行業類高校“工程熱力學”教學質量提高方法探討

劉青榮 裘薇 段芮 張濤 朱群志

摘要：本文梳理了工程熱力學在電力行業類高校的教學過程中存在的主要問題，結合課程的理論體系、教學目的和教學要求，提出了切實可行的教學應對措施，并將其應用在實際的教學過程中，從而為提高教學質量提供保障。

關鍵詞：電力行業類高校;工程熱力學;教學措施

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）42-0182-02

工程熱力學是研究能量轉換，特別是熱能和機械能的相互轉換的規律和方法，以及提高能量轉化效率途徑的一門課程[1]。在基礎課、專業基礎課、專業課的培養體系中處于承上啟下地位。然而工程熱力學是一門邏輯性強，理論和概念多，內容交叉滲透，且概念非常抽象深奧的課程，會造成老師不易教、學生不易學，不易學深和學透的普遍現象。

上海電力學院是一所電力行業類高校。本校能源與動力工程專業學生的就業基本都是面向發電行業。而電廠本身就是一個將熱能轉換成機械能的熱能動力裝置，因此在本校的能源與動力工程專業培養過程，工程熱力學的教學更要針對學生的就業方向和后續課程而展開。

本課程組在教學過程中，針對教學中普遍存在的問題，提出應對教學措施，為在電力行業類高校中提高工程熱力學教學質量提供保障。

一、教學中存在問題

1.學生學習積極性不高。工程熱力學概念多、抽象、內容互相穿插滲透，學生在接觸該課程時，感覺不容易入門，不理解學習本課程的目的和意義，影響學生學好這門課的熱情和信心，因此學習積極性普遍不高。

2.理論體系不清。對初次接觸工程熱力學的學生，由于學習積極性不高，很難在課程學習過程中進行及時的復習，因此學生很難從宏觀的角度建立本門課的整體理論體系框架，不利于課程的整體理解和學習，影響學習效果。

3.基本概念不清。工程熱力學的系統、工質、理想氣體、實際氣體、過程、狀態參數、熵變、熵流、熵產等基本概念抽象，難以理解。例如很多學生會認為可逆過程熵變為零、不可逆過程熵變大于零，這里混淆了熵變和熵產的概念;對于狀態參數是狀態的函數的概念，不能夠引申理解狀態參數的變化只跟初終態有關而跟過程無關，并且在工質經過循環后狀態參數的變化量為零。

4.核心定律不理解。熱力學第一定律和熱力學第二定律是工程熱力學的核心定律。熱力學第二定律在人類的能源利用過程中的地位非常重要，是課程最重要的核心理論，但是學生對熱力學第二定律的理解不夠透徹和深入。很多同學無法理解熱力學第二定律揭示的過程方向性是能質降低的過程;能質的降低是由于熱力過程的不可逆性造成的，不可逆因素的存在產生了熵產，因此孤立系統在沒有質量交換和熱量交換而產生的質熵流和熱熵流的基礎之上，其孤立系統會由于不可逆因素的熵產而帶來熵變，因此孤立系統熵增原理也是熱力學第二定律的另外一種說法。

二、教學措施

1.講好緒論引導學習興趣。為了提高學生學習本門課的興趣，作為課程教學的第一課，緒論就顯得尤為重要，緒論課要達到如下目的：幫助學生認識工程熱力學的重要性，激發學生對新課程的向往和學習熱情，使學生產生學習的動力，從而主動學習。因此在緒論課中結合我校能源與動力工程專業學生就業多面向電力行業為引子，讓學生思考熱電廠的工作過程，引入課程的教學內容，指出其是后續專業課的基礎理論。

2.搭建知識結構。本課程內容多，各部分內容相對獨立又相互關聯。如果課程的理論框架不理解，在學習的過程中就會出現知識點分散，無法統籌理解和學習，從而達不到較好的教學效果。為此課程組參考相關教材和論文將工程熱力學的理論體系進行梳理，整理如圖1[2]。本圖點明了課程主要內容之間的聯系和作用。首先熱力學第一定律和熱力學第二定律是熱能與機械能轉換需遵守的定律;而實現熱能和機械能的轉換需要通過工質在裝置中完成循環，并在循環中發生狀態變化過程來實現的，即循環是由不同的熱力過程組成;同時由于借助工質完成能量轉換，則工質的熱力性質也是本課程的重要組成部分。

