《工程熱力學》課程教學改革探索

摘要：針對工程熱力學內容面廣、量大、概念抽象且難懂的特點，提出采用啟發式的教學方法，提高課堂教學效果;利用網絡課堂，加強與學生的交流;重視教學材料的選擇;改革課程考核方法等來提高課堂教學效果。

關鍵詞：工程熱力學;教學改革;探索

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）23-0090-02

工程熱力學是研究熱能與機械能之間相互轉換規律的一門學科[1]。由于在現代工業的各個生產領域中所遇到的大多數技術問題，幾乎所有的其他能量最終都是以熱能的形式耗散于環境之中，因此工程熱力學是能源動力類工科專業的一門重要的專業基礎課程。由于工程熱力學內容面廣、量大，概念抽象而晦澀難懂[2]，相當一部分學生學習起來有一定的困難。筆者從事工程熱力學教學十余年，發現每年工程熱力學的不及格率都比較高，如何讓學生更好地掌握工程熱力學的各個知識點，為后續專業課學習打好基礎，成為擺在工程熱力學教師面前的一大課題。

一、有效組織教學活動——巧設質疑問難，點撥另辟蹊徑

傳統的以教師為主體的“填鴨式”的教學方式忽視了學生的主體性、能動性，不注重發揮他們的積極性，因而這樣的教學過程是單向的。而啟發式教學就是尊重學生的人格和主體性，充分發揮學生的學習主動性、積極性，旨在培養學生的創造性，因而教學過程是民主的、雙向的。

1.啟發式提問。提問啟發式是指“真正揭示了事物的客觀矛盾，能夠形成問題的情境，引起學生積極地開動腦筋，主動地思考學習，從而獲得舉一反三的成效的提問方式。”[3]提問，重在“善誘”，貴在啟發學生心志，培養其思維，既不能“一語道破天機”，又不能讓人“望塵莫及”，所以要講究合理設問。因此在教學中實施啟發式提問時要注意幾點：第一，抓重點、難點提問，張舉綱目;第二，從學生實際出發，因地制宜，有目的地進行設問，所提問題既不過于簡單，又不太難，最好能讓學生“跳一跳才能摘到果子。”給予學生一點思考的空間和一些思辨的機會，所提問題才更有價值。如在講解“熱力學第二定律開爾文說法”時，書上的定義為：不可能制造出從單一熱源吸熱、使之全部轉化為功而不留下其他任何變化的熱力發動機。隨即提出這樣一個問題：“理想氣體進行定溫膨脹時，從單一恒溫熱源吸入的熱量全部轉化為對外作出的功。它似乎與開爾文說法矛盾，那么我們該如何理解呢？”如此設問使學生產生認識上的矛盾，激發學生探求的興趣，讓學生思考、爭論。在學生經過思考、回答后，教師可以講解“過程”和“循環”的區別，從而解決所提出的問題。再例如許多同學對“耗散掉的功”和“作功能力損失”這兩個概念搞不清楚。在講到孤立系統的熵增原理時，當孤立系統中發生了機械功經摩擦等不可逆作用而轉換為熱量時，這部分熱量被孤立系統內某個溫度為T的物體吸收，那么該熱量是否還具有作功能力？在課堂教學的實踐中，發現有相當一部分同學認為這部分耗散掉的功不再具有作功能力，它就是作功能力損失。經過同學們各抒己見和熱烈的討論后，教師可以做出總結：①若T>T0（T0表示環境溫度），那么理論上可以在T和T0之間放置一可逆熱機，這部分耗散熱仍可以回收一部分可逆功，此時“耗散掉的功”不等于“作功能力損失”。②若T=T0，也就是耗散熱如果全部被一個溫度與環境溫度相同的物體吸收，那么這部分熱量就不再具有作出有用功的能力，或者說作功能力喪失殆盡，此時“耗散掉的功”等于“作功能力損失”。通過啟發式提問，促進學生獨立、認真的思考問題，這樣對概念的理解就更為深刻。

2.對比啟發式。19世紀的俄國教育學家烏申斯基說“比較是一切理解和思維的基礎。我們正是通過比較來了解世界上的一切的。”工程熱力學中的概念多且抽象，在教學中運用比較法，不但可以引起學生的高度注意，促進積極思考，培養分析和鑒別事物的能力，還有助于學生全面、深刻的理解概念、原理。在講解工程熱力學第一章熱能動力設備時，以內燃機、燃氣輪機和蒸汽動力裝置為例分析了熱能動力裝置中能量轉換情況。從上述三種熱機的工作情況可以看出，它們構造不同，工作特性不同，但吸熱、膨脹作功、排熱對任何一種熱能動力裝置都是共同的，也是本質性的。熱力學第二定律指出在相同的溫限內，卡諾循環的熱效率最高。在講解第十章的“朗肯循環”時，需要把朗肯循環和卡諾循環進行對比，分析各自循環的利弊。在采用水蒸氣為工質時，液體在定壓過程中蒸發溫度和凝結溫度不變，因而就有可能進行定溫吸熱和定溫放熱。以蒸汽為工質時，理論上可以采用卡諾循環。但實際過程中往往不采用卡諾循環，主要原因如下：①在汽輪機膨脹末期，干度太小，不利于動力機的安全。②由于工質為兩相混合物，在壓縮過程中容易造成壓縮機工作不穩定。③由于卡諾循環限制在濕飽和蒸汽區，上限溫度必須在臨界溫度以下，因此即使采用卡諾循環，其熱效率也不高。由于以上種種原因，在實際循環中需要對卡諾循環進行改進，形成了現有的實際蒸汽動力循環的基礎——朗肯循環。通過卡諾循環和朗肯循環的對照，使學生對卡諾循環有了更為深入的認識，同時讓學生懂得實際循環不僅僅要考慮熱效率，還要注意設備運行的安全。

