曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院课程名称：热力学与统计物理英文名称：Thermodynamics and Statistical Physics课程代码：072116课程性质：专业必修课程计划学时：理论：54实践：18学4分：1-18周授课时间：授课地点：物理学适用专业：执笔人：刘中强审核人：李晶批准人：张英杰课程负责人：刘中强刘中强授课教师：.修订日期：2022年10月26日
学 院： 物理工程学院 课程名称： 热力学与统计物理 英文名称：Thermodynamics and Statistical Physics 课程代码： 072116 课程性质： 专业必修课程 计划学时： 理论：54 实践：18 学 分： 4 授课时间： 1-18 周 授课地点： 适用专业： 物理学 执笔人： 刘中强 审核人： 李晶 批准人： 张英杰 课程负责人： 刘中强 授课教师： 刘中强 修订日期： 2022 年 10 月 26 日
《热力学与统计物理》课程教学大纲一、课程简介通过本课程的学习，学生将能够系统地掌握从宏观和微观两个角度研究热力学系统的一般方法。首先，弄清楚从实验总结出热力学基本定律的思路，学习如何运用类比思想综合热力学基本定律和数学演绎研究热力学系统宏观性质的基本方法。其次，掌握构建热力学系统微观模型的一般手段，学习多种统计方法从微观模型出发获取热力学系统宏观性质的理论框架。最终，学生将具备运用热力学方法和统计物理方法解决实际热力学问题的能力。为将来从事中学物理教学讲授《热学》相关知识打下坚实的理论基础和可行的教学方法，同时为研究生阶段学习《量子统计物理学》做好铺垫。二、课程目标本课程以“立德树人成效”这一人才培养根本标准为指导，以“两性一度”的金课标准为依据，系统讲授认识热运动规律、与热运动有关的物性及宏观物质系统演化的两类研究方法。学生能够通过思维导图构建出属于自己的《热力学与统计物理》完整知识框架，应用热力学与统计物理的基本方法，解决热力学常见问题，树立物质世界是分层次的、宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引起质变等物理学基本观点；学会查找相关资料，了解热力学与统计物理的最新发展动态，能够抓取并整理有用信息，报告调研结果；能够归纳圣人、伟人和知名学者为人为学的成功经验，初步设计出适合自身发展的道路，形成脚踏实地、勤于动手动脑和终身学习的良好习惯。表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表课程目标1：学生能够通过思维导图构建出属于自己的《热力学与统计物理》完整知识框架，应用热力学与统计物理的基本方法，解决热力学常见问间题，树立物质世界是分层次的、宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引起质变等物理学基本观点。课程目标2：查找相关资料，了解热力学与统计物课程目标理的最新发展动态，能够抓取并整理有用信息，报告调研结果。课程目标3：归纳圣人、伟人和知名学者为人为学的成功经验，设计出适合自身发展的道路，形成脚踏实地、勤于动手动脑和终身学习的良好习惯。课程目标课程目标1课程目标2课程目标3毕业要求指标点2-1：理解儒家教育思想精vVV髓，具有人文底蕴和科学毕业要求2：精神。教育情怀2-3：尊重学生人格，富有VVV爱心、责任心，工作细心、1/10
《热力学与统计物理》课程教学大纲 1 / 10 一、课程简介 通过本课程的学习，学生将能够系统地掌握从宏观和微观两个角度研究热力学系统 的一般方法。首先，弄清楚从实验总结出热力学基本定律的思路，学习如何运用类比思 想综合热力学基本定律和数学演绎研究热力学系统宏观性质的基本方法。其次，掌握构 建热力学系统微观模型的一般手段，学习多种统计方法从微观模型出发获取热力学系统 宏观性质的理论框架。最终，学生将具备运用热力学方法和统计物理方法解决实际热力 学问题的能力。为将来从事中学物理教学讲授《热学》相关知识打下坚实的理论基础和 可行的教学方法，同时为研究生阶段学习《量子统计物理学》做好铺垫。 二、课程目标 本课程以“立德树人成效”这一人才培养根本标准为指导，以“两性一度”的金课 标准为依据，系统讲授认识热运动规律、与热运动有关的物性及宏观物质系统演化的两 类研究方法。