大学物理热力学总结范文

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2调查结果

我们在化学系随机挑选了5位教师和20位大四学生进行了问卷调查，调查结果如下．表中数据均表示选某项的人数占总人数的比例，教师和学生分开统计．

2．1教师调查结果

（1）您认为学学物理的意义是什么？A．专业课的前导课程B．培养学生逻辑思考能力C．让学生了解自然科学，提供背景知识D．培养物理学家E．毫无意义（2）与您曾经所学的专业以及现在的教学、科研对大学物理的需要相比，您觉得大学物理的学时数／周应是多少？（3）您曾经所学的专业需要大学物理中哪些方面的知识？A．力学B．热力学C．气体动理论D．电磁学E．光学F．量子物理G．相对论（4）您现在所从事的教学、科研工作需要大学物理中哪些方面的知识？A．力学B．热力学C．气体动理论D．电磁学E．光学F．量子物理G．相对论（5）教师给出的大学物理的各项内容与化学类专业的紧密程度鉴定．

2．2学生调查结果

2．2．1应用化学（1）您认为学学物理的意义是什么？A．专业课的前导课程B．培养学生逻辑思考能力C．让学生了解自然科学，提供背景知识D．培养物理学家E．毫无意义（2）您觉得您学的大学物理课时数与您现在的学习对大学物理的需求相比结果怎样？A．少了B．刚好C．多了D．不知道或其他（3）大学物理的哪些内容对您在专业学习、工作方面有帮助？A．力学B．热力学C．电磁学D．光学E．近代物理F．其他2．2．2化学工程与工艺（1）您认为学学物理的意义是什么？A．专业课的前导课程B．培养学生逻辑思考能力C．让学生了解自然科学，提供背景知识D．培养物理学家E．毫无意义（2）您觉得您学的大学物理时数与您现在的学习对大学物理的需求相比结果怎样？A．少了B．刚好C．多了D．不知道或其他（3）大学物理的哪些内容对您在专业学习、工作方面有帮助？A．力学B．热力学C．电磁学D．光学E．近代物理F．其他

3总结

3．1定义大学物理

A：专业的前导课程，对大学物理的需求程度很高，专业课可能会直接用到大学物理的某些方法、概念和规律．大学物理B：为相关专业提供背景知识、思维方法．在专业学习中，可能会间接用到大学物理的某些方法、概念，比如使用仪器时，了解仪器的相关原理等．化学类专业属于大学物理A，可以选用有一定深度的教材．

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摘 要：众所周知，热力学三大基本定律是热现象宏观理论的重要基础.因此，了解这些定律的深刻意义和建立过程，在热现象的研究当中是格外重要的.本文中主要介绍热力学三大基本定律的概述，以及在其建立过程中，做出卓越贡献的物理学家和他们的重要成就.

关键词 ：热学基本定律；概述；形成史

中图分类号：O414.1 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）01-0009-02

热力学是热学理论的一个方面.热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律.热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用.因此它是一种唯象的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性.热力学三定律是热力学的基本理论.

1 热力学第一定律

1.1 热力学第一定律概述

能量守恒与转换定律是自然界最普遍、最基本的规律之一.自然界中的一切物质都具有能力，能量有各种不同的形式，这种不同形式的能量都可以转移（从一个物体传递到另一个物体），也可以相互转换(从一种能量形式转变为另一种能量形式)，但在转移和转换过程中，它们的总量保持不变.这一规律成为能量守恒与转换定律.能量守恒与转换定律应用在热力学中，或者说应用在伴有热效应的各种过程中，便是热力学第一定律.热力学第一定律是人类在实践中积累的经验总结，它的发现和建立，打破了人们企图制造一种可以不消耗能量而能连续做功的永动机.因此，热力学第一定律也可以表述为：第一类永动机是造不出来的[1].

其基本公式可以表述为公式（1），它表明向系统输入的热量Q，等于质量为m的流体流经系统前后焓H的增量、动能v的增量以及系统向外界输出的机械功W之和.

1.2 热力学第一定律形成史

1.2.1 罗伯特·迈尔

热力学第一定律与能量守恒定律有着极其密切的关系.德国物理学家、医生迈尔发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，所有这些形式的能在量上就必定守恒.他由此受到启发，去探索热和机械功的关系.1842年他发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想.迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人.

1.2.2 焦耳

英国科学家焦耳(J.P.Joule，1818-1889)关于热功当量的测定，为最终确立热力学第一定律奠定了坚实的实验基础.1850年，焦耳在他的《论热功当量》的论文中，已经将热功当量值总结为：以水做实验为773石4磅/卡(424千克米/千卡)，以水银作实验为776.30磅/卡(425.77千克米/千卡)，后来又经过一系列极为精确的实验，焦耳又将J值确定为423.85千克米/千卡(4.153焦耳/卡)，这已和现代精确实验极为接近了.他和迈尔分别从不同的方面和不同的途径达到了对能量转化与守恒的证明.

1.2.3 亥姆霍兹

德国物理学家亥姆霍兹从多方面论证了能量转化与守恒定律，其中最主要的是从否定永动机的存在这一途径来完成的.1842年，他在关于《力的守恒》的论文中，就论述了他的能量转化与守恒的基本思想，论证了“活力”与“张力”之和是一个常数，称之为“力的守恒原理”，并把这种“力”的保守性同永动机之不可能联系起来.他的这一工作从理论上对能量守恒原理作出了重要概括.

2 热力学第二定律

2.1 热力学第二定律概述

热力学第二定律有两种表述，第一种是“不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化”，另一种为“不可能从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化，”即第二类永动机是造不出来的[2].

其基本公式可以表述为公式（2），式中，对不可逆过程应取用不等号，δQ指系统实际过程热，T指环境温度，对可逆过程应取用等号，δQ指可逆过程热，T为系统温度.

2.2 热力学第二定律形成史

十八、十九世纪，由于科学技术迅猛发展，蒸气机在英国煤矿业得到了普遍的使用，这同时给物理学家提出了许多急待解决的理论问题，比如：热现象的产生原理、提高热机效率的方法、热机效率上限的存在与否、永动机的存在与否等等.

正式提出热力学第二定律的是英国物理学家汤姆逊·开尔文(WilliamThomson，1524-1907)和德国物理学家克劳修斯在研究热现象的过程中，发现按能量守恒与转化定律，于是开尔文提出了“不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功，而不产生其它影响”.

而克劳修斯在提出热力学第二定律的表述后，于1854年发表了题为“论热的机械理论的第二定律的变化了的形式”论文，文中对热力学第二定律又作了补充.至此，经过众多物理学家的努力，热力学第二定律才完整地建立起来.

3 热力学第三定律

3.1 热力学第三定律概述

20世纪初，人们通过对低温下热力学现象的研究，确定了物质熵值的零点，逐步建立起了热力学第三定律，进而提出了规定“熵”的概念，为解决一系列的热力学问题提供了极大的方便.热力学第三定律可以准确简洁地表述为：0K时，任何完美晶体的熵值为0.也可以表达为，绝对零度不能达到[3].

其公式可以按照公式（3）来表示，说明ΔG和ΔH随着T变化，而当T趋向于0时，ΔG和ΔH近似相等.

3.2 热力学第三定律形成史

3.2.1 T·W·Richards

1902年，T·W·Richards研究了低温下电池反应的G、H与温度的关系，得出这样一个结论：当温度降低时，G、H逐渐趋于相等.Richards的研究为热力学第三定律的提出提供了必要的理论和实验基础.

3.2.2 普朗克

1912年，德国人普朗克在能斯特的热定理基础上，进一步假设：0K时，纯凝聚体系的熵值为零[4].

3.2.3 路易斯和兰德尔

1920年，Lewis和Gibson发现指出普朗克的假设S(0k)=0只适用于完美晶体.因为0K时一些物质可能有多种晶体形态，但其中只有完美晶体熵可能为零.普朗克、路易斯和兰德尔对普朗克假设作了修正，得出如下说法：如果温度为0k的每一种元素处于结晶状态的熵值都为零，则一切物质的熵值都具有一定的正值，但温度为0k时其熵值可变为零，对于完美晶体来说确实如此.

至此，人们就建立起了比较完整、准确的热力学第三定律.

4 结语

热力学三个定律是无数经验的总结，至今尚未发现热力学理论与事实不符合的情形，因此它们具有高度的可靠性.热力学理论对一切物质系统都适用，具有普遍性的优点.这些理论是根据宏观现象得出的，因此称为宏观理论，也叫唯象理论.

热力学是热学理论的一个方面.热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律.热力学基本定律是人类在长期生产经验和科学实验的基础上总结出来的，他们虽不能用其他理论方法加以证明，但由它们出发得出的热力学关系及结论都与事实或经验相符，这有力地说明了热力学定律的正确性.纵观热力学定律的发展史，科学是一个集观察、思考、实验、总结、学习、于一体的事物，只有以谨慎的态度对待它，才会迎来科学事业的飞跃.

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参考文献：

〔1〕魏蔚,吴建琴,马晓栋.关于热力学第一定律的讲述[J].新疆师范大学学报(自然科学版),2011（04）:59-62.

〔2〕李复,高炳坤.热力学第二定律理论体系的讨论[J].大学物理,2000（04）:19-22.

