浅谈热力学统计物理学教学

摘 要：从自身教学实践出发，首先对在讲授热力学统计物理学课程中遇到的问题做了详细阐述，其次提出了改进该门课程教学的几点建议，最后总结全文。

关键词：热力学;统计物理;教学

热力学统计物理学、电动力学、理论力学和量子力学是物理学专业四大理论课程，但是对于大部分学生来讲，他们除了对理论力学稍感兴趣外，对其他三大理论课都是从心理上带着恐惧的，觉得特别难理解。热力学和统计物理学是关于热现象理论的两个组成部分：热力学为宏观理论，而统计物理学则是微观理论。热力学和统计物理学与其他三门理论课之间有着紧密的联系，学好热力学和统计物理学掌握其学习方法及思维方式对于学习其他相关学科有着非常重要的意义。本文就是以自身教学实践为出发点，分析了在热力学统计物理学教学过程中遇到的问题，并且提出了自己的建议及解决问题的方法。

一、教学中遇到的问题

1.学生学习兴趣不足

热力学统计物理学在该校是在物理学本科专业大三的第一个学期开设的，对于这个时间段的大学生来讲，他们已经开始对毕业后自己的去向进行思考。在考虑就业压力及自身条件和家庭因素后，绝大部分学生选择的是毕业后就业，而只有少数学生选择继续考研究生。那些已经决定毕业后就业的大部分学生提不起对热力学统计物理学的兴趣，这门课也不足以引起他们足够的重视，在他们看来，毕业后他们不会再用到它，再加上这门课程相对于大学物理这种基础课有一定的难度，他们从心理上不愿意把时间用在与自己认为跟未来就业无关的课程上。其次是现在的“90后”大学生大多数为独生子女，心理依赖性强，除了少数打算考研的学生会在课前预习和课堂上做笔记外，大部分学生很少动笔。所以，如何激发学生学习热情，发挥其主动性是教师应该首要解决的问题。

2.数学基础薄弱

热力学和统计物理学这门课程中大部分用到高等数学中的知识，例如，某些复杂的积分要用到换元法或者是分步积分法，某些问题中要用到泰勒展开式，但是有些学生数学知识掌握不牢固，不能灵活地运用数学工具来解决热力学统计物理学中遇到的问题。

3.物理概念不清晰

热力学研究的是由大量微观粒子（分子或其他粒子）组成的宏观物质系统。同时热力学中某些知识点与高中时期讲过的热学部分知识点重合，所以大部分学生觉得理解起来相对容易些。而统计物理学理论是对物质的微观结构作出某些假设之后，应用统计物理学理论求得具体物质的特性，并且阐明产生这些特性的微观机理。大部分学生对物理概念理解不清晰、不透彻，比如，由大量全同近独立粒子组成的系统，粒子的微观状态数对于玻尔兹曼系统、玻色系统和费米系统的不同。

二、对热力学统计物理学教学方法提出的几点建议

1.教师应熟悉教材，深入研究

教师应该熟悉自己所教课程的教材，概念清晰，公式推导完整。并且应该在课下多看些关于热力学统计物理学方面的其他资料及网上的影像讲课视频，检查自身不足，深入研究，不能如蜻蜓点水般肤浅地理解知识点。

2.改变传统教学模式，提高学生主动性

现在的大学生已经不喜欢满堂灌、填鸭式的教学模式，所以教师应该适当调整自身的讲课方式，比如，可以将传统的板书和多媒体结合，一些重要的公式推导用板书细致讲解，一些比较容易理解的概念可以用幻灯放映带过即可，没必要在学生已经熟悉的简单的知识点上做冗长的陈述。另外对于师范类学生可以鼓励他们自己课下准备教案课件，一个学期抽出适当的课时给学生，让他们走上讲台。这样既锻炼了他们的心理素质，为他们日后做教师这一工作积累一定的经验。同时也激发了他们自身学习的积极性，他们必然会在课下认真看书，遇到困难会查阅相关资料或者与其他同学讨论，这也是对他们自主学习能力的一种很好的锻炼。

3.注重理论的应用及知识间的融会贯通

热力学统计物理学教师不应该只是为了完成教学任务在规定时间里将一本教材的理论知识原封不动地讲给学生，而是清楚知识之间的融会贯通，灵活运用已知的知识来引出未知的知识点。比如，在介绍均匀物质的热力学性质一节中麦克斯韦关系及四个基本方程时，可以将熵（S）、压强（P）、温度（T）及体积（V）分别用英文单词sun（太阳），peak（山峰），tree（树）及valley（山谷）表示，然后绘出一个圆（圆的上端为S，下端为T，左端为P，右端为V，箭头方向为从上到下，从左到右），可以用一个英文句子来记忆箭头的方向：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麦氏关系的记忆方法就可以轻松地掌握这两部分知识，这样既建立了英语与热力学统计物理学之间的联系，又激发了学生的学习兴趣。同时教师应该注意热力学统计物理学理论知识与实践应用之间的联系，比如，热力学熵的概念，完全可以将其拓展，有生物熵、信息熵、农业熵，还可以涉及熵与能量品质及社会的关系。

综上所述，提高教师自身素质，改变传统教学模式，激发学生学习主动性，注重理论与实践和热力学统计物理学课程与其他学科之间的联系，相信学生会对该课程更感兴趣，并且会提高分析、解决问题的能力。

参考文献：

[1]梁希侠.统计物理学[M].北京：科学出版社，2008.

[2]林宗涵.热力学与统计物理学[M].北京大学出版社，2007.

[3]汪志诚.热力学与统计物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.

基金项目：内蒙古自治区高等学校科学研究项目，项目编号：NJZY12248。

作者简介：杨洪涛（1980-），女，蒙古族，内蒙古通辽市人，集宁师范学院物理系讲师，硕士研究生，研究方向：低维结构材料中激子的性质。