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改革“热学''课程教学加强对学生能力与素质的培养'.doc

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改革“热学''课程教学加强对学生能力与素质的培养'.doc

1改革热学课程教学,加强对学生能力与素质的培养高崇伊(兰州大学物理科学与技术学院,甘肃兰州,730000)众所周知,科学技术是第一生产力。在我国,全面推进素质教育现在已经提高到科教兴国的战略高度。目前人类已经进入了21世纪。面向新世纪知识经济时代科学技术蓬勃发展的趋势和对培养创新人才的迫切要求,为理科物理类专业学生开设的热学课程也必须不断地进行深刻的改革,使之成为内容更现代化、体系更完整、结构更合理、方法更有效、手段更先进、更注重科学研究创新能力和科学思维方法以及科学素质培养的主干基础课程。热学课程教学改革的目标不在于提高学生应试或谋职的本领,而应该是定位于造就新世纪的人才,使学生终生受益。同时还应看到在高等学校连年大量扩大招生、在校学生人数骤然急剧增加、入校新生的生源质量已经明显有所下降、各门课程的实际讲授学时又都在不断减少的前提下,如何保证课程教学基本要求的圆满实现以及怎样进一步加强对学生科学思维能力和创新能力以及科学素质的培养,也都成了热学课程教学改革实践中亟待解决的突出问题。在近几年来的物理学基地热学课程教学改革(特别是在国家理科基地创建名牌课程项目启动后)的实践中,已经形成了大量的、行之有效的培养学生科学研究创新能力和科学思维方法以及科学素质的做法。现将在物理学基地热学课程教学改革中培养学生能力与素质的情况与做法汇总如下。2(一)培养学生的科学研究能力和科学创新能力1.身教言传,使课程充满研究与探索的特色和风格,创造良好的学术环境主讲教师一定要用搞科研的态度对待教学,积极开展教学研究与科学研究,从教学有关领域挖掘课题开展科研,再把科研成果引入教学丰富教学内容,使教学与科研两者有机地相结合。例如气体动理学理论里输运现象中的气体黏度公式,查普曼和恩斯库格曾用不同的高深理论得到相同结果,它是个级数,由前几项可得系数约为0.499而如果采用充分考虑速度住留的简便方法,很容易就得到此系数等于1/2。又如找出了对小无极分子估算分子间力的有效作用距离与平衡距离的半经验公式。再如曾经用标准大气模型中数以千计的数据,考虑了地面凹凸不平的影响,求出了精度较高的大气粒子总数,然后与用均质大气模型、等温大气模型或者地面大气压强所得到的结果进行对比,从而总结出估算行星大气粒子总数的简便方法。在课程教学中引入了这些从教学有关领域挖掘课题开展科研所取得的成果,课程里就会充满了研究与探索的特色和风格,使学生在学习课程的过程中逐渐受到熏陶,养成勤于思考研究、勇于提出自己独立见解的良好习惯,并为学生发展其科学研究能力和科学创新能力创造了良好的学术环境。有时还可以把教学研究和科学研究中的某些工作分解出来,经过一番整理、简化与加工后,编成一些与课程内容有关的问题,提供给有余力的基地班学生课外进行研究,这样就能够直接培养与锻炼他们独立钻研的能力。对于程度好的学生要因材施教,不要逼他们交作业,而是不时提出一些用他们已经掌握的知识有可能处理的问题,让他们去自由思考,独立研究,养成良好的科学习惯。32.每次上课都留几个问题,供学生课外研究,以后再教给学生如何解答现在由于实行每周5日工作制,加之放假时间增多,热学课程的课时非常紧张,往往不可能在课堂上腾出大量的时间对许多问题作深入透彻的研究。为了能够培养学生的科学研究能力和科学创新能力,在每次上课时都提出两个左右的问题供学生在课外进行研究,等他们经过了一段时间的思考与研究以后,再在课外辅导或者课堂讲授中教给学生如何解决这些问题。这时由于学生对于整个问题已经琢磨得比较熟悉了,甚至有时已经取得了一定的进展,因此往往只需要再用很少的时间就可以把整个问题讲深讲透,可以收到事半功倍的效果。