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中图分类号：O41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）010（b）-0254-02

应用正则系统理论推导实际气体的物态方程已经在某些教材中提及[1]，但是不够详细和具体。该文是对正则系综理论在实际气体中的应用做了详细的推导，以便于我们对这方面知识有更深入的理解，同时对我们在热力学统计物理和其他物理学科的学习也有着很大的帮助。

1 实际气体物态方程近似表达式的推导

正则系综是系综理论的基本内容，是指具有确定值的系统，也可设想为与大热源接触而达到平衡的系统[2]。下面将利用正则系综理论推导实际气体的物态方程[3]。实际气体的模型：（1）在低密度下可把气体看成理想气体，随着气体密度的增加，实际气体与理想气体性质的差异将变的显著。（2）低密度下可以忽略分子间的相互租用，高密度下则应计及分子间的相互作用，这是实际气体和理想气体的区别所在[4]。

气体能量[1]： （1）

第一项是实际气体的动能；第二项是分子间相互作用的势能：

（2）

气体稀薄，略去了3个以上的相互势能，，只有，主要看这一部分带来的影响。

配分函数与位形积分问题，实际气体经典配分函数：

…

… （3）

其中…（位形积分） （4）

引入函数[1]，整理得：

（5）

所以…

…

（6）

引入质心坐标和相对坐标，对质心r的积分得到体积

（7）

（8）

令 （9）

（10）

- （11）

因为第二位力系数，是个小的修正量，所以

（12）

其中 （13）

]

当n=1时 （14）

恰好是昂尼斯方程

…]的前两项，即（14）式就是实际气体物态方程的近似表式。第二位力系数的确切表达式：

（15）

进一步假设形式[1]，两分子互相作用势，2个参量。

当时，以第一项为主

≥r0 （16）

当时，以第二项为主。

因为，，所以

（17）

其中：，，

a，b与系统的特征有关，把

代入 （18）

因为a ，b是小的修正量，所以即

（19）

式（19）就是实际气体最常见的物态方程之一，范德瓦耳斯方程。

2 结语

该文应用正则系综理论推导了实际气体的物态方程。通过对这方面知识详细的推导，可以弥补教材的不足，更便于初学者深入理解。

参考文献

[1] 汪志诚.热力学统计部分[M].北京：高等教育出版社，2012.

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1.1 “时间悖论”产生的思想火花

在1940年至1955年这段时间里,密希里·贝索(Michele Besso)与爱因斯坦(Einstein)之间不断地进行着书信的来往。借以来讨论时间及其不可逆性等问题。而爱因斯坦给以的回答是“不可逆性是一种幻觉,是一种主观印象,它来自某种意外的初始条件。”[2]但是,贝索没有停止他探寻真理的脚步,直到80岁,他试图用一种方法调和广义相对论和时间的不可逆性直至他逝世离开。而爱因斯坦另一段文字:“过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉,然而,这种区别依然持续着。”[2]很多看过这样话的人,都无法从中发现什么,唯有他,普利高津以一个科学家的视角对这些文字认真参悟着,通过翻阅大量爱因斯坦与贝索之间的信件的方式,并深入体味爱因斯坦的这段话,产生了这样的疑问:一种幻觉又怎么能说“这种区别依然持续着”呢？

1.2 动力学与热力学之间的“时间悖论”

“时间悖论”无法得到的进一步解释令普利高津渐渐开始痴迷地进行着这一命题的研究,因为他知道这些都是有前人可靠知识理论作为基础的。首先,时间作为一种外部参量是没有方向的,时间仅仅是描述物理过程的时空行为的第四坐标。在动力学中,是无法区分过去和将来的。因此,传统力学上的物理图像是可逆并且对称的[7]。但是热力学第二定律指出力学能可全部转换成热能[9],但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换成功(热机不可得)即一个孤立系统,无论其初始条件和历史如何,它的一个状态函数熵会随着时间的推移单调的增加,直至达到热力学平衡态时趋于极大,从而指明了不可逆过程的方向性[4]。由此,是否存在一个理论可以同时实现两者的完美解释？就成为了普利高津丞待解决的问题。

1.3 热力学第二定律与生物进化论之间的矛盾

生物进化论阐明了一个低级到高级,简单到复杂,无序到有序的演化方向。而热力学第二定律则说明了一个有序到杂乱的过程,两者之间有着极大的矛盾。当牛顿“把分割天体和地球之间的壁垒推倒,并且把两者结合起来,统一成为一个整体的宇宙”的时候,我们的世界被分成了两部分,即一个物理的世界、量的世界;一个生物的世界、质的世界。普利高津试图将这两种文化,两个世界完美地联系在一起,并为之不懈奋斗二十年,终于在1969年的“理论物理与生物学”国际会议上提出这一新的理论来进行完美解释。

纵观耗散结构理论的建立,回想伟大的先哲列宁曾说过,“自然科学的成果是概念。任何物理理论的建立,人体那是从总结现象入手,进而建立物理概念,提出物理模型,寻找它们的运动规律,并不断回到实践中去,进一步丰富和发展已经提出的理论。其中新的物理概念的提出具有决定性的意义。”耗散结构理论的建立也大体经历了同样的历程。正是普利高津存疑并迁移到物理学史上,不断地进行审视,思考,并发现“时间悖论”的不可调和,最终建立了与经典力学,量子力学,相对论三座丰碑相媲美的物理学第四大擎天柱。

2耗散结构理论的建立对当代大学生的启示

2.1 存疑质理勇于突破

知识就像大海般广而深,每每遇到一个问题,我们要用进行思考,研究,正如前人的“宁信书不如无书”。普利高津始终坚持留存着“时间悖论”的疑惑,这是他研究的开始,并最终获得意想不到的启发,我们当代大学生在学习中也要学会提出问题,从辩证唯物主义的角度去思考,切勿让自己的疑惑停留在懵懂阶段,要大胆质疑,勇敢地去探究,才能深入体会各个理论的精妙之处。

2.2 永不言弃勇于探索

任何一个问题的提出都需要反复进行思考,研究,只有朝着自己坚持的方向努力前进会有成功的可能。当我们回首普利高津建立耗散理论全过程的时候,倘若,每遇到一个矛盾就放弃,那么,他所要放弃的不是一个科学研究,而是他的青春,他那如黄金般宝贵的二十年。很多人在许多个矛盾面前的时候,也许会被吓到,还能够像普利高津一样不断地思索探求吗？答案也许是否定的。倘若,当代大学生以这样的一种持之以恒的态度去学习那么我们将收获的是无尽的知识。面对难以简单分析的数据的时候,首先要相信只要自己坚持计算下去总会有结果的。不论结果如何,当我们努力在复杂的数据里进行多个运算的时候,总会收获一些知识。普利高津也正是抱着这样一种探求知识的态度才得以成功构建出耗散理论。而当下大学生一旦拥有这样的品质才能攻克一个个难关,收获属于自己的成功。

2.3 细微之处寻求真知

严谨是一种态度,一种对事一丝不苟的态度。而作为耗散理论的建立者普利高津同样有着这样一种可贵的科学作风。诚然,爱因斯坦与贝索的通信是简单的学术探讨,谁能想象这些书信给这个比利时科学家打开了一扇怎样的大门？去探求自然界的发展方向,普利高津在巨大的矛盾促使下,开始了属于他一生的工作。确立了一个自组织体系来装载两个分立的世界。在这个躁动的时代,当代大学生缺少了一份属于科学求知特有的淡定气度。而有了这样一个严谨的学习态度才能在繁杂的社会生活里寻得属于自己的幸福。踏实地翻阅书籍,深深地汲取知识,牢牢地构建一个强有力的知识体系。试想,普利高津曾经也是这样踏实地进行实验,小心地求证,在求索的道路上不断向前成长着。

2.4 推陈出新引领创新

当一个个矛盾出现的时候,普利高津以其独特的视角,站在物理学、生物学上进行审视,思考,研究同时不懈求索,勇于创新,从平衡态转移到衡态,当最小熵产生原理在衡线性区的成功又进一步促使普利高津试图将它用到远离平衡的非线性区去,经过多年的努力,始终没能成功。但是正是挫折,让他认识到在远离平衡的系统的热力学性质可能与平衡态、衡态的热力学性质有重大原则差别。他们在这种新的思想指导下重新进行探索,终于建立起了—种新的学说—— 耗散结构理论,最终他成功了。不是所有人的探索都是成功的,但是他们的精神是值得我们学习继承的。当代大学生需要创新地学习,我们学会用新的方式去认识世界。就像我们不再用手中的笔去演算数据而是利用excel来进行数据处理,既节省了时间也避免了人工计算的误差,符合当代社会对大学生的要求,不是简单的一处便利,而是优秀的创新迁移品质的体现。当代大学生引领了潮流,而创新则可为这股潮流注入活力,卷起滔天巨浪,为我们走向社会奠定基石。

3创新有利于当代大学生走向社会

3.1 创新使社会服务更显优质高效

当代大学生进入社会之后,需要提供各种各样优质高效的服务,而原有固定的方式去提供服务当然可以产生一定的经济效益,但是就目前激烈的竞争环境而言,需要我们要有更加全新的模式来提供服务,以求获得更高的经济效益。便捷快餐的应运而生是一种创新,正是这样的创新带来了全球性的可观收益。当代大学生应当敢于创新,用创新的思维方式去需求更加优质高效的服务。

3.2 创新使社会发展愈发迅猛有力

社会的发展需要创新来提供动力。科学创新能够在技术上为社会发展提供保障,若没有在水稻品种上的创新,怎么能有充足的粮仓以确保人民温饱？创新并不仅仅是科学技术上的创新,生活中细微之处的改变,尝试用全新的观念去看人待物也是一种创新,由此当代大学生应当懂得创新有利于我们更快融入社会,并且为社会发展贡献自己的力量。

市场经济的就业环境下,当下大学生需要有一个全新的理念去应对,因而需要创造性的思维方式,通过各种不同的方式实现就业从而走向社会。不但如此,企事业单位也需要一批勇于突破,善于思考,敢于创新的大学毕业生带来新的思想。诚如是,科学的发展需要我们开动思维的马达,用创新的泉流去浇灌一个个前人无法解释的干瘪之花,才能绽放新的艳丽。在探求真理的道路上,需要有新的理论来支持无法解释参透的现象,新理论构建起的是一个百家争鸣,百花齐放的科学世界。因为创新,普利高津构建了耗散结构理论;因为创新,乔布斯让“苹果”起死回生;还是因为创新,才有了知识的一次次爆炸。

4结语

普利高津带给我们的不仅仅是一个让世界震惊的理论,同时展现了一个科学家之于世界的社会价值。对于当代大学生,需要有科学求知的素养,离开学校,走上社会的时候依然要坚定自己的方向,试图通过自己的努力,以及敢于质疑,思考,探究的决心为社会留下属于的光辉灿烂的一笔。对于社会和国家,这样的科学精神会不断地促进知识文化的发展。当代的中国社会需要一批普利高津式的科学家,不断地创新,不管社会的大气候如何,不管面对怎样的人生,敢于执着地向着自己认定的方向努力,从而成就梦想。创新是一个民族的灵魂,一个国家发展的不竭动力。

参考文献

[1] 毛全宁,葛宇宏.大学物理实验[J].吉林省吉林市:吉林化工学院.

