醫(yī)學(xué)物理課堂教學(xué)折射出的大學(xué)教育實(shí)質(zhì)

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【摘要】從醫(yī)學(xué)物理學(xué)熵和熵增加原理這一章節(jié)教學(xué)安排探索大學(xué)基礎(chǔ)課程課堂的布局，探討如何在基礎(chǔ)課堂中完成讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)既能獲取更多本學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，又能體現(xiàn)對(duì)學(xué)生價(jià)值觀(guān)和素質(zhì)的培養(yǎng)問(wèn)題。從課程整體安排布局來(lái)層次遞進(jìn)，由熵于物理中的概念和意義，推廣至結(jié)合專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的具體應(yīng)用，引申到經(jīng)濟(jì)、人文中的價(jià)值觀(guān)體現(xiàn)。讓大學(xué)理科基礎(chǔ)課堂既能實(shí)現(xiàn)對(duì)物理學(xué)基本概念及規(guī)律的介紹，又凸顯了學(xué)科特色，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生社會(huì)觀(guān)價(jià)值觀(guān)引導(dǎo)的多重目的。

【關(guān)鍵詞】熵；熵增加原理；課堂安排；教學(xué)改革；大學(xué)課堂改革；素質(zhì)教育

21世紀(jì)的教育對(duì)學(xué)生身心素質(zhì)全面培養(yǎng)的要求日益提高，要求學(xué)生具有獨(dú)立性能動(dòng)性創(chuàng)造性的。而全面實(shí)施基礎(chǔ)教育課程改革是當(dāng)前教育領(lǐng)域的深刻變革，課堂是實(shí)施教育教學(xué)的主戰(zhàn)場(chǎng)，是對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育的主渠道。如何在基礎(chǔ)課堂中完成讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)既能獲取更多本學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，又能體現(xiàn)對(duì)學(xué)生價(jià)值觀(guān)和素質(zhì)的培養(yǎng)是我們亟待解決的問(wèn)題。大學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)的目的是讓學(xué)生不只局限于課堂書(shū)本，或是聯(lián)系學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，甚至可以更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生社會(huì)觀(guān)價(jià)值觀(guān)的引導(dǎo)。我們理科教學(xué)亦可讓學(xué)生從另一種思維角度去認(rèn)識(shí)世界反思?xì)v史，從而引導(dǎo)樹(shù)立正確的社會(huì)觀(guān)價(jià)值觀(guān)。從醫(yī)學(xué)物理學(xué)熵和熵增加原理這一章節(jié)安排探索大學(xué)基礎(chǔ)課程課堂的布局的廣泛性，是應(yīng)立足學(xué)科基礎(chǔ)還是結(jié)合專(zhuān)業(yè)凸顯特色，或者更進(jìn)一步期望適度呈現(xiàn)人文精神。我們對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)不應(yīng)停留于書(shū)本知識(shí)單純的了解掌握，或是對(duì)學(xué)科的認(rèn)知接納，更進(jìn)一步期望從基礎(chǔ)課堂體現(xiàn)對(duì)學(xué)生素質(zhì)教育的培養(yǎng)。讓大學(xué)理科基礎(chǔ)課堂也能實(shí)現(xiàn)既完成教學(xué)任務(wù)，又凸顯了學(xué)科特色，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生社會(huì)觀(guān)價(jià)值觀(guān)的引導(dǎo)。

1學(xué)科內(nèi)容講解，熵的引入及教學(xué)層次安排

課堂設(shè)計(jì)安排上要呈現(xiàn)邏輯性和層次性，既要適時(shí)引入教學(xué)內(nèi)容，又要引發(fā)學(xué)生興趣。教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，遞進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生。使學(xué)生在認(rèn)知上產(chǎn)生知與不知的矛盾，激發(fā)求知的內(nèi)在動(dòng)力，驅(qū)使學(xué)生去主動(dòng)地感知理解。

1.1熵的概念的引入及熵變計(jì)算介紹

首先介紹卡諾定理，由卡諾定理可逆熱機(jī)效率問(wèn)題推出卡諾熱機(jī)熱溫比之和為零[1]，其次將定義推廣值所有可逆熱機(jī)，推出克勞修斯等式，從而將熵的概念引入，提出熵變的算法，并對(duì)算式進(jìn)行說(shuō)明。在以上內(nèi)容完成后引入例題：有1㎏溫度為0℃的冰吸熱后融化成0℃的水，然后變成10℃的水。求其熵變。給出冰的溶解熱和水等壓熱容，分析題目給出思路讓學(xué)生自行計(jì)算，學(xué)生會(huì)根據(jù)熵變計(jì)算式自行計(jì)算出0℃的冰吸熱后融化成0℃的水的熵變和0℃的水變成10℃的水的熵變。引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)，算出來(lái)的結(jié)果為正值，說(shuō)明兩個(gè)過(guò)程末態(tài)的熵值大于初態(tài)。教學(xué)方法上改變一味地單純接受式的課堂模式會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生枯燥感，學(xué)習(xí)積極性主動(dòng)性受挫[2]，因此在傳統(tǒng)教學(xué)方式基礎(chǔ)上應(yīng)實(shí)施建立新型的參與式的發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)習(xí)成為生成、進(jìn)入、提升的綜合過(guò)程[3]。