除此以外，還有技術功與膨脹功的比較，功和熱量的比較，正向循環和逆向循環的比較，等等。通過對比，不僅使教學由縱向向橫向展開而縱橫交錯，還可增強教學的關聯性和生動性。

二、努力轉變學習方式——利用網絡課堂，引入一泓清泉

1.通過網絡課堂方便學生自學。由于學生個體的學習能力存在差異，課堂教學難以滿足所有學生的學習要求。部分“尖子生”希望老師的教學內容再深入一些，而部分基礎較差的學生希望多復習、鞏固基本內容。利用網絡課堂，恰似引入一泓清泉，不僅可以很好地兼顧各類學生的需要，有效地輔助學生進行自主性學習;任課教師還可以把教學大綱、多媒體課件、例題、練習題答案、自測題等教學資料上傳至網絡課堂，并根據授課情況及時補充和更新。這樣學生可以根據自己對課程內容的掌握情況，自主地選擇學習內容，同時為部分學有余力的學生的進一步深造打下良好的基礎。endprint

2.通過網絡課堂加強師生交流。作為一門概念性很強的專業基礎課，任課教師必須要清楚學生對概念的理解怎么樣，而網絡課堂為師生交流架起了“橋梁”。利用網絡課堂可以進行網上答疑、網上討論，這樣可加強師生交流，方便師生雙方。如有學生在網絡課堂提出：經不可逆循環后，工質的熵變應大于零，理由是不可逆過程存在熵增。要回答這個問題，必須講清楚兩點：①緊緊抓住概念的定義，循環定義是指工質經過若干過程后，又回到原來狀態。②熵是狀態參數。既然起點和終點是同一點，那么熵變必然為零。網絡多媒體的信息為全開放的、多樣的，學生在網絡課堂上可以主動地與教師、同學建立雙向或多向的交流;教師也可以同時與一個或多個學生建立關系，進行個別指導或集體指導，課堂教學結構是互動的、網狀的，打破傳統教學的單一性。網絡環境為學生發散性思維、創造性思維的發展和創新能力的孕育提供了肥沃的土壤，通過網絡課堂的使用，實現了教學資源立體化、網絡化。

三、合理篩選教學材料——優化教學資源，借鑒他山之石

教材作為課程的核心教學資源，其重要性不言而喻。經過教研組研究討論，選用沈維道、童鈞耕主編的“工程熱力學”（第四版）作為主要教材，該教材是普通高等學校教育“九五”和“十一五”國家級規劃教材，根據教育部新制定的“高等學校工科本科工程熱力學教學基本要求”，并吸收了最新的熱工科技成果，也是首屆國家級精品課程主講教材。參考書主要推薦由西安交通大學何雅玲教授主編的“工程熱力學精要分析及典型題精解”，該書按照“工程熱力學”典型教材的章節進行劃分，每章均按照基本要求、基本知識點、公式小結、重點與難點、典型題精解、自我測試等6個環節來編寫，并對部分典型題給出具體的分析、解題過程，對于一題多解的例題給出不同的解法，目的是突出基本概念、基本原理，明確重點和難點，富有啟發性;同時結合工程實際，注重學以致用，培養其解決實際問題的能力。

四、實施多元評價方式——關注發展過程，提升綜合素養

在課程考核過程中，改變“一考定終身”的方法，采用學習成績累加式計分方法，重在育人。在十余年的工程熱力學教學中，本課程按如下比例總評成績：課堂出勤和表現占20%，實驗成績占15%，小論文成績占20%，期中考試成績占15%，期末成績占30%。實施該考核方法的目的是讓學生注重平時的積累，養成良好的學習習慣，改變學生“平時不學，考前突擊”的現象。

筆者通過不斷改變教學方法，提高課堂教學效果;加強師生交流;重視教學材料的選擇，深刻領會教材內容;改革課程考核方法等措施取得了良好的效果。但同時必須清醒地看到《工程熱力學》的教學改革是一項艱巨的任務，只有任課教師和全體學生的共同努力才能使《工程熱力學》的教學邁上新的臺階。

參考文獻：

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

[2]劉鴻，肖立川.工程熱力學課程教學方法探討[J].江蘇工業學院學報，2007，8（3）：103-105.

[3]靳乃錚.啟發式教學[M].西安：陜西人民出版社，1984：52.endprint