《工程热力学》课程教学改革探索

摘要：针对工程热力学内容面广、量大、概念抽象且难懂的特点，提出采用启发式的教学方法，提高课堂教学效果;利用网络课堂，加强与学生的交流;重视教学材料的选择;改革课程考核方法等来提高课堂教学效果。

关键词：工程热力学;教学改革;探索

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）23-0090-02

工程热力学是研究热能与机械能之间相互转换规律的一门学科[1]。由于在现代工业的各个生产领域中所遇到的大多数技术问题，几乎所有的其他能量最终都是以热能的形式耗散于环境之中，因此工程热力学是能源动力类工科专业的一门重要的专业基础课程。由于工程热力学内容面广、量大，概念抽象而晦涩难懂[2]，相当一部分学生学习起来有一定的困难。笔者从事工程热力学教学十余年，发现每年工程热力学的不及格率都比较高，如何让学生更好地掌握工程热力学的各个知识点，为后续专业课学习打好基础，成为摆在工程热力学教师面前的一大课题。

一、有效组织教学活动——巧设质疑问难，点拨另辟蹊径

传统的以教师为主体的“填鸭式”的教学方式忽视了学生的主体性、能动性，不注重发挥他们的积极性，因而这样的教学过程是单向的。而启发式教学就是尊重学生的人格和主体性，充分发挥学生的学习主动性、积极性，旨在培养学生的创造性，因而教学过程是民主的、双向的。

1.启发式提问。提问启发式是指“真正揭示了事物的客观矛盾，能够形成问题的情境，引起学生积极地开动脑筋，主动地思考学习，从而获得举一反三的成效的提问方式。”[3]提问，重在“善诱”，贵在启发学生心志，培养其思维，既不能“一语道破天机”，又不能让人“望尘莫及”，所以要讲究合理设问。因此在教学中实施启发式提问时要注意几点：第一，抓重点、难点提问，张举纲目;第二，从学生实际出发，因地制宜，有目的地进行设问，所提问题既不过于简单，又不太难，最好能让学生“跳一跳才能摘到果子。”给予学生一点思考的空间和一些思辨的机会，所提问题才更有价值。如在讲解“热力学第二定律开尔文说法”时，书上的定义为：不可能制造出从单一热源吸热、使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机。随即提出这样一个问题：“理想气体进行定温膨胀时，从单一恒温热源吸入的热量全部转化为对外作出的功。它似乎与开尔文说法矛盾，那么我们该如何理解呢？”如此设问使学生产生认识上的矛盾，激发学生探求的兴趣，让学生思考、争论。在学生经过思考、回答后，教师可以讲解“过程”和“循环”的区别，从而解决所提出的问题。再例如许多同学对“耗散掉的功”和“作功能力损失”这两个概念搞不清楚。在讲到孤立系统的熵增原理时，当孤立系统中发生了机械功经摩擦等不可逆作用而转换为热量时，这部分热量被孤立系统内某个温度为T的物体吸收，那么该热量是否还具有作功能力？在课堂教学的实践中，发现有相当一部分同学认为这部分耗散掉的功不再具有作功能力，它就是作功能力损失。经过同学们各抒己见和热烈的讨论后，教师可以做出总结：①若T>T0（T0表示环境温度），那么理论上可以在T和T0之间放置一可逆热机，这部分耗散热仍可以回收一部分可逆功，此时“耗散掉的功”不等于“作功能力损失”。②若T=T0，也就是耗散热如果全部被一个温度与环境温度相同的物体吸收，那么这部分热量就不再具有作出有用功的能力，或者说作功能力丧失殆尽，此时“耗散掉的功”等于“作功能力损失”。通过启发式提问，促进学生独立、认真的思考问题，这样对概念的理解就更为深刻。

2.对比启发式。19世纪的俄国教育学家乌申斯基说“比较是一切理解和思维的基础。我们正是通过比较来了解世界上的一切的。”工程热力学中的概念多且抽象，在教学中运用比较法，不但可以引起学生的高度注意，促进积极思考，培养分析和鉴别事物的能力，还有助于学生全面、深刻的理解概念、原理。在讲解工程热力学第一章热能动力设备时，以内燃机、燃气轮机和蒸汽动力装置为例分析了热能动力装置中能量转换情况。从上述三种热机的工作情况可以看出，它们构造不同，工作特性不同，但吸热、膨胀作功、排热对任何一种热能动力装置都是共同的，也是本质性的。热力学第二定律指出在相同的温限内，卡诺循环的热效率最高。在讲解第十章的“朗肯循环”时，需要把朗肯循环和卡诺循环进行对比，分析各自循环的利弊。在采用水蒸气为工质时，液体在定压过程中蒸发温度和凝结温度不变，因而就有可能进行定温吸热和定温放热。以蒸汽为工质时，理论上可以采用卡诺循环。但实际过程中往往不采用卡诺循环，主要原因如下：①在汽轮机膨胀末期，干度太小，不利于动力机的安全。②由于工质为两相混合物，在压缩过程中容易造成压缩机工作不稳定。③由于卡诺循环限制在湿饱和蒸汽区，上限温度必须在临界温度以下，因此即使采用卡诺循环，其热效率也不高。由于以上种种原因，在实际循环中需要对卡诺循环进行改进，形成了现有的实际蒸汽动力循环的基础——朗肯循环。通过卡诺循环和朗肯循环的对照，使学生对卡诺循环有了更为深入的认识，同时让学生懂得实际循环不仅仅要考虑热效率，还要注意设备运行的安全。

