熱力學·統計物理課程思政建設探索*

吳俊芳 夏蔡娟 蘇耀恒 杜亞利 方青龍 成鵬飛 王秋萍

(西安工程大學理學院 陜西 西安 710048)

1 前言

課程思政是現階段對教育提出的新要求，高等教育不僅要注重專業知識的培養更要注重人才素質的培養[1]，要讓課程思政融入到各門專業課程中去，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響[2]．熱力學·統計物理是四大力學之一，是專業教育的基礎課程，開設在第三學期，是學生逐漸進入專業課學期的時期，所以不論是專業知識教育還是課程思政教育都尤為重要[3]．學生在學習中逐步形成學習專業知識同時進行素質培養的理念，學生專業知識增長的同時，他們的價值觀和方法論以及人生觀也逐漸形成[4]，達到專業知識與思想政治理論課同向同行，實現協同育人[5]．在專業課的課程思政建設中最難的環節是如何讓思政元素潤物細無聲地融入到課程中，達到同向同行，形成協同效應[6]．下面就以熱力學·統計物理課程思政建設為例，來探索專業課程中課程思政的建設．

2 熱力學·統計物理課程中思想政治教育的融入點

熱力學·統計物理是應用物理學專業、微電子科學與工程專業學生的一門專業基礎課，是物理學類本科專業必修的專業基礎課．熱力學·統計物理研究物質與溫度有關的性質和規律，是一門理論性較強的課程，是理論物理四大主干課程之一．熱力學·統計物理主要講述熱力學的基本規律、均勻物質的熱力學性質、單元系的相變、多元系的復相平衡和化學平衡、熱力學第三定律、近獨立粒子的最概然分布、玻耳茲曼統計、玻色統計和費米統計、系綜理論、漲落理論、非平衡態統計理論初步．通過熱力學基本規律的學習，使學生掌握熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律和熱力學第三定律，熟悉熱學的理論框架；通過學習均勻物質的熱力學性質、單元系的相變、多元系的復相平衡和化學平衡，掌握物質的相變規律和平衡條件；通過學習近獨立粒子的最概然分布、玻耳茲曼統計、玻色統計和費米統計，掌握量子統計的理論，研究熱學的微觀理論；系綜理論、漲落理論、非平衡態統計理論初步使學生了解系綜理論和非平衡態理論，為后續的高等統計物理奠定基礎．

通過熱力學·統計物理的學習，培養學生邏輯思維能力以及分析問題與解決問題的能力，并在對待科學實驗一絲不茍的態度和實事求是的作風方面受到初步訓練．培養學生正確的思想方法和研究問題的方法，幫助學生建立辯證唯物主義世界觀和科學的方法；培養學生的科學嚴謹、認真細致、實事求是的科學態度和職業道德．熱力學·統計物理課程思政主要體現在社會核心價值觀、家國情懷、法制意識、社會責任、工匠精神、文化自信、人文情懷、創新意識、科學素養等相關的德育元素，在培養科學精神、唯物辯證法思想教育、培養民族自信心和自豪感、愛國主義教育等方面．熱力學·統計物理課程教學中能將思想政治教育內容與專業知識技能教育內容有機融合的領域如下.

2.1 科學思維唯物辯證法思想教育唯物主義的世界觀

熱學研究中采用了大量的理想模型，比如平衡態、理想氣體、絕熱過程等等，在講述過程中介紹這些概念和模型的同時，讓學生思考為什么要引入這些理想模型，這些模型都做了哪些方面的理想化等等問題，讓學生明白研究方法都是從簡單到復雜，從理想到現實．首先研究清楚了理想氣體，然后在此基礎上考慮到忽略掉的氣體分子和分子間的相互作用，就可以變成接近實際氣體的范德瓦爾斯氣體．這就是科學的思維和處理問題的方法.引導學生在人生中也要面臨許多問題，要學會認識問題、分析問題、解決問題的方法，形成唯物主義的世界觀．通過講解熱力學發展史，介紹焦耳、玻耳茲曼、麥克斯韋等物理學家為熱學發展做出的貢獻、科學研究的態度以及不惜犧牲的精神．把熱學定律產生的背景、認識過程和方法以及人類做出的不懈努力融入到熱力學·統計物理教學中，培養學生追求真理，探索科學精神，學會認識問題、分析問題，解決問題的方法，形成唯物主義的世界觀．

2.2 民族自豪感愛國主義情懷和社會責任

在講述可逆過程和不可逆過程中，應用孔夫子的一句話“逝者如斯夫”．表明我國古代就認識到了不可逆過程的事實；我國物理學家葛正權曾在1934年測定鉍(Bi)蒸氣分子的速率分布．發現和研究康普頓效應的杰出貢獻者有我國物理學家吳有訓，吳有訓的學生有錢三強、錢偉長、楊振寧、鄧稼先、李政道等學者．這些都說明中國自古就有著光輝燦爛的科學技術成就，不少方面處于世界領先地位．客觀分析中國在近代科學上落后原因的同時，也激勵學生的愛國情、強國志、報國行，使他們自覺融入建設社會主義現代化強國、實現中華民族偉大復興的奮斗之中．

