过程装备与控制工程专业“工程热力学”课程教学改革探讨

林国庆，高 艳，时 黛，王海波

(吉林化工学院 机电工程学院，吉林 吉林 132022)

工程热力学是过程装备与控制工程专业必修课程，课程内容多，与实践联系密切，具有较强的实践性。工程热力学主要讲授在两大热力学定律基础上，分析常用工质(理想气体、实际气体、蒸汽和湿空气等)的热力性质以及基本热力过程，并对热力循环和装置进行基础理论研究[1]，为过程装备中涉及的热量、物料衡算、经济性和可靠性等方面提供必备的基础。随着目前应用型本科教育的建设和工程教育专业认证的开展，在课程教学过程中，要紧密地围绕应用型及专业认证的相关标准即以OBE教育理念为教学宗旨[2-3]，在严格要求全体学生熟练掌握基本教学理论的同时也充分培养了学生的独立分析和解决问题的逻辑思维能力，为学生在校学习其他课程和毕业后继续从事本专业相关的工作奠定基础。但由于大部分学生平时对该课程的专业知识基础积累较少，完全依赖于相关专业教师的总结与复习，往往达不到预期的教学效果。综合以前课程组对工程热力学课程进行教学改革的经验，对教学内容进行知识点划分、采取新的教学方法和手段、重视实践教学和增加工程案例等环节进行改革与探索，从而不断提高教学质量。

一、“工程热力学”课程内容

以我校过程装备与控制工程专业为例，该课程在第五学期开设，使用由沈维道教授主编高等教育出版社出版的教材，理论授课共32学时，旨在培养学生运用基础理论分析热力过程和循环的基本方法，对过程装备中复杂问题进行识别、建立相应研究模型，并运用公式、图表等方法进行分析和解决问题的能力[4]。工程热力学课程主要内容主要包含两部分，另一部分为理论部分，一部分为工程应用。对于理论部分内容可概括为一点，两线，四个条件，五个理想过程。在状态参数(u、h、s……)和过程参数(q、w……)的基础上确定热功转换方式及效率大小是热力设备中核心的基本点；热力学第一定律和第二定律作为分析研究的两条主线；设备在工作时往往离不开温源、工质、做功和循环四个条件，在选择温源(热源和冷源)时主要考虑能量的利用率和环保等方面，在选择工质时除需要考虑自身物理、化学特性之外，还要考虑到工质的经济性和安全性；在研究实际热力装置设备时通常将实际的热力过程简化为定压热力过程(n=0)、定温热力过程(n=1)、定熵热力过程(n=k)、定容热力过程(n=∞)以及理想多变过程，这五个热力过程的简化即为热力学中常用的基本热力过程。第二部分为理论基础知识的工程应用，主要内容包含气体与蒸汽的流动、压气机、气体动力循环、蒸汽动力循环、制冷循环等，所有内容既有紧密的联系又有明显的区别，需要整体理解和把握。

二、“工程热力学”课程教学现状

工程热力学课程具有概念多、内容多、计算公式多，同一公式在不同应用条件下的表达形式不同，联系工程实际面广等特点[5]，这些特点使该课程成为学生最难学的课程之一，也给各位授课教师在教学上带来难题。工程热力学课程教学目前主要存在以下问题。

(一) 师资队伍有待提高

本课程组目前有3人，副教授2人，讲师1人，在教学和实践上还缺少一定的经验，因此，需要走出去进一步拓宽视野，比如请本行业专家做专题报告、参加高水平学术会议或者到相关高校、企事业单位进修或交流。

(二) 课程教学内容多且学时少

工程热力学课程共讲授十一章节的内容，以能量传递、转移过程中数量守恒和质量守恒作为课程教学主线，阐述了工程热力学中的一些基本概念和定律、各种气体的热力性质、基本热力过程及循环的分析和计算、以及热力学基本理论在各种典型过程和装置设计中的实际应用等相关内容[6],同时工程热力学课程中包含的一些基本概念和定律之间的相互关联性也比较多,而在理论授课32学时内如何让我们的学生理解和更好地掌握这些概念和内容,显然已经成为了教学的最大难题。

(三) 实践环节训练不足

目前实验室中只开设喷管特性试验，由于工程热力学在讲授过程中经常以过程工业中典型装置为例，因其设备体积大、拆装较难实现等原因，学生对工作原理、结构组成等很难正确理解，导致对设备的正常运行和能量的传递与转换方面缺乏足够的整体认识与正确理解[7]。另外，建议教师也需加强与企业的技术交流与合作，可以不定期的到相关企业或实践基地挂职锻炼，一方面可以提高教师自身的工程实践经历，将此期间的收获和经验在授课时与学生分享，让学生将所学内容尽快与社会接轨；另一方面通过赴企业学习也对本行业的先进技术和工艺有了新的认识和理解，丰富了教学内容，有助于提高教学质量。

