關(guān)于熱工基礎(chǔ)系列課程改革的建議

李廣華

（大連水產(chǎn)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連116023）

熱工基礎(chǔ)課程，包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)及工程流體力學(xué)3門課程；以研究熱能的利用、轉(zhuǎn)化及傳遞規(guī)律為基本內(nèi)容，該課程在工科許多專業(yè)的人才培養(yǎng)中占有重要的地位，近幾年來(lái)在機(jī)械類的各個(gè)專業(yè)中都相應(yīng)開(kāi)設(shè)了該課程，在大連水產(chǎn)學(xué)院的熱動(dòng)專業(yè)、輪機(jī)專業(yè)及機(jī)械制造專業(yè)也均有開(kāi)設(shè)。對(duì)于熱動(dòng)和輪機(jī)專業(yè)來(lái)說(shuō)，熱工課程的基本理論對(duì)學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課程都有重要的支撐作用，對(duì)機(jī)械制造專業(yè)的鑄造、焊接中金屬融化，熱處理中的熱現(xiàn)象問(wèn)題，機(jī)械加工過(guò)程中熱變形的控制問(wèn)題，潤(rùn)滑油的流動(dòng)與滑油的數(shù)量等問(wèn)題，有重要的實(shí)際意義。

經(jīng)過(guò)了數(shù)年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了教學(xué)上目前存在著諸多的問(wèn)題，筆者認(rèn)為有必要對(duì)課程的教學(xué)改革作深入探討和研究。

1 課程特點(diǎn)

1.1 概念繁多，容易混淆

僅工程熱力學(xué)部分中涉及的概念包括開(kāi)口系統(tǒng)、閉口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)；平衡狀態(tài)與準(zhǔn)平衡態(tài)；準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程、不可逆過(guò)程；容積變化功、推動(dòng)功、流動(dòng)功、有用功、軸功和技術(shù)功；理想氣體和實(shí)際氣體等等，這些概念的內(nèi)涵、外延、物理意義及概念間的區(qū)別及聯(lián)系等，都是需要準(zhǔn)確理解和掌握的內(nèi)容。工質(zhì)的熱力性質(zhì)及熱力過(guò)程、理想循環(huán)和實(shí)際循環(huán)中的概念也為數(shù)不少。傳熱學(xué)與流體力學(xué)部分涉及的概念有穩(wěn)態(tài)過(guò)程、非穩(wěn)態(tài)過(guò)程、各種準(zhǔn)則數(shù)、層流、紊流等等，概念繁多，且容易混淆。

1.2 公式眾多，難于記憶

熱力學(xué)第一定律就可以得到開(kāi)口系統(tǒng)和閉口系統(tǒng)、總量表達(dá)式和微元表達(dá)式、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程的演化式等等不少于10個(gè)公式；熱力學(xué)第二定律中的克勞修斯積分不等式、過(guò)程和循環(huán)判據(jù)、熵方程及孤立系統(tǒng)熵增計(jì)算、可用能損失等；理想氣體部分涉及到理想氣體狀態(tài)方程、邁耶公式、理想氣體狀態(tài)參數(shù)計(jì)算公式、理想氣體各種過(guò)程方程及過(guò)程能量計(jì)算公式等數(shù)十個(gè)公式；實(shí)際氣體的熱力學(xué)一般關(guān)系式的形式更為復(fù)雜。在傳熱學(xué)中僅對(duì)流換熱一章經(jīng)驗(yàn)公式就數(shù)十個(gè)，都是用于不同的應(yīng)用條件，要想完全靠死記硬背記住這些公式，幾乎是不可能的，而將這些公式熟練應(yīng)用則更加困難。流體力學(xué)的公式就更不用細(xì)數(shù)，而且公式中涉及的自變量較多。

1.3 內(nèi)容抽象，難于理解

熱工基礎(chǔ)課程中涉及到的很多概念都是抽象的，如熱力學(xué)能、焓、熵、有效輻射、角系數(shù)、溫度邊界層等，都是一些學(xué)術(shù)名詞或數(shù)學(xué)符號(hào)，在教學(xué)過(guò)程中很難列舉出栩栩如生的例子；與之相應(yīng)的物理意思也不易理解，對(duì)于這些內(nèi)容的理解，更多地要依靠學(xué)生的抽象思維能力，因而學(xué)生掌握的效果不容易保證。

1.4 學(xué)時(shí)減少，課時(shí)緊張

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各高校逐漸減少熱工基礎(chǔ)課程教學(xué)課時(shí)，由最初的多門課分別上到合成一門課程，由原來(lái)的100多學(xué)時(shí)到現(xiàn)在的72學(xué)時(shí)，甚至是40學(xué)時(shí)，這樣的課時(shí)設(shè)置，給完成熱工基礎(chǔ)課程系統(tǒng)的教學(xué)增加了難度。如果再按照傳統(tǒng)的講述方式進(jìn)行教學(xué)，其結(jié)果是很難想象的。