[2] 沈跃春.逻辑悖论随笔耗散结构理论是如何创立的？—— 谈“时间悖论”[N].中国青年报,2002-12-8.

[3] 伊利亚·普里戈金.未来是定数吗？[M]上海:上海科技教育出版社,2005.

[4] 任苓华.论熵方程在热力学第二定律中的作用和地位[J].南京航空航天大学学报,1991(1).

[5] 程倩春.达尔文进化论对近现代哲学的影响[J].云南大学学报(社会科学版),2008(3).

[6] 列宁.哲学笔记[M].大陆:人民出版社,1974:290.

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中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0078-02

一、引言

大学物理学是一门重要的通识性必修基础课程，力、热、声、光、电等内容在各个学科中都有广泛的应用。在高等院校中开设大学物理课程，其教学目的是使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和理解，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养探索和创新意识，提高科学素养，树立科学的世界观[1]。随着科学技术的迅速发展，物理学与各学科间相互交叉、相互渗透日益密切，物理学将为学生适应现代科学技术发展在专业领域中有所发现、有所创造、有所前进打好基础。通过大学物理课程教学，应注重培养学生以下素质：

1.求实精神——通过大学物理课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

2.创新意识——通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望以及敢于向旧观念挑战的精神。

3.科学美感——引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。

然而，对于农林类专业的学生（包括农学、林学、食品、动科等），大学物理学时相对较少，我校理论教学48学时，实验教学32学时，共80学时，理论学时和实验学时都不足理工科学生课时的一半。因此学生对该课程的认识不足，学习兴趣不高；而且这些学生高考录取分数较低，数学物理基础不是特别好；最后是大学物理学用到很多高等数学知识，而很多学生刚学习完一学期高等数学，对高等数学知识的欠缺和不牢固是影响学生学习成绩的另外一个重要因素。因此，学生的学习效果不明显，并未达到应有的学习要求。几年来我校物理教研室本着边研究、边实践、边提高的原则，对少学时物理教学进行了卓有成效的改革和建设，在调整课程体系、改革课程内容及考试方法等方面作了大量的研究和实践工作，取得了较好的效果。在教学内容方面，主编了教材《普通物理学》（张庆国，陈庆东主编，中国农业出版社，2012年1月出版）。我们把教学内容要求分为四级：掌握、理解、了解和阅读。“掌握”要求学生深刻理解，熟练掌握。“理解”要求学生理解和基本掌握。“了解”要求学生进行一般性的了解，能进行定性分析，知道所涉及的物理量和相关的公式。阅读为选用内容，为开阔学生视野而设定。在本文中，根据多年来从事少学时大学物理教学的改革经验，总结了提高少学时大学物理教学效果的几个方法，希望真正提高学生的学习效果，加强基础、提高能力、提高物理素养，最后达到教师的“教”和学生的“学”的和谐统一。

二、教学方法探究

2l世纪需要知识面宽、适应性强、有开拓精神和创新意识的人才。所以我们在传授物理知识时，应重视培养学生的物理学研究方法及思想方法[2]。古人云“授之以鱼，不如授之以渔”，提高学生科学素质的关键在于提高教师素质，为此我们对物理学的典型思想方法进行了深入研究。根据我们多年来的教学成功经验，要在有限的学时内，提高学生成绩，增强学生利用物理知识分析和解决实际问题的能力，达到大学物理的教学要求，我们总结了以下几点：

1.提高学习兴趣。我们都知道，“兴趣是最好的老师”，提高学生的学习兴趣，是提高学生学习效果的前提。可以在课程开始之前，可以在第一次上绪论课时，多讲述物理学在高新科技，尤其是本专业的应用。例如，对农林类专业的学生，可以讲述植物根部的水为什么能够到达树顶，植物叶面很多小孔的作用，土壤中的水为什么能够悬浮等问题，引导他们利用大学物理中的流体力学的知识可以解释；对于动科类专业的学生，可以讲述为什么血液能够在血管中流动，x射线成像是什么原理，原子核的放射性对生物体有什么影响等，引导他们利用大学物理学中的相关内容可以进行解释。通过这些内容的讲述，学生知道了大学物理学和专业知识的关系，激发了学习动力，为提高学习效果提供了保障。

2.增加学习乐趣。中国人常说“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。在实际教学中，讲到相关知识时，可以适当讲解该定理的产生过程，以及一些物理学中的名人轶事，提高学生的乐趣，增加大学物理学习的趣味性。例如，在讲高斯定理时，可以讲解数学王子高斯成长过程中的一些故事；在讲光的衍射时，可以讲解泊松亮斑的产生及命名过程；在讲解粒子的波粒二象性时，可以让学生猜想一下，如果宏观物体具有波动性，会产生哪些效应等。通过这些内容的了解，不仅提高了学生学习的乐趣，也对学生进行了励志教学，启发他们努力学习、积极探索新事物的精神。

3.活跃课堂气氛。物理学的学习对有些学生来说是困难的，甚至是枯燥的，这些学生在课堂上不愿意听讲，课后不愿意复习，抄袭作业，敷衍了事，不能达到教学要求。因此，在课堂教学中，要设法提高课堂气氛。课堂讲课时，随机提问，让每个学生都要跟上教学进度；每章节结束，让学生总结本章节的主要内容、重要共识、基本方法等，迫使每个学生都要认真听讲，积极总结。把提问和总结与期末考核的平时分结合起来，让学生重视这些教学环节。

4.打开专业窗口。在给农林各专业讲解大学物理时，应多介绍物理学和生物学的结合和应用。如生物力学、生物系统热力学、化学势与水势、大气电场对生物的影响、环境磁场对生物的影响、热力学和量子力学对生命现象的解释等。这对于提高学生学习物理学的主观能动性，扩大视野以及在各自专业范围内的思路无疑是有帮助的。

5.重视实验教学。物理学是一门实验科学，对学生加深对书本知识的理解，提高学生动手能力具有重要的作用。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”说的就是这个道理。因此，要重视实验教学环节。课前，要检查学生的预习情况，包括检查预习报告和提问相关内容；实验过程中，要保证每个学生规范操作，顺利完成，得到相应结论；课后认真批改实验报告，对出现严重错误的学生要求重新完成实验。

三、总结

在本文中，根据多年对少学时大学物理教学的经验，我们总结了增强学生兴趣，提高学生利用物理知识分析和解决实际问题的能力，从而达到大学物理的教学要求的几个方法，为提高少学时大学物理教学的目标提供了一些方法。在今后的教学过程中，还要不断改革，不断总结，为真正提高少学时大学物理教学寻找更加合理有效的方法。以上是我们对提高少学时大学物理教学的一些思考，优化课堂教学是一个长期的课题，我们将不断地努力实践探索，使少学时大学物理教学工作日趋完善。

参考文献：

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材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。材料物理将理科的知识传授与工科的工程能力培养相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。

二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位

材料物理化学是贵州大学材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度研究材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。该门课程的教学目的在于提高学生的专业知识水平，培养学生科学的思维方式和独立的创新能力，以及综合运用基础理论来解决实际问题的能力。材料物理化学是材料物理专业非常重要的专业基础课，它以高等数学、大学化学、大学物理等理论基础课程为基础。高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。认识到大学物理和物理化学中热力学内容的衔接，了解大学物理中原子结构知识的介绍，协调好与大学化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避免重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得注意和认真对待的问题[4]。材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本知识，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。材料物理化学如同一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业知识的系统与连贯性。同时，材料物理化学作为一门重要的专业基础课，是许多高等院校研究生入学考试的必考科目。材料物理化学与材料科学与工程各专业相关的生产生活联系紧密。新材料的设计、合成以及产物性能的提高与可控自由基聚合反应中所用的新型催化剂和引发剂息息相关。在材料表面改性过程中，界面效应是起理论指导作用的。电化学在材料领域应用广泛，例如：熔盐电解法制取金属铝、多种稀土金属及其合金，金属在使用过程中的腐蚀及防护等，新型的化学传感器、燃料电池、锂离子电池的研究和生成都要用到电化学理论。而对于发展迅速的前沿材料纳米材料，如何制备具有规定尺寸和组成的纳米颗粒、测量其性质、了解它们的特殊性质与颗粒尺寸的关系等很大程度上依赖于科学测量手段和化学化工技术，这也离不开材料物理化学基本原理的指导。

三、材料物理化学的教学难点

根据在以往的教学过程中的观察与经验，材料物理化学是一门老师难教、学生难学的课程。这首先是因为材料物理化学课程与数学物理联系密切、抽象概念多、数理推导多、公式繁杂等特点。许多学生见到大段连篇的公式推导就会产生畏难心理，丧失学好该课程的信心，然后就逐渐厌学甚至放弃学习。再加上该门课程对于材料物理专业的学生来说，课时相对较少，要在有限的学时中掌握较多的内容，使得以往的教学出现点到为止，认识学习不够深入的现象[5]。该门课程的授课对象是大学二年级上学期的学生，处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期，求知欲强，精力充沛。面对这样的学生，如何有效地利用他们的求知欲，激发起学习该课程的兴趣，并针对他们的缺点，制定行之有效的方法及对策，使其通过该门课程的学习，培养起运用物理化学的方法进行科学研究和解决实际问题的能力，是值得我们教学工作者值得思考并认真对待的问题。