用这种方法培养学生的科学研究能力和科学创新能力,效果颇佳。让学生课外研究的这些问题里,有的是对已经学过的课程内容的扩展或深化,有的则是对业已学到的知识的具体灵活的应用,还有的是对与课程有关领域的深入研究与探讨。例如当学生看过关于统计规律的录像中从伽尔顿板实验所得到的概率曲线的中央居然出现了凹部以后,就让学生研究出现这样的系统误差的原因以及消除这种误差的方法。又如在讲到麦克斯韦速率分布律的实验验证时,告诉学生在这个实验中所测得的曲线既不是麦克斯韦速率分布曲线,又不是麦克斯韦发射分布曲线,然后让他们研究为什么却可以认为这一实验恰好验证了麦克斯韦速率分布律。再如当学生学过了气体分子的平均平动动能与热力学温度的关系和能量均分定理以后对他们提出这样的问题如果向遥远的星空发射一艘宇宙飞船,假若可以不考虑它与其他星体的相碰,怎样估算这艘飞船的终极速度。由于热学课程的学时比较紧张,根据学生情况与反馈意见,每学期还另在课外(不计工作量、无课时费)进行几次有针对性的质疑式的习题辅导。平时每次上课留给学生课外研究的问题,许多就是和习题辅导放在一起在课外4讲解的。这种课外的辅导,每学期共约10学时。虽然学生是自由参加,但是多数学生都愿意来听,颇受学生欢迎。3.对学术界有争议的提法和书刊中值得商榷的内容,让学生独立思考判断目前热学课程中有一些概念和提法在学术界实际并未完全统一,有的甚至还是有争议的,例如任意逆循环的制冷系数的定义,等热容过程与多方过程的差异,卡诺循环的概念以及回热式循环与非回热式循环等等。遇到这些内容时,就在课程讲授中把各家的观点都原原本本地告诉学生,同时也介绍自己的看法,然后让学生独立进行研究,自由思考,自己做出合理的判断。遇到一些教材上欠妥的内容,不但不必回避,反而可以把它作为反面教员,交给学生研究,用来提高学生分析判断与明辨是非的能力。例如有的教材里的习题曾给出固体的物态方程和内能表达式,可是这两个关系式其实不可能同时严格成立。又如有的教材里的习题曾计算过由电子枪发射的一束电子射入气体后的平均自由程,但按该题中所给的数据求得的电子枪外的气体温度竟然高达8万开。再如讲完穿过指定截面的分子的平均自由程以后,可以通过类比的方法得到包含指定时刻的分子的平均自由时间,进而指出在讨论大气均质层内无重力分离现象和经典电子论中的电导率时常见的一些错误处理。对于某些国内外书刊中值得商榷的内容,同样可以在课堂讲授时让学生进行讨论或者在课程考核时直接由学生独自研究解答,这也能收到培养学生科学研究能力和科学创新能力的良好效果。4.课程考核中的附加题可以培养与考查学生的科学研究能力和科学创新能力为了能够更好地适应培养科学研究能力和科学创新能力的需要并增强课程教学的实际效果,也为了能够考察学生独立研究问题的能力,在课程考核中还有意编些学生原来没有遇到过的问题作为附加题。这些附加题的内容通常都是5在教科书上没有写明的,往往也是在课堂上没有直接讲过的,但却又是学生可以灵活运用他们在课程中所学到的知识进行深入探讨并予以解决的问题。有的附加题是从与课程所涉及的内容有关的生活现象中提炼形成的。还有的附加题就是用常见教材里某些值得商榷有时甚至是错误的内容编出来的,因此针对性强。这样就使课程考核中也贯穿了对科学研究能力和科学创新能力的培养。热学课程教学改革的实践证明,能够基本上做出附加题的往往都是那些素质好,学得活,能力强的学生。(二)培养学生独立思考判断与分析处理实际问题的能力1.进行启发式教学,开展课堂讨论,培养学生独立思考与分析解决问题的能力课堂讲授应该注意使用启发式。为了调动学生学习的积极性和主动性,还可以在讲授过程中穿插进行一些简短的课堂讨论(由于热学课程学时紧张,通常不宜整节课都进行长时间的课堂讨论),来培养学生分析解决具体问题的能力。例如当学生经过看教学录像和听课堂讲授,明白了一旦两个气泡连通以后它们会怎样变化时,就让他们讨论肺泡如何保持平衡,最后引导到用表面活性物质的单分子膜来解释,并进而讨论了新生儿的肺泡是如何开始工作的和婴儿诞生时啼哭的科学意义。