高等工程热力学教学过程中的改革和探索

[摘 要]高等工程热力学是工程热物理及热能工程专业研究生的学位必修课之一。该课程要求学生学习热能和机械能相互转换的规律，在初步掌握工质的热力性质、热力过程的计算和分析后，进一步学习工质的热力性质、多组分热力学、化学热力学等相关内容。教学目的是提高研究生在相关学科的科学探索的能力。基于此，文章在介绍课程的特点后，从教学内容的梳理、教学方式的探索、考核方式的改革等方面，探索课程教学的方法和措施，提高研究生的科研、创新和探索能力。

[关键词]高等工程热力学;教学方法;教学内容

[基金项目]2019年上海电力大学研究生核心课程建设立项“核心课程建设—高等工程热力学”（YKJ-2019003）

[作者简介]刘青荣（1976—），女，山东招远人，工学博士，上海电力大学能源与机械工程学院副教授，主要从事分布式能源研究。

[中图分类号] O551.3[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0146-02[收稿日期] 2019-09-27

高等工程热力学是上海电力大学的工程热物理、热能工程方向的研究生的学位课之一。本门课程在本科工程热力学热功转换理论的基础上，进一步讲授提高热功转换过程中的热力学完善程度、工质热力性质的表述、新工质研究、热力系统的评价和化学热力学等相关内容。该课程对能源的高效利用、节能和新能源开发都具有重要的理论价值和指导意义。

该课程的教学内容概念多且抽象，理论性强且覆盖知识面广。从多年的教学反馈来看，学生普遍认为理论难，课程内容与工程实践联系不紧密，因而学习兴趣不高。而且，他们多注重知识的短期功利性，认为有用的就会深入细致地研究，而对于在短期内无法看到利益的学习则相对被动和消极。为了达到高等工程热力学在教学过程中所应有的教学效果，必须开展相关的教学改革和探究。国内很多高校都在这方面展开了卓有成效的工作[1-2]。基于此，本文首先总结高等工程热力学课程的特点，而后从教学内容的梳理、教学手段的探索和考核方式的改革等方面展开讨论。

一、高等工程热力学的特点

（一）内容多、理论强，教学难

该课程首先涉及热力学基础，包括基本概念，热力学第一、第二定律，熵产和作功能力等内容;之后有流体工质的热力性质，包括热力学函数的一般关系式、实际气体状态方程、工质热力性质的计算和推算;还有多组分系统的热力学基础，包括多组分单相混合物系统、多组分系统的相平衡等内容;另外还有化学反应和燃烧的热力学、热力循环、不可逆热力学等内容。内容丰富、理论性强、理解难度高。学生在学习中很难与实际工程实践相结合，学习目的性不明确，认为学了也对研究工作没有帮助。而且大部分内容只是纯理论，教师无法开展实验教学，学生兴趣被进一步抑制。

（二）高等工程热力学的重要性

该门课程是能源与动力类专业研究生最重要的一门基础课。其理论对能源的高效利用、热力系统的评价和节能以及新能源的开发和利用都具有积极的指导意义。并且学生学好这样一门理论性极强的课程，不仅仅是掌握了一门基础课程，更多的是培养和锻炼了自己发现科学问题，找出解决问题的思路、手段和方法等方面的科研能力。

二、教学方法的改进和探索

（一）教学内容的梳理

该课程的教材和参考书内容多、全面且繁杂，教师和学生都容易抓不住重点和核心。因此很多学校在开设该课程时，都会根据自己学校的学科历史沿革和特点，梳理教学内容。上海电力大学是一所以电力为特色的综合性大学，课程教学对象中有相当一部分会从事电力行業相关的工作。因此本校该门课程的主要内容如下：

热力学基础部分：讲述基本概念，热力学第一、第二定律等理论框架。主要是使学生能够理解热力学里的能量守恒和转化、熵的物理意义、作功能力和火用损失等基础理论。

纯净流体热力性质：讲述纯净物的热力学共性、状态方程的多种表述、热力学基本关系式和纯净物热力性质的计算，为学生在处理实际工质的热力过程中提供一个解决问题的思路。

混合物系的热力性质：讲述混合工质的热力性质的表述方法和如何借助纯净物热力性质的计算方法来计算混合物系。主要涉及偏摩尔参数、逸度、逸度系数、活度和活度系数等概念。

化学热力学基础：讲述涉及化学反应的热力学基础理论，包括反应热、热效应、生成焓、燃烧焓以及化学反应过程中的热量和功计算的盖斯定律和基尔霍夫定律，最后还涉及化学反应方向和平衡条件的判定和表述。

