獨(dú)立學(xué)院“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法探討與實(shí)踐

摘要：由于獨(dú)立學(xué)院的生源狀況和人才培養(yǎng)目標(biāo)與普通本科高校不同，因此培養(yǎng)方案、課程體系、教學(xué)重點(diǎn)也不一樣。針對(duì)“工程熱力學(xué)”課程的特點(diǎn)，結(jié)合日常教學(xué)及科研中的實(shí)踐體會(huì)，就如何提高“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)效果提出幾點(diǎn)看法，主要包括教學(xué)方法的改革、考核方式的改進(jìn)、建立立體化多渠道教學(xué)途徑。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院；工程熱力學(xué)；教學(xué)方法

作者簡介：廖愛群（1983-），女，廣東汕頭人，北京理工大學(xué)珠海學(xué)院機(jī)械與車輛學(xué)院，助教；饒國燃（1983-），男，廣東梅州人，北京理工大學(xué)珠海學(xué)院機(jī)械與車輛學(xué)院，助教。（廣東 珠海 519085）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）33-0055-02

獨(dú)立學(xué)院是中國在教育大眾化發(fā)展過程中出現(xiàn)的新事物，按新機(jī)制、新模式建立的高等教育新形式。獨(dú)立學(xué)院正逐漸成為當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，我國高等教育發(fā)展的重要組成部分。由于獨(dú)立學(xué)院的生源狀況和人才培養(yǎng)目標(biāo)與普通本科高校不同，因此培養(yǎng)方案、課程體系、教學(xué)重點(diǎn)也不一樣。

“工程熱力學(xué)”作為熱能與動(dòng)力專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)、熱能與其他能量（主要是機(jī)械能）之間相互轉(zhuǎn)換的一門工程基礎(chǔ)理論課程。在熱能與動(dòng)力工程專業(yè)課程中起到了承上啟下的重要作用。本文從分析“工程熱力學(xué)”課程特點(diǎn)入手，結(jié)合日常教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，就如何提高獨(dú)立學(xué)院“工程熱力學(xué)”教學(xué)質(zhì)量，提出幾點(diǎn)看法。

一、課程特點(diǎn)

以沈維道等編寫的“工程熱力學(xué)”[1]第四版教材為例，主要包括基本概念和基本定理、過程和循環(huán)的分析與研究、化學(xué)熱力學(xué)等方面內(nèi)容。實(shí)際上有些章節(jié)就是一門學(xué)科或者學(xué)科方向。比如專門研究化學(xué)工藝的化學(xué)熱力學(xué)，專門研究氣體流動(dòng)的空氣動(dòng)力學(xué)，專門研究電廠動(dòng)力裝置與原理的熱電學(xué)科，專門研究燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置的內(nèi)燃機(jī)學(xué)科等。這些內(nèi)容不是互相獨(dú)立的，而是相互交叉與聯(lián)系的。

“工程熱力學(xué)”課程特點(diǎn)是內(nèi)容龐雜，概念抽象，公式繁雜，應(yīng)用條件復(fù)雜，是一個(gè)龐大的體系。學(xué)生初學(xué)這門課程時(shí)常感到非常吃力，認(rèn)為知識(shí)雜亂無章，邏輯關(guān)系混亂。而且學(xué)生基于高中物理所學(xué)的知識(shí)和常規(guī)思維，對(duì)“工程熱力學(xué)”中許多問題形成思維定性，如對(duì)水蒸氣（實(shí)際氣體）的熱力狀態(tài)確定仍然套用理想氣體狀態(tài)方程式，理想氣體熱力過程吸熱溫度必然會(huì)升高。授課教師備課時(shí)應(yīng)該充分意識(shí)到這一點(diǎn)，糾正學(xué)生思維上的誤區(qū)，掃除其思維上的障礙。學(xué)生只有對(duì)基本概念正確理解和掌握，才能為“工程熱力學(xué)”的深入學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)為授課教師順利講解以后的章節(jié)鋪平道路。[2]

二、教學(xué)方法的改革

獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，而不是研究型人才，針對(duì)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生相對(duì)于普通本科院校學(xué)生理論基礎(chǔ)較差的特點(diǎn)，2011年北京理工大學(xué)珠海學(xué)院制定了新版的教學(xué)計(jì)劃，對(duì)“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)大綱和課時(shí)做了相應(yīng)的調(diào)整，參考國內(nèi)其他高校“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)大綱，授課時(shí)數(shù)控制在40～50學(xué)時(shí)，結(jié)合北京理工大學(xué)獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)特點(diǎn)，將“工程熱力學(xué)”課程由原來的64課時(shí)刪減為48課時(shí)，同時(shí)保留了原有的6個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。教學(xué)重心從注重學(xué)生理論水平的培養(yǎng)轉(zhuǎn)向注重學(xué)生能力水平的培養(yǎng)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。刪減學(xué)時(shí)的后果可能造成學(xué)生對(duì)該課程理解不夠透徹，知識(shí)點(diǎn)掌握不夠全面，應(yīng)用問題分析不夠靈活，同時(shí)教師的教學(xué)方式和內(nèi)容也會(huì)直接或者間接的影響學(xué)生學(xué)習(xí)成績，如何在相對(duì)有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生學(xué)好“工程熱力學(xué)”，順利通過課程的考核，可通過以下幾種方式。

