醫(yī)學物理教學所折射出的大學教育

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【摘要】從醫(yī)學物理學熵和熵增加原理這一章節(jié)教學安排探索大學基礎(chǔ)課程課堂的布局，探討如何在基礎(chǔ)課堂中完成讓學生在有限的時間內(nèi)既能獲取更多本學科的專業(yè)知識，又能體現(xiàn)對學生價值觀和素質(zhì)的培養(yǎng)問題。從課程整體安排布局來層次遞進，由熵于物理中的概念和意義，推廣至結(jié)合專業(yè)內(nèi)容的具體應(yīng)用，引申到經(jīng)濟、人文中的價值觀體現(xiàn)。讓大學理科基礎(chǔ)課堂既能實現(xiàn)對物理學基本概念及規(guī)律的介紹，又凸顯了學科特色，還實現(xiàn)了對學生社會觀價值觀引導的多重目的。

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

21世紀的教育對學生身心素質(zhì)全面培養(yǎng)的要求日益提高，要求學生具有獨立性能動性創(chuàng)造性的。而全面實施基礎(chǔ)教育課程改革是當前教育領(lǐng)域的深刻變革，課堂是實施教育教學的主戰(zhàn)場，是對學生進行素質(zhì)教育的主渠道。如何在基礎(chǔ)課堂中完成讓學生在有限的時間內(nèi)既能獲取更多本學科的專業(yè)知識，又能體現(xiàn)對學生價值觀和素質(zhì)的培養(yǎng)是我們亟待解決的問題。大學基礎(chǔ)課程教學的目的是讓學生不只局限于課堂書本，或是聯(lián)系學生所學專業(yè)激發(fā)學生學習興趣，甚至可以更進一步實現(xiàn)對學生社會觀價值觀的引導。我們理科教學亦可讓學生從另一種思維角度去認識世界反思歷史，從而引導樹立正確的社會觀價值觀。從醫(yī)學物理學熵和熵增加原理這一章節(jié)安排探索大學基礎(chǔ)課程課堂的布局的廣泛性，是應(yīng)立足學科基礎(chǔ)還是結(jié)合專業(yè)凸顯特色，或者更進一步期望適度呈現(xiàn)人文精神。我們對學生的培養(yǎng)不應(yīng)停留于書本知識單純的了解掌握，或是對學科的認知接納，更進一步期望從基礎(chǔ)課堂體現(xiàn)對學生素質(zhì)教育的培養(yǎng)。讓大學理科基礎(chǔ)課堂也能實現(xiàn)既完成教學任務(wù)，又凸顯了學科特色，還實現(xiàn)了對學生社會觀價值觀的引導。

1學科內(nèi)容講解，熵的引入及教學層次安排

課堂設(shè)計安排上要呈現(xiàn)邏輯性和層次性，既要適時引入教學內(nèi)容，又要引發(fā)學生興趣。教學內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，遞進地引導學生。使學生在認知上產(chǎn)生知與不知的矛盾，激發(fā)求知的內(nèi)在動力，驅(qū)使學生去主動地感知理解。

1.1熵的概念的引入及熵變計算介紹

首先介紹卡諾定理，由卡諾定理可逆熱機效率問題推出卡諾熱機熱溫比之和為零[1]，其次將定義推廣值所有可逆熱機，推出克勞修斯等式，從而將熵的概念引入，提出熵變的算法，并對算式進行說明。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生自行計算，學生會根據(jù)熵變計算式自行計算出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。引導他們發(fā)現(xiàn)，算出來的結(jié)果為正值，說明兩個過程末態(tài)的熵值大于初態(tài)。教學方法上改變一味地單純接受式的課堂模式會讓學生產(chǎn)生枯燥感，學習積極性主動性受挫[2]，因此在傳統(tǒng)教學方式基礎(chǔ)上應(yīng)實施建立新型的參與式的發(fā)揮學生主動性的學習方式，引導學習成為生成、進入、提升的綜合過程[3]。

1.2承上啟下，引入玻爾茲曼熵

在這教學環(huán)節(jié)加入討論時間，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)，從微觀上分析和什么相關(guān)[4]?；趩栴}的分組討論和課堂發(fā)言將接下來的教學環(huán)節(jié)自然引入，承上啟下，課堂設(shè)計上提高學生參與度；內(nèi)容設(shè)計上抽象問題實例化[5]。引導學生得出結(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，學生更容易理解接受。

2結(jié)合醫(yī)學拓展，信息熵于生物進化遺傳中的引入

對于醫(yī)學類學生而言醫(yī)學物理學教學既要體現(xiàn)物理學本身內(nèi)在的邏輯性和系統(tǒng)性，又要反映物理學理論及衍生出的技術(shù)在醫(yī)學上的應(yīng)用[6]。轉(zhuǎn)變以往醫(yī)學類學生對本課程的片面認知，提高學習積極性[7]。為了突出專業(yè)特色，將基礎(chǔ)學科與專業(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雜程度和進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)送的不是單個的核苷酸信號而是三種核苷酸組成三聯(lián)體密碼子形式的信息。計算A、T、G、C四種核苷酸信號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價值觀

由卡諾定理不可逆熱機效率問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)合不可逆過程的結(jié)果引出能量品質(zhì)的退降，推廣至生物進化實例，講明生命系統(tǒng)開放的目的為了獲得負熵。最后引入熵的社會觀，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，如果人類單純依靠地球自身的能源，地球必將變成一個越來越混亂的地方。而目前的種種環(huán)境問題：空氣污染、水污染、冰山融化、生物滅絕，其實都可以歸結(jié)為熵的增加。這就要求人類不能一味尋求經(jīng)濟和社會發(fā)展速度。就連人類心理、思維、價值觀上的混亂，也可以歸結(jié)為熵的增加。所以可以從物理學的角度引導學生正面看待遇到的人和事，樹立正確的價值觀和人生觀。提倡建立正確的社會價值觀，不一味強調(diào)經(jīng)濟的發(fā)展，加強環(huán)保意識。

4結(jié)語

從課程整體安排布局來層次遞進，由熵于物理中的概念和意義，推廣至結(jié)合專業(yè)內(nèi)容的具體應(yīng)用，引申到經(jīng)濟、人文中的價值觀體現(xiàn)。進而實現(xiàn)了學生對物質(zhì)現(xiàn)象及規(guī)律的認識，與所學專業(yè)的銜接和學生人文素質(zhì)的培養(yǎng)[9]。大學課堂教育期望完成和實現(xiàn)的并不僅僅拘泥于書本學科，受限于專業(yè)分類，理科基礎(chǔ)課課堂同樣可以折射人文價值。大學基礎(chǔ)課課堂不僅可以讓學生具備一定的理科素養(yǎng)，同樣能夠體現(xiàn)對學生人文素質(zhì)的培養(yǎng)[10].

參考文獻

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作者:談笑玲 單位:青海大學基礎(chǔ)部