《工程熱力學》課程教學研究初探

蔣亞龍

（安徽新華學院 土木與環境工程學院，安徽 合肥 230088）

《工程熱力學》課程教學研究初探

蔣亞龍

（安徽新華學院 土木與環境工程學院，安徽 合肥 230088）

針對《工程熱力學》課程公式繁多、邏輯性和理論性強、概念抽象、應用條件較復雜等特點，根據作者自身對課程的體會，分析了目前該課程的教學現狀和存在的問題，并提出了相應的措施，為提高該課程的教學效果提供參考。

工程熱力學；教學研究；教學措施

一、前言

《工程熱力學》是能源動力、化學工程、航空航天等眾多工程類專業的一門重要專業基礎課，是培養在涉及能源特別是與熱能相關的各領域中具有創新能力人才的基礎。該門課程學習的好壞將直接影響到后續專業課的學習效果，從而最終影響學生的專業綜合水平。與其他課程相比較，《工程熱力學》課程具有公式較多、邏輯性和理論性較強、概念多而抽象、應用條件較復雜等特點，因而很多學生反映這是一門較難學的課程。甚至有些學生在剛接觸這門課時便感覺學習困難，產生了抵觸情緒。

二、《工程熱力學》課程的研究內容及目前教學現狀

《工程熱力學》主要研究與熱能工程相關的熱能和機械能相互轉換的規律，它著重應用熱力學兩個基本定律分析熱能過程中有關的各種熱力過程及熱力循環，從理論上研究提高熱能和機械能轉換有效程度的途徑。其內容包括熱力學的基本概念、熱力學第一定律、理想氣體的熱力學能等基本參數的計算、理想氣體的熱力過程、熱力學第二定律、氣體的流動、壓氣機的壓氣過程、氣體動力循環、制冷循環等，其主要特點是理論分析、實驗研究和工程實際應用緊密結合，分析推理的結果具有高度的可靠性，條理清楚，邏輯性強[1]。《工程熱力學》課程具有的特點使得學生反映難學，教師反映難教，最終導致教學效果不佳，學生對知識點掌握不夠，考試不及格率較高。傳統的教學以理論傳授為主，但對于一些以應用型培養為定位的新建本科院校來說，更重要的是要培養工程背景下學生利用所學理論知識去分析、解決實際工程問題的能力，因此深入開展《工程熱力學》的教學研究顯得十分必要。

三、《工程熱力學》課程的教學措施

1.上好緒論課。很多學生誤認為緒論課中沒有涉及到具體的、重要的知識點，而且也不屬于課程的主要考試內容，因此覺得它不重要，上課也不認真聽講和記筆記。事實上，緒論課作為《工程熱力學》課程的第一課，在教學中具有特殊的教學地位和重要意義[2]。緒論課中教師可以講授熱能動力工程的重要地位，介紹一些典型的能量轉換裝置工作過程（例如蒸氣動力裝置、內燃機、燃氣輪機裝置以及蒸氣壓縮制冷裝置等）、《工程熱力學》的研究對象及研究方法（宏觀法和微觀法）等內容。通過緒論課，教師不僅可以讓學生初步建立起《工程熱力學》的基本概念，使學生掌握本課程的思維方式和基本理論體系，而且能使學生明白本專業為什么要開設《工程熱力學》、《工程熱力學》的主要學習內容、學習方法以及學好這門課的注意事項，從而激發學生學習《工程熱力學》課程的興趣和愛好，堅定學習該門課程的決心。

2.充分調動學生的主動性和積極性。由于《工程熱力學》課程公式多、概念多，計算復雜，學生學習起來有一定難度，有些學生在剛開始接觸這門課時就有抵觸情緒，這就需要充分調動學生的主動性和積極性。首先，必須要求教師課前充分備好課，合理組織教學過程，恰當運用有效的教學方法；做到教學內容精煉充實，重難點突出，邏輯嚴密，使學生易于接受講解的知識點。學生只有在聽懂課的前提下才會對課程產生興趣，從而調動他們的主動性和積極性，激發他們的潛能。其次，在上課過程中可以適當引入一些生活中常見的實例，通過對這些實例進行分析，把枯燥乏味的理論知識運用到具體的實際問題中，并采用啟發式教學培養學生獨立思考問題的能力，提高他們學習的主動性。第三，教師應結合當前工程熱力學領域的相關熱點問題[3]，如提高熱機效率、節能降耗、低碳環保以及核電事故等，開展課堂討論和專題研討，通過這些熱點問題培養他們對《工程熱力學》的興趣。