四、材料物理化学的教学改革

针对上述问题，为提高材料物理化学的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养学生能力，我们对材料物理化学课程教学进行了多方面的改革。

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《热学》是物理学中研究物质热运动及其有关性质和规律的一门分支学科，是物理学专业本、专科学生必修的专业基础课。《热学》课程在实验基础上，通过物理学的基本概念、基本原理、基本知识、基本思想和方法的引导，培养学生进一步学好物理学的兴趣，提高学生的自学能力、分析和解决问题的能力。其主要内容包括：分子动理学理论的平衡态理论、输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论、热力学第一定律、热力学第二定律与熵、液态与固态、相变等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。通过本课程的学习，既要帮助学生迅速掌握大学的学习特点和规律，建立正确的学习方法，努力养成刻苦踏实、勤于思考的良好学风，又要为后继课程的学习作好业务、思想和心理上的准备，还要为学生毕业后从事有关科学研究、应用开发、教学工作等打下良好的基础。在目前《热学》课程的教学中，课程论文扮演着越来越重要的角色，探讨课程论文教学的相关研究课题也逐渐开始得到重视。课程论文要求学生在掌握物理学基本概念和基本规律的基础上，通过调查研究，适当了解这些基本概念与规律以及它们在生产技术、特别是高技术领域中的应用，注意培养学生理论联系实际的能力，培养学生对实际问题特别是当代物理学前沿以及当前高技术领域中物理问题的兴趣，引导和激励他们解决实际问题的愿望和责任感。教学方法的改进是课程教学改革的重要方面，在课程论文的实施过程中重视学生能力素质的培养，把课程建设的目标定位于造就新世纪人才，使学生终生受益。

二、课程论文的基础

课程论文实际上是对学生提出了更高的要求，因此，《热学》课程的教学应当把重点放在打好基础上。如果学生掌握的基础知识雄厚，基本功扎实，再加上广泛涉猎与深入钻研，专业课就能学得好，理解得深，在将来从事高新科技领域的创新工作时就上手快，回旋的余地也比较大。况且，“热学”课程在传授系统物理学知识的同时，还要培养学生掌握物理学中的思维方法与工作语言。这样，尽管有些基础物理知识从表面上看似乎并没被直接应用，但这却会影响到学生的工作方法、思维方式以至世界观，当他们以后从事科研与教学工作时会在潜意识深处起重要作用。总而言之，《热学》课程的基础还是基本概念、基本原理、方法，离开这些基础去谈课程论文就是无源之水、无本之木。

三、课程论文的形式

课程论文的形式灵活，不仅包括论文、调查报告，还包含有实验研究、实物制作等多种形式。在教学过程中，教师可以通过告知、提问等多种提示方式引导同学自行深入研究，常见的课程论文形式主要有以下几种。一是解题方法的探究，通过对一个例题或习题的多种方法求解，使得学生对相关概念、原理、方法掌握得更透彻；二是实验探究，例如，当讲解到气体玻一马定律与盖・吕定律知识点时，可以让学生自行设计相关实验来验证上述定律；三是调研报告，例如在讲解卡诺循环这一知识点时，可让学生调研、总结目前市场上热机的工作原理与工作流程等；四是理论模拟与分析，例如讲到相变这一知识点时，可以通过理论分析各种相的稳定性。五是合理的估算，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，又如通过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，再如可以用标准大气模型中数以千计的数据，考虑地面凹凸不平的影响，可求出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；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。

四、总结

《热学》课程论文的目的是使得学生通过热力学宏观定理与微观模型的学习，建立把宏观现象与微观模型进行联系的物理思想方法，掌握对事物的实验――理论――实践的认知规律，在此基础上，采用问题探讨与课程讲授、主题讨论与实践相结合的教学方式，以教学论文为载体，实现《热学》课程的互动研究型教学，重视学生能力素质培养，通过精心设计方案，全面加强各个环节，合理运用各种方法手段，形成视野开阔、理论联系实际的特色风格。用搞科研的态度对待教学，积极开展教学论文的教学，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。教师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，身教言传，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，使得学生发现问题、分析问题、解决问题的能力都能够得到进一步的提升。

参考文献：

[1]国家教育委员会.高等学校理科本科专业基本培养规格和教学基本要求（I）.高等教育出版社，1992.59-60.

[2]张辉，陈振乾.“高等传热学“教学的改革实践[C].第四届全国高等院校制冷空调学科发展与教学研讨会论文集.2006.172-175.

篇8

一、多媒体与三维模型的应用

固体物理学是一门研究固体的微观结构、组成固体的粒子（原子、离子、电子等）之间的相互作用与规律，并在此基础上阐明固体宏观性质的学科。因此，固体的微观结构是这门课程的基础。许多固体物理学的教材，例如黄昆等的《固体物理学》经典教材，开篇即讨论晶体的结构。但对晶体结构的理解，特别是对三维的晶体结构的理解，需要学生较好的空间想象能力。由于晶格的周期平移不变性，理想晶格可以通过原胞或单胞的周期平移、重复而得到。那么，如何选取合适的原胞或单胞？原胞的形状如何？原胞内有多少个原子？单胞内的各个原子是否等价？在教学过程中，许多学生对这些问题一时不能很好理解。

随着计算机的普及和利用，多媒体教室普遍存在，并被广泛使用。多媒体教学手段的利用，有助于学生对固体微观结构的理解。例如，可以通过视频或PowerPoint文件，可以直观地展示晶体的微观结构、原胞的选取、原胞的形状等。与传统板书相比，利用多媒体呈现并分析固体的微观结构以及晶体的结构特征，对教师而言，更加省时、省力；几何关系的表达也更为准确，便于学生的理解。此外，若能结合三维的原子实物模型，那么，固体的微观结构将能更为直观地展现在学生眼前。多媒体与三维模型的应用对于学生理解固体的微观结构、晶格的周期性、原胞、晶体的对称性等基础概念很有好处。

当然，多媒体教学也存在着一定的局限性。例如，在公式的推导、基础概念的讲解等方面，板书其实更受学生的欢迎。与多媒体教学相比，板书的节奏慢，师生间可以有较多的互动；学生相对容易跟上教师思考问题、解决问题的步伐，学生也能有较充分的时间来理解各个知识点、梳理要点以及做笔记等。因此，多媒体教学还需适当地与传统板书相结合才能达到较好的教学效果。

二、教学内容的取舍

由于固体物理学融合了普通物理、热力学与统计物理、量子力学、晶体学等多学科的知识，其知识面广、量大，在有限的学时里，不可能面面俱到地讨论固体物理学所涉及的所有知识点。因此，实际教学中可以结合本专业的特色，有选择地取舍部分教学内容。例如，侧重固体热学性质的专业可以考虑以晶格振动等内容为主；而侧重微电子的专业则可以考虑以能带理论、半导体中的电子等内容为主。当然，一些多个领域都涉及到的基础知识也应是这门课程不可缺少的一部分内容。

固体的微观结构和结合方式是固体物理学的基础，因此，晶体的结构和晶体的结合等知识点应是这门课程的基础知识之一。考虑到理想晶格由原子实和电子组成，晶格的运动主要在晶格振动等部分讨论；而电子的运动主要在能带理论等部分讨论，具体还可以分为金属中电子的运动和半导体中电子的运动等部分。尽管这原子实和电子的运动实际上相互联系，但很多时候，可以分别侧重讨论。此外，实际晶体也并非理想晶体；实际晶体除了有边界之外，也常含有缺陷。但在许多情况下，晶格的振动、电子的运动和缺陷的影响依然可以依据实际情况分别讨论，并得到与实际较为符合的理论结果。因此，晶格振动、能带理论和缺陷等知识点之间相对独立，或可根据各专业的实际情况取舍部分教学内容。

在许多固体物理学的教材中，例如黄昆等的《固体物理学》教材和阎守胜的《固体物理基础》教材，密度泛函理论并没有被提到。事实上，密度泛函理论是一个被广泛使用的基础理论，它是凝聚态物理前言研究的有效手段之一，也是材料设计的一种有效方法。教学过程中，教师可以结合各专业的实际情况介绍一些密度泛函理论的基础知识。同时，还可以介绍一些最新的相关研究进展，以拓展学生的知识面、提高学生的学习兴趣。

三、模块化的教学形式

如前所述，固体物理学中的许多知识点间相对独立；基于这门课程的特征，教师在教学过程中可以考虑模块化的教学形式，以子课题的形式将相应内容呈现给学生。可能的模块如：讨论晶体的结构和晶体的结合方式的基础模块――晶体的结构与结合；讨论晶体中原子实运动的模块――晶格振动；讨论晶体中电子运动的模块――能带理论；讨论实际晶体中可能存在的缺陷的模块――晶体的缺陷等；其中，能带理论部分还可分为：近自由电子模型、紧束缚模型、赝势方法等数个部分。这样做首先有利于教学内容的取舍；其次，有利于学生对各知识点的理解、有利于学生梳理清楚各个知识点之间的关系。

此外，固体物理学是凝聚态物理前沿研究的基础之一；其基础知识、理论推导、实验背景以及处理问题的方式方法等，都是开展凝聚态物理研究的基础。而模块化教学，以课题研究的形式提出问题、解决问题，将教学内容以问题为导向呈现给学生，这有助于培养学生的学习能力和解决实际问题的能力。而且，课题研究的教学模式，既是在教授学生知识，也是在开展科研，有助于提高学生对科研的认识、有助于培养学生的科研能力。这种课题研究的模块化教学形式还可以结合基于原始问题的教学来开展。

