《工程热力学》课程教学研究初探

蒋亚龙

（安徽新华学院 土木与环境工程学院，安徽 合肥 230088）

《工程热力学》课程教学研究初探

蒋亚龙

（安徽新华学院 土木与环境工程学院，安徽 合肥 230088）

针对《工程热力学》课程公式繁多、逻辑性和理论性强、概念抽象、应用条件较复杂等特点，根据作者自身对课程的体会，分析了目前该课程的教学现状和存在的问题，并提出了相应的措施，为提高该课程的教学效果提供参考。

工程热力学；教学研究；教学措施

一、前言

《工程热力学》是能源动力、化学工程、航空航天等众多工程类专业的一门重要专业基础课，是培养在涉及能源特别是与热能相关的各领域中具有创新能力人才的基础。该门课程学习的好坏将直接影响到后续专业课的学习效果，从而最终影响学生的专业综合水平。与其他课程相比较，《工程热力学》课程具有公式较多、逻辑性和理论性较强、概念多而抽象、应用条件较复杂等特点，因而很多学生反映这是一门较难学的课程。甚至有些学生在刚接触这门课时便感觉学习困难，产生了抵触情绪。

二、《工程热力学》课程的研究内容及目前教学现状

《工程热力学》主要研究与热能工程相关的热能和机械能相互转换的规律，它着重应用热力学两个基本定律分析热能过程中有关的各种热力过程及热力循环，从理论上研究提高热能和机械能转换有效程度的途径。其内容包括热力学的基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力学能等基本参数的计算、理想气体的热力过程、热力学第二定律、气体的流动、压气机的压气过程、气体动力循环、制冷循环等，其主要特点是理论分析、实验研究和工程实际应用紧密结合，分析推理的结果具有高度的可靠性，条理清楚，逻辑性强[1]。《工程热力学》课程具有的特点使得学生反映难学，教师反映难教，最终导致教学效果不佳，学生对知识点掌握不够，考试不及格率较高。传统的教学以理论传授为主，但对于一些以应用型培养为定位的新建本科院校来说，更重要的是要培养工程背景下学生利用所学理论知识去分析、解决实际工程问题的能力，因此深入开展《工程热力学》的教学研究显得十分必要。

三、《工程热力学》课程的教学措施

1.上好绪论课。很多学生误认为绪论课中没有涉及到具体的、重要的知识点，而且也不属于课程的主要考试内容，因此觉得它不重要，上课也不认真听讲和记笔记。事实上，绪论课作为《工程热力学》课程的第一课，在教学中具有特殊的教学地位和重要意义[2]。绪论课中教师可以讲授热能动力工程的重要地位，介绍一些典型的能量转换装置工作过程（例如蒸气动力装置、内燃机、燃气轮机装置以及蒸气压缩制冷装置等）、《工程热力学》的研究对象及研究方法（宏观法和微观法）等内容。通过绪论课，教师不仅可以让学生初步建立起《工程热力学》的基本概念，使学生掌握本课程的思维方式和基本理论体系，而且能使学生明白本专业为什么要开设《工程热力学》、《工程热力学》的主要学习内容、学习方法以及学好这门课的注意事项，从而激发学生学习《工程热力学》课程的兴趣和爱好，坚定学习该门课程的决心。

2.充分调动学生的主动性和积极性。由于《工程热力学》课程公式多、概念多，计算复杂，学生学习起来有一定难度，有些学生在刚开始接触这门课时就有抵触情绪，这就需要充分调动学生的主动性和积极性。首先，必须要求教师课前充分备好课，合理组织教学过程，恰当运用有效的教学方法；做到教学内容精炼充实，重难点突出，逻辑严密，使学生易于接受讲解的知识点。学生只有在听懂课的前提下才会对课程产生兴趣，从而调动他们的主动性和积极性，激发他们的潜能。其次，在上课过程中可以适当引入一些生活中常见的实例，通过对这些实例进行分析，把枯燥乏味的理论知识运用到具体的实际问题中，并采用启发式教学培养学生独立思考问题的能力，提高他们学习的主动性。第三，教师应结合当前工程热力学领域的相关热点问题[3]，如提高热机效率、节能降耗、低碳环保以及核电事故等，开展课堂讨论和专题研讨，通过这些热点问题培养他们对《工程热力学》的兴趣。

