《工程热力学》教学实践初探

王 岗，余 万，胡 涛，苏华山

（三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002）

0 引言

《工程热力学》是能源动力类专业核心课程，其理论渗透到了热电、新能源发电、航天航空、机器人、电子芯片等领域，同时在建筑节能、环保与节能改造等领域也深入交叉，各行各业中均体现了此门课程的实际应用。此外，《工程热力学》与机械类交叉较多，几乎所有机械类设备在运行过程中不可避免的涉及“局部热堆积”和能源问题，因此本门课程也是机械类所修专业课。对于《工程热力学》课程的教学改革，国内许多高校已进行了相应的试点教学。华中科技大学对于《工程热力学》课程教学改革如何适应“新工科”建设进行了详细探究与分析，提出了新的教学方法及教学手段，综合全面多方位评估学生的学习效果[1]。内蒙古工业大学分析了《工程热力学》适应“新工科”背景下教学改革，探索了如何高效、科学、合理的讲授《工程热力学》课程的教学思路，更好地激发学生开创性思维[2]。此外，扬州大学、南京林业大学等多所高校也对《工程热力学》的教学方法和课程建设进行了初步设想，并将其应用于实践教学中，取得了一定的教学成果[3-4]。如何更高效、科学、合理地讲授本门课程以最大程度激发学生学习动力，培养不同领域的专业人才是《工程热力学》实践教学目前所面临的一大难题。

1 机械类专业开设《工程热力学》课程

1.1 课程开设

三峡大学结合自身特色于2019年对机械类专业开设《工程热力学》课程，结合专业实际制定了适用于机械类专业的教学大纲，希望培养学生能将相应专业知识用于机械领域复杂工程问题数学模型的求解，且能利用相关科学原理识别、判断及解决机械装备设计与制造领域的工程问题。为更好地评判学生对本门课程的掌握程度，制定了相应的课程目标：（1）培养学生逐步掌握工程热力学的基本概念、基本定律、基本原理以及气体和蒸汽的热力性质，学会应用这些基本概念、基本定律等基础知识进行热力过程和热力循环的分析计算；（2）培养学生能够利用本课程的基本理论解决机械领域实际工程应用问题。

1.2 现阶段存在的问题

通过近三年对机械类专业学生讲授工程热力学课程，梳理整个讲授环节及学生对该门课程的最终掌握程度，仍存在下述问题：

（1）工程热力学课程是一门理论与实践结合比较紧密的课程，其涉及的公式多、概念多、计算多及内容广，加大了学生学习本门课程的难度，尤其是对于非能动类专业学生，其理论基础储备相对较为薄弱，对于各知识点的理解及逻辑性的把握仍有所欠缺。

（2）机械类专业开设工程热力学的目的是希望学生最终能够运用基础理论解决实际问题，然而学生在基本公式的求解与推导过程中容易混淆，往往分不清各公式的适用条件，且由于公式的繁多加大了学生对实际工程问题求解的难度，一定程度上降低了学生对本门课程的学习兴趣，使学生无法学以致用且加大学生对基础理论学习的抵制情绪。

（3）工程热力学的性质决定了本门课程主要以理论教学为主，现阶段根据学院的实际情况，缺乏实践教学环节，学生无法将所学的理论真正用于实践，造成了部分学生感觉本门课程学习较为枯燥，也使得本门课程重理论而轻实践，使学生最终所收获的知识并不理想，影响教学效果。

（4）学生的自律性相对较差，尤其是对自己不熟悉的领域，课堂意识及表现不佳，课前预习及课后复习等仍未得到重视；在接受新概念、新理论及新公式时常常因无法与之前的知识融会贯通导致对课堂知识理解不足，逐渐丧失了本门课程的学习激情，从而使教师的“教”与学生的“学”所产生的效果并不理想。