2 學(xué)生狀況

近幾年來(lái)，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況呈下滑趨勢(shì)，對(duì)大學(xué)生涯沒(méi)有規(guī)劃，對(duì)自身的定位不準(zhǔn)確，受市場(chǎng)影響功利心理嚴(yán)重，認(rèn)為基礎(chǔ)理論課程甚至是大學(xué)所開(kāi)設(shè)的大部分課程，在今后的職業(yè)生涯中沒(méi)有用，工作中再去學(xué)習(xí)就可以，致使一部分學(xué)生并不想積極努力去獲取知識(shí)，而是消極被動(dòng)的應(yīng)付各種考試。

3 改革的方向和目標(biāo)

3.1 端正學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度

學(xué)生學(xué)習(xí)的問(wèn)題，就其實(shí)質(zhì)還是必須要自身努力。目前有一部分學(xué)生自身思想態(tài)度不端正，認(rèn)為來(lái)到學(xué)校混到文憑就可以，每天沉迷于游戲娛樂(lè)中。眾所周知，學(xué)習(xí)是任何人都不能替代的，只有自身的功夫到了才能獲取一定的知識(shí)，所以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)思想教育，也是很重要的事情，使其認(rèn)識(shí)到在大學(xué)里學(xué)習(xí)的重要性，但對(duì)于大學(xué)生來(lái)講，必須由學(xué)校、院系、班導(dǎo)師和教師多個(gè)方面因素聯(lián)合，才能取得成效，是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。

3.2 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

熱工基礎(chǔ)課程是一門經(jīng)典的技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有理論嚴(yán)謹(jǐn)、概念抽象、公式繁多等特點(diǎn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)熱工理論和相關(guān)專業(yè)之間聯(lián)系不十分清楚，學(xué)習(xí)興趣不高，普遍存在對(duì)這門課程的誤解，認(rèn)為難學(xué)、難懂、難記而且沒(méi)有用武之地，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)十分被動(dòng)，只是為了為應(yīng)付考試而去學(xué)習(xí)，效果較差；教師在授課時(shí)，也處于較為尷尬的地位，該門課程在歷屆考試中及格率較低，教學(xué)效果不好。人們常說(shuō)，興趣是學(xué)習(xí)的最好的動(dòng)力，在今后的教學(xué)過(guò)程中，如何提高學(xué)生的興趣、學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，是值得探索和討論的一個(gè)重要課題。

3.3 能力培養(yǎng)

知識(shí)不等于能力。作為大學(xué)生培養(yǎng)方向，不僅僅要求其理解教材上的內(nèi)容，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。熱工現(xiàn)象在生活中和工業(yè)領(lǐng)域處處可見(jiàn)，那么如何讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，才是我們培養(yǎng)大學(xué)生真正的意圖，所以如何培養(yǎng)提高學(xué)生的能力是熱工改革的重要方向。

4 改革措施

針對(duì)以上改革的目標(biāo)和方向，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。提出以下改革措施。

4.1 熱工基礎(chǔ)教學(xué)與生活實(shí)際密切結(jié)合

任何理論均來(lái)源于生產(chǎn)生活，是自然現(xiàn)象和人類實(shí)踐活動(dòng)的高度概括和升華，熱工理論也是如此。為了激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，教師可以在課堂上適時(shí)地引入日常生活的實(shí)例，進(jìn)行介紹和分析，讓學(xué)生了解熱工現(xiàn)象就在身邊，并且引導(dǎo)其發(fā)現(xiàn)周圍生活中的熱工問(wèn)題，例如可以分析冬季溫室大棚的溫室效應(yīng)，為什么高壓鍋要設(shè)置排氣閥，電冰箱和空調(diào)的制冷原理，超音速飛機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)的，結(jié)霜、結(jié)露、下霧的原因，在相同溫度的水中和空氣中，人們感覺(jué)為什么不一樣，等等這些熱力現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，讓學(xué)生感到熱工現(xiàn)象并不是遙不可及，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

4.2 與專業(yè)方向相結(jié)合

針對(duì)不同的專業(yè)，應(yīng)結(jié)合不同專業(yè)方向的實(shí)例，進(jìn)行案例分析，例如針對(duì)本院實(shí)際，可以有以下方案：