四、基于原始问题的教学

所谓原始问题，可简单理解为：现实生活中实际存在的、未被抽象加工或简化的问题。于克明教授、邢教授等人详细探讨了原始物理问题的诸多方面；此外，周武雷教授等人还讨论了原始物理问题含义的界定等相关问题，并呼吁将基于原始物理问题的教学实践引入大学物理的教学中。这应是个值得提倡的建议，毕竟现实生活中遇到的具体问题都是原始问题。与传统的习题不同，原始问题未被抽象、加工或简化。学生处理实际问题的第一步便是将问题适当简化，这也是学生需要学习的一种能力。

事实上，合理的模型简化是各种理论的基础，也是实际应用或科研必不可少的一种能力。例如，讨论晶格热容的爱因斯坦模型和德拜模型，尽管模型简单，但它们数十年来是我们讨论、分析相应问题的基础。今天，那些被写进教科书的基础理论，在当时、在理论刚被提出时，都是为了原始问题的解决。下面以晶体热容为例，稍加详述。

问题的背景：根据经典的热力学理论，晶体的定体摩尔热容是个与温度无关的常数。实验发现晶体的热容在高温下确实接近于常数，但是晶体的热容在低温下并不是个常数，其与温度的三次方成比例关系。

问题的提出：理论预言与实验观测为何不相符？如何解释实验现象？20世纪初刚刚发展起来的量子力学是否能解释这个实验现象？这些问题在爱因斯坦的年代应该都是前言的科研问题。

问题的简化：（1）不考虑边界、缺陷、杂质等的影响，将实际晶体抽象为理想晶体；（2）基于绝热近似，不考虑电子的具体空间分布，将原子当作一个整体，原子―原子间存在相互作用；（3）基于近邻近似，只考虑近邻原子间的相互作用；（4）基于简谐近似，将原子间的相互作用势在原子的平衡位置作泰勒级数展开，并保留到二阶项。

问题的解决：基于上面的模型简化，写出描述原子运动的牛顿第二定律，并求解方程组，这些方程组与相互独立的简谐振子的运动方程组相对应。结合量子力学，得到体系的能量本征值；写出晶格振动总能的表达式，继而给出由晶格振动贡献的晶格热容的表达式。由于晶格热容的表达式复杂，很难直接与实验结果对比，因此引入进一步的简化和近似――爱因斯坦模型或德拜模型。

这种提出问题、分析问题、解决问题的方式与做前言科学研究的方式相接近，既能提高学生对科研的认识、培养学生的科研能力，又能培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。

五、小结

针对固体物理学这门课程的一些特点，本文从教学手段、教学内容和教学形式等方面提出了一些教学改革的心得体会。教学手段上，可以利用多媒体和三维模型等教学手段，以便让学生更容易理解固体的微观结构。教学内容上，可以针对专业特色，有选择地取舍部分章节。而模块化的教学形式，可以将相对独立的知识点以子课题的形式呈现给学生，既能帮助学生梳理知识点，又能让学生对课题研究有所认识。最后，通过课题研究的教学形式、理论联系实际的讨论分析以及基于原始问题的教学，培养学生学习和应用的能力。

致谢：感谢上海高校外国留学生英语授课示范性课程《英文大学物理》建设项目的资助。

参考文献：

[1]黄昆，韩汝琦.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1988.

[2]阎守胜.固体物理基础[M].第二版.北京：北京大学出版社，2003.

[3]谢希德，陆栋.固体能带理论[M].上海：复旦大学出版社，2007.

[4]冯端，金国钧.凝聚态物理学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]陈志远，熊钢，易伟松.多媒体技术应用于固体物理教学的探讨[J].咸宁师专学报2002，22（6）：53-55.

篇9

1背景知识

标准摩尔生成焓是计算化学反应的标准摩尔反应焓的基础热数据。在压力为100 KPa，温度为298.15 K的标准态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质的焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓。[1]标准摩尔生成焓用Δf H符号表示。

熵是热力学中表征物质状态的参量之一，通常用符号S表示。熵是描述物质混乱度大小的物理量，可以把任何纯净的完整晶态物质在0 K时的熵值规定为零，把某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵值称为标准摩尔熵(Sm)。[1]

当某一系统由于加给一个微小的热量δQ而温度升高dT时，δQ/dT这个量就是热容。[2]热容的符号为C。单位物质在恒定压力的条件下的热容称为定压热容，用Cp，m表示。

每一种物质都有唯一的ΔfHm、Sm和Cp，m与其对应。本文将在这些数据的基础上，对一些常见气体进行分类，从中找出规律。

2聚类分析

聚类分析是一类将数据研究对象进行分类的统计方法。这一类方法的共同特点是:[3]事先不知道类别的个数与结构;据以进行分析的数据是对象之间的相似性或相异性的数据。将这些相似或相异的数据看成是对象之间的“距离”远近的一种度量，将距离近的对象归为一类，不同类之间的对象距离较远。

2.1系统聚类法

系统聚类法基本思想是:[3]首先是n个样本各自成一类，然后规定类与类之间的距离，选择距离最小的两类合并成一个新类，计算新类与其它类的距离，再将距离最小的两类进行合并，这样每次减少一类，直到达到所需的分类数或所有的样本都归为一类为止。系统聚类法是分类数据处理中用得最多的一种方法。有关该方法的研究内容相当丰富，许多统计软件(如SAS)中都有专门的程序。

本文应用R2.7.2软件，分别使用了包括最长距离法、类平均法、重心法和ward法。用这些系统聚类法，本文研究了10种气体的分类情况。选取气体为:1氧气;2氮气;3一氧化碳;4二氧化碳;5氯化氢;6氨气;7二氧化氮;8二氧化硫;9甲烷;10乙烯。

系统聚类分析的R计算程序如下:

> library(cluster)

> x=read.table("C:/data.txt")

> dist(scale(x))

> d=dist(scale(x))

> long=hclust(d， method = "complete")

> plclust(long，hang=-1)

> average=hclust(d，"average")

> plclust(average，hang=-1)

> centroid=hclust(d，"centroid")

> plclust(centroid，hang=-1)

> ward=hclust(d，"ward")

> plclust(ward，hang=-1)

最长距离法的分类结果是:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢;6氨气;9甲烷。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

类平均法的分类结果是:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢;6氨气;9甲烷。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

重心法的分类结果是:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢;6氨气;9甲烷。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

ward法的分类结果是:

第一类:6氨气;9甲烷。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

第四类:4二氧化碳;8二氧化硫。

2.2动态聚类法

本文在系统聚类法的基础上进行了动态聚类法。动态聚类法的基本思想是，开始粗略的分下类，然后按照某种最优原则修改不合理的分类，直至类分得比较合理为止，这就形成了一个最终的分类结果。这种方法具有计算量小，占用内存小，方法简单的优点。[3]

利用动态聚类法将10种气体物质分为4类。R软件的运算的程序为:

> km=kmeans(d，4，nstart=10); km

> sort(km$cluster)

动态聚类分析结果如下:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:7二氧化氮;10乙烯。

第三类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢。

第四类:6氨气;9甲烷。

3分析讨论

本文先后进行了最长距离法、类平均法、重心法、ward法、动态聚类法的聚类分析。5种不同的方法对应着5种不同的分类结果。然而，无论这5种结果有多么大的差异，其中还是有一些共同的规律。本文将这些规律总结如下:

(1)1和2都是分在一类，即氧气和氮气一类。氮气和氧气都是非金属元素构成的单质气体，它们都是双原子分子。它们的分子式如下:

(2)4和8都是分在一类，即二氧化碳和二氧化硫一类。二氧化碳与二氧化硫都是非金属元素的二氧化物，中心元素C和S都是+4价，C和S与氧之间的共价键都是双键。它们的分子式如下:

O=C=OO=S=O

(3)6和9都是分在一类，即氨气和甲烷一类。氨气和甲烷都是活泼非金属元素与氢化合生成的共价化合物，也就是说它们都是氢化物。它们的分子式如下:

(4)7和10都是分在一类，即二氧化氮和乙烯一类。二氧化氮和乙烯的分子中都有活泼的双键，都有活泼的π电子。它们的分子式如下:

物质的热力学性质是由其分子的性质决定的，分子的性质又是由其结构决定的。分子结构相似的气体决定着它们具有比较相近的热力学性质。通过以上所述分子的化学式，可以看出每组分子具有明显的结构相似性。以上的讨论中便充分说明了结构的相似性导致了热力学性质的相似性。进而说明，聚类分析是验证分子相似性的有效手段。

参考文献

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当前，在“绿色发展理念”深入人心的时代背景下，农林类高校迎来了很好的历史发展机遇;同时社会和企业对农林类专业人才的需求更加重视质量，对人才的知识深度、广度和对专业基础课、专业特色课核心知识的实践运用能力，均提出了更高要求。提高机械设计制造及其自动化专业学生林业装备系统总体及其子系统技术的掌握程度，拓展学生在林业装备系统上运用专业基础课、专业特色课中核心知识的科研能力，是农林类高教工作者面临的共同课题［4］。

1课程教学剖析

1．1课程内容

“热工基础及流体力学”这门课程是机械设计制造及其自动化专业的一门综合性专业基础课，是后续液压与气体传动、泵与风机、林业机械等专业及特色专业课的重要基础。课程目标包括:掌握工质的热力学性质、热力学第一定律、第二定律、热工转换的规律和理想气体的热力学过程，学会基本的理论分析与计算方法;通过对热量传递的三种基本方式、导热基本理论、对流换热基本规律、黑体辐射基本定律等内容的学习，使学生具备对基本的传热学问题进行分析和总结的能力;掌握流体的主要物理性质和流体静力学的基本理论知识，学会流体上的作用力分析，能够推导流体动力学方程的连续性方程和伯努利方程，针对黏性流体，能对管内流动状态进行判断;能够对“传热学”“工程流体力学”的实验结果进行分析和解释，通过实验数据综合分析工程中的现象及问题，并得到合理有效的结论。总体来看，本课程讲授内容包括工程热力学、传热学以及工程流体力学三大板块的内容，是在高等数学、大学物理、理论力学、材料力学的基础上进行深化学习，拓展到实际的工程问题，所以本课程不仅理论性强，而且工程应用性也很强;与机械设计制造及其自动化专业其他课程相比，该课程涵盖了本应三门独立开设的课程内容，知识难点聚集、微积分公式众多、三大知识板块思维跨度大、学生融会贯通掌握难。但是，学生对课程内容的掌握程度直接影响后续专业特色课程的学习情况。

