关于热工基础系列课程改革的建议

李广华

（大连水产学院机械工程学院，辽宁大连116023）

热工基础课程，包括工程热力学、传热学及工程流体力学3门课程；以研究热能的利用、转化及传递规律为基本内容，该课程在工科许多专业的人才培养中占有重要的地位，近几年来在机械类的各个专业中都相应开设了该课程，在大连水产学院的热动专业、轮机专业及机械制造专业也均有开设。对于热动和轮机专业来说，热工课程的基本理论对学生后续的专业课程都有重要的支撑作用，对机械制造专业的铸造、焊接中金属融化，热处理中的热现象问题，机械加工过程中热变形的控制问题，润滑油的流动与滑油的数量等问题，有重要的实际意义。

经过了数年的教学实践，发现了教学上目前存在着诸多的问题，笔者认为有必要对课程的教学改革作深入探讨和研究。

1 课程特点

1.1 概念繁多，容易混淆

仅工程热力学部分中涉及的概念包括开口系统、闭口系统、绝热系统和孤立系统；平衡状态与准平衡态；准平衡过程与可逆过程、不可逆过程；容积变化功、推动功、流动功、有用功、轴功和技术功；理想气体和实际气体等等，这些概念的内涵、外延、物理意义及概念间的区别及联系等，都是需要准确理解和掌握的内容。工质的热力性质及热力过程、理想循环和实际循环中的概念也为数不少。传热学与流体力学部分涉及的概念有稳态过程、非稳态过程、各种准则数、层流、紊流等等，概念繁多，且容易混淆。

1.2 公式众多，难于记忆

热力学第一定律就可以得到开口系统和闭口系统、总量表达式和微元表达式、准静态过程和可逆过程的演化式等等不少于10个公式；热力学第二定律中的克劳修斯积分不等式、过程和循环判据、熵方程及孤立系统熵增计算、可用能损失等；理想气体部分涉及到理想气体状态方程、迈耶公式、理想气体状态参数计算公式、理想气体各种过程方程及过程能量计算公式等数十个公式；实际气体的热力学一般关系式的形式更为复杂。在传热学中仅对流换热一章经验公式就数十个，都是用于不同的应用条件，要想完全靠死记硬背记住这些公式，几乎是不可能的，而将这些公式熟练应用则更加困难。流体力学的公式就更不用细数，而且公式中涉及的自变量较多。

1.3 内容抽象，难于理解

热工基础课程中涉及到的很多概念都是抽象的，如热力学能、焓、熵、有效辐射、角系数、温度边界层等，都是一些学术名词或数学符号，在教学过程中很难列举出栩栩如生的例子；与之相应的物理意思也不易理解，对于这些内容的理解，更多地要依靠学生的抽象思维能力，因而学生掌握的效果不容易保证。

1.4 学时减少，课时紧张

近年来，国内各高校逐渐减少热工基础课程教学课时，由最初的多门课分别上到合成一门课程，由原来的100多学时到现在的72学时，甚至是40学时，这样的课时设置，给完成热工基础课程系统的教学增加了难度。如果再按照传统的讲述方式进行教学，其结果是很难想象的。

2 学生状况

近几年来，学生的学习状况呈下滑趋势，对大学生涯没有规划，对自身的定位不准确，受市场影响功利心理严重，认为基础理论课程甚至是大学所开设的大部分课程，在今后的职业生涯中没有用，工作中再去学习就可以，致使一部分学生并不想积极努力去获取知识，而是消极被动的应付各种考试。

3 改革的方向和目标

3.1 端正学生学习态度

学生学习的问题，就其实质还是必须要自身努力。目前有一部分学生自身思想态度不端正，认为来到学校混到文凭就可以，每天沉迷于游戏娱乐中。众所周知，学习是任何人都不能替代的，只有自身的功夫到了才能获取一定的知识，所以对学生的学习思想教育，也是很重要的事情，使其认识到在大学里学习的重要性，但对于大学生来讲，必须由学校、院系、班导师和教师多个方面因素联合，才能取得成效，是一个长期的过程。