（1）機(jī)制方向案例。鑄造焊接過(guò)程中金屬的熔化、凝結(jié)傳熱問(wèn)題，焊接與凝固過(guò)程中工件溫度場(chǎng)的預(yù)測(cè)；機(jī)械電子器件中的熱設(shè)計(jì)；機(jī)械加工中熱變形的控制與預(yù)測(cè)。

（2）熱動(dòng)和輪機(jī)方向案例。汽車、船舶熱力發(fā)動(dòng)機(jī)原理與設(shè)計(jì)；制冷空調(diào)原理與設(shè)計(jì)；船舶動(dòng)力裝置的原理，鍋爐等動(dòng)力設(shè)備的工作原理；熱工計(jì)量測(cè)試儀器儀表的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，流量計(jì)，熱線風(fēng)速儀；管路管網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

在熱工理論的教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)始終把握理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)思想，把握各個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)該課程的目的，重點(diǎn)突出熱工理論和專業(yè)相結(jié)合的思想，讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)本課程是與專業(yè)密切相關(guān)的，學(xué)有所用的，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.3 基本概念、基本原理和基本過(guò)程的課堂教授

工程熱力學(xué)部分的概念較多，較為抽象，各章之間聯(lián)系緊密。經(jīng)過(guò)多年的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)死記硬背，簡(jiǎn)單地記憶公式和符號(hào)，在分析問(wèn)題時(shí)僅僅簡(jiǎn)單地套用公式而已，這是學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)的大忌。在教學(xué)中，一定讓學(xué)生明白概念的實(shí)質(zhì)、基本定律的使用范圍及應(yīng)用條件，真正領(lǐng)會(huì)其含義。傳熱學(xué)部分和日常生活、實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系緊密，利用基本概念和基本定律直接解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的較多。對(duì)于這部分內(nèi)容中公式的推導(dǎo)過(guò)程，可以一帶而過(guò)，只重點(diǎn)講述其物理意義，結(jié)合實(shí)際案例分析，免去學(xué)生看見(jiàn)復(fù)雜的公式推導(dǎo)所產(chǎn)生的畏難情緒。對(duì)于不同專業(yè)，可以精選不同內(nèi)容進(jìn)行講述，與專業(yè)無(wú)關(guān)部分可作刪除處理。

例如，在講解工程熱力學(xué)部分關(guān)于功的概念時(shí)，一定要把技術(shù)功、容積變化功、有用功、推動(dòng)功、流動(dòng)功、軸功各個(gè)概念的內(nèi)涵和應(yīng)用范圍以及它們之間的區(qū)別作重點(diǎn)講解，否則后續(xù)課程無(wú)法繼續(xù)。在講解傳熱微分方程式時(shí)，可以重點(diǎn)對(duì)各種形式的方程的物理意義作重點(diǎn)講解，其推導(dǎo)過(guò)程則簡(jiǎn)要介紹即可。

另外，在授課過(guò)程中，注意課程的系統(tǒng)性，幫助學(xué)生理清教材的系統(tǒng)性。熱工學(xué)各門課程直接區(qū)別、聯(lián)系和側(cè)重點(diǎn)，各個(gè)章節(jié)之間的聯(lián)系。例如工程熱力學(xué)部分實(shí)際上分為4塊內(nèi)容：

（1）基本概念、基本定律。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，是課程所依賴的基本定律，是最基礎(chǔ)的內(nèi)容；

（2）基本熱力過(guò)程。定壓過(guò)程、定容過(guò)程、定溫過(guò)程、絕熱過(guò)程，是實(shí)際幾種典型的熱力過(guò)程的近似，是實(shí)際熱力設(shè)備熱過(guò)程分析和計(jì)算的基礎(chǔ)和依據(jù)；

（3）工質(zhì)的熱力性質(zhì)。水蒸氣和理想氣體，是熱力設(shè)備進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的載體；

（4）各種熱機(jī)實(shí)際過(guò)程。動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)等，都是熱力學(xué)知識(shí)在實(shí)際熱工設(shè)備中的應(yīng)用。

在講授新知識(shí)時(shí)，要強(qiáng)調(diào)和前面已講過(guò)知識(shí)的區(qū)別和聯(lián)系，不斷的強(qiáng)化各個(gè)部分之間的聯(lián)系，使學(xué)生熟悉熱工學(xué)的研究思路，從全面角度審視問(wèn)題，形成整體的知識(shí)體系，有利于梳理熱工學(xué)內(nèi)容。