1．2教学思路

目前，本课程总学时为48学时，理论授课42学时，实验授课6学时。三大板块的教学内容多，理论授课课时较少，矛盾突出:(1)学生由固体学科切换到流体学科的学习需要较长适应期;(2)课程中较多章节内容抽象，且涉及大量公式推导及专业的概念铺垫，加之为了跟上教学进度教学内容更新较快，学生普遍反映课程难度较大;(3)教学内容和后续专业及特色专业课内容衔接性不够紧密;(4)从内容的充实性和课程的结构上来看，“热工基础及流体力学”这门课程的教学内容已经满足要求，但是对接林业机械领域最新技术，强化学生创新思维方面，当前的课程建构仍无能为力;(5)由于本课程的学习不涉及具体的机械装备系统，使得同学们对本课程在专业中的地位认知不足，学习积极性欠佳，这些现状使得提升教学效果难度较大。针对上述课程特点及教学现状，结合农林类高校“机械设计制造及其自动化”专业的实际情况，制定了如下教学思路:(1)授课时，使学生从机电系统、固体力学等学科的思维中切换出来，将空间观测法跟同学们探讨透彻，基于空间观测法开展“热工基础及流体力学”的课程教学。(2)在教学大纲中删除过于抽象、应用面较窄的教学内容，深入讲解与后续“液压与气体传动”“泵与风机”“林业机械”等课程关联度较深的内容，为专业及特色专业课的学习做好扎实铺垫。(3)结合在林业机械领域与“热工基础及流体力学”紧密关联的科研经历，探索寓教学于科研、科研反哺教学的授课模式，强化同学们对“热工基础及流体力学”在“机械设计制造及其自动化”专业里占有重要地位的基础认知，显著提升同门们自愿学习、自主学习的热情。(4)注重思维方式、终身学习意识的培养。教学过程中注重切入问题角度的讲解，使得同学们在明白问题的同时更养成学习思考问题方法的习惯;从固体学科到流体学科是一个较大的跨越，在跨越的过程中，使同学们树立终身学习意识，为以后培养同学们提出、解决林业机械领域学科前沿性、热点性问题的能力打下坚实基础。

2课程构建探讨

在“碳达峰、碳中和”的硬性发展要求及“绿水青山就是金山银山”的发展理念加速推进的浪潮之下，农林高校“机械设计制造及其自动化”专业的毕业生在高等教育系统中的地位不断提升，所以基础专业课程构建更需获得与之地位匹配的重视。一方面，基础专业课课程构建要体现基础知识的深度和广度;另一方面，内容要很好衔接并服务于核心专业课、特色专业课，为学生后期毕业设计、研究生科研深造做好铺垫。

2．1课程内容深度衔接核心专业课

“林业机械”是南京林业大学“机械设计制造及其自动化”专业的核心专业课，内容涵盖林业动力、整地、清理、苗圃、造林、抚育、保护、防火、采伐、采摘、智能化等机械。其中，和“热工基础及流体力学”专业基础课相关的包括动力、清理、保护、采摘等板块。林业动力机械(包括泵、风机)涉及“工程热力学”中热能和机械能之间的转化问题，同时也涉及“工程流体力学中”可压缩混合气体压强、温度变化和装置的动力匹配问题;林业清理机械涉及“工程流体力学中”不可压液态水在管道内部的流动，在雾化器内的流态分布、出口后雾化粒径分布等复杂多相流问题，如图1所示;林业保护机械中喷雾射程、喷雾穿透涉及“工程流体力学中”可压缩流体空气的外部流动及耦合风场、雾滴的多相流动问题，如图2所示;林业采摘机械中，基于负压的采摘系统涉及可压缩流体空气的管内流动问题。从衔接核心专业课的角度来看，一方面，农林类高校“热工基础及流体力学”这门专业基础课程应该深耕“工程热力学”和“工程流体力学”，而“工程流体力学”应该是重点中的重点;另一方面，也好兼顾课程内容的完整性，“传热学”也要适度调整。

2．2匹配三大板块关系，优化课程结构

建议协调、平衡三大板块的课时占比，同时明晰课程内容的内在逻辑关系，在此基础上进一步优化课程结构。在“工程热力学”(热能的间接应用)板块中，我们将实现热力学能向机械能转化的媒介称之为“工质”，媒介一般是“单一气体”或者“混合气体”，热力学第一定律、热力学第二定律、工质热力学性质及理想气体的热力过程等课程内容和专业核心课程林业机械吻合度较好。“工程流体力学”中，对流体的终结性定义是“抓不起来的物体”，一般性的定义是“气体和液体”的总称，但课程内容中流体基本概念的铺垫、流体静力学、流体运动学、流体动力学及黏性流体等课程内容都是基于不可压的液体，同为流体，但气体和液体的性质及研究重点相差甚远，“气体”这种流体相关课程内容的缺失为后续专业核心课程的学习带来很大知识结构缺陷。“传热学”(热能的直接应用)中，对导热、对流传热(混合传热，主要是流体和固体之间)、辐射传热的基本原理、工程应用等课程内容做了比较详细的讲解，但是后续专业核心课程对传热学中的知识需求很少，仅仅在脉动燃烧技术这一研究领域有所涉及。总体来看，不管是“工程热力学”中的“工质”，还是“工程流体力学”中的“气体”，再或者“对流换热”中的“流体”，其中“气体”是课程的“最大公约数”，也是和林业机械这一专业核心课程相关的“最大公约数”。鉴于此，“工程热力学”教学内容总体上可以维持不变，部分章节可以简化，不重要的知识点减少不必要的推导，侧重理论、公式概念的理解和应用，这样可省出一部分课时。总课时不变的情况下可以合理缩减“传热学”的课时，对辐射传热只做一般性介绍;考虑到相似原理在流体力学的试验研究中也有重要应用，可以在这里对相似准则进行深入讲解，省出较多课时。将“工程流体力学”放在最突出的位置，省出来的课时分配给这一部分;增加可压缩流体“漩涡势流理论”“相似理论中的量纲分析法”、包括气体动力学中“扰动在外空间流场中的传播”及“管内气体的流动”等内容，以匹配林业机械核心专业课。

2．3树立自主学习、终身学习意识

目前，流体力学板块中关于可压缩流体的课程内容匮乏，教学中会鼓励同学们在MOOC上寻找优秀资源进行线上学习，使同学们树立自主学习意识。通过工程流体力学板块，我们在体力学的范畴内将研究运动的方法由拉格朗日法提升到欧拉法，这是一个显著的改变，也是重要的进步，通过这一步，有助于培养同学们的终身学习意识。

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文章编号：1005C6629（2017）3C0021C05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学反应原理是中学化学中逻辑性最为缜密的一个部分，而最令学生头痛的则是其中的化学平衡部分。化学平衡还包括下位的弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡、沉淀溶解平衡等内容。化学平衡的基本原理是上述所有理论的基础，学生只有真正掌握了化学平衡，才能认知其他特殊条件下的各类平衡问题。

1 “速率”和“平衡”的教学误区

1.1 尽管课标“隔离”了“速率”和“平衡”，但教学中往往混为一谈

化学反应动力学和热力学的基础内容是高中化学反应原理模块的重要组成部分。课程标准要求学生对动力学的认识主要有：（1）知道化学反应速率的定量表示方法，通过实验测定某些化学反应的速率；（2）知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响；（3）通过实验探究温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。而对热力学的要求包括以下两个方面：（1）能用焓变和熵变说明化学反应的方向；（2）描述化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的涵义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率[1]。

很明显，课标对动力学和热力学这两个理论作了明确的“隔离”，即内容上分开来阐述，强调了速率相关内容的过程性以及平衡相关内容的状态性。例如课标要求用焓变和熵变两个状态函数去判断反应进行的方向，要求利用化学平衡常数去计算反应物的转化率等等。动力学和热力学有着不同的研究对象，前者关注的是反应的过程，后者只关涉体系的状态。两者有着本质的差异，而教材往往通过速率来建立平衡，且通过速率的改变来讨论平衡的移动，从而教师往往将两个理论混为一谈，时而“速率”，时而“平衡”，导致学生误以为速率的改变是平衡移动的原因，事实上焓和熵才是影响平衡的关键因素。

在教学实践中，教师往往这样总结：“在一定的条件下，当一个可逆反应的正逆反应速率相等且不等于零时，该反应就达到了动态的化学平衡状态。这种状态的建立需要一定的条件，当条件改变时，导致正逆反应速率改变，从而平衡状态被打破。如果正反应速率大于逆反应速率，那么反应向正方向移动，最终达到一个新的平衡。”这样的表述乍看起来很正确，有条理。但仔细分析其逻辑关系时会发现存在很多问题。比如这样的表述认为速率不变导致了平衡建立，速率的改变引起了平衡的移动，即化学反应速率是化学平衡的原因。这种将热力学和动力学归结为简单的因果关系的错误做法，势必导致学生思维紊乱，因此从源头上区分动力学和热力学才能消除这种认识误区。

1.2 相P研究“隔靴搔痒”，没有涉及教学中如何有效“分离”动力学和热力学

很遗憾的是，相关教学研究并没有关注到教学实践中如何从源头上消除这种混淆，而主要集中在以下三个方面：一是学科本体知识的推导。主要是从学科本体知识层面出发去辨析和论证化学反应速率、化学平衡状态、化学平衡移动等核心概念的内涵和实质，探讨各概念间的联系和区别。该讨论建立在大学物理化学的纯理论知识之上，没有涉及到具体的教和学，缺乏操作性。

