“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革研究

裘薇?朱群志?沈坤全?張?莉?劉青榮?段芮?李琦芬

摘要：工程熱力學(xué)是熱能與動力工程專業(yè)的一門必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是部分學(xué)生繼續(xù)深造的理論基礎(chǔ)。文章闡述了對工程熱力學(xué)課程進行教學(xué)方法及手段改革的必要性，探討了改革所采取的一些措施，分析了改革的成效，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣又提高了教師的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)手段；教學(xué)改革

作者簡介：裘薇（1976-），女，浙江臨安人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師；朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（上海?200090）

基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設(shè)項目（編號：20105302）的研究成果。

中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）21-0062-02

工程熱力學(xué)是研究熱能和其它形式能量（特別是機械能）相互轉(zhuǎn)換規(guī)律以及提高能量轉(zhuǎn)換效率的一門學(xué)科，是熱能與動力工程專業(yè)的一門必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生開始接觸的第一門和熱能工程有關(guān)的課程。工程熱力學(xué)不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)理論知識和基本技能，也為學(xué)生日后從事熱能利用、熱設(shè)計、熱管理和熱控制等方面的專業(yè)技術(shù)和科學(xué)研究工作打下必要的理論基礎(chǔ)。

近幾年，隨著學(xué)校的不斷發(fā)展，上海電力學(xué)院先后開設(shè)了“熱動卓越工程師班”、“電廠自動控制”、“電廠測控”、“電廠核電”新專業(yè)和獲得了“熱能工程”碩士點的授予權(quán)。為了適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)及“085工程”的需要，教師除了繼續(xù)承擔“熱動專業(yè)”的“工程熱力學(xué)”教學(xué)任務(wù)外，還將面向“電專業(yè)”和研究生開設(shè)不同層次內(nèi)容的工程熱力學(xué)課程，因此，為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要對“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法及手段開展更高層次的研究工作。

一、教學(xué)目標

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)目標是通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握工程熱力學(xué)的基本理論和基本知識，受到較強的基本技能訓(xùn)練，能正確進行熱力過程和熱力循環(huán)的分析和計算。教學(xué)方向定位于基礎(chǔ)科學(xué)理論與工程實際之間的橋梁，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決工程實踐問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅實的理論基礎(chǔ)。課程的特點是：將工程熱力學(xué)作為一個整體來組織教學(xué)，并借助于現(xiàn)代教育手段、密切結(jié)合實驗與專業(yè)課程，進行完整、系統(tǒng)的教學(xué)。

二、教學(xué)改革采取的措施

教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革是服務(wù)于課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，它是實現(xiàn)教學(xué)目標的重要措施。”工程熱力學(xué)”課程的邏輯性很強，各部分內(nèi)容又交叉滲透，一環(huán)扣一環(huán)，而且概念抽象，是一門難教難學(xué)的課程，所以在教學(xué)的過程中，需要注意教學(xué)的方法和手段，使學(xué)生能較好又容易地理解教學(xué)內(nèi)容。

1.教學(xué)方法的改革

（1）開展教學(xué)研討活動，理解教學(xué)思路。通過開展多次教師試講活動，對本課程的教學(xué)目標、教學(xué)要求、教學(xué)方法等有比較清楚的認識。教學(xué)目標要從學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及職業(yè)發(fā)展的需求考慮。基礎(chǔ)課不只是為后續(xù)課程服務(wù)，為專業(yè)的學(xué)習(xí)服務(wù)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)思維方式，提高他們分析問題和解決問題的科學(xué)研究能力，使學(xué)生眼光遠、層次高、后勁足。教學(xué)上需要控制教學(xué)內(nèi)容的難度。注意將教學(xué)內(nèi)容及習(xí)題的難度控制在適當?shù)乃剑y度太大的習(xí)題，會過度加大學(xué)生的負擔，不提倡作為作業(yè)而布置。教學(xué)中需要清楚講述知識點產(chǎn)生的背景和來龍去脈，爭取用一條主線將各章節(jié)的內(nèi)容穿起來，避免對知識點的孤立講授，避免學(xué)生孤立地理解知識。教學(xué)中需要介紹本學(xué)科在工業(yè)、民用及高新技術(shù)領(lǐng)域的一些應(yīng)用實例，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解，使學(xué)生充分認識本門課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

