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医学物理教学所折射出的大学教育论文

时间:2018-07-31 物理毕业论文 我要投稿

  【摘要】从医学物理学熵和熵增加原理这一章节教学安排探索大学基础课程课堂的布局,探讨如何在基础课堂中完成让学生在有限的时间内既能获取更多本学科的专业知识,又能体现对学生价值观和素质的培养问题。从课程整体安排布局来层次递进,由熵于物理中的概念和意义,推广至结合专业内容的具体应用,引申到经济、人文中的价值观体现。让大学理科基础课堂既能实现对物理学基本概念及规律的介绍,又凸显了学科特色,还实现了对学生社会观价值观引导的多重目的。

  【关键词】熵;熵增加原理;课堂安排;教学改革;大学课堂改革;素质教育

  21世纪的教育对学生身心素质全面培养的要求日益提高,要求学生具有独立性能动性创造性的。而全面实施基础教育课程改革是当前教育领域的深刻变革,课堂是实施教育教学的主战场,是对学生进行素质教育的主渠道。如何在基础课堂中完成让学生在有限的时间内既能获取更多本学科的专业知识,又能体现对学生价值观和素质的培养是我们亟待解决的问题。大学基础课程教学的目的是让学生不只局限于课堂书本,或是联系学生所学专业激发学生学习兴趣,甚至可以更进一步实现对学生社会观价值观的引导。我们理科教学亦可让学生从另一种思维角度去认识世界反思历史,从而引导树立正确的社会观价值观。从医学物理学熵和熵增加原理这一章节安排探索大学基础课程课堂的布局的广泛性,是应立足学科基础还是结合专业凸显特色,或者更进一步期望适度呈现人文精神。我们对学生的培养不应停留于书本知识单纯的了解掌握,或是对学科的认知接纳,更进一步期望从基础课堂体现对学生素质教育的培养。让大学理科基础课堂也能实现既完成教学任务,又凸显了学科特色,还实现了对学生社会观价值观的引导。

  1.学科内容讲解,熵的引入及教学层次安排

  课堂设计安排上要呈现逻辑性和层次性,既要适时引入教学内容,又要引发学生兴趣。教学内容环环相扣,递进地引导学生。使学生在认知上产生知与不知的矛盾,激发求知的内在动力,驱使学生去主动地感知理解。

  1.1熵的概念的引入及熵变计算介绍

  首先介绍卡诺定理,由卡诺定理可逆热机效率问题推出卡诺热机热温比之和为零[1],其次将定义推广值所有可逆热机,推出克劳修斯等式,从而将熵的概念引入,提出熵变的算法,并对算式进行说明。在以上内容完成后引入例题:有1㎏温度为0℃的冰吸热后融化成0℃的水,然后变成10℃的水。求其熵变。给出冰的溶解热和水等压热容,分析题目给出思路让学生自行计算,学生会根据熵变计算式自行计算出0℃的冰吸热后融化成0℃的水的熵变和0℃的水变成10℃的水的熵变。引导他们发现,算出来的结果为正值,说明两个过程末态的熵值大于初态。教学方法上改变一味地单纯接受式的课堂模式会让学生产生枯燥感,学习积极性主动性受挫[2],因此在传统教学方式基础上应实施建立新型的参与式的发挥学生主动性的学习方式,引导学习成为生成、进入、提升的综合过程[3]。

  1.2承上启下,引入玻尔兹曼熵

  在这教学环节加入讨论时间,讨论一定量的同种物质的熵变是否和温度有关,是否和物态存在关系相关,从微观上分析和什么相关[4];谖侍獾姆肿樘致酆涂翁梅⒀越酉吕吹慕萄Щ方谧匀灰,承上启下,课堂设计上提高学生参与度;内容设计上抽象问题实例化[5]。引导学生得出结论10℃的水的熵大于0℃的水的熵大于0℃的冰的熵,从物态关系上提出一定量下同温度水的液态熵比气态熵大,而且发现温度越高熵值越大。此时引入玻尔兹曼熵的讲解,介绍玻尔兹曼熵及其意义,这样课堂安排上有层次感,内容引入有衔接感,学生更容易理解接受。

