热力学与统计物理学课程的教法研究

高本领，梁峰



热力学与统计物理学课程的教法研究

高本领，梁峰

热力学与统计物理学（以下简称热统）研究的是与温度有关的热现象及与热现象有关的物质运动规律和应用，与自然界的大部分运动形式紧密关联，是物理专业重要的一门课程[1]．由于热统的物理思想抽象，所用数学知识复杂，使学生学习具有相当难度，影响学生的学习兴趣．教学实践中，研究热统教法，做好以下5个方面至关重要．

（1）教师要对热统课程有极高的兴趣与热情．任课教师要喜欢热统课程，在课堂上能够潜移默化地感染学生．如果教师对该课程兴趣不高、热情一般，那么，学生就很难产生浓厚的兴趣与热情．

（2）教学中贯彻由易到难、循序渐进原则．教师要重视比较简单，但很重要的基础知识教学，这有助于学生打好基础，掌握知识体系的内部逻辑，对学生畏难情绪克服有利．如第一章在热统中较简单，但热力学的重要理论几乎全在第一章[1]．通过本章教学，要让学生对热力学基础理论及其内部关系有足够的认识与理解．教师重视第一章的教学，学生通过仔细、认真学习，掌握热力学的几乎全部概念；理解热力学第一定律、克劳修斯等式与不等式、卡诺定理、热力学第二定律的来龙去脉．特别是，学生对热力学第一、第二定律的基本方程有清晰的认识，为后面章节甚而全书的学习会起到事半功倍的效果．

（3）教师应投入足够的时间与精力，精心备课．热统课程基本没有图形要画，主要是关系式、理论推导及其含义讲解．复杂的数学关系，是学生学习的一大难点．这需要教师课前精心备课，课上能够准确、详细推导每一个关系式，这可以帮助学生克服障碍，增强学好热统的信心，使学生体会到学习的乐趣．

（4）教学中应将所教知识与科技前沿相联系．如将绝热膨胀与绝热去磁降温热力学关系对获得趋于绝对0Ｋ的指导作用[2]，讲授朗道相变理论时说明它是研究自然界相变的重要依据．同时，联系相关内容与教师的科研：如内能或自由能极小是新物质寻找的判据．让学生知道很多内容对其它学科和科研的作用．教学中多体现热统的价值，让学生会感受到其实际意义与作用，增强学生自觉学习的内在动力．

（5）教学中应侧重物理规律训练．解决问题不能图方便，应反复培养学生物理思维习惯．以简单均匀系统的一个热力学关系的证明为例，作具体说明．

方法1[4]因为，有，所以．

方法2[5]因为，所以．

前2个方法，虽然节省时间，但所学物理知识与规律用得少．方法3耗时，但是对热统理解有好处，也是正常的思维方法．其中用到了很多的知识，如：热力学基本方程、麦克斯韦关系，容易激发学生兴趣，培养学生良好的物理思维习惯．

[1] 汪志诚．热力学·统计物理[M]．4版．北京：高等教育出版社，2008：1-47，72-74

[2] 马本堃，高尚慧，孙煜．热力学与统计物理学[M]．北京：高等教育出版社，1980：77-79

[3] 王立志，吕秀娟，田丽杰，等．热力学微分关系式的处理方法[J]．烟台师范学院学报：自然科学版，2004，20（3）：200-203

[4] 王立志，柳盛典，张秀荣，等．热力学关系式的雅可比行列式方法[J]．烟台师范学院学报：自然科学版，2005，21（1）：44-47

（淮阴工学院 数理学院，江苏 淮安 223003）

淮阴工学院校自然基金面上项目（2917767）