單色輻射本領(lǐng)按波長分布曲線。從圖中可以清楚地看出,不同溫度下絕對黑體單色輻射本領(lǐng)是不同的,溫度越高,其溫度越高,則最高輻射本領(lǐng)也高;而且絕對黑體單色輻射本領(lǐng)隨著波長的分布關(guān)系基本是一致的,都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,都有一個最大輻射峰值點(diǎn)。通過圖解類比法,可以使學(xué)生很容易把握事物的本質(zhì),從而增強(qiáng)知識間的可辨別性。

3.4解題類比法

解題類比法是指類比出不同的解題方法,可以鍛煉學(xué)生判斷、歸納、理解問題的能力,做到舉一反三、觸類旁通。類比解題訓(xùn)練可以進(jìn)一步加深學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中某個知識點(diǎn)的可辨別性。例如:

習(xí)題1:氣體處于平衡態(tài)時,分子任何一個自由度的平均能量為()。

(A)ikT/2 (B)iRT/2 (C)RT/2 (D)kT/2

單獨(dú)呈現(xiàn)習(xí)題1,學(xué)生大多都徘徊于C和D之間。但給出習(xí)題2作為類比練習(xí)后,學(xué)生就會清楚應(yīng)該選C還是D。

習(xí)題2:氣體處于平衡態(tài)時,1mol理想氣體任何一個自由度的內(nèi)能為()。

(A)ikT/2 (B)iRT/2 (C)RT/2 (D)kT/2

通過這種類比練習(xí),學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中“一個理想氣體分子的能量”、“1mol理想氣體的能量”知識點(diǎn)的可辨別程度就大大加強(qiáng)了。

我們把類比法運(yùn)用到學(xué)生解題中,就是把相近的或相似的物理事實(shí)、物理現(xiàn)象一起呈現(xiàn)在學(xué)生面前時,學(xué)生就能通過類比,找出它們的共同特點(diǎn)和不同點(diǎn),找出它們的區(qū)別和聯(lián)系,從而增加學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可辨別性,更加深刻理解它們的特點(diǎn)。

4.結(jié)語

綜上所述,在大學(xué)物理教學(xué)中,我們通過分析和研究學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可辨別性,并采用多種類比的方法進(jìn)行調(diào)節(jié),很好地優(yōu)化了學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的正遷移。我在2009年度所教授的一個大學(xué)物理實(shí)驗班中,在實(shí)施“調(diào)節(jié)可辨別性、優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)”的策略之后,班級期末考試成績大幅度提高,平均成績提高了11分,由原來的63分提高到74分,提高幅度為17.5%。說明了通過調(diào)節(jié)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的可辨別性,可以優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu),產(chǎn)生正遷移,提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

[1]邵瑞珍.教育心理學(xué)[M].上海教育出版社,1997:219-249.

[2]莫雷.教育心理學(xué)[M].廣東高等教育出版社,2002.

[3]羅伯特?斯萊文著.姚梅林譯.教育心理學(xué)理論與實(shí)踐[M].人民郵電出版社,2004.

篇10

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)模擬；MATLAB編程；傅立葉變換；計算全息

0 引言

數(shù)字模擬是伴隨著計算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展而逐步形成的一門學(xué)科，是集物理、數(shù)學(xué)和計算機(jī)三者相結(jié)合的產(chǎn)物，主要運(yùn)用計算機(jī)對所要研究的復(fù)雜問題進(jìn)行數(shù)值計算或模擬實(shí)驗，一方面，便于我們深刻認(rèn)識和理解物理現(xiàn)象，另一方面，幫助我們并從中探索和發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律。如今，自然科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展的各個分支領(lǐng)域，大量物理問題的求解都離不開計算機(jī)的輔助，很多未知的科學(xué)問題都是通過數(shù)字模擬手段進(jìn)行預(yù)測和可行性分析，其重要性已經(jīng)不言而喻了[1]。

在高等教育中，大學(xué)物理已經(jīng)成為一門普遍的公共基礎(chǔ)課，要求本科生對基本物理原理和規(guī)律有正確和深刻的認(rèn)識，從而形成辯證的思維方法和科學(xué)的世界觀。然而，很多物理學(xué)的概念和原理通常涉及到較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識，如傅立葉變換、線性代數(shù)、偏微方程等。在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，教師必須通過口授筆演、解析推導(dǎo)的繁復(fù)過程來描述和解釋復(fù)雜的物理過程，令許多學(xué)生感到晦澀難懂、枯燥乏味，漸漸失去對物理學(xué)的興趣。如今隨著多媒體教學(xué)手段的介入和輔助授課，使得許多復(fù)雜和抽象的物理原理和實(shí)驗可以通過計算機(jī)模擬或數(shù)字模擬的手段來幫助學(xué)生進(jìn)行理解和掌握相關(guān)知識，同時極大地刺激本科生對物理學(xué)的廣泛興趣，對日后從事相關(guān)科研工作奠定一個良好的基礎(chǔ)和技能。其中，基于MATLAB編程的數(shù)字模擬手段日益成為大學(xué)物理教學(xué)工作者首選的軟件平臺[2]。