除此以外，还有技术功与膨胀功的比较，功和热量的比较，正向循环和逆向循环的比较，等等。通过对比，不仅使教学由纵向向横向展开而纵横交错，还可增强教学的关联性和生动性。

二、努力转变学习方式——利用网络课堂，引入一泓清泉

1.通过网络课堂方便学生自学。由于学生个体的学习能力存在差异，课堂教学难以满足所有学生的学习要求。部分“尖子生”希望老师的教学内容再深入一些，而部分基础较差的学生希望多复习、巩固基本内容。利用网络课堂，恰似引入一泓清泉，不仅可以很好地兼顾各类学生的需要，有效地辅助学生进行自主性学习;任课教师还可以把教学大纲、多媒体课件、例题、练习题答案、自测题等教学资料上传至网络课堂，并根据授课情况及时补充和更新。这样学生可以根据自己对课程内容的掌握情况，自主地选择学习内容，同时为部分学有余力的学生的进一步深造打下良好的基础。endprint

2.通过网络课堂加强师生交流。作为一门概念性很强的专业基础课，任课教师必须要清楚学生对概念的理解怎么样，而网络课堂为师生交流架起了“桥梁”。利用网络课堂可以进行网上答疑、网上讨论，这样可加强师生交流，方便师生双方。如有学生在网络课堂提出：经不可逆循环后，工质的熵变应大于零，理由是不可逆过程存在熵增。要回答这个问题，必须讲清楚两点：①紧紧抓住概念的定义，循环定义是指工质经过若干过程后，又回到原来状态。②熵是状态参数。既然起点和终点是同一点，那么熵变必然为零。网络多媒体的信息为全开放的、多样的，学生在网络课堂上可以主动地与教师、同学建立双向或多向的交流;教师也可以同时与一个或多个学生建立关系，进行个别指导或集体指导，课堂教学结构是互动的、网状的，打破传统教学的单一性。网络环境为学生发散性思维、创造性思维的发展和创新能力的孕育提供了肥沃的土壤，通过网络课堂的使用，实现了教学资源立体化、网络化。

三、合理筛选教学材料——优化教学资源，借鉴他山之石

教材作为课程的核心教学资源，其重要性不言而喻。经过教研组研究讨论，选用沈维道、童鈞耕主编的“工程热力学”（第四版）作为主要教材，该教材是普通高等学校教育“九五”和“十一五”国家级规划教材，根据教育部新制定的“高等学校工科本科工程热力学教学基本要求”，并吸收了最新的热工科技成果，也是首届国家级精品课程主讲教材。参考书主要推荐由西安交通大学何雅玲教授主编的“工程热力学精要分析及典型题精解”，该书按照“工程热力学”典型教材的章节进行划分，每章均按照基本要求、基本知识点、公式小结、重点与难点、典型题精解、自我测试等6个环节来编写，并对部分典型题给出具体的分析、解题过程，对于一题多解的例题给出不同的解法，目的是突出基本概念、基本原理，明确重点和难点，富有启发性;同时结合工程实际，注重学以致用，培养其解决实际问题的能力。

四、实施多元评价方式——关注发展过程，提升综合素养

在课程考核过程中，改变“一考定终身”的方法，采用学习成绩累加式计分方法，重在育人。在十余年的工程热力学教学中，本课程按如下比例总评成绩：课堂出勤和表现占20%，实验成绩占15%，小论文成绩占20%，期中考试成绩占15%，期末成绩占30%。实施该考核方法的目的是让学生注重平时的积累，养成良好的学习习惯，改变学生“平时不学，考前突击”的现象。

笔者通过不断改变教学方法，提高课堂教学效果;加强师生交流;重视教学材料的选择，深刻领会教材内容;改革课程考核方法等措施取得了良好的效果。但同时必须清醒地看到《工程热力学》的教学改革是一项艰巨的任务，只有任课教师和全体学生的共同努力才能使《工程热力学》的教学迈上新的台阶。

参考文献：

[1]沈维道，童鈞耕.工程热力学[M].第四版.北京：高等教育出版社，2007.

[2]刘鸿，肖立川.工程热力学课程教学方法探讨[J].江苏工业学院学报，2007，8（3）：103-105.

[3]靳乃铮.启发式教学[M].西安：陕西人民出版社，1984：52.endprint