热力系统的评估与分析：首先就热力系统评价的第一、第二定律法展开讨论，并简要介绍热经济学评价的方法和概念。

（二）教学方式的探究

为提高研究生教学质量，培养学生科研创新能力，很多老师开展了相关的研究[3]。课程组在梳理了教学内容之后，必须改革教学方法，以适应研究生的学习和培养特点。

首先是多元化的教学方式。研究生的培养体现在“研究”上，不能将“研究”仅体现在学位论文上，对于高等工程热力学这样的基础理论课程，更应采用探究式的教学方法。教师在课堂上需要讲解理论知识，也需要侧重于理论知识的实际应用，寻找相关工程实例让学生展开讨论和探究，使学生结合实际理解理论、在讨论过程中提出问题，引导学生去思考、去解决问题，从而提高学生解决问题的能力。例如在讲解热经济学评价的方法和理论时，就可在课程中引入热电厂的电力和供热成本的核算。

其次是多媒体教学和网络教学的引入。高等工程热力学教学中涉及的公式、图表内容多，黑板板书的传统教学无法满足如此丰富的教学内容和信息的展示。而且，现在学生的计算机应用能力普遍较高，也为计算机辅助教学技术的使用奠定了坚实的基础。多媒体展示使教学内容具有生动性、直观性和简明性。课程组以梳理后的教学内容为蓝本并结合多本教材制作了多媒体电子课件。完成的电子课件具有教学内容层次化、前后衔接紧密、重要知识点明确、相关推导过程全覆盖等优点，有利于学生对授课内容的深入理解。而且，利用多媒体展示，方便穿插各种演示图片，加强学生对有关现象的感性认识。此外，网络授课是深受大家关注的教学方式之一。对于像该课程这样的内容多、难以理解的专业基础课程，仅依靠课堂教学，学生通常不能很好地掌握，这就需要学生课后反复复习、勤学勤练。为此课程组将相关演示案例以及主要内容的教学制作成视频，放在网上，有利于学生反复观看学习和复习回顾，从而避免了因一次讲课学生无法全盘接受，而教师又无法对同一内容开展二次实际授课的问题，将教学拓展到随时随地都可进行。课程网站也设立提问板块，这样同学们可以随时随地提问，老师和学生可以展开解答和讨论，从而活跃学习气氛。

（三）考核方式的改革

以往课程的考核方式多以一张试卷决定成绩，造成教师围绕考试内容讲，学生围绕考试重点学，仅考查了学生的记忆能力，而不是综合应用的能力。这在研究生教学过程更是需要避免的情况。为此课程组经过讨论，决定将考核成绩分为三块，分别是课堂讨论、大作业和期末考试，所占分数的百分比分别为20%、15%和65%。课堂讨论由老师和同学共同为每位发言的学生打分，取其平均分。大作业由教师根据学生完成程度打分。参加期末考试的学生可以携带一张A4纸，将一些常用公式、定理等做记录，从而使考试侧重知识的综合利用，而非重点公式的记忆。这样学生将更注重学习的过程化，从而掌握课程的重点和难点。教师通过考核方式的改变，调动了学生的学习积极性和学习的兴趣。

三、结语

研究生教学需要教师不断探索和创新，使课程教学更加符合研究生的培养目标，所授内容贴合学科前沿的新理论、新知识和新方法。课程组在多年的教学过程中，不断完善教学体系，探索新的教学方式，改进教学评价方法。希望通过对教学过程中经验的总结和教学措施的实施，不断提高教师的教学能力，使其紧跟学科发展前沿，并培养研究生的研究和创新能力。

参考文献

[1]马利敏，姬忠礼，刘强，尚琳琳.高等工程热力学课程改革与实践[J].中国教育技术装备，2016（12）：101-103.

[2]张涛.高等工程热力学教学改革初探[J].教育教学论坛， 2018（31）：242-243.

[3]徐晓斓，袁颖.关于改进研究生课程教学的几点思考[J].宁波大学学报（教育科学版），2005（05）：74-75+143.