2 教学模式探索

2.1 教学融入课程思政

课程思政是指以构建全员、全程、全课育人格局的形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育根本任务的一种综合教育理念。如何更好地将课程思政融入工程热力学各章节内容，激发学生的学习兴趣，潜移默化地影响学生的思想意识和行为举止是我们要做的重点同时也是难点。以工程热力学为例，讲述其发展史时，应适当穿插各领域的开拓者如何通过专业知识探索未知的真理，以此奠定工程热力学学科的基础。如卡诺通过对火的动力研究，构建了理想热机并得出著名的卡诺定理；迈耶分析病人血液颜色在热带和欧洲的差异提出了热与机械运动之间相互转化的思想；焦耳的热功当量实验奠定了热力学第一定理的实验基础；克劳修斯通过研究热力学第一定律和卡诺原理，提出热力学第二定律等。

工程热力学课程讲授能源章节时，应列举我国及世界能源研究现状，分析当下各国能源紧缺情况，尤其是传统化石能源的短缺，严格限制了各国经济发展，同时观看相关能源类短片，激发学生能源节约解决现有能源问题的创新意识。讲解基础理论部分时，以热力学为基础，说明目前实际应用案例，尤其是有关解决国家关键技术卡脖子问题的案例，如航空发动机等，使学生充分认识到本门课程的学习对国家发展的重要性，激发学生对专业课程的学习激情，培养学生参与专业技术前沿的积极探索性，树立爱国主义情怀。

2.2 实践教学

工程热力学所涉及的内容相对较多，尤其是基础理论部分知识常常使学生感觉泛然无味，且由于三峡大学机械类专业所开设的工程热力学课程由于课时的限制并未有开设实践环节，导致了部分学生缺乏对本门课程学习的主动性，因此实践教学的开设对于学生理解和巩固专业知识具有积极的意义。实践教学方面所开设的实验主要有喷管中气体流动特性实验、空气比定压热容测定实验和真空条件下水蒸汽饱和蒸汽压及汽化潜热的测定实验等，学生可通过实验环节将所学书本专业知识与实践相结合，加深对基础理论的理解，同时也使学生对于实操过程所引起的误差进行分析，探索实验与理论之间误差产生的原因，便于培养学生的求知欲。此外，也应加强科研实践平台的建设，使学生更好地理解与专业内容相关的科研项目，提升学生运用理论知识解决实际问题的能力，从而培养本专业领域富有创造力的科研人才。

2.3 课程评价体系

完整的课程评价体系更利于对教学方式的改进，使授课教师及时掌握学生对专业内容的理解和掌握程度，对薄弱环节及时做出动态调整，以实现教学效果的最大化。针对机械类工程热力学的教学评价体系主要从试卷分析、平时考核情况、目标达成度主观评价问卷及分析、目标达成度客观评价及分析、课程目标达成度调查报告等几方面对本门课程教学效果进行综合评价。其中目标达成度主观问卷调查主要针对学生自身对书本内容理解程度及分析出现低值时自我偏差原因，而客观目标达成度主要是反应教学效果的评价，是对教师在教授本专业课程的教学效果的反馈。因此综合主观、客观目标达成度分析更利于从学生及教师的角度完善和改进教学方式，最终使学生实现学以致用、学以致新、学以致深和学以致行的目的。

3 结语

习近平总书记在七十五届联合国气候峰会上提出“我国截止至2030年，碳排放量达到峰值；截止至2060年，实现碳中和”的战略目标，为适应可再生能源产业的飞速发展，培养产学研相结合的复合型人才，三峡大学机械与动力学院根据自身特色，结合三峡水电站、葛洲坝水电站为研究基础，充分发挥水能高效清洁利用特点，深入贯彻“低碳、清洁、高效”的理念，发展多种可再生能源利用方面特色教学改革，作为可再生能源领域的基础学科—工程热力学，在可再生能源领域培养专业人才方面至关重要，符合国家战略发展需求，在“双碳”目标大背景下培养该领域内富有创造力的科研人员及具有相应专业知识的高级工程技术人员，更好地服务于国家能源建设。