（2）注重學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程教學(xué)過程中注意理論聯(lián)系實際，注重工程應(yīng)用。以往學(xué)生反映“孤立系統(tǒng)熵增原理和作功能力損失”這部分內(nèi)容抽象難懂。在教學(xué)中可舉一個工程實例：大氣環(huán)境溫度為-10℃，為保持計算機房內(nèi)20℃，需每小時向機房供熱7500kJ。若采用三種方式供熱：（1）電熱器；（2）電動機帶動熱泵；（3）溫度為80℃的熱水供暖，讓學(xué)生分析三種情況的熵增和作功能力損失。使用這種工程例子好處是：學(xué)生接觸的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和實用價值，可以使學(xué)生加深對這部分內(nèi)容的理解。同時從實例的比較中，學(xué)生自己也可領(lǐng)悟出一個道理：對能量應(yīng)從量和質(zhì)兩方面綜合評價，才能真正找到節(jié)能途徑。

講述教材內(nèi)容和工程實踐有機聯(lián)系。例如：制冷循環(huán)的原理與制冷裝置、冷藏庫、家用空調(diào)、電冰箱的聯(lián)系，濕空氣的相關(guān)知識在空氣調(diào)節(jié)、電廠冷卻塔中的應(yīng)用，郎肯循環(huán)與火力發(fā)電廠實際循環(huán)等。通過介紹這種內(nèi)在聯(lián)系，使課堂教學(xué)內(nèi)容生動，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識和原理在實際中運用。

改變以往全部由教師做習(xí)題點評的方式，請學(xué)生上講臺講演自己的解題方法，其他同學(xué)評判和討論。通過各抒己見，對比分析，最后達到“明辯是非”。教學(xué)實驗表明：采用這種做法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的解題方法明顯增多，有些學(xué)生的解題思路相當活躍。

鼓勵同學(xué)撰寫生活中應(yīng)用工程熱力學(xué)知識解決實際問題的小論文。指導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的熱力學(xué)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識分析實際問題，鼓勵學(xué)生構(gòu)思的創(chuàng)新性。通過這一環(huán)節(jié)使學(xué)生充分理解熱力學(xué)的方法，引起對相關(guān)領(lǐng)域的濃厚興趣，加強對學(xué)生理論聯(lián)系實際、提高科學(xué)素質(zhì)，并且學(xué)生與老師互動、老師通過課外指導(dǎo)來因材施教。在2009年的試驗過程中，絕大多數(shù)學(xué)生撰寫了相關(guān)論文，達到了預(yù)期效果。

（3）實行小班教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。自2009年以來工程熱力學(xué)課程教學(xué)班從原來兩個班分成三個平行班，每班不超過50人。從兩屆學(xué)生的教學(xué)效果來看，教師感覺小班上課紀律明顯好于大班，遲到和缺席現(xiàn)象減少，學(xué)生上課積極性較高，老師與學(xué)生互動明顯增多，期末考試不及格率明顯減少。

（4）編寫課堂教學(xué)教案。為了保證不同教學(xué)平行班的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求以及教學(xué)進度的一致性，對不同任課教師的教學(xué)起到規(guī)范和指導(dǎo)作用，課程組編寫了統(tǒng)一的電子教案。教案以每2學(xué)時為單位，明確了每個單位的教學(xué)目標，細化了教學(xué)內(nèi)容，對教學(xué)方法和手段給出建議，指出了教學(xué)內(nèi)容的難點和重點，給出了主要英文詞匯，提出了學(xué)生課后學(xué)習(xí)的要求。教案編寫采用了簡潔明了的表格形式。

2.教學(xué)手段的改革

（1）多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。多媒體技術(shù)的應(yīng)用可以給教學(xué)、尤其是課堂教學(xué)注入活力。以沈維道編著、高等教育出版社出版的《工程熱力學(xué)》第四版為基礎(chǔ)，制作了適用于熱能動力專業(yè)的工程熱力學(xué)課程（64學(xué)時）的電子課件。完成的電子課件包含了教材中全部章節(jié)的內(nèi)容，并增加了總結(jié)一章，使學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束后對本課程能有一個全貌。

