湖南土著分享 http://blog.sciencenet.cn/u/qhliu 理论物理博士,湖南大学教授。

博文

网课的一个超级好处:学生提问汹涌 精选

已有 8252 次阅读 2020-2-28 10:53 |个人分类:大学教育|系统分类:教学心得| 网课, 热力学, 统计物理, MOOC, MOOC, MOOC, MOOC, 在线教学, 互动

学生和老师可能都不太喜欢网课。很多段子,非常精彩。另外一方面,学生在网课时提问汹涌,比课堂教学时教学较为沉闷的情况比,学生思维活跃的程度,至少高出一个数量级。

224日教育部严令原则上疫情得到有效控制前大学生不返校、高校不开学,学生居家要有打持久战的思想准备。同时教育部要求高校一校一策、一校多策的在线教学方案,每位教师无法回避在线教学这种教学手段。苦不苦?想想长征两万五。在线教学不仅仅比放羊强,也比躲在山沟里席地而坐上课强或在四面穿风的铁皮屋内上课强。

很多高校实际已经开学,不过原则上所有课程都要开展线上教学,教学形式可以多样化,但要尽量保证教学效果和教学质量。

湖南大学在智慧树上开设了热统MOOC,抗疫期间超过20所高校1000余位学生进场学习。选择这们课,和开出这门课的老师和单位关系都不大。每所高校相关的任课老师,都可以进入课堂跟踪学生学习进度,同时另外设立例如QQ群来回答学生问题,等等。自己的孩子自己养,自己的学生自己教。一些高校的老师进场回答学生问题。很多学生积极参与回答问题。非常感谢!

与此同时,湖南大学教学团队把全国的学生当成自己的学生,感受到了全国物理学子巨大的向学热忱。尽管学生提问题汹涌,也做到了不让问题过夜撷取其中的精彩问题五则。

问题一:如何理解老师在2.1节最后提到的F·Dyson的名言理论的基本思路在于自然具有双层结构,里层存在电场和磁场,他们服从波动方程,以光或者无线电波的形式在空中自由传播。外层里有一些实际的对象例如能量和力,只有外层能被观测到这一句话?为什么可以这样说呢?是指所有物理量都可以归结到以上两类吗?” 

回答:第一个问题是为什么要这样说呢?首先,必须从理论上必须清楚,什么是可以或者可能被测量出来,然后才能谈测量的是什么。例如说,我们对温度的直接感知,其实不是温度本身,而是热流!冬天一阵冷风吹过来,温度没有多少改变,但是人会打寒颤。我们测量温度的时候,利用的是测温材料的一些物理定律,例如水银温度计中的水银柱的高度等等。人类历史上,把温度和热这两个量区分开来,花费了至少一百年。可见,物理学必须清楚,我们测量的是什么,什么是可以被测量的。

第二个问题是所有物理量都可以归结到以上两类吗?没有物理的原理来回答这个问题,可能需要深入到哲学的层面。物理上,需要对几乎所有的物理量进行穷尽,然后才能进行分类。碰到这类的问题,不妨换一个角度发问。例如可以问:是否所有的物理量,都需要问问是否可以观测? 作为物理学家,这样反思一下,肯定对培养物理思维是由益处的。而且,牛顿、爱因斯坦、杨振宁、Dyson都想过这些问题。

最后,是一个相关的问题。物理学中很多司空见惯的量,根本就不是物理量,例如波函数、配分函数等等,这些量,也就谈不上是否可以观测了。

问题二:自由能和吉布斯函数是有重合的吧?自由能是内能的一部分,吉布斯函数减少的也是么?

回答:内能、自由能、吉布斯函数,这些热力学函数是相互等价的。从原理上说,它们包含了完全相同的热力学信息。正象分析力学中拉氏量和哈密顿量之间的关系一样,可以相互导出,但是彼此逻辑独立。 对于一个具体的系统,有的时候,他们之间可能表现为一些简单的关系。例如吉布斯函数的定义是: G=U-TS+pV。还有一个据热力学势能J(汪志诚(第五版)p.82),定义是J=U-TS-G。结果为J=F-G。必须指出,这个关系仅仅是特殊情况下数量上的等式,不能把F-G 作为J的定义。

JF、和G各自的天然变量各有不同。吉布斯函数减少,必须要在其天然变量(p.T)不变的前提下,才有意义。这就是为什么吉布斯函数是一个热力学势的原因。

问题三:是不是说明,相和态属于包含关系?