学生能够通过思维导图构建出属于自己的《热力学与统计物理》完整知识 框架，应用热力学与统计物理的基本方法，解决热力学常见问题，树立物质世界是分层 次的、宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引起质变等物理学基本观点；学会查找相 关资料，了解热力学与统计物理的最新发展动态，能够抓取并整理有用信息，报告调研 结果；能够归纳圣人、伟人和知名学者为人为学的成功经验，初步设计出适合自身发展 的道路，形成脚踏实地、勤于动手动脑和终身学习的良好习惯。 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表 课程目标 课程目标 1：学生能够通过思维导图构建出属于自 己的《热力学与统计物理》完整知识框架，应用热 力学与统计物理的基本方法，解决热力学常见问 题，树立物质世界是分层次的、宏观现象与微观本 质深刻联系，量变能引起质变等物理学基本观点。 课程目标 2：查找相关资料，了解热力学与统计物 理的最新发展动态，能够抓取并整理有用信息，报 告调研结果。 课程目标 3：归纳圣人、伟人和知名学者为人为学 的成功经验，设计出适合自身发展的道路，形成脚 踏实地、勤于动手动脑和终身学习的良好习惯。 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 毕业要求 2： 教育情怀 2-1：理解儒家教育思想精 髓，具有人文底蕴和科学 精神。 √ √ √ 2-3：尊重学生人格，富有 爱心、责任心，工作细心、 √ √ √
《热力学与统计物理》课程教学大纲耐心，做学生锤炼品格、学习知识、创新思维、奉献祖国的引路人。3-1：掌握物理学的基础知识、基本技能、基本思想方法，形成理论联系物理实践的能力，形成分析和解决物理问题的能力。毕业要求3：3-2：了解物理学发展动学科素养态，经过规范的科学研究V训练，具备学科创新意识。3-3：掌握文献调研方法，77形成规范写作和学科交流能力。4-1：掌握物理教育基本理论和现代教育技术，具备物理教师的基本技能和基本素质，树立科学的物理77教学观和正确的学生观，能开展物理教学设计、实毕业要求4：施课堂教学并对教学结果教学能力进行评价。4-2：熟悉国内外中学物理教育改革进展，了解中学物理课程改革的新理念、新内容和新方法，具备初步的物理教学能力和一定的物理教学研究能力。7-1：具备终身学习意识和追求卓越的从业热情，掌握反思方法与技能，能运用批判性思维对问题进行7V探究与分析，具有创新意毕业要求7：识，具有解决中学物理教学会反思育教学问题的能力。7-2：了解国内外基础教育改革发展，适应时代和教育发展需求并进行学习和职业生涯规划。8-1：理解物理学习共同体的作用，具有团队协作精毕业要求8：神，具备沟通合作技能，从VV沟通合作社会文化的角度理解物理学中的发明和发现，体验2/10
《热力学与统计物理》课程教学大纲 2 / 10 耐心，做学生锤炼品格、学 习知识、创新思维、奉献祖 国的引路人。 毕业要求 3： 学科素养 3-1：掌握物理学的基础知 识、基本技能、基本思想方 法，形成理论联系物理实 践的能力，形成分析和解 决物理问题的能力。 √ √ 3-2：了解物理学发展动 态，经过规范的科学研究 训练，具备学科创新意识。 √ √ 3-3：掌握文献调研方法， 形成规范写作和学科交流 能力。 √ √ 毕业要求 4： 教学能力 4-1：掌握物理教育基本理 论和现代教育技术，具备 物理教师的基本技能和基 本素质，树立科学的物理 教学观和正确的学生观， 能开展物理教学设计、实 施课堂教学并对教学结果 进行评价。 √ √ 4-2：熟悉国内外中学物理 教育改革进展，了解中学 物理课程改革的新理念、 新内容和新方法，具备初 步的物理教学能力和一定 的物理教学研究能力。 √ 毕业要求7: 学会反思 7-1：具备终身学习意识和 追求卓越的从业热情，掌 握反思方法与技能，能运 用批判性思维对问题进行 探究与分析，具有创新意 识，具有解决中学物理教 育教学问题的能力。 √ √ 7-2：了解国内外基础教育 改革发展，适应时代和教 育发展需求并进行学习和 职业生涯规划。 √ √ √ 毕业要求 8: 沟通合作 8-1：理解物理学习共同体 的作用，具有团队协作精 神，具备沟通合作技能，从 社会文化的角度理解物理 学中的发明和发现，体验 √ √