又如讲到计算理想气体内能改变的公式时,让学生讨论这个公式是否也适用于等压过程或者绝热过程,从而使学生对内能这样的态函数能有更清楚和更深刻的认识。再如讲过热传导现象所遵循的傅立叶定律后,让学生把热传导现象与电传导现象进行类比,经过讨论,从电导率在电阻定律和欧姆定律中的作用来理解热导率的物理意义。2.结合科技领域与日常生活中的现象,培养学生分析处理实际问题的能力6热学作为一门主干基础课程,其课程内容和当代科学技术中的众多领域乃至日常生活里的许多现象都有着千丝万缕的联系,这就使课程可以结合这些内容来培养学生分析处理实际问题的能力。例如为了说明在兰州市区用电饭煲做出的饭常常会发黄的现象。可以先从相变的知识讲到电饭煲的控温原理,然后再联系兰州市区的海拔高度、大气压强以及水的沸点给予说明。又如对于打针前总要先把针管内的空气排空的现象,可以用弯曲液面内外的压强差会引起血管栓塞来说明,再进而讨论潜水员的职业病如何防止,然后联系到宇航员吸什么空气更安全以及在这样的环境中人的冷热感觉将会与原来有怎样的不同。再如对于生活在不同海拔高度处居民的烹饪方式的差异、树液在树中上升是否主要靠毛细现象、用什么金属制作的锅烙饼好、大气均质层内为何无重力分离现象、火车车厢内尘埃的分布、地震丰富前兆的成因、油暴沸的防止、干热风的形成、点钞票时沾水的作用、水的蒸发速度以至神话愚公移山中的太行王屋二山在商代能否高万仞等等问题的分析研究讨论,都是生动的实例。3.结合当前形势,及时抓住一些新事件进行教学虽然在热学课程里结合科技领域与日常生活中的现象来培养学生分析处理实际问题能力的实例很多。但是,如果在课程教学中能够结合当前形势,及时抓住一些新事件来进行教学,就能产生动真刀真枪解决实际问题的感觉,其效果将会格外突出。例如在兰州市永登县西山乡发生了破坏性地震以后,许多兰州人都很注意地震前兆,担心不久以后会在兰州发生6级以上的强地震乃至7级以上的大地震,社会上还出现了那一年正好是闰八月因而要出大天灾人祸的迷信传说。于是就在课程中讲到相变时讨论了地震前为什么会出现丰富的前兆,并说明了闰八月是历法中的人为规定因而其出现并不可能主吉凶的科学7道理,同时还分析了为什么会产生这种对闰八月迷信的原因。又如近几年来对微波背景辐射的观测研究表明宇宙的平均密度恰好是临界密度的0.970.05倍,从而得出宇宙是平直宇宙的结论,可是对遥远的超新星的观测研究却又得出宇宙目前正在加速膨胀的结论,而且宇宙中的重子物质只占临界密度的5,即使加上非重子的暗物质也才占临界密度的1/3,因此其余的2/3似乎应该是其他某种具有反引力(排斥力)的暗能量了。当课程讲到热力学第二定律时,就可以结合大爆炸宇宙论同时介绍暗能量。4.培养学生的自学能力要培养学生的独立思考判断与分析处理实际问题的能力,也就必须培养其自学能力,因为这两者是密切联系和息息相关的。不仅如此,我们还应该看到,学生一旦毕业离校走上工作岗位以后,如果再要学习一些新知识或者从事某项新领域内的工作,往往都要靠自学。由此可见,对学生自学能力的培养非常重要,并且有可能会对学生长远乃至终身的发展都产生重大的影响。甚至可以说凡是在科学研究中后劲大、成果多的人,往往都是自学能力特别强的人。这样的实例是非常多的。培养学生自学能力的方法很多。首先,讲课时对教材应当有所取舍,课堂讲授的重点应该放在突破难点上,对于在教材里已有详细说明的内容,对于简单描述性的内容,对于浅显易懂的内容,对于教材内的例题,通常至多略讲一下,主要可以留给学生课后去自行阅读。这样既节省了课堂讲授的时间,又培养了学生的自学能力,一举两得。其次,与图书馆联系,推荐甚至帮助采购一些优秀教材,然后向学生大量介绍这些参考书,并加以评述,指导学生使用。再次,提倡学生课前预习,这不但有助于改善听课质量,而且还可以培养自学能力。最后,课堂讲授也应当留有余地,不一定面面俱到。讲授中要集中精力

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