例如，實(shí)際熱力設(shè)備的熱力過(guò)程部分，實(shí)際上應(yīng)用是基本熱力過(guò)程的基本理論。在這一章里，主要是結(jié)合具體的實(shí)際過(guò)程，進(jìn)行必要的過(guò)程簡(jiǎn)化，得到理論循環(huán)，運(yùn)用已講的熱力過(guò)程理論對(duì)循環(huán)進(jìn)行分析，找出循環(huán)熱效率的影響因素和提高熱效率的可能措施。在講解時(shí)讓學(xué)生明白各個(gè)章節(jié)的側(cè)重點(diǎn)，這樣既復(fù)習(xí)了前面的章節(jié)，又明白了熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究目的。

4.4 對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)

主要是指對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在課堂上，盡管結(jié)合案例進(jìn)行講解。但是畢竟上課時(shí)間有限，還要講解基本概念基本原理，為了培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，課后給學(xué)生布置大作業(yè)，分析沒(méi)有統(tǒng)一答案的問(wèn)題，根據(jù)學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的證明或理論計(jì)算得到有用的結(jié)論，充分鍛煉學(xué)生研究問(wèn)題的能力。

例如，可以讓學(xué)生自行分析工件在各種條件下進(jìn)行熱處理所需要的時(shí)間，分析熱電偶的測(cè)溫誤差等。

4.5 考試的改革

在以往的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，主要是通過(guò)課程考試來(lái)實(shí)現(xiàn)，存在評(píng)價(jià)目標(biāo)單一、評(píng)價(jià)內(nèi)容片面、評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單化的缺陷。目前大部分學(xué)生臨近考試時(shí)，做突擊復(fù)習(xí)來(lái)應(yīng)付考試，最終真正掌握的內(nèi)容并不多。作為教師教學(xué)的目的，主要是讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際熱工問(wèn)題，而不僅僅是考試60分的問(wèn)題。所以，筆者認(rèn)為應(yīng)該在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面做改進(jìn)，督促學(xué)生學(xué)習(xí)。

教師在對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)需要注意兩點(diǎn)：一是應(yīng)以學(xué)生現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)為主進(jìn)行評(píng)價(jià)，重過(guò)程，重體驗(yàn)，綜合評(píng)定學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、探究精神、創(chuàng)新意識(shí)、學(xué)習(xí)能力等；二是發(fā)揮評(píng)價(jià)的激勵(lì)作用，評(píng)價(jià)要起到鼓勵(lì)學(xué)生提出新觀點(diǎn)、積極實(shí)踐、勇于創(chuàng)新的作用。

為了體現(xiàn)學(xué)生是否對(duì)所學(xué)知識(shí)真正掌握和使用，克服學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)的弊端，使學(xué)生走出死記硬背的學(xué)習(xí)習(xí)慣，應(yīng)探討靈活多變的考核形式，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。成績(jī)考核可以有以下方案：

（1）案例分析大作業(yè)成績(jī)。考核應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

（2）課程設(shè)計(jì)成績(jī)。主要針對(duì)熱動(dòng)專業(yè)學(xué)生，要求綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)一柴油機(jī)油冷卻器，保證每人一題，通過(guò)面試答辯來(lái)了解學(xué)生設(shè)計(jì)狀況，考核學(xué)生實(shí)際設(shè)計(jì)能力。

（3）考試成績(jī)。閉卷考試，主要考核學(xué)生的計(jì)算能力。

（4）熱力學(xué)命題論文成績(jī)。給學(xué)生較為自由的空間，通過(guò)查找資料對(duì)未知領(lǐng)域的探索和學(xué)習(xí)，考核實(shí)踐動(dòng)手能力。

希望能通過(guò)多種考核方式，來(lái)評(píng)定學(xué)生的成績(jī)，有助于督促學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握與鞏固，以及分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力和實(shí)際動(dòng)手操作的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)講解熱工基礎(chǔ)課程，針對(duì)目前學(xué)生的現(xiàn)狀提出改革的目標(biāo)和具體的措施，希望能夠與熱工界的同行進(jìn)行交流和探討。

[1]沈維道.工程熱力學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1998.

[3]吳孟余.面向21世紀(jì)航海類熱工課程改革研究[J].航海教育研究，2001，（4）：33-35.

[4]常建民，張璧光.熱工理論基礎(chǔ)課教學(xué)雜談[J].教學(xué)園地，北京林業(yè)教育，2003（1）：50-51.

[5]教育部熱工課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).對(duì)我國(guó)高等學(xué)校工科熱工系列課教學(xué)改革的建議[J].高等工程教育研究，2000，（增刊）：2-5.

[6]馮 新，陸小華.以學(xué)生為本的化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革[J].化工高等教育，2006，（4）：30-34.

[7]張國(guó)磊，楊龍彬，李曉明.提高《工程熱力學(xué)》課堂教學(xué)質(zhì)量的方法探討[J].中國(guó)電力教育，2008，（11）：79-40.