《热力学与统计物理》课程教学大纲合作学习方式。（注：部分课程课程想实现毕业要求之外的课程目标，也是允许的，针对这种个别的例外情况，要说明其不针对毕业要求指标点。）三、教学内容各教学单元有明确的学习目标，描述以学生为主语，使用行为动词。表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表学时教学周次「日期章节内容提要课程目标1课程目标2课程目标3分配方法模仿老师所讲思维导图案例，建构自引言总纲和数学已的热力学第1课下阅读准备：热力学与统计物理章热系统的平衡发展史和热《物理学力学基整理课堂笔讲授状态及其描4力学与统计史》热学部记本规律述：热平衡定物理知识框分，丰富思$1.1律和温度；物架的思维导维导图内容$1.2 s态方程图：建构前三1.3节思维导图，复习：解决相关习题准静态功；热力学第一定律；热容量和整理课堂笔焰：理想气体模仿老师所记，重点理的内能、绝热给思维导图解例题思过程、卡诺循案例，建构第路，练习环：热力学第1章的思维导“已知-求-二定律；卡诺第1解”的解题图，依据自身定理与热力章热水平，增减相套路：查阅学温标；克劳力学基讲授关内容的知资料了解卡2-3修斯等式和8诺、克劳修本规律讨论识密度：尝试不等式；炳和$1.4-s回忆思维导斯，吉布斯热力学基本1.17图所画的内的生平、治方程：理想气容；解决相关学方法和科体的：热力习题，回溯知学贡献。制学第二定律识点，优化充作3页PPT的普遍表述；介绍相关内实思维导图。炳增加原理容的简单应用；自由能和吉布斯函数。3 /10
《热力学与统计物理》课程教学大纲 3 / 10 合作学习方式。 （注：部分课程课程想实现毕业要求之外的课程目标，也是允许的，针对这种个别的例外情况，要 说明其不针对毕业要求指标点。） 三、教学内容 各教学单元有明确的学习目标，描述以学生为主语，使用行为动词。 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表 周次 日期 章节 内容提要 学时 分配 教学 方法 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 1 引言 第 1 章 热 力学基 本规律 §1.1 §1.2 § 1.3 总 纲 和 数学 准备；热力学 系 统 的 平衡 状 态 及 其描 述；热平衡定 律和温度；物 态方程 4 讲授 模仿老师 所 讲思维导 图 案例，建构自 己的热力 学 与统计物 理 发展史和 热 力学与统 计 物理知识 框 架的思维 导 图；建构前三 节思维导图， 复习；解决相 关习题 课 下 阅 读 《 物理学 史》热学部 分，丰富思 维导图内容 整理课堂笔 记 2-3 第 1 章 热 力学基 本规律 §1.4-§ 1.17 准静态功；热 力 学 第 一定 律；热容量和 焓；理想气体 的内能、绝热 过程、卡诺循 环；热力学第 二定律；卡诺 定 理 与 热力 学温标；克劳 修 斯 等 式和 不等式；熵和 热 力 学 基本 方程；理想气 体的熵；热力 学 第 二 定律 的普遍表述； 熵 增 加 原理 的简单应用； 自 由 能 和吉 布斯函数。 8 讲授 讨论 模仿老师 所 给思维导 图 案例，建构第 1 章的思维导 图，依据自身 水平，增减相 关内容的 知 识密度；尝试 回忆思维 导 图所画的 内 容；解决相关 习题，回溯知 识点，优化充 实思维导图。 整理课堂笔 记，重点理 解 例 题 思 路 ，练习 “已知-求- 解”的解题 套路；查阅 资料了解卡 诺、克劳修 斯，吉布斯 的生平、治 学方法和科 学贡献。制 作 3 页 PPT 介绍相关内 容