二是教学策略与方法的探讨。这类研究一般都起源于教师在实际授课过程中遇到的困惑或者问题，针对某一节课或者某一单元的内容，通过尝试新的教学理念或者改进教学设计和方法来提高教学的实效性，然后分析比较改进后的成果和不足，为其他教师提供参考。但以上研究极少触及学生在本部分产生认知障碍的本质原因：即将混淆了的热力学和动力学作为建构知识的基础。

三是学生学习障碍点的分析。这部分研究主要从教学重难点出发，调查分析学生存在的认知障碍和迷思概念以及形成原因，旨在探讨如何避免学生在认知建构中出现矛盾。但这类研究的关注点集中在教学过程中的策略和方法是否恰当，很少触及到学科本体知识框架的科学性。

1.3 教学误区的实践表征：“以其昏昏，使人昭昭”

在真实的教学情境中主要存在两个方面的问题：一是教师本身理论知识紊乱、逻辑不清，不清楚化学反应速率和化学平衡之间的联系和区别。因此在教学实践中也就无法将这个问题有层次、结构化地呈现给学生。导致学生在认知建构的起始阶段就存在误区，失之毫厘谬以千里，最后无法认清动力学和热力学的本质。

二是学生在学习这一块内容时只考虑速率和平衡的关系，错误地使用速率去推断一切平衡问题，混淆了两个理论不同的适用范围，不能区分过程性问题和状态性问题，导致问题解决时思维混乱，甚至出现分别从“速率”和“平衡”的角度去分析同一个问题，居然得到截然相反答案的情形。如有学生学完速率和平衡之后提出一个问题，“有固体做反应物的可逆反应达到平衡状态后，将固体由块状粉碎成粉末状后，正反应速率增大，逆反应速率没有变化，为何平衡没有移动呢？”学生这种问题出现的根本原因在于学生没有理解化学平衡移动的能量本质。

2 “速率”和“平衡”教学的实证研究

本研究对北京市一所普通学校的高二学生进行调查研究，发放问卷240份，回收有效问卷194份，有效回收率为80.8%。

研究工具分为问卷和访谈两部分。（1）问卷测试。问卷包括对速率及其影响因素的理解、对平衡及其影响因素的理解、对平衡和速率关系的理解三个维度。每个维度均包括两个判断题，每个问题后均要求学生写出判断的原因。（2）半结构性访谈。对6位教师进行深度的半结构性访谈，主要从教师的角度关注教学实践中速率和平衡问题的处理。测试总体结果如图1所示。

学生对于化学平衡的表征、速率表征及速率与平衡的关系掌握较好，正确率在80%以上。但在平衡与状态的关系、速率与平衡的移动等方面表现一般，正确率50%左右。由于相应的理论知识掌握不扎实，导致绝大多数学生在实际问题解决时束手无策，得分率非常低，仅有26%的学生能够很好地解释工业合成氨中的相关问题。图1充分说明了以下几个问题：一是大部分学生能从较低层次理解速率和平衡及二者关系，但未能上升到速率微观变化机理的高度，孤立地考虑速率的各影响因素，没有形成系统；二是接近一半的学生对于化学平衡状态的实质认识有欠缺，不能理解平衡状态只与系统的各状态函数（焓、熵、温度等）有关而与达到平衡的途径无关；三是绝大多数学生对平衡和速率的关系极少能从本质上区分，几乎都停留在各种规律的机械记忆上，化学平衡常数仅仅被作为计算的工具，没有意识到平衡的热力学实质（K与Q的关系）。

2.1 对平衡及其影响因素的理解：半数学生不清楚“平衡只与体系的状态有关，与建立的途径无关”

数据分析结果表明，87%的学生能够正确判断“化学平衡发生移动，但化学平衡常数不一定改变”，其中62%的学生能够指出化学平衡常数仅与温度有关，仅16%的学生能够同时指出化学平衡受多种因素（浓度、温度、压强等）的影响。学生总体的25.7% 在解释这一判断时出现了错误。主要的错误解释有三类，每类约占1/3，具体数据见表1。

有54%的学生能够正确判断“平衡只与体系的状态有关，与建立的途径无关”，其中39.5%的学生能够答出“在等温等压下，固定容积时，1mol N2和3mol H2达到的平衡状态与2mol NH3达到的平衡状态是等同的”或者“以上两种情况是等效平衡”。学生总体中有51.4%在解释原因时出现了错误，没有从热力学的研究角度去看待平衡状态，仍然试图从变化过程推断平衡结果，将动力学套用到热力学问题的解决中，从而导致科学性错误。主要也是三类，具体情况见表1。

2.2 对速率及其影响因素的理解：大部分学生忽视速率的定量特征

数据分析结果表明，82.9%的学生能够正确判断“速率大，现象并不一定越明显”，其中58.6%的学生认为“无明显现象的化学反应即使速率大现象也不显著”。学生总体的24.3%在解释判断原因时出现了错误，主要错误有两种，一是认为速率是物质的量的变化，没有考虑单位时间。数据表明大部分学生对于化学反应速率的意义认识比较清晰，但绝大多数学生仅基于化学反应的某种现象来考虑化学反应速率的大小，忽视速率的定量特征。有研究者指出，“化学反应速率”的广义定义可以表_为“参与反应的物质的‘量’（如质量、物质的量、物质的量浓度等）随时间的变化量”，这一定义是“化学反应速率”普遍的表达方式[3]；二是学生错误地认为只有观测到宏观实验现象才能讨论速率，如果没有气泡或者颜色变化等则无法测量速率。事实上，眼见不一定为实，有时现象明显可能速率并一定大。

2.3 对速率和平衡关系的理解：几乎没有学生理解“速率所属的动力学及平衡所属的热力学虽然两者相关，但并不互为因果关系”

有81.4%的学生正确判断“反应速率变化，平衡并不一定移动”，其中68.4%的学生能够举出反例如“催化剂可以改变化学反应速率，但并不能使平衡移动”来证伪该命题，3.5%的学生想到了“对于反应前后气体的物质的量相等的反应压强的改变同等程度地改变反应速率，平衡不移动”；学生总体的38.6%不能正确清楚地表述原因。判断错误的学生原因主要有两点：其一是化学反应速率决定平衡；其二是认为加热等会使速率增大，但平衡有可能不移动。50%的学生能正确判断“平衡正向移动，正反应速率可能变大、变小或者不变”，其中34.3%的学生表示“正反应速率和逆反应速率有可能同时增大或减小，但只要正反应速率大于逆反应速率，平衡即向正反应方向移动”。判断错误的学生主要认为“只有正反应速率增大，且逆反应速率减小，平衡才能正向移动”。

速率是动力学概念，平衡是热力学的概念，属于不同的范畴，两者相关，但并不互为因果关系。因此，应基于能量的视角来理解化学平衡的本质，热力学中的平衡状态是一种体系中所包含的能做功的热量（焓）和分子功（熵）之间的特殊稳定状态。这种状态的存在用平衡常数K和Q的相对大小来衡量，而正逆反应速率相等是化学平衡建立后的一种外在表现形式，使用正逆反应速率的大小变化去推论平衡的相关问题存在科学性错误。

化学热力学认为对任意的封闭系统，当系统有微小变化时，

总之，通过上述讨论，无论是平衡的建立过程还是平衡的移动过程，热力学基础上建立的关于化学反应问题的结论，与反应速率之间没有任何的联系。

3 澄清“速率”和“平衡”教学误区的建议3.1 教师要深刻把握热力学、动力学的联系与差异

化学反应动力学与化学反应热力学是综合研究化学反应规律的两个不可缺少的重要组成部分。由于二者各自的研究任务不同、研究的侧重点不同，因而化学反应动力学与化学反应热力学既有显著的区别又互有联系。因此，教师要从源头上对它们作本质的区分。

化学反应热力学，特别是平衡态热力学，是从静态的角度出发研究过程的始态和终态，利用状态函数探讨化学反应从始态到终态的可能性及变化过程的方向和限度，而不涉及变化过程所经历的途径和中间步骤。所以化学反应热力学只回答反应的可能性问题，不考虑时间因素，不能回答反应的速率和历程。热力学方法不依赖于物质的结构和过程的细节，旨在预示和指出途径而不是解释，因此它只能处理平衡问题而不能说明这种平衡状态是怎么达到的，只需要知道体系的最初和最终状态就能得到可靠的结果[7]。

一般来说化学反应动力学的研究对象包括以下三个方面：化学反应进行的条件（温度、压强、浓度及介质等）对化学反应速率的影响；化学反应的历程（又称机理）；物质的结构与化学反应能力之间的关系。化学动力学最重要的是研究化学反应的内因（反应物的结构和状态等）与外因（催化剂、辐射及反应器等存在与否）是如何影响化学反应的速率及过程；揭示化学反应机理；建立总包反应与基元反应的定量理论等[8]。

在对化学反应进行动力学研究时总是从动态的观点出发，由宏观的研究进而到微观的分子水平的研究，因而将化学反应动力学区分为宏观动力学和微观动力学两个领域，但二者并非互不相关，而是相辅相成的。平衡是对过程结果的描述，速率变化则是对反应过程的描述。它们的解机制是两个不同学科的不同问题，既非化学平衡移动决定反应速率的变化，也非反应速率的变化导致了化学平衡的移动，它们属于各自独立的学科体系问题。

3.2 教学顺序可以尝试调整，按照大学顺序先平衡后速率，有利于中学与大学衔接

我们发现，传统教学基本按照人教版教材顺序安排，先讲“化学反应速率”部分，然后通过速率的讨论来研究平衡的建立问题。笔者通过教师访谈发现，他们认为“速率”较为贴近学生的生活经验，且已有认知中的物理概念“速度”易于迁移，所以没有觉得这种教学顺序存在问题。但由于速率的影响因素和平衡的影响因素非常相似，这种教学安排导致前者对后者的学习产生了干扰，学生在后期平衡移动的判断过程中把正逆速率的改变看成平衡移动的本质原因。