(四) 师生互动薄弱

由于课程学时少，教师大部分时间都在进行理论讲授，没有时间对课本中的例题、习题及案例进行讲解。在授课的过程中，基本都是“填鸭式”教学，学生听课很容易出现疲劳现象。

三、“工程热力学”课程改革的建议

针对课程存在的问题，提出以下几种方法与建议。

(一) 加强师资队伍建设，形成良好的课程组团队

针对教师工程背景和实践经历不足的实际情况，为进一步使课程组教师更快进步和提高业务能力，应充分发挥骨干教师和一批具有丰富教学经验老教师的“传、帮、带”作用，帮助青年教师理解和掌握工程科学教育理论知识，进行工程教学方法的研究与训练，逐步提高教学实践能力。同时，汲取教学经验丰富的教师之所长，弥补自己的不足，使用多元化的教学风格和方法进行教学，以此来调动学生的学习兴趣[8]。另外，通过骨干教师和同行听课并将听课意见和问题及时反馈给授课教师，也进一步提高了青年教师的教学水平。

(二) 划分知识点分层次讲解

由于工程热力学课程内容抽象、公式繁多且互有联系，学习的难度较大，将课程内容划分为若干个知识点，对知识点进行精讲、粗讲和自学[9]。比如在学习基本热力过程时，此部分需要精讲，重点介绍各过程的压容图(p-v)、温熵图(T-s)，理解图的画法及每条线代表的含义，以及利用图形能够解释实际工程中的热力过程和现象；像蒸气的热力过程和性质等内容可进行粗讲，而像实际气体的性质与关系式等内容由于学时所限，可根据学生自身情况进行有选择性的自学。通过对关键知识点的讲解有利于学生对概念和公式的理解。

(三) 实验教学与理论授课相结合

实验教学是课程体系建设的重要组成部分，是课堂教学的应用、补充和实践，同时学生也加深理解在课堂和实践中所学的知识，是一种培养学生理论和实践的能力、理论指导学生实践的重要教学步骤和有效方法，是提高学生思考观察和动手操作能力的有效途径[10]。但是出于当前社会客观条件的严重限制,大部分普通高等学校为毕业生开设的工程热力学实验均较少，使得大部分的毕业生动手的能力差、眼高手低,不能够满足于用人单位的实际用人需求。若想进一步改变此现状,必需进一步改变学生的思想，把实验教学的重点放在与传统的与理论实验教学相同的位置和受到重视的程度上。同时学校已经提出要进一步深化理论实验教学的课程体制改革,对理论实验的教学内容、实验的形式、实验过程的管理以及对实验教学的课程和质量的考核等各个方面都已经展开了相关的改革和研究。

(四) 课堂教学采用了激励启发式的教学,增加了工程热力学的工程实例

工程热力学作为一门工科类专业的基础课,与工程实际息息相关，在课堂教学的过程中,需要学生有很多的典型工程热力学问题案例作为教学背景[11]。在授课时课堂上利用了多媒体向学生展示工程热力学的各种工程实际应用,使得学生在对工程问题和案例的演示中充分发现并深刻地体会到工程问题和热力学的重要性及教学美感。通过对工程问题和案例的展示和学习,使课堂教学的内容更加生动、具体，并使学生对应用工程热力学基础知识与实际工程案例应用相结合时有了更深刻的认识和理解，从而帮助学生实现“从理论中来，到实践中去”，培养合格的应用型工程技术人才。

(五) 借助智慧教学平台进行学情分析，开展个性化教学

可利用教学平台进行签到、测验、讨论、选人等环节[12]，以活跃课堂气氛，缓解了学生上课的疲惫，充分调动了学生的课外学习活动兴趣和自主学习的积极性,智慧课堂教学的环境为智慧课堂师生之间提供了立体化的、无语言障碍的即时信息交流和互动为学习创造了无限的可能,使学生成为教师的教与学生的学能够更有效地双向互动。

四、结 语

工程热力学本科课程的建设，是一项具有综合性的工程，它的建设涉及多方面内容以及多种因素的影响，从师资队伍的建设、教学内容和手段的选择到实验教学环节的设置等，因此需要持之以恒，不断地学习和探索。总之，我们将始终以进一步提高其教学质量和水平为最终的目标，把握好本科课程的特点，进行一系列有针对性的教学探索，以更大的期望把工程热力学的本科课程建设水平提高到一个更高的水平。