《热力学与统计物理》课程教学大纲内能、烩、自由能和吉整理课堂笔布斯函数的学习教学论模仿老师所记，解决相全微分；麦文《热力学给思维导图关习题：查克斯韦关系中的逻辑之案例，建构第阅资料了解第2章的简单应美：爱情魔2章的思维导吉布斯、麦热力学用：气体的方》，陈述论讲授图；尝试回忆克斯韦、焦函数及节流过程和文结构，理4-610讨论思维导图所耳、普朗克关系绝热膨胀过解论文内习题画的内容：解的生平、治容，应用爱$2.1-§程；基本热决相关习题，学方法和科2.7力学函数的情魔方，写回溯知识点，学贡献。制确定：特性出热力基本优化充实思作4页PPT函数：平衡方程，麦氏维导图。介绍相关内辐射的热力关系等。容。学；磁介质的热力学。热动平衡判模仿老师所据：开系的热从液滴形成整理课堂笔给思维导图力学基本方这一物理现记，解决相案例，建构第第3程；单元系的象，你会联关习题；查3章的思维导章相复相平衡条想到什么？阅资料回答讲授图；尝试回忆平衡与件；单元复相如贫富差孔子是什么6-89讨论思维导图所相变距、学习成样的人？他系的平衡性习题画的内容解$3.1-S质：临界点和绩两极分的理想是什决相关习题，3.7气液两相的化，展现你么？这和我回溯知识点，转变：液滴的的想象和认校校训有何优化充实思形成：相变的识。关系？维导图。分类。整理课堂笔第4以自己的兴记，解决相章多多元系的热趣为引导，关习题：课元系的自己尝试建力学函数和下学习诺贝查阅诺奖得热力学方程；构第4章的复相平主K.B.尔奖获得者衡和化多元系的复思维导图：回SharplessK.B.学平衡讲授相平衡条件；忆思维导图的一篇关于Sharpless8-9热力学吉布斯相律；6讨论所画的内容；click教授的报告第三定习题化学平衡条解决相关习chemistryPPT:“How律件：混合理想题，回溯知识的文章，翻tofind$4.1-气体的性质：点，优化充实译、概述主something$4.3热力学第三思维导图。要内容，上new”，写定律。$4.5S200字左右交报告。4.6$4.8心得体会。第6模仿老师所整理课堂笔10-粒子运动状讲授1811章近态的经典描讨论给思维导图记，解决相4/10
《热力学与统计物理》课程教学大纲 4 / 10 4-6 第 2 章 热力学 函数及 关系 §2.1- § 2.7 内能、焓、 自由能和吉 布斯函数的 全微分；麦 克斯韦关系 的简单应 用；气体的 节流过程和 绝热膨胀过 程；基本热 力学函数的 确定；特性 函数；平衡 辐射的热力 学；磁介质 的热力学。 10 讲授 讨论 习题 模仿老师 所 给思维导 图 案例，建构第 2 章的思维导 图；尝试回忆 思维导图 所 画的内容；解 决相关习题， 回溯知识点， 优化充实 思 维导图。 学习教学论 文《热力学 中的逻辑之 美：爱情魔 方》，陈述论 文结构，理 解论文内 容，应用爱 情魔方，写 出热力基本 方程，麦氏 关系等。 整理课堂笔 记，解决相 关习题；查 阅资料了解 吉布斯、麦 克斯韦、焦 耳、普朗克 的生平、治 学方法和科 学贡献。制 作 4 页 PPT 介绍相关内 容。 6-8 第 3 章 相 平衡与 相变 §3.1- § 3.7 热 动 平 衡判 据；开系的热 力 学 基 本方 程；单元系的 复 相 平 衡条 件；单元复相 系 的 平 衡性 质；临界点和 气 液 两 相的 转变；液滴的 形成；相变的 分类。 8 讲授 讨论 习题 模仿老师 所 给思维导 图 案例，建构第 3 章的思维导 图；尝试回忆 思维导图 所 画的内容；解 决相关习题， 回溯知识点， 优化充实 思 维导图。 从液滴形成 这一物理现 象，你会联 想到什么？ 如 贫 富 差 距、学习成 绩两极分 化，展现你 的想象和认 识。 整理课堂笔 记，解决相 关习题；查 阅资料回答 孔子是什么 样的人？他 的理想是什 么？这和我 校校训有何 关系？ 8-9 第 4 章 多 元系的 复相平 衡和化 学平衡 热力学 第三定 律 §4.1- §4.3 §4.5§ 4.6§4.8 多 元 系 的热 力 学 函 数和 热力学方程； 多 元 系 的复 相平衡条件； 吉布斯相律； 化 学 平 衡条 件；混合理想 气体的性质； 热力学 第三 定律。 6 讲授 讨论 习题 自己尝试 建 构第 4 章的 思维导图；回 忆思维导 图 所画的内容； 解决相关 习 题，回溯知识 点，优化充实 思维导图。 以自己的兴 趣为引导， 查阅诺奖得 主 K. B. Sharpless 的一篇关于 click chemistry 的文章，翻 译、概述主 要内容，上 交报告。 整理课堂笔 记，解决相 关习题；课 下学习诺贝 尔奖获得者 K. B. Sharpless 教授的报告 PPT：“How to find something new” ， 写 200 字左右 心得体会。 10- 11 第 6 章 近 粒子运动状 态的经典描 8 讲授 讨论 模仿老师 所 给思维导 图 整理课堂笔 记，解决相