教师应当对学生的认知障碍有一定的判断，认识到速率部分的学习对学生认知同化造成矛盾，因此合理调整教学顺序，选择比较合适的教学素材，可以克服这一困境。例如可以采取鲁科版《化学反应原理》中的编排顺序，将化学反应方向和限度放在化学反应速率之前教学。笔者对鲁科版教材编写专家进行访谈，发现该版本教材之所以将“平衡”置于“速率”之前，就是为了避免以往教学中先讲速率的弊端，让学生分清热力学和动力学这两个不同的问题。这样的教学顺序也符合大学化学中的授课顺序，有利于中学到大学的教学衔接。

3.3 引导学生厘清平衡和速率，从热力学的角度解决平衡问题

为了使学生能从本质上理解反应速率的影响因素，教师要使学生将速率的宏观影响因素（浓度、温度、催化剂）和微观机理（碰撞理论和活化能理论）结合起来，只有让学生能从能量角度（活化分子数和活化分子百分数的改变）推理出浓度、温度、催化剂对速率的影响，学生才能不浮于表面的死记硬背。针对化学平衡移动这一学生认知困难的部分，教师应当深刻把握平衡的本质，即将平衡的影响因素归于化学平衡常数K与浓度商Q的不相等，温度改变了平衡常数K的数值，而压强或浓度改变的则是浓度商Q的数值，平衡会向使浓度商Q趋近于平衡常数K的方向移动。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

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一、文科物理在素质教育中的重要性

随着科学技术的日新月异，20世纪汹涌澎湃的科技革命浪潮已经把人类推到了以科学和技术为主导的21世纪。科学技术的高速发展，不仅为经济建设提供了强大手段，而且影响着人类社会生活的方方面面，许多社会问题和政策问题都与科学技术的发展有着密切联系，正确的世界观和价值观、正确的思想方法和工作方法，都必须以科学发展观为依据。文科大学生虽然将来从事的专业工作很少涉及科学技术方面的实际内容，但他们必须接受科学精神和科学方法的素质教育。我国长期以来在高中阶段是文理分科，大学按科类设置，由此造成的文理分家、人文教育和科学教育长期脱离的局面将在时代的要求下逐渐被打破。国家教育发展研究中心主任张力在解读《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》（征求意见稿）时透露，2020年将改变如今的文理分科。

物理学是一门重要的基础自然科学。高等院校中为文、史、哲、经、管、法、教育、艺术等非理工类学生所开设的以物理学基础为内容的文科物理，通过物理思想和人文精神的有机融合，消除了科学文化与人文文化间的隔阂，在培养学生树立科学的世界观和方法论，增强学生分析问题和解决问题的能力，激发学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。

二、文科物理的开设现状与存在问题

自20世纪90年代提出创办综合性大学以来，各类文理交叉学科和相关专业的大量涌现，文科物理及文科物理教学也随之应运而生。继北京大学、复旦大学、浙江大学、上海交通大学、中国科技大学等之后，近年来国内很多高校纷纷开设文科物理课程，实现了科学教育与人文教育的初步融合，对提高非理工科类学生的科学文化素质起到了重要作用。但是，也有调查结果表明，五成多的学生认为没有必要开设大学文科物理课程。导致这一结果的原因主要有两点：

（一）教学定位不明确

很多高校开设的物理课有别于真正意义上的文科物理，特别是对选课学生的“专业出身”不作任何区分，甚至出现理科、工科、文科“一锅炖”的现象。因此，往往是选课队伍蔚为壮观，实则是众口“不”调。

（二）教学素材不当

某些教师认为文科物理仅仅是非物理专业理工科类大学物理的“浓缩”或“稀释”，基于这种思想的文科物理教学必定缺乏对文科学生这一特殊教学对象的针对性、实用性、时效性。与此同时，教学中不易突出人文关怀，难以脱离传统物理教学的内涵和对高等数学的依赖。

究其原因主要是课程开设单位并不根据选课学生的具体情况进行有的放矢的教学安排，同时授课教师对教学目的、课程定位和教学方法及教学手段等问题没有准确把握以及自身对文科物理的认识不足所造成。

三、文科物理的教学策略和方法

文科物理不同于非物理类的理工科物理。文科物理作为非理工科类学生的素质教育课程，应坚持以人为本，“授人以渔”的教学理念，利用物理知识作为载体，从而充分发挥物理学的社会教育功能和思想文化功能，而不是简单地为文科学生讲授大学物理课程中的力、热、电、光、原五大理论体系的具体内容和公式计算。该课程的开设旨在通过对物理学基础理论和基本规律的介绍，向学生传播科学思想、科学方法和科学精神，从而提高学生发现、提出、思考、分析、判断与解决问题的能力；使学生对现代科技，特别是对21世纪的新科技现状与趋势具有初步的了解，对他们将来从事的工作有所帮助；使学生在学习过程中体会到自然科学的美以及科学探索的乐趣，从而树立社会可持续发展的观点，提高终身学习和正确享受科技乐趣的能力。要实现这一目标，文科物理的教学应当采取以下策略和方法。

（一）正确引导学生，放下心理包袱

文科中很多学生就是因为高中阶段害怕物理而选择文科，在他们心目中物理这门课程深奥难懂，力不从心，普遍存在畏惧心理。因此教学中首先就要让学生放下包袱，让学生明白文科物理不同于初高中阶段的物理，它是一种素质教育，是为了帮助大家掌握基本的科学常识和科学的分析方法及思维方式。在教学过程，教师应尽量不引入物理公式，回避高等数学为工具的推算，以清除数学障碍。考试可以采用写小论文、交流学习体会等文科生擅长的方式来进行。

（二）适应时展，明确课程目的

开设文科物理的目的是为了传授物理学的基础知识和基本规律，介绍近代物理的新概念和新发展，让学生能够了解报刊杂志介绍的科技发展方面的新闻时事。所以课程设置就不需要如同理工科大学物理的体系安排先经典后近代，而最好采取高屋建瓴，直接介绍近代物理发展新概念的方式，深入浅出地讲述物理。引导学生去纵观全局，享受“会当凌绝顶，一览众山小”的感觉。这样可以激发学生的兴趣，调动其积极性，把物理学习的过程升华为科技博览欣赏的过程。

（三）结合专业特点，强调学以致用

教学内容选择除了要遵循贴近科技前沿，贴近高新技术，贴近生活的原则外，还要尽可能地在学生自身专业和物理学之间建立联系。例如，在介绍热力学体系时，可以适当列举热力学第一定律的应用实例，说明其在人们学习、生活及工作中的重要作用；可以简单介绍熵与生命以及社会的关系，引入信息熵的概念；也可以利用热力学第二定律解释改革开放政策等。这些都不需要数学推导，却可以极大地开拓文科生的眼界，了解其专业的发展前沿与物理概念的联系。同样，可以把物理学与绘画、建筑、音乐、诗歌等相联系，利用声、光、电等技术使文科物理成为欣赏物理学的“艺术殿堂”，引导学生发掘科学技术中的美及科学思维方法，从而将理论与实际结合起来。

（四）不断改革探索，丰富方法手段

在教学方法上，应根据文科类学生的思维特点，尽力在抽象思维与形象思维，理性思维与感性思维，收敛思维与发散思维，定量思维与半定性半定量思维之间找到结合点，逐渐把理科思维方法融合到文科思维方式当中。

在教学手段上，利用图片、影视、实验、动画、多媒体等手段，激发学生的课堂积极性从而对物理知识的学习产生兴趣。物理学是实验的科学，让文科生走进实验室，或者把简单易操作的实验引入课堂，学生通过观摩、操作具体实验，通过动手实践活动增强文科学生对物理现象的感性认识，激发他们参与动手实践、探求科学奥秘的兴趣和热情，从而更有利于文科生的个性发展。

（五）选择合适素材，做到因材施教

在我国文科物理课程的建设中，已先后出现了北京大学赵峥编著的《物理学与人类文明十六讲》、复旦大学倪光炯教授等编著的《文科物理――物理思想与人文精神的融合》等一批文科生使用的大学物理优秀教材。美国A. Hobson教授的《物理学的概念与文化素养》，也是一本充满人文色彩的物理书。这些教材内容丰富，涉及面广，我们应该结合选课对象、本校优势学科特点以及课程时间安排，来选择教学素材，做到参考教材但不照搬教材，从而因材施教。

（六）提高教师素质，搞好交流互动

因为文科物理涉及面广，这就要求授课教师应该具有宽广的知识面，通达文理，兼具科学素养和文学修养，达到“科学与艺术是一枚硬币的两面”之境界。因此，任课教师必须要加强学习，努力提高自身素质。同时，教师必须把握住各个教学环节，与学生建立新型的“教”与“学”关系，注意听取学生对课程教学改革的希望、要求、意见和建议，高度关注授课对象所学专业知识的新进展新动向，搞好交流互动。

四、结束语

素质教育的工作任重而道远，文科物理在其中起着非常重要的作用。任课教师应明确课程目标，不断提高自身素质，把握科技前沿动态，认真选择合适素材，采用有效方法手段，积极努力改革探索，及时总结成功经验，使文科生从物理学的思想、观念和方法中汲取丰富的养分，让他们具有较高的思想道德、科学文化、实践能力、创新思维、身体心理和人文审美素质，全面科学发展，从而满足新世纪对高素质复合型现代化人才的需求。

参考文献：

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[2]周远清. 21世纪：建设一个什么样的高等教育[J].中国大学教学,2001（2）：4

[3]《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》（征求意见稿）news.省略/politics/2010-02/28/content_13069032.htm.

[4]赵凯华. 物理教育与科学素质的培养[J].大学物理,1995,14（82）：2

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[7]彭政.浅谈大学文科物理教学的必要性和教学策略[J].中国科教创新导刊,2009（17）：75

[8]刘广生,杜明荣,尹国盛,等.对理工科类非物理专业大学物理教学的探索[J].广西物理,2010,31（4）：52～54