1.2承上啟下，引入玻爾茲曼熵

在這教學(xué)環(huán)節(jié)加入討論時(shí)間，討論一定量的同種物質(zhì)的熵變是否和溫度有關(guān)，是否和物態(tài)存在關(guān)系相關(guān)，從微觀(guān)上分析和什么相關(guān)[4]。基于問(wèn)題的分組討論和課堂發(fā)言將接下來(lái)的教學(xué)環(huán)節(jié)自然引入，承上啟下，課堂設(shè)計(jì)上提高學(xué)生參與度；內(nèi)容設(shè)計(jì)上抽象問(wèn)題實(shí)例化[5]。引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論10℃的水的熵大于0℃的水的熵大于0℃的冰的熵，從物態(tài)關(guān)系上提出一定量下同溫度水的液態(tài)熵比氣態(tài)熵大，而且發(fā)現(xiàn)溫度越高熵值越大。此時(shí)引入玻爾茲曼熵的講解，介紹玻爾茲曼熵及其意義，這樣課堂安排上有層次感，內(nèi)容引入有銜接感，學(xué)生更容易理解接受。

2結(jié)合醫(yī)學(xué)拓展，信息熵于生物進(jìn)化遺傳中的引入

對(duì)于醫(yī)學(xué)類(lèi)學(xué)生而言醫(yī)學(xué)物理學(xué)教學(xué)既要體現(xiàn)物理學(xué)本身內(nèi)在的邏輯性和系統(tǒng)性，又要反映物理學(xué)理論及衍生出的技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用[6]。轉(zhuǎn)變以往醫(yī)學(xué)類(lèi)學(xué)生對(duì)本課程的片面認(rèn)知，提高學(xué)習(xí)積極性[7]。為了突出專(zhuān)業(yè)特色，將基礎(chǔ)學(xué)科與專(zhuān)業(yè)內(nèi)容相結(jié)合[8]，以玻爾茲曼熵為前提于生物遺傳現(xiàn)象遺傳密碼信息的傳遞中引入信息熵，信息熵反映信息的不確定程度和缺損程度，那么信息熵的減少意味著不確定度的減少，也即信息量的增加在生物遺傳現(xiàn)象中，從物理熵的角度提供遺傳組織復(fù)雜程度和進(jìn)化程度的定量描述方法。例舉將遺傳密碼信息的傳遞假設(shè)為通信系統(tǒng)。若S為發(fā)信者，R為接收者，由于S發(fā)送的不是單個(gè)的核苷酸信號(hào)而是三種核苷酸組成三聯(lián)體密碼子形式的信息。計(jì)算A、T、G、C四種核苷酸信號(hào)中每三種核苷酸組成三聯(lián)體密碼子形式的信息發(fā)送和接受所出現(xiàn)的概率，并不能從接受到的遺傳信息來(lái)確定發(fā)送的信息。

3素質(zhì)教育體現(xiàn)，從熵增加原理所反映的社會(huì)價(jià)值觀(guān)

由卡諾定理不可逆熱機(jī)效率問(wèn)題推出克勞修斯不等式，從而引入熵增加原理的內(nèi)容，熵增加原理結(jié)合不可逆過(guò)程的結(jié)果引出能量品質(zhì)的退降，推廣至生物進(jìn)化實(shí)例，講明生命系統(tǒng)開(kāi)放的目的為了獲得負(fù)熵。最后引入熵的社會(huì)觀(guān)，如果宇宙的能量是一定的，使用系統(tǒng)內(nèi)的能源，必然增加系統(tǒng)內(nèi)的熵。這意味著，如果人類(lèi)單純依靠地球自身的能源，地球必將變成一個(gè)越來(lái)越混亂的地方。而目前的種種環(huán)境問(wèn)題：空氣污染、水污染、冰山融化、生物滅絕，其實(shí)都可以歸結(jié)為熵的增加。這就要求人類(lèi)不能一味尋求經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展速度。就連人類(lèi)心理、思維、價(jià)值觀(guān)上的混亂，也可以歸結(jié)為熵的增加。所以可以從物理學(xué)的角度引導(dǎo)學(xué)生正面看待遇到的人和事，樹(shù)立正確的價(jià)值觀(guān)和人生觀(guān)。提倡建立正確的社會(huì)價(jià)值觀(guān)，不一味強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。

4結(jié)語(yǔ)

從課程整體安排布局來(lái)層次遞進(jìn)，由熵于物理中的概念和意義，推廣至結(jié)合專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的具體應(yīng)用，引申到經(jīng)濟(jì)、人文中的價(jià)值觀(guān)體現(xiàn)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)物質(zhì)現(xiàn)象及規(guī)律的認(rèn)識(shí)，與所學(xué)專(zhuān)業(yè)的銜接和學(xué)生人文素質(zhì)的培養(yǎng)[9]。大學(xué)課堂教育期望完成和實(shí)現(xiàn)的并不僅僅拘泥于書(shū)本學(xué)科，受限于專(zhuān)業(yè)分類(lèi)，理科基礎(chǔ)課課堂同樣可以折射人文價(jià)值。大學(xué)基礎(chǔ)課課堂不僅可以讓學(xué)生具備一定的理科素養(yǎng)，同樣能夠體現(xiàn)對(duì)學(xué)生人文素質(zhì)的培養(yǎng).

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作者:談笑玲 單位:青海大學(xué)基礎(chǔ)部