1.增加課堂教學(xué)的趣味性

授課教師在進(jìn)行教學(xué)時(shí)首先需要解決的就是備課。備課是為講課做準(zhǔn)備，因此備課的內(nèi)容應(yīng)包括這節(jié)課所涉及的所有教學(xué)活動(dòng)。教案的整體框架應(yīng)包括：教學(xué)要求；教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)；教具的選擇；教學(xué)內(nèi)容及步驟以及各項(xiàng)內(nèi)容的時(shí)間分配；課內(nèi)外練習(xí)題作業(yè)。其中的核心部分是課程教學(xué)內(nèi)容，除了講授教材內(nèi)容外，授課教師平時(shí)應(yīng)注意積累一些古今中外與熱力學(xué)相關(guān)的知識(shí)和事例，在教學(xué)過程中可以穿插講授，增加課堂趣味性，以提高學(xué)生的聽課效果。

如在講授熱力學(xué)兩大定律時(shí)，可向?qū)W生提問：“為什么現(xiàn)在一直還有人孜孜不倦的追求永動(dòng)機(jī)？”從而引出歷史上第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)的故事；在講授氣體流動(dòng)這一章節(jié)時(shí)，可以先讓學(xué)生仔細(xì)觀察和思考火箭發(fā)射一瞬間尾噴管的氣流，再提出問題：“氣流在通過尾噴管在這一瞬間可否抽象成某一特殊的熱力過程？”講到音速問題時(shí)，可以提問：“飛機(jī)在高空飛行是否比低空飛行更容易達(dá)到超音速？”然后從解釋問題的答案來闡釋其中的熱力學(xué)原理。教學(xué)是一門藝術(shù)，需要不斷的探索。這就要求授課教師必須在不斷提高自己教學(xué)水平的同時(shí)，積累相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，只有這樣才能在課堂教學(xué)上真正吸引學(xué)生。

2.多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

與傳統(tǒng)的板書教學(xué)相比，多媒體教學(xué)具有傳統(tǒng)板書教學(xué)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是集圖像、聲音、文字、動(dòng)畫、音效為一體的現(xiàn)代化教學(xué)手段。采用多媒體教學(xué)軟件可以使用大量的科研和工程事例素材，使學(xué)生對(duì)“工程熱力學(xué)”研究對(duì)象有更生動(dòng)和直觀的印象。

比如：熱能與機(jī)械能之間是如何轉(zhuǎn)化的？可以用動(dòng)畫素材直觀的解讀火力發(fā)電的原理。煤粉（燃料）在鍋爐中燃燒釋放出大量高煙氣（熱能），鍋爐中的水吸收了煙氣的熱量變成高溫高壓水蒸氣，經(jīng)過熱裝置變成過熱氣體由管道輸送到汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)（機(jī)械能），汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。煤粉源源不斷地送往鍋爐燃燒，電源源不斷的向外輸出。這就是熱能如何轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一個(gè)形象生動(dòng)的例子。

多媒體教學(xué)是一種非常好的教學(xué)手段，但并不是有好的手段就能達(dá)到好的教學(xué)效果。“工程熱力學(xué)”是一門理論性較強(qiáng)的課程，熱力學(xué)的基本概念和基本公式的推導(dǎo)對(duì)高等數(shù)學(xué)能力要求較高。公式的推導(dǎo)可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究邏輯思維，公式的應(yīng)用可以培養(yǎng)學(xué)生在工程領(lǐng)域的工程應(yīng)用能力。此外，授課過程應(yīng)以傳統(tǒng)的板書為主，并輔以講解，才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。

因此，針對(duì)不同章節(jié)的特點(diǎn)，應(yīng)該靈活采取相應(yīng)形式的教學(xué)手段和方式。對(duì)應(yīng)用性的章節(jié)，如動(dòng)力循環(huán)、蒸汽動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)等應(yīng)多以多媒體課件為主。通過借助先進(jìn)的現(xiàn)代化教學(xué)手段，形象地演示動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)課堂的實(shí)效性，提高教學(xué)質(zhì)量。[3]

3.引入學(xué)科前沿知識(shí)

“工程熱力學(xué)”所涉及的前沿領(lǐng)域范圍廣闊，包括航空航天、船舶工程、石油工程、機(jī)械工程、建筑工程、生物技術(shù)等。目前應(yīng)用范圍越來越廣泛，也越來越普遍。從能量的轉(zhuǎn)換與利用角度分析能源問題，是當(dāng)下的熱門問題，也是學(xué)生較為感興趣的話題。能源問題一直是全球關(guān)注的焦點(diǎn)，節(jié)約現(xiàn)有資源，開發(fā)新能源是各國的當(dāng)務(wù)之急。在教學(xué)過程中，可以結(jié)合我國正在建設(shè)中的重大能源項(xiàng)目，專題介紹新能源發(fā)電、環(huán)保制冷劑、熱電冷三聯(lián)產(chǎn)等節(jié)能項(xiàng)目。并從中提煉出典型問題，通過綜合性小論文讓學(xué)生參與實(shí)際的科研工程計(jì)算與分析。一方面可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，提高教學(xué)效果；另一方面可以為學(xué)生將來要從事相關(guān)行業(yè)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.注重能力的培養(yǎng)