通過采用先進、形象的多媒體計算機輔助教學(xué)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂教學(xué)圖文并茂，聲像結(jié)合，使學(xué)生多方位、立體化地形成認知，形成了嶄新的多媒體環(huán)境下的課堂教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。

（2）改革考試方式。為了引導(dǎo)學(xué)生真正掌握基本理論和分析方法，重視能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)本課程的考、教分離，在目前十套題目的基礎(chǔ)上，教師根據(jù)課程的教學(xué)要求重新編寫十套試題，減少試卷被抽中的頻率。試卷庫中的試卷題目符合教學(xué)大綱的要求，內(nèi)容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無偏題、怪題，難易得當，能考核學(xué)生掌握知識以及應(yīng)用知識進行綜合分析能力的情況。期末集中統(tǒng)一流水作業(yè)方式閱卷，以客觀地評價授課質(zhì)量。學(xué)生的最終成績由平時成績和期末考試成績綜合評定得出，平時成績與期末考試成績的分配比例是2∶8。平時成績包含作業(yè)、考勤、實驗成績?nèi)糠郑谀┛荚嚥捎瞄]卷筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫中隨機抽取。

（3）科學(xué)安排實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。注意充分利用實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，科學(xué)融合理論教學(xué)和實踐教學(xué)。在原有水蒸氣飽和溫度和壓力關(guān)系測定試驗及噴管試驗基礎(chǔ)上可以增加空氣比熱測定的實驗，使學(xué)生對理想氣體的熱力性質(zhì)和過程也有更好理解。利用實驗鞏固和加強所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和運用所學(xué)知識進行分析的能力，實現(xiàn)對課堂教學(xué)內(nèi)容深化理解的目的；結(jié)合后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，深化理論知識，提高學(xué)生運用所學(xué)知識來分析問題、解決問題的能力。

（4）課外學(xué)習(xí)、輔導(dǎo)環(huán)節(jié)。在課外學(xué)習(xí)中提供本課程教學(xué)課件、其他學(xué)校相關(guān)課程網(wǎng)站，輔導(dǎo)答疑屬于教師與學(xué)生的互動教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)有余力的學(xué)生建議查閱參考文獻，而且在此基礎(chǔ)上將之分析、歸納、總結(jié)，并提出自己的見解，并通過與教師的交流，達到拓展專業(yè)知識的深度與廣度的目的。

三、結(jié)論

工程熱力學(xué)是一門概念理解難度較大的課程。通過教學(xué)內(nèi)容的改革，使教學(xué)內(nèi)容更貼近我校學(xué)生的實際狀況，更加注重實驗環(huán)節(jié)；通過教學(xué)手段的改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理論聯(lián)系實際的能力。通過“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法及手段改革的研究，不僅熱能與動力工程專業(yè)的每年級近150名學(xué)生受益，開設(shè)“熱工基礎(chǔ)”課程的其他專業(yè)（電氣工程及其自動化、電力工程與管理、自動化、測控技術(shù)與儀器）近500名的學(xué)生也可以從中受益。

參考文獻：

[1]譚羽飛.運用遷移規(guī)律進行《工程熱力學(xué)》教學(xué)改革的實踐[J].黑龍江高教研究,2002,(6).

[2]陳梅倩,陳淑玲,張華.《工程熱力學(xué)》課程教學(xué)方法的研究與實踐[J].中國電力教育,2008,(1).

[3]段雪濤,劉春梅,王學(xué)濤.工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革探討[J].制冷與空調(diào),2009,(3).

[4]曾冬琪,林小鬧.提高“工程熱力學(xué)”教學(xué)質(zhì)量的方法漫談[J].中國電力教育,2010,(16).

[5]王華.工程熱力學(xué)課程教學(xué)實踐與探索[J].教育與職業(yè),2009,(18).

（責(zé)任編輯：劉麗娜）