2.3 工匠精神勇于探索真理的精神

物理是以實驗為基礎的學科，物理學的發展離不開科學實驗.焦耳測熱功當量這個實驗用了30多年，實驗了400多次，付出大量的辛勤勞動．焦耳和湯姆孫做的節流過程實驗，得到節流前后溫度的變化情況，并通過理想氣體進行理論驗證．這個教會學生科學研究的方法就是實驗和理論是相互驗證的．通過節流過程實驗的學習，理解并掌握科學的發展觀和創新思維，節流過程實驗是在焦耳實驗的基礎上發展和完善的，得到的結論更加接近實際氣體．讓學生在學習中要辯證思維，不斷創新，要有敢于挑戰的勇氣．以此為例，使學生秉承唯物主義的辯證思想，對于猜想與假設，需要用實踐的手段來驗證．實踐是檢驗真理的唯一方法，注重理論和實踐的聯系．激發學生不怕困難，持之以恒追求真理的科學品德和嚴謹務實的科學態度，發揚工匠精神．

2.4 創造性思維批判性思維

用能量均分定律解釋空窖輻射時出現了高頻發散現象即紫外災難，理論和實驗嚴重不符．當許多物理學家還在經典物理框架下思考解決問題的方法時，普朗克卻跳出了經典物理，提出了能量量子化假設．他使用插值法推導出了一條公式即普朗克公式，并完美地解了這個問題，最終導致了量子論革命的爆發．這也是20世紀，物理學跳躍式的進步．通過教學使學生懂得任何一門物理學理論都不是終極的真理，都存在著它的局限性和未解決的問題，要克服舊的理論存在的問題，就必須要突破傳統觀念的束縛，提出一些新的觀點，建立起一套全新的理論，推動科學不斷地向前發展．此外，通過講述新的理論建立的過程學習科學家不迷信權威、勇于探索真理的精神，培養學生創造性思維和批判性思維能力，形成正確科學觀．

3 教學方法和教學方式的改變

教學方法是在教學過程中，師生為了完成教學任務所采用的手段，既包括教師的教法，也包括學生學習的方法．當前教學中比較流行的教學方法有講授、討論、類比、實驗、閱讀指導等，這些教學方法在課程概念教學、激發學生學習興趣、培養學生創造性思維、高水平推理和批判性思維能力等方面有很好的幫助作用．課堂主要采用講授法，在講授過程中對有共同點的知識點進行比較．例如孤立系的熱力學性質和開系的熱力學性質進行比較，單相和復相的熱力學性質進行比較；玻耳茲曼統計、玻色統計和費米統計的方法、結論等進行比較，方便學生記憶和學習．討論法主要用于對比較前沿問題的探討，比如玻色愛因斯坦凝聚的發展歷程等專題展開討論，討論時也會指導學生查閱相關資料，掌握“什么叫玻色愛因斯坦凝聚？”“理論的提出者是誰？”“理論到實驗經歷了多久？”“電影《幽冥》中的玻色愛因斯坦凝聚態到底是什么?”在學習和討論中掌握玻色愛因斯坦凝聚，理解理論和我們的生活息息相關，激發學生的學習興趣、掌握科學的思維和研究問題的范式，進一步提高學生的認知水平．

熱力學·統計物理已經是2020年校級線上線下混合式教學模式的課程，熱力學·統計物理利用信息技術把傳統課堂教學的優勢和網絡在線教學的優勢結合起來，利用線上雨課堂APP和超星學習通APP及線下課堂進行混合式教學，同時也實現了課前預習、課中講授、課后復習的無縫連接．“課程思政”主要形式是將思想政治教育元素，包括思想政治教育的理論知識、價值理念以及精神追求等融入到課程中去，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響．教師要以社會主義核心價值觀為核心教育指向，以政治認同、國家意識、文化自信和公民人格為重點，抓住“課程思政”課程改革核心環節，充分發揮課堂教學在育人中主渠道作用，著力將思想政治教育貫穿于熱力學·統計物理教學的全過程，著力將教書育人落實于課堂教學的主渠道之中，深入發掘熱力學·統計物理課程的思想政治理論教育資源，發揮熱力學·統計物理課程育人功能，在潛移默化的教學中，培養出學生的優秀品質和對國家有用的人才．

4 結論

熱力學·統計物理課程思政建設工作是一個持續性的工作，在建設中會不斷完善課程思政的內容，真正做到潤物細無聲的作用．在課程思政建設的具體過程中，也需要創新思維，根據不同的專業課，探索具有課程特色的課程思政體系，同時也根據科技的發展，利用更先進的教學設施和條件，使得學生能有效地學習更多的專業知識和形成科學的價值觀、人生觀和方法論．