  2.结合医学拓展,信息熵于生物进化遗传中的引入

  对于医学类学生而言医学物理学教学既要体现物理学本身内在的逻辑性和系统性,又要反映物理学理论及衍生出的技术在医学上的应用[6]。转变以往医学类学生对本课程的片面认知,提高学习积极性[7]。为了突出专业特色,将基础学科与专业内容相结合[8],以玻尔兹曼熵为前提于生物遗传现象遗传密码信息的传递中引入信息熵,信息熵反映信息的不确定程度和缺损程度,那么信息熵的减少意味着不确定度的减少,也即信息量的增加在生物遗传现象中,从物理熵的角度提供遗传组织复杂程度和进化程度的定量描述方法。例举将遗传密码信息的传递假设为通信系统。若S为发信者,R为接收者,由于S发送的不是单个的核苷酸信号而是三种核苷酸组成三联体密码子形式的信息。计算A、T、G、C四种核苷酸信号中每三种核苷酸组成三联体密码子形式的信息发送和接受所出现的概率,并不能从接受到的遗传信息来确定发送的信息。

  3.素质教育体现,从熵增加原理所反映的社会价值观

  由卡诺定理不可逆热机效率问题推出克劳修斯不等式,从而引入熵增加原理的内容,熵增加原理结合不可逆过程的结果引出能量品质的退降,推广至生物进化实例,讲明生命系统开放的目的为了获得负熵。最后引入熵的社会观,如果宇宙的能量是一定的,使用系统内的能源,必然增加系统内的熵。这意味着,如果人类单纯依靠地球自身的能源,地球必将变成一个越来越混乱的地方。而目前的种种环境问题:空气污染、水污染、冰山融化、生物灭绝,其实都可以归结为熵的增加。这就要求人类不能一味寻求经济和社会发展速度。就连人类心理、思维、价值观上的混乱,也可以归结为熵的增加。所以可以从物理学的角度引导学生正面看待遇到的人和事,树立正确的价值观和人生观。提倡建立正确的社会价值观,不一味强调经济的发展,加强环保意识。

  4.结语

  从课程整体安排布局来层次递进,由熵于物理中的概念和意义,推广至结合专业内容的具体应用,引申到经济、人文中的价值观体现。进而实现了学生对物质现象及规律的认识,与所学专业的衔接和学生人文素质的培养[9]。大学课堂教育期望完成和实现的并不仅仅拘泥于书本学科,受限于专业分类,理科基础课课堂同样可以折射人文价值。大学基础课课堂不仅可以让学生具备一定的理科素养,同样能够体现对学生人文素质的培养[10].

  参考文献

  [1]王磊,冀敏.医学物理学[M].8版.北京:人民卫生出版社,2013:1-2.

  [2]田壮壮,陈瑞霞.大学物理教学中的问题及建议[J].科技创新导报,2014(1):119-120.

  [3]颜红金.医学物理学与医学课程相结合的研究[J].中国医学物理学杂志,2014,31(1):4718-4722.

  [4]林芮竹,李德禄,马杰.医学物理学教学研究[J].中国技术教育装备,2013(33):115-116.

  [5]匡宝平,苗丽华,李玉生,等.医学物理实验教学改革探究[J].中国医学物理学杂志,2014,30(5):4457-4460.

  [6]喀蔚波,孙大公,苑桂红,等.医药类专业物理课程教学的思考与实践[J].物理与工程,2010,20(1):56-58.

  [7]苗丽华,匡宝平,李玉生.医学物理教学中PBL模式的实践探究[J].医学信息学(上旬刊),2010,23(2):330-332.

  [8]武宏,刘凤芹,来佳颖,等.物理课程在医学人才培养中的地位和作用的探讨[J].中国医学物理学杂志,2012,29(3):3442-3445.

  [9]陈艳霞.医学物理学教学改革探索[J].医学信息(上旬刊),2010,23(2):339-340.

  [10]郭嘉泰,曾晓红,胡建华,等.医学物理学实验教学内容研究与改革[J].中国医学物理学杂志,2012,29(4):3581-3583.

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