《热学》课程专题讨论教学模式的探索
一、专题讨论教学模式的概念
教学模式可以定义为是在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较稳定的教学活动结构框架和活动程序[1][2]。作为结构框架，突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能；作为活动程序，突出了教学模式的有序性和可操作性。“模式”一词是英文Model的汉译名词。Model还译为“模型”、“范式”、“典型”等。一般指被研究对象在理论上的逻辑框架，是经验与理论之间的一种可操作性的知识系统，是再现现实的一种理论性的简化结构。最先将模式一词引入教学领域，并加以系统研究的人，当推美国的乔伊斯（B.Joyce）和韦尔（M.Weil）[3]。乔伊斯和韦尔在《教学模式》一书中提出：“教学模式是构成课程和作业、选择教材、提示教师活动的一种范式或计划。”实际教学模式并不是一种计划，因为计划往往显得太具体，太具操作性，从而失去理论色彩。将“模式”一词引入教学理论，是想以此说明在一定的教学思想或教学理论指导下建立起来的各种类型的教学活动的基本结构或框架，表现教学过程的程序性的策略体系。
专题讨论教学模式是一种通过师生互动，使教师和学生成为教学主体的教学方式[4]-[6]。在学生的学习过程中，要求学生在指定时间内围绕一定的主题，对课程的重点、难点内容，或者拓展性内容集中进行课堂讨论、小组讨论或网上讨论。在学生与老师共同针对讨论主题进行讨论、互动和交流的过程中，要多层面了解问题并且多角度分析与解决问题。专题讨论教学模式具有三个主要特点[4][5]：（1）参与性。在讨论教学法的课堂上，老师与学生通过互动式的教学交流各取所长，在积极参与的基础上营造开放、民主、愉快的学习交流氛围。（2）互动性。在专题讨论教学法的课堂上，学生与老师之间、学生与学生之间可以互相提问并追问，因此，专题讨论教学法不仅是学生与老师之间的互动，而且实现了学生之间的互动。（3）开放性。平等的探讨、良性的互动带来的是学生与老师思想和见解的大爆炸，在师生开放式讨论中认识到自己分析与解决问题的观点与方法的不足之处，更好地提高分析与解决问题的能力。我们对于这种模式的探索来源于我校《热学》理论课程的教学现状和背景。
二、传统教学模式存在的问题
《热学》是我校应用物理、材料物理、光信息科学与技术等专业的一门重要的专业基础课，提高该课程教学质量对人才培养能起到至关重要的作用。对该课程教学模式的研究可以帮助教师综合地认识影响教学各种因素之间的关系，有利于从动态上把握教学过程的本质和规律。从而探索基于课堂教学的高素质创新型人才培养新模式。《热学》是研究物质热运动及其有关性质和规律的一门物理学分支学科。《热学》课程的主要内容是学习热力学平衡和气体动理学理论的基本概念、气体分子速率及能量的分布律、气体中的运输过程、热力学第一定律和第二定律、固体、液体和相变[7]。它与我们日常生活和工农业生产、科学研究等方面有着密切联系。通过本课程的学习，使学生掌握热学的基础理论、基础知识和基本技能；认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法；培养学生的科学思维方法，特别是学生的物理学思想；为学生进一步学习“热力学与统计物理”及“固体物理”等后继课程打下扎实的基础。传统的教学模式一般以教师授课为主导，按教材上的章节顺序进行授课。这样的教学模式主要存在以下几个方面问题[8]-[10]：
其一，花时多，效率低。教师花大量时间向学生讲授宏观理论和微观描述方法。多是教师传授、灌输。学生被动听讲、记笔记。课堂师生互动性差。由于要背一连串“冗长”的公式和定理，使得学生普遍感到《热学》难学、难懂、枯燥，学习积极性难以调动。
其二，知识陈旧落后，教学气氛呆板。近年来，热学各子领域的研究日新月异。因此，教师在授课过程中必须在完成教材教学内容的同时，适时渗透相关领域的发展新成果、新动态。而传统教学依据教材完成教学任务，但教材又受出版周期限制，无法随时跟踪学科发展前沿。
