这样的统计热力学课，你爱了吗？

“建功新时代 献礼二十大”专栏之七

一年之计在于春，我们在塞外的原野播种，在时代的春风中前行，站在全面建设社会主义现代化国家的新征程上，向着第二个百年奋斗目标进军。

内大融媒体平台倾力推出“建功新时代、献礼二十大”专栏，深入报道我校以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引，植根北疆办大学、立德树人育英才的使命担当，充分展现各族师生牢记嘱托创一流、守正担当开新局的精神风貌，守望相助，踔厉奋发，奋力书写祖国北疆亮丽风景线上的教育新篇章，以优异成绩喜迎党的二十大胜利召开。

冰凉温烫冷热寒，

瞬息多变唯象观。

宏观微观百类奇，

系综理论一线穿。

绝热杜功系孤立，

微正系综态平权。

统计物理汝为本，

热学规律尔作源。

正则系综封闭系，

负能贝塔指数肩。

配分函数囊百宝，

对数求导解万难。

量子经典君可辨，

涨落一曲奏凯旋。

“冷”“热”二词常闻于生活，与之相关的“热现象”无所不在、无时不有——远涉宇宙变迁，近涉高新科技，涵盖所有实际发生的过程。这一宏观现象与系统中大量微观粒子的无规运动（“热运动”）密切联系。内蒙古大学统计热力学课正是教授由大量微观粒子组成的宏观系统的“热现象”和“热运动”规律的理论课程。

图1 课程主讲教师班士良教授正给学生推演“热”之奥妙

多年来，传统的“热力学与统计物理”教学，将“热力学”与“统计物理”分割为两个相对独立的部分来讲授。该模式大体以学科发展历史和认识的层次为序，由唯象到唯理，由宏观到微观。由于保留了较为清晰的学科发展脉络，在其框架下的教学获得了很大的成功。

随着科学技术和人类现代文明的飞速发展，人们认识世界的条件、增长知识的方式和获取信息的渠道日渐丰富、不断完善。很多昔日深奥难解的名词，今天已闻于街巷，对诸多自然现象的认识，对各种科学概念的理解，已变得不再困难。鉴于此，为尽可能地减少和避免热力学与普通物理热学教学内容的重复，加大“统计物理”的教学比重，内蒙古大学国家级教学名师梁希侠教授和全国模范教师班士良教授领导的热物理教学团队（国家级教学团队，见图2）经过多年的探索、实践，逐步形成了以“统计物理”为主导的教学思想。 在此指导下，该团队突破了热统“分而治之”的传统格局，将“热力学”与“统计物理”两部分相互贯通，建立了以统计物理为框架，以系综理论为主线，以量子论为基础，融热物理宏观与微观理论一体的“统计热力学”新体系。

图2 内蒙古大学热物理课程教学团队（国家级）

教学实践证明，采用“统计热力学”这一创新体系组织热统教学是完全可行的，其效果令人欣慰。内蒙古大学热物理教学团队经二十余年的探索为此新体系先后出版了“十一五”“十二五”国家级规划教材，并相继出版了配套的“电子教案”和“学习辅导”（见图3）。《统计热力学》2004年获国家级精品课程，2013年获国家级精品资源共享课，2014年获国家教学成果二等奖，2018年转型升级为中国大学MOOC在线课程（图4），2020年获批国家一流本科课程（见图5）。

图3 课程特色教材和辅导书

图4 统计热力学课程在线MOOC

图5 “统计热力学A”获批国家级一流本科课程

在具体教学实践中，本课程团队坚持立德树人根本，不仅着眼于学生统计热力学知识的传授，更注重学生世界观和科学精神的培养 。

（1）结合前后教学内容，以联系实际的开放式提问，激发学生创新思维，培养思辨和表达能力，深化学生的科学认知。比如：

为什么地球有大气层？

水烧开的过程是怎样的？

如何搅拌饺子馅能更均匀？

桃李湖湖水结冰过程是怎样的？

图6 班士良教授以启发式问题开展课前讨论，学生全情投入

（2）通过前沿学术问题，以及典型物理规律发现案例的引入，逐步提升学生对科学精神的认知。

（3）以热物理的严密逻辑，借助特定知识点，引入思政元素，着力培养学生的家国情怀。

如，以钱学森回国早年在科学院讲授单原子分子理想气体配分函数的事例为切入点，从麦克斯韦-玻尔兹曼分布出发，板书推演单原子分子理想气体配函数，并借此讲述钱学森回国后对中国科学事业三个方面的贡献（工程物理学、理论物理学、思维科学），引导学生努力打好物理基础，进而为国家科技事业贡献力量。

图7 刘志锋教授以热物理的知识逻辑，引入思政元素，培养学生家国情怀

《统计热力学》课程团队立足学科逻辑，结合具体的教学内容，润物无声地融入思政元素的做法得到了学生、同行以及教育管理部门的高度认可。

2021年5月获批了教育部课程思政示范课程，授课教师入选课程思政教学名师和教学团队（见图8）。

图8 “统计热力学”入选国家级课程思政示范课程证书

来源 ：物理科学与技术学院

组稿 ：吴栓虎 李文娟

编辑 ：焦键

制图 ：杨培钊

主编 ：吴栓虎