3.2 提高学生学习兴趣

热工基础课程是一门经典的技术基础课程，具有理论严谨、概念抽象、公式繁多等特点。学生在学习过程中，对热工理论和相关专业之间联系不十分清楚，学习兴趣不高，普遍存在对这门课程的误解，认为难学、难懂、难记而且没有用武之地，导致学生学习十分被动，只是为了为应付考试而去学习，效果较差；教师在授课时，也处于较为尴尬的地位，该门课程在历届考试中及格率较低，教学效果不好。人们常说，兴趣是学习的最好的动力，在今后的教学过程中，如何提高学生的兴趣、学习的积极性和主动性，是值得探索和讨论的一个重要课题。

3.3 能力培养

知识不等于能力。作为大学生培养方向，不仅仅要求其理解教材上的内容，更重要的是培养学生自学能力及分析问题、解决问题的能力。热工现象在生活中和工业领域处处可见，那么如何让学生学会发现问题和解决问题，才是我们培养大学生真正的意图，所以如何培养提高学生的能力是热工改革的重要方向。

4 改革措施

针对以上改革的目标和方向，为了提高学生学习兴趣，鼓励学生自主学习，培养学生的综合能力和创新能力。提出以下改革措施。

4.1 热工基础教学与生活实际密切结合

任何理论均来源于生产生活，是自然现象和人类实践活动的高度概括和升华，热工理论也是如此。为了激励学生学习的兴趣，教师可以在课堂上适时地引入日常生活的实例，进行介绍和分析，让学生了解热工现象就在身边，并且引导其发现周围生活中的热工问题，例如可以分析冬季温室大棚的温室效应，为什么高压锅要设置排气阀，电冰箱和空调的制冷原理，超音速飞机是如何实现的，结霜、结露、下雾的原因，在相同温度的水中和空气中，人们感觉为什么不一样，等等这些热力现象。通过对学生的引导，让学生感到热工现象并不是遥不可及，从而提高学生学习的兴趣。

4.2 与专业方向相结合

针对不同的专业，应结合不同专业方向的实例，进行案例分析，例如针对本院实际，可以有以下方案：

（1）机制方向案例。铸造焊接过程中金属的熔化、凝结传热问题，焊接与凝固过程中工件温度场的预测；机械电子器件中的热设计；机械加工中热变形的控制与预测。

（2）热动和轮机方向案例。汽车、船舶热力发动机原理与设计；制冷空调原理与设计；船舶动力装置的原理，锅炉等动力设备的工作原理；热工计量测试仪器仪表的设计开发，流量计，热线风速仪；管路管网的设计。

在热工理论的教学过程中，应始终把握理论联系实际的教学思想，把握各个专业开设该课程的目的，重点突出热工理论和专业相结合的思想，让学生进一步体会本课程是与专业密切相关的，学有所用的，进一步增强学生的学习兴趣。

4.3 基本概念、基本原理和基本过程的课堂教授

工程热力学部分的概念较多，较为抽象，各章之间联系紧密。经过多年的学习经验和教学实践发现，许多学生在学习时死记硬背，简单地记忆公式和符号，在分析问题时仅仅简单地套用公式而已，这是学习工程热力学的大忌。在教学中，一定让学生明白概念的实质、基本定律的使用范围及应用条件，真正领会其含义。传热学部分和日常生活、实际生产联系紧密，利用基本概念和基本定律直接解决实际生产问题的较多。对于这部分内容中公式的推导过程，可以一带而过，只重点讲述其物理意义，结合实际案例分析，免去学生看见复杂的公式推导所产生的畏难情绪。对于不同专业，可以精选不同内容进行讲述，与专业无关部分可作删除处理。