3.在知识难点上完善教学方法。以热力学第一定律为例[4]，在学习该定律时，不少同学对热力学第一定律的两套符号的掌握有困难，经常混淆教材提供的两个公式。这种情况下，教师就应在课本的基础上，进一步完善教学方法。例如授课时可以在教材提供的知识点的基础上进一步延伸，将热力学第一定律在形式上概括总结成：体系内能的增加等于体系增加的能量（Q）减去体系消耗的能量（W）。当假设体系从环境吸入热量时，公式中的Q自然就为正；而当环境从体系吸入热量时，Q自然就为负；同理，体系对环境做功，W为正，环境对体系做功，W为负。关于Q和W数值的正负号选取时只要注意下列原则即可：实际发生的情况和定义一致则取正，和定义相反则取负。例如当W定义为环境对体系做功时，若环境确实是对体系做功，则W的数值取正，否则W取负值；Q在数值上的正负号取法同W。这样一来就避免了学生对公式中Q和W的正负号以及Q和W数值的正负号不能很好把握的问题，可以帮助学生更好地掌握并运用热力学第一定律。

4.正确对待公式的记忆与推导。《工程热力学》课程的公式比较多，学生反映记不住，而且有的公式在形式上相类似，很容易记混淆。其实要让学生记住所有的公式一是不现实，二是也没必要，这就需要在教学过程中理清哪些公式需要记忆，哪些可以根据记忆的公式现场推导。例如闭口系统能量方程的四个式子可以要求记忆，一是比较简单，二是这四个式子非常重要，讲解后面的知识点时需要用到。但理想气体的各种过程（包括定容、定压、定温）中比熵的变化就不需要记忆，完全可以根据比熵的原始定义再结合闭口系统能量方程直接推导而得到，如果同学对基本概念和基本公式的掌握足够熟练，对这些推导会形成条件反射，不需要借助草稿纸直接在脑海中就可完成整个推导过程。这样无形之中就减少了很多公式的记忆，但需要用到的时候又能立刻得到。

5.采用现代化教学手段。随着现代信息技术的发展，多媒体教学越来越广泛地应用于教学领域。利用多媒体教学中图像、动画、声音等元素的优势，既进一步丰富了教学内容，又使教学过程更加形象生动，加深学生对知识点的理解，便于学生接受。例如在讲解活塞式压气机的压气过程时，如果利用板书在黑板上讲解压气过程，学生会感觉比较抽象，但如果利用flash制作的动画来演示时，学生对压气机的压气过程就会一目了然，感觉更直观，更加便于理解和接受。另外在讲解压缩过程、平衡态等一些相对抽象的过程和概念时，如果借助于多媒体技术也会起到事半功倍的效果。

6.注重学生工程意识的培养。全日制大学生一般对工程常识较缺乏[5]，针对这一特点，教师授课时可以以课程为载体，适时向学生介绍所学理论知识在实际热工设备中的应用。例如授课时可以多举一些例如锅炉、热水器、散热器、涡轮机、压气机、喷管等典型热工设备的例子，分析这些设备在实际工作工程中消耗的轴功、系统和外界交换的热量、能量转换关系等。通过分析这些实际工程设备的工作工程，能够使学生掌握不同设备的能量转换关系和特点，并了解在哪些情况下，可以将工程实际问题进行简化，从而建立他们的工程意识。

《工程热力学》作为众多工程类专业的一门重要专业基础课，学生接触较早，对他们后续学好其他专业课会产生一定的影响。如何上好这门课，是每一位《工程热力学》教师应仔细思考的问题。只有在教学实践中不断丰富和调整教学内容，不断改革和探索教学方法和教学手段，才能达到较好的教学效果。

[1]印洪浩.基于建构主义理论的工程热力学教学研究与实践[J].航海教育研究，2007，（2）：53-55.

[2]王志军，高保彬，宋文婷.工程热力学绪论课的重要作用及其课堂教学设计[J].教育教学论坛，2012，（9）：237-238.

[3]耿凡，王迎超.工程热力学课程的研讨式教学改革[J].中国电力教育，2013，（5）：76-77.

[4]蒋亚龙.热力学第一定律的教学探讨[J].时代教育，2011，（7）：6-7.

[5]秦萍，袁艳平，毕海权.工程热力学传热学教学改革及教学法研究[J].制冷与空调，2012，26（6）：614-617.

G642.0

A

1674-9324（2014）04-0097-02

蒋亚龙（1977-），男，安徽新华学院副教授。