3.在知識難點上完善教學方法。以熱力學第一定律為例[4]，在學習該定律時，不少同學對熱力學第一定律的兩套符號的掌握有困難，經常混淆教材提供的兩個公式。這種情況下，教師就應在課本的基礎上，進一步完善教學方法。例如授課時可以在教材提供的知識點的基礎上進一步延伸，將熱力學第一定律在形式上概括總結成：體系內能的增加等于體系增加的能量（Q）減去體系消耗的能量（W）。當假設體系從環境吸入熱量時，公式中的Q自然就為正；而當環境從體系吸入熱量時，Q自然就為負；同理，體系對環境做功，W為正，環境對體系做功，W為負。關于Q和W數值的正負號選取時只要注意下列原則即可：實際發生的情況和定義一致則取正，和定義相反則取負。例如當W定義為環境對體系做功時，若環境確實是對體系做功，則W的數值取正，否則W取負值；Q在數值上的正負號取法同W。這樣一來就避免了學生對公式中Q和W的正負號以及Q和W數值的正負號不能很好把握的問題，可以幫助學生更好地掌握并運用熱力學第一定律。

4.正確對待公式的記憶與推導。《工程熱力學》課程的公式比較多，學生反映記不住，而且有的公式在形式上相類似，很容易記混淆。其實要讓學生記住所有的公式一是不現實，二是也沒必要，這就需要在教學過程中理清哪些公式需要記憶，哪些可以根據記憶的公式現場推導。例如閉口系統能量方程的四個式子可以要求記憶，一是比較簡單，二是這四個式子非常重要，講解后面的知識點時需要用到。但理想氣體的各種過程（包括定容、定壓、定溫）中比熵的變化就不需要記憶，完全可以根據比熵的原始定義再結合閉口系統能量方程直接推導而得到，如果同學對基本概念和基本公式的掌握足夠熟練，對這些推導會形成條件反射，不需要借助草稿紙直接在腦海中就可完成整個推導過程。這樣無形之中就減少了很多公式的記憶，但需要用到的時候又能立刻得到。

5.采用現代化教學手段。隨著現代信息技術的發展，多媒體教學越來越廣泛地應用于教學領域。利用多媒體教學中圖像、動畫、聲音等元素的優勢，既進一步豐富了教學內容，又使教學過程更加形象生動，加深學生對知識點的理解，便于學生接受。例如在講解活塞式壓氣機的壓氣過程時，如果利用板書在黑板上講解壓氣過程，學生會感覺比較抽象，但如果利用flash制作的動畫來演示時，學生對壓氣機的壓氣過程就會一目了然，感覺更直觀，更加便于理解和接受。另外在講解壓縮過程、平衡態等一些相對抽象的過程和概念時，如果借助于多媒體技術也會起到事半功倍的效果。

6.注重學生工程意識的培養。全日制大學生一般對工程常識較缺乏[5]，針對這一特點，教師授課時可以以課程為載體，適時向學生介紹所學理論知識在實際熱工設備中的應用。例如授課時可以多舉一些例如鍋爐、熱水器、散熱器、渦輪機、壓氣機、噴管等典型熱工設備的例子，分析這些設備在實際工作工程中消耗的軸功、系統和外界交換的熱量、能量轉換關系等。通過分析這些實際工程設備的工作工程，能夠使學生掌握不同設備的能量轉換關系和特點，并了解在哪些情況下，可以將工程實際問題進行簡化，從而建立他們的工程意識。

《工程熱力學》作為眾多工程類專業的一門重要專業基礎課，學生接觸較早，對他們后續學好其他專業課會產生一定的影響。如何上好這門課，是每一位《工程熱力學》教師應仔細思考的問題。只有在教學實踐中不斷豐富和調整教學內容，不斷改革和探索教學方法和教學手段，才能達到較好的教學效果。

[1]印洪浩.基于建構主義理論的工程熱力學教學研究與實踐[J].航海教育研究，2007，（2）：53-55.

[2]王志軍，高保彬，宋文婷.工程熱力學緒論課的重要作用及其課堂教學設計[J].教育教學論壇，2012，（9）：237-238.

[3]耿凡，王迎超.工程熱力學課程的研討式教學改革[J].中國電力教育，2013，（5）：76-77.

[4]蔣亞龍.熱力學第一定律的教學探討[J].時代教育，2011，（7）：6-7.

[5]秦萍，袁艷平，畢海權.工程熱力學傳熱學教學改革及教學法研究[J].制冷與空調，2012，26（6）：614-617.

G642.0

A

1674-9324（2014）04-0097-02

蔣亞龍（1977-），男，安徽新華學院副教授。