回答:态(state)和相(phase)是两个不同的概念。在牛津词典中,解释如下: : a condition or way of being that exists at a particular time 相:A phase is one of the forms in which matter can exist, such as solid, liquid, or a gas. 这里关于态的解释是正确的,而关于相的解释是不准确的。 ----- 态就是热力学系统存在方式,往往分为平衡态和非平衡态。表达式为热力学变量之间的约束关系,对于平衡态来说,这些关系是:p=p(V,T)dU=TdS-pdV等等。 热力学系统的相的根本特征式是均匀(uniform)。例如冰的固态,可能有很多相,例如冰I,冰II,就是不同的相,在相变平衡的时候,两个相之间的关系为\mu_1=\mu_2

问题四:1.系统与外界有信息的交换,这种信息的交换是指?2.关于相的理解,如果不同物质相互混杂,平衡,且是均匀的,能否称作一个相?或说相的定义是否限于同种物质?

老师1回答:交换的信息有物质流,热量。相不止局限于同一种物质,比如均匀的NaCl水溶液就是单相系,但有两种物质为水和NaCl.

老师2回答:信息是由熵来刻画的,在一定的温度下,因为dQ=TdS,所以信息流就是热量流。信息熵就是热力学熵! 一个简单具有启发性的例子就是,如果一个人仅仅进行简单的是非判断,一会儿大脑就会发热。这也就是当代解决麦克斯韦妖的关键:这个妖的脑袋会发烫。

问题五:如果在一个容器里注满水,能不能使这个容器里所有的水成为一个相

回答:戏码不出水的三相图!改变温度,压强一定改变。认定在三相图的一点(p,T),该是单相就单相,该是两相共存就共存!

 _______________

科普:MOOC课程不是辅助教学手段,而是教育部认可的正规课程

2月4日教育部发布了《在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》,对高等学校停课不停教、停课不停学作出了9条措施安排。

“第一,我们推出的22个线上课程平台的2.4万门课程不是为应对疫情临时仓促制作上线的,而是这几年来我们精心组织、精心培育、精心遴选的好老师的好课,这些课是有质量保障的。

最后还要强调一点,高等学校的在线教学不仅是在疫情期间可以起到救急的作用,这也是中国高等学校这几年来一直致力推动的教育教学领域的一场学习革命。"

智慧树MOOC课程有标准化的学习过程,很像游戏,需要不断通关。第一关:每一次学习大概12分钟,至少正确回答两个问题,进程才能继续。第二关:每一章有章测试,不参加每一章的章测试并及格,不能进入下一章的学习。第三关:学完全部章节,才能进入期末考试。所有的测试都是客观题,即答即判。题库很大,考试的时候,每位同学的题目不同,但是难度相差很小。不及格者七天内可以补考一次。

MOOC教学不是随堂录像,更像学术报告,内容比较浓缩。不妨称之为科研型教学。64学时的内容,一般来说32小时就可以讲完。因此,学生不但可以当成正常的课程学习,也可以作为课前预习,也可以作为课后反刍。百利无害,丰俭有君。

--

某大学物理与电子信息学院院长在朋友圈发布的溢美之词

某大学物理学院院长的朋友圈截屏.jpg



http://blog.sciencenet.cn/blog-3377-1220811.html

上一篇:温度和温度计中深奥而有趣的物理
下一篇:多彩世界与时间的多连通性

45 武夷山 刘立 吕秀齐 强涛 郑永军 文克玲 史晓雷 王崇臣 马红孺 宁利中 惠小强 张江敏 吴斌 周忠浩 黄永义 杨正瓴 孙宝玺 田灿荣 白禹 王勇 赵柳 刘钢 王汉森 王中任 王修慧 张红光 王德华 王林平 王安良 杨辉 陈南晖 李侠 曹俊兴 雷蕴奇 李晓涛 晏丽红 丁鄂江 晏成和 施树明 刘炜 邱嘉文 岳建军 霍天满 黄秀清 王澄海

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (43 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-11-1 04:18

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部