如今都在提倡素質(zhì)教育，因此教學(xué)時(shí)不應(yīng)僅僅給學(xué)生解釋某個(gè)特定的問題，還應(yīng)引導(dǎo)他們學(xué)會(huì)解決問題的方法。在“工程熱力學(xué)”的學(xué)習(xí)過程中，主要培養(yǎng)學(xué)生分析問題、簡化問題、解決問題的能力。即對(duì)實(shí)際的工程問題進(jìn)行必要的簡化，建立合理的數(shù)學(xué)描寫并選擇合適的解決方法。常見的熱工問題處理能力包括簡單的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬計(jì)算。

如水源熱泵是一種利用地?zé)豳Y源，能夠?qū)崿F(xiàn)冬季供暖、夏季供冷的多效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。通過消耗少量的高品位能源（電）實(shí)現(xiàn)從低溫?zé)嵩慈嵯蚋邷責(zé)嵩捶艧岬倪^程。地?zé)崮茏鳛槎緹岜霉┡臒嵩春拖募究照{(diào)制冷的冷源，在冬季將相對(duì)于地表溫度較高的地?zé)釓牡叵氯〕觯┙o室內(nèi)取暖；在夏季將相對(duì)于地表溫度較低的地?zé)崴腿胧覂?nèi)帶走熱量，實(shí)現(xiàn)制冷。通過這個(gè)典型實(shí)用的工程裝置，引導(dǎo)學(xué)生們從中概括出熱泵循環(huán)與制冷循環(huán)，并熟悉了解各自的工作原理和應(yīng)用場合，同時(shí)對(duì)能量的高品質(zhì)和低品質(zhì)之分也有了深刻的了解。[4]

三、考核方式的改進(jìn)

“工程熱力學(xué)”課程內(nèi)容比較復(fù)雜，涉及面廣，對(duì)于獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生而言，期末如果采用單一的閉卷方式進(jìn)行考核，難度太大。從歷年的閉卷考試的效果來看，效果一般，收效甚微。容易讓學(xué)生陷入記死點(diǎn)—死做題—做死題的惡性循環(huán)中。因此，“工程熱力學(xué)”課程不宜采用單一的閉卷考試進(jìn)行考核。按獨(dú)立學(xué)院的教學(xué)要求，可以根據(jù)課程的特點(diǎn)進(jìn)行其他方式的考核，可以采用開卷考試方式進(jìn)行，也可以采用分段小測試加上大論文相結(jié)合的方式。總評(píng)成績和平時(shí)成績計(jì)算如下：總評(píng)成績=平時(shí)成績（40%）+期末考核（60%），平時(shí)成績=考勤（30%）+作業(yè)（50%）+小論文（20%）。

四、建立“立體化”多渠道的教學(xué)途徑

傳統(tǒng)單靠一本教材的課程教學(xué)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也存在教學(xué)信息不夠飽滿等缺點(diǎn)，為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和自覺性，方便學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。學(xué)院從2010年開通了網(wǎng)上教學(xué)平臺(tái)，本課程也同時(shí)開通了課程網(wǎng)站，共享的資料包括教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、動(dòng)畫演示、教材答案及參考書電子版、物性參數(shù)計(jì)算軟件、補(bǔ)充習(xí)題等，并開設(shè)網(wǎng)上討論區(qū)，任課教師通過網(wǎng)上答疑與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流。學(xué)生可以在課后利用網(wǎng)上的教學(xué)資料，鞏固和擴(kuò)展所學(xué)的知識(shí)。

五、結(jié)語

獨(dú)立學(xué)院的“工程熱力學(xué)”課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等各方面進(jìn)行了改革。學(xué)院在實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)軟件方面也做了相應(yīng)的建設(shè)，使得這門課程相較于以前有了很大的改變和進(jìn)步。但由于教學(xué)學(xué)時(shí)的刪減，課程內(nèi)容的輔助材料歸納總結(jié)還不夠規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)，需要時(shí)間做進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈維道，蔣智敏，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2007.

[2]粟艷.少課時(shí)數(shù)《工程熱力學(xué)》的教學(xué)改進(jìn)[J].制冷與空調(diào)，2006，

（2）：112-115.

[3鄺華.理論力學(xué)課堂教學(xué)效果思考與探討[J].廣西物理，2011，32（4）：

39-40.

[4]陳占秀，楊振民.“工程熱力學(xué)”教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)[J].中國電力教育，

2009，（14）：83-84.

（責(zé)任編輯：孫晴）