MATLAB是美國Mathworks公司于1984年推出的一種集數(shù)值計算、符號預(yù)算、可視化建模、仿真和圖形處理等多種功能于一體的優(yōu)秀圖形化軟件。MATLAB這個名字由Matrix和Laboratory兩詞的前三個字母組合而成，即“矩陣實(shí)驗室”（Matrix Laboratory），也是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，具有以下特點(diǎn)：一是，簡捷和智能化，MATLAB適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，它用解釋方式工作，鍵入程序后可立即得到結(jié)果，人機(jī)交互性能好，它不要求使用者像使用C或語言一樣，先編寫源程序，然后對其進(jìn)行編繹、連接，最終形成可執(zhí)行文件，這無疑使得編程和調(diào)試效率大大提高。二是，功能強(qiáng)大，包括數(shù)值計算和符號計算，計算結(jié)果和編程可視化，數(shù)學(xué)和文字統(tǒng)一處理。三是，MATLAB具有豐富的內(nèi)部函數(shù)，MATLAB程序是由主程序和各種工具包組成的，其中主程序包含了數(shù)百個內(nèi)部核心函數(shù)，能適應(yīng)不同使用者的需要，當(dāng)前已成為美國和其他發(fā)達(dá)國家中大學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究中必不可少的工具[3]。

為了進(jìn)一步分析和探討基于MATLAB編程的計算機(jī)模擬在物理教學(xué)中的應(yīng)用和重要意義，本文將利用MATLAB編程來對某些光學(xué)現(xiàn)象及其物理過程進(jìn)行了數(shù)字模擬，展示出采用MATLAB編程的簡捷直觀的圖形化方式來加深學(xué)生對物理原理和概念的認(rèn)識和理解，從而揭示其重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的潛在價值，相信一定會成為現(xiàn)代物理教學(xué)中不可或缺的輔助工具。

1 利用MATLAB編程模擬物理光學(xué)中的衍射規(guī)律及應(yīng)用

1.1 利用離散快速傅立葉變換模擬夫瑯和費(fèi)衍射光強(qiáng)分布的數(shù)字模擬

傅立葉變換在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，傅立葉分析方法使得許多復(fù)雜的物理問題得到了簡化和分解，從而提供了一條有效而普遍的解決方案，在光學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)等眾物理學(xué)多分支領(lǐng)域中日益發(fā)揮著約越來越重要作用。在衍射光學(xué)中，我們知道夫瑯和費(fèi)衍射場的強(qiáng)度分布就等于衍射屏函數(shù)的功率譜[4]，可以直接將衍射屏進(jìn)行傅立葉變換，然后處理得到衍射圖樣。根據(jù)衍射光學(xué)可知，夫瑯和費(fèi)衍射場的復(fù)振幅分布U（x，y）在空域中是個復(fù)雜的卷積公式，其形式如下：

因此，在空域中復(fù)雜的夫瑯和費(fèi)衍射光場的復(fù)振幅分布公式就可以利用MATLAB編程進(jìn)行直觀的圖形化模擬，衍射屏的生成可以直接由MATLAB矩陣運(yùn)算生成，也可利用Windows下的畫圖工具生成，計算機(jī)模擬流程圖如圖1所示：

圖1 夫瑯和費(fèi)衍射的數(shù)字模擬流程圖

針對一些常見衍射光屏的夫瑯和費(fèi)衍射光強(qiáng)分布的計算機(jī)模擬結(jié)果如圖2所示：首先，從圖2（a）和（b）可以明顯看出圓孔的艾里斑，且孔徑越小，衍射現(xiàn)象越明顯。其次，從圖2（c）和（d）明顯看出方孔的衍射花樣分布，且衍射光強(qiáng)的分布方向沿著孔徑直邊的法線方向擴(kuò)展，孔徑越小，衍射越明顯。最后，圖2（e）和（f）模擬出一些有趣的字母和符號形狀的衍射屏的夫瑯和費(fèi)衍射光強(qiáng)分布，其空間矢量的分布與孔徑大小和形狀的變化規(guī)律，和物理推導(dǎo)公式完全吻合，從而正確直觀地展現(xiàn)出夫瑯和費(fèi)衍射的普遍物理性質(zhì)和規(guī)律。

