《热力学与统计物理》混合教学法的构建与实践*——以东北林业大学课程教学为例

(东北林业大学理学院 黑龙江 哈尔滨 150040)

1 引言

教育部高等教育司2018年工作要点中强调：课程是人才培养的核心要素，按“建、用、学”原则开展课程建设，促进更多教师建好课、用好课，推进更多学生学好课，打造适应学生自主学习的智慧课堂、智慧实验室，建立支持学生随时可学、随处可学的泛在化学习新环境.这些势必要求高校教师要以深化课堂教学方法改革为着力点，充分利用互联网、大数据、虚拟现实等现代信息技术与课堂教学深度融合，创新教育形态、丰富教学资源、重塑教学流程，以教育技术现代化助推高等教育现代化.

《热力学与统计物理》是高等学校物理专业的重要理论必修课和物理专业基础课，是理论物理“四大力学”之一[1].学生普遍反映该课程的相似公式较多而且不容易理解与记忆[2]，导致应用不熟练等一系列的问题.为了改变学生这种学习现状，寻求教材、新媒体、教师、学生的最佳契合点，在教学中采用了混合教学法.

2 混合教学法的实施

2.1 引入“微课”视频

“微课”视频时间不长，重点突出，学生的注意力容易集中，用来讲解课程中的重点与难点比较适合.鉴于学生已经熟知《热力学与统计物理》在物理专业课程中的难度和地位，在学习该课程之前容易出现未学先怯的心理状态.为了消除这种干扰学习的不良心理，在绪论课中以视频形式引入一些生动有趣的物理现象，使他们产生求知欲，进而促使学生自然而然地投入学习中.在绪论课中，选择播放名称是“何为幽灵粒子?”和“引力波的发现”的视频讲解和报道.这些视频都是近期中央电视台新闻中权威发布的，可信度高.每当有最新的物理现象和科学研究成果报道出来后，结合实际情况进行精简处理后纳入绪论课中.在进行科普的同时，激发学生的求知欲.第二章的重点部分以麦氏关系的简单应用为例进行说明.在麦氏关系的教学中发现学生记不住或记不准麦氏关系公式，经常将4个公式混淆.公式记不准应用就无从谈起.因此，这一部分知识录制了“微课”视频，包括如何记忆麦氏关系、为什么要应用麦氏关系以及怎样应用麦氏关系.并将视频共享到在线课程中，其中的一个视频截图如图1所示.

图1 麦氏关系的简单应用微课视频截图

学生除了课上可以看到讲解视频，课下可以根据自己的时间及需要反复观看揣摩，加深知识的理解和吸收.通过“微课”视频，学生可以很好地理解转化思想在这一部分如何体现与应用，不但公式容易记住了，更重要的是麦氏关系的应用也掌握了.

2.2 应用思维导图

信息时代科学技术飞速发展，知识更新周期越来越短.想要记忆更多的内容，必须重视学习与记忆方法.在教学过程中发现，一些学生在孤立地学某一个知识点时还能记住它的内容.一旦有多个相似规律出现，应用起来就显得力不从心.这是他们平时学习不注重总结，只是孤立片面学习知识导致的.课程的知识不应该仅仅孤立地学习记忆，应该学会判别、分析、掌握它们之间是否存在联系或者存在怎样的联系，便于知识的记忆、积累、应用.在教学中随时提示学生汇总出课程前面学习到的定理和定律等相关规律，避免混淆.学完每一章内容都需要复习，梳理知识点的脉络，在黑板上启发学生回忆本章的重点，画出本章和前面章节知识联系的思维导图，课后让学生自己去完善丰富，加深知识的理解，便于应用.思维导图的应用以热力学第三定律的学习为例进行说明，思维导图如图2所示.

图2 关于热力学第三定律的思维导图

关键词选择为定理和定律，学生可以在此基础上展开关联联想，将在本章之前学习的内容也吸纳进来，丰富演化出更适合自己学习与记忆的形式.

2.3 运用“大数据”统计

前面提及的方法着重于引导学生学习以及如何进行知识点的梳理，对于学生知识掌握的熟练程度还需要进行测试检验.可以借助“大数据”这一手段分析出存在的问题，进而解决问题.以第六章近独立粒子的最概然分布为例.测试题型是判断题，10道题目.正确率分布情况如图3所示.

可以发现，题目10正确率最低，题目是“满足经典极限条件的玻色系统和费米系统具有相同的分布和微观状态数”，该题目重点考察学生对分布及微观状态数的理解以及不同系统中分布和微观状态数规律的记忆.54人参与答题，正确率只有50%，多达27人判断错误，说明在教学中该知识点需要重点强调.需要学生课后加强练习.

图3 测试题目正确率分布图

题目8是“经典极限条件是指任一能级上粒子数均远小于该能级的量子态数”， 正确率100%，说明54人全部回答正确，学生已经掌握了经典极限条件的该种表述形式，在复习中不需要重点强调.其他题目正确率都高于91%，只需对做错题目的学生作个别化指导，帮助他们找出做错的原因.由此可见，大数据给出的题目正确率分布可以对教学起到指导作用，具有针对性地扫除教学中存在的“盲区”.

3 结束语

通过混合教学法的实施，提供了高水平的课堂教学，激发了学生的课堂学习热情，提升了学生的学习信心，增强了学生的学习效果,基本实现了学生“把头抬起来，坐到前排来，提出问题来”的课堂目标，使其具备综合分析能力与严密的逻辑推理能力.