其三，课堂是培养学生能力的重要途径，而传统教学模式在教学思想上偏重知识的传授，忽视传授知识与培养能力、提高素质的有机结合。教师讲，学生听，传统教学模式使学生仅仅靠死记硬背一些知识应付考试，不利于学生综合素质的提高，难以实现提高人才综合素质能力的培养目标，而时代发展需要创新型人才。
三、专题讨论教学模式的引入
由此看来，传统的教学模式无疑已成为培养时代发展急需的创新型人才的桎梏。应用教学设计理论，创新教学模式，进行课堂教学模式的研究，进一步探索适应现代人才培养的现代教学模式，势在必行。专题化教学模式是现今不少高校正在探索的一种教学改革模式，将专题讨论教学模式运用在《热学》课堂教学中能够较好地解决传统教学模式的上述一系列问题。
从2011级应用物理学专业的《热学》教学开始，在传统授课的基础上，我们就已经尝试性地引入这样一种讨论课，比如，“熵增加原理”这部分内容是热学教学中的难点，熵主要反映了系统的无序程度，它的概念比较抽象，很难一次懂得很透彻，对于这一难点内容，将它设计成若干小的专题，由教师指定，每一组合作完成一个专题，他们可以去图书馆和电子阅览室等分头查找资料，但是最终要经过分析讨论和研究汇拢成一个结论。经过一段时间的充分准备后，用一两个课时检验和督促学生的合作研究的成果，从一组学生中随机抽一个代表陈述他们的观点，然后发动全班和该组对话讨论。通过多名学生的讨论，大家对熵的认识不断深入，部分学生更是联系了“热寂说”、熵与信息论、熵与宇宙学、熵与生命科学、熵与社会科学，等等。最后教师做出全面总结和点评。通过这种尝试我们发现，很多学生为了这次讨论课，课下都做了充分而细致的准备，利用网络、参考书等查阅相关资料，制作电子课件。在讨论时，学生全身心投入其中，激情澎湃的讲解、富有幽默感的表述、具有创新性的总结，充分发挥了自身能力，课堂气氛相当活跃。 对于2012级及2013级学生，我们不断总结经验，逐步增加专题数量。譬如：热宇宙模型，熵与生命，从玻尔兹曼熵到信息熵，对称性与热学。通过近三年的试验，我们发现这种教学模式能使学生很快进入“角色”，充分调动学生学习的主动性与积极性，不但培养学生的自学能力、阅读能力、理解能力、收集信息能力和表达能力，而且使授课教师了解学生的需求与兴趣所在，加深教师与学生间的了解，开阔学生的视野。由于所设计的专题都是该课程的重点和难点，因此它们对于学生理解并掌握该课程的内容有积极的意义。
四、考评制度的完善
除了课堂教学模式的改革之外，我们也对考评制度做了相应完善。由于讨论教学是一种开放式的教学，重要的是让学生掌握分析问题的方法和技巧，而不是牢记课本知识。因此，对学生考评的方式应该合理化[6]。传统的考核由平时成绩和期末考试两部分组成，其中，期末的考核方式基本是书面的理论笔试考核，而平时成绩主要包括出勤、作业等方面。新的教学模式必然要与相应的新考核方法相适应，即将换位教学整个过程的表现情况量化成分数纳入平时的成绩之中，这种考核方式有利于全面判断学生的综合能力水平，有利于提高学生平时参与换位教学的积极性。对学生的评价体系应改变原有的平时分占30%，试卷成绩占70%的陈旧考核方式，考核指标应细化与具体化，充分体现学生的学习能力。每一个专题讨论考核的方式多种多样，如有学生、组长、教师的评价；有查阅资料、汇报方案、回答问题方面的评价；有知识体系、综合素质的评价，等等。
五、结语
通过教学模式的改革及考评制度的完善，从整体上推动热学课程的教学改革，受到专家和学生的好评。总的来说，此改革有以下三个特色：①可以增强教学内容的时效性：将专题讨论教学模式运用到《热学》课堂中，这就决定了这门课的教学内容始终要不断变化、不断更新。紧紧围绕课程教学大纲的教学要点，并根据当前最新发展前沿动态，及时调整教学内容，使教学内容在热学学科的研究发展中不断充实，紧跟时代步伐。②可以提高课堂教学的有效度：学生将由被动听讲，转变为主动参与、积极参与新知识的探索。③可以提高学生的综合素质：在训练过程中，素质教育贯穿始终，通过演示、汇报、交流、思辨，学生将改变以往的单枪匹马、闭门造车的状态，可以提高学生的理论素养，开阔学生的视野，完善学生的知识结构。
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