圖2 不同大小孔徑衍射屏的夫瑯和費(fèi)衍射光強(qiáng)分布

（a）和（b）分別是圓孔和它對應(yīng)的衍射光強(qiáng)的分布；（c）和（d）分別是方孔和它對應(yīng)的衍射光強(qiáng)的分布；（c）和（d）不同字母和符號形狀的衍射屏的夫瑯和費(fèi)衍射光強(qiáng)分布。

1.2 菲涅耳衍射光場的傳播和邊緣增強(qiáng)效應(yīng)的數(shù)字模擬

根據(jù)公式（5）和（6），利用快速離散傅立葉變換結(jié)合MATLAB編程對二維衍射屏-Lena圖像進(jìn)行菲涅耳衍射光場傳播的計算機(jī)模擬，其結(jié)果如圖3所示，可以形象直觀地看出菲涅耳衍射傳播規(guī)律，從（b）到（f）依次隨著傳播距離Z的不斷增大，其邊緣增強(qiáng)效應(yīng)越發(fā)顯著，邊緣振蕩不斷向外擴(kuò)展，且展寬不斷增大，完全符合并且驗證了菲涅耳衍射傳播的物理性質(zhì)。

圖3 Lena圖像的菲涅耳衍射光場的強(qiáng)度分布隨傳播距離的變化情況

（a）原始Lena圖像；（b）Z=1m；（c）Z=2m；（d）Z=4m；（e）Z=8m；（f）Z=16m.

1.3 采用MATLAB編程制作傅立葉變換計算全息圖

利用光波的數(shù)學(xué)描述，通過計算機(jī)對想象中的物體形成模擬干涉圖，并將其繪制或復(fù)制在透明膠片上，這種計算機(jī)合成的全息圖稱為計算全息圖（Computer-Generated Hologram：CGH）[5]。因此，無需實(shí)物，只需知道該物體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即可用計算全息記錄下物光波，從而再現(xiàn)出二維或三維虛構(gòu)像，這樣可以幫助學(xué)生有效理解全息的抽象制作過程，直接在計算機(jī)上觀察和感受全息的成像原理和成像特點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神，制作自已感興趣的不同傅立葉變換全息圖。下面，我們通過MATLAB編程制作一幅傅立葉變換計算全息圖，對復(fù)數(shù)波面采用迂回相位編碼方法，直接對抽樣點(diǎn)上的復(fù)數(shù)波面的振幅和相位進(jìn)行編碼，其具體流程如圖4所示：

圖4 采用MATLAB編程制作傅立葉變換計算全息圖的流程

從圖5可以明顯看出其特點(diǎn)是被記錄的復(fù)數(shù)波面是物波函數(shù)的傅立葉變換，由于這種全息圖再現(xiàn)的是物波函數(shù)的傅立葉譜，所以要得到物光波本身，必須再通過一次傅立葉逆變換，這與光學(xué)傅立葉變換全息圖原理是一致的。

圖5 光字屏傅立葉變換計算全息的制作

（a）光字衍射屏；（b）傅立葉變換全息圖；（c）再現(xiàn)所編碼的全息圖.

2 結(jié)論

綜上所述，我們可以從不同的應(yīng)用實(shí)例看出，結(jié)合MATLAB編程的計算機(jī)模擬技術(shù)給復(fù)雜冗長的物理學(xué)公式和原理的講解中，提供了一個直觀清晰的圖形化說明，尤其對抽象的物理概念賦予了更豐富的感性認(rèn)識，使得學(xué)生再學(xué)習(xí)過程中更容易同復(fù)雜的公式產(chǎn)生共鳴，刺激物理學(xué)習(xí)的興趣和對抽象物理概念的理解。因此，在大學(xué)普通物理教學(xué)中引入MATLAB計算機(jī)模擬技術(shù)正日益受到重視和普及。另外，學(xué)生們利用MATLAB可以對一些物理問題建立數(shù)學(xué)模型，給出清晰的圖像化解釋的過程中，可以極大的培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和從模擬中發(fā)現(xiàn)問題，拓展想法，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)物理規(guī)律，為今后的科研工作打下良好的基礎(chǔ)。最后，與Basic、C和Fortran相比，用MATLAB軟件對物理實(shí)驗的模擬，只需要用數(shù)學(xué)方式表達(dá)和描述，省去了大量繁瑣的編程過程?；谝陨险撌?，利用和推廣MATLAB編程的計算機(jī)模擬技術(shù)必將會其成為我們大學(xué)物理教學(xué)過程中不可或缺的有力工具和從事高?？蒲械挠欣脚_。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]胡守信，李柏年.基于MATLAB的數(shù)學(xué)實(shí)驗[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]張錚，楊文平，石博強(qiáng)，李海鵬.MATLAB程序設(shè)計與實(shí)例應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2003.