例如，在讲解工程热力学部分关于功的概念时，一定要把技术功、容积变化功、有用功、推动功、流动功、轴功各个概念的内涵和应用范围以及它们之间的区别作重点讲解，否则后续课程无法继续。在讲解传热微分方程式时，可以重点对各种形式的方程的物理意义作重点讲解，其推导过程则简要介绍即可。

另外，在授课过程中，注意课程的系统性，帮助学生理清教材的系统性。热工学各门课程直接区别、联系和侧重点，各个章节之间的联系。例如工程热力学部分实际上分为4块内容：

（1）基本概念、基本定律。热力学第一定律和热力学第二定律，是课程所依赖的基本定律，是最基础的内容；

（2）基本热力过程。定压过程、定容过程、定温过程、绝热过程，是实际几种典型的热力过程的近似，是实际热力设备热过程分析和计算的基础和依据；

（3）工质的热力性质。水蒸气和理想气体，是热力设备进行能量转换的载体；

（4）各种热机实际过程。动力循环和制冷循环等，都是热力学知识在实际热工设备中的应用。

在讲授新知识时，要强调和前面已讲过知识的区别和联系，不断的强化各个部分之间的联系，使学生熟悉热工学的研究思路，从全面角度审视问题，形成整体的知识体系，有利于梳理热工学内容。

例如，实际热力设备的热力过程部分，实际上应用是基本热力过程的基本理论。在这一章里，主要是结合具体的实际过程，进行必要的过程简化，得到理论循环，运用已讲的热力过程理论对循环进行分析，找出循环热效率的影响因素和提高热效率的可能措施。在讲解时让学生明白各个章节的侧重点，这样既复习了前面的章节，又明白了热力学的研究内容和研究目的。

4.4 对学生能力的培养

主要是指对学生分析问题和解决问题及创新能力的培养。

在课堂上，尽管结合案例进行讲解。但是毕竟上课时间有限，还要讲解基本概念基本原理，为了培养学生思考问题、解决问题的能力，课后给学生布置大作业，分析没有统一答案的问题，根据学过的基础理论，经过严密的证明或理论计算得到有用的结论，充分锻炼学生研究问题的能力。

例如，可以让学生自行分析工件在各种条件下进行热处理所需要的时间，分析热电偶的测温误差等。

4.5 考试的改革

在以往的教学过程中，对学生学习效果的评价，主要是通过课程考试来实现，存在评价目标单一、评价内容片面、评价方法简单化的缺陷。目前大部分学生临近考试时，做突击复习来应付考试，最终真正掌握的内容并不多。作为教师教学的目的，主要是让学生学会知识来解决实际热工问题，而不仅仅是考试60分的问题。所以，笔者认为应该在评价标准方面做改进，督促学生学习。

教师在对学生学习的评价需要注意两点：一是应以学生现实表现为主进行评价，重过程，重体验，综合评定学生学习过程中的学习态度、探究精神、创新意识、学习能力等；二是发挥评价的激励作用，评价要起到鼓励学生提出新观点、积极实践、勇于创新的作用。

为了体现学生是否对所学知识真正掌握和使用，克服学生为了考试而学习的弊端，使学生走出死记硬背的学习习惯，应探讨灵活多变的考核形式，发挥学生的学习潜能。成绩考核可以有以下方案：

（1）案例分析大作业成绩。考核应用所学知识解决问题的能力。

（2）课程设计成绩。主要针对热动专业学生，要求综合运用所学的理论知识设计一柴油机油冷却器，保证每人一题，通过面试答辩来了解学生设计状况，考核学生实际设计能力。

（3）考试成绩。闭卷考试，主要考核学生的计算能力。

（4）热力学命题论文成绩。给学生较为自由的空间，通过查找资料对未知领域的探索和学习，考核实践动手能力。

希望能通过多种考核方式，来评定学生的成绩，有助于督促学生对基础知识的掌握与巩固，以及分析问题解决问题的能力和实际动手操作的能力。

5 结束语

通过讲解热工基础课程，针对目前学生的现状提出改革的目标和具体的措施，希望能够与热工界的同行进行交流和探讨。

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