3.應用實例，加強概念和基本定律的理解。為了便于學生理解課程的概念，課程組在涉及到概念的講述時盡量避免對概念的平鋪直敘，而是注重對概念物理意義的解釋，引用工程實踐和日常生活中發生的現象來引出問題，分析問題，解析概念，引導學生積極思考。如在講授狀態參數時，以熱力發電廠的工質經過在鍋爐里吸熱，汽輪機做功，凝汽器放熱和給水泵升壓后完成一個循環又恢復到初始狀態，工質本身沒有任何變化，來讓學生理解狀態參數沿閉合路徑積分為零的概念;針對熱力學第二定律，舉熱力發電廠的例子。如單從熱力學第一定律的角度理解，電廠中最大的能量損失發生在凝汽器中水蒸汽凝結而被循環冷卻水帶走的熱量上。然而如從熱力學第二定律的角度來分析，循環冷卻水所帶走的熱量由于其溫度品位很低，其可用能損失非常小;鍋爐中爐膛溫度和水的平均吸熱溫度之間傳熱溫差很大，溫差越大，同樣的熱量在發生交換后可用能的損失越大的角度來分析出實際熱力發電廠的最大能量損失是發生在工質的吸熱過程中。這就解釋了不可逆因素是造成能質降低，產生熵產的原因。此外舉例熱力發電廠中必定有凝汽器的存在，從而工質需要將一部分熱量放給低溫熱源來說明將熱能轉換成機械能的能質提高過程必需由放熱這樣的能質降低的過程做補償。

4.多種教學手段的運用。（1）多媒體教學的引入。“工程熱力學”的基本概念和基礎理論部分內容較多，涉及的公式、圖表也比較多，傳統的“黑板板書”的教學手段不能夠很好地展示相關的教學內容和信息。近些年計算機輔助教學技術的發展，可以使我們的教學內容更具有生動性、直觀性和簡明性。而且很多教學改革和教學經驗類文章也指明了多媒體教學的重要性和直觀性[3]。為此課程組以教材為藍本制作了多媒體電子課件。完成的電子課件具有以下特點：教學內容詳盡，重要的知識點和推導過程全覆蓋，有利于學生對內容的深入理解;穿插各種演示圖片，加強學生對工程熱力學有關現象的感性認識;遞進性的電子課件播放，教師講到哪里，內容顯示到哪里，使學生能夠緊跟教師的講課思路。（2）加強實踐性教學環節。課程實驗是課程教學的重要部分，在課程的學習過程中利用實驗鞏固和加強所學的理論知識，培養學生的動手能力和運用所學知識進行實際問題的分析能力，實現對課堂教學內容深化理解的目的。課程的實驗包括水蒸氣飽和壓力和溫度關系，噴管實驗等，同時計劃引入二氧化碳pvt關系測定和空氣比熱測定的實驗。（3）網絡教學資源。對于工程熱力學這樣的內容多，難以理解的專業基礎課程，僅依靠課堂教學，學生通常不能很好地掌握，需要學生課后反復復習、勤學勤練。但通常書本內容枯燥無味，無人輔導，學生開展學習的阻力較大。基于此，利用現在網絡信息的便利性和學生的喜聞樂見性，課程組引入網上教學作為日常教學的重要補充與延伸，建立了本課程教學網頁。網頁信息主要包括：課程介紹、師資隊伍、教學文件、教學課件、教學錄像和互動交流等板塊。教學文件中包含教學大綱、教學進度表和課堂教學教案，使學生了解課程學習的要求、難點重點以及課程學習的時間安排。教學課件為上課中使用的多媒體電子課件，使學生在課后可利用課件回顧和復習課堂內容;互動交流為老師和學生提供課后學習交流平臺，學生遇到疑問可以在交流平臺上提出，老師和學生均可參與討論和解答，加深內容的理解。

三、總結

課程組在多年的針對電力行業類高校的“工程熱力學”教學過程中存在的普遍問題進行了剖析和總結，并就主要教學問題通過多年的教學實踐提出了相應的教學措施。筆者希望通過教學經驗的總結和教學措施的實施，不斷提高教學能力，緊跟行業發展前沿，使“工程熱力學”在電力行業類高校的能源與動力工程專業的教學效果上更上一層樓。

參考文獻：

[1]沈維道，童鈞耕.工程熱力學[M].第4版.北京：高等教育出版社，2007.

[2]侯少波，曾冬琪.“工程熱力學”本科教材體系的設想與教學實踐[J].中國電力教育，2011，（5）.

[3]裘薇，朱群志，沈坤全，張莉，劉青榮，段芮，李琦芬.“工程熱力學”課程教學改革研究[J].中國電力教育，2012，（21）.

Discussion on the Measures of Improving the Teaching Quality of "Engineering Thermodynamics" in the Industry University

LIU Qing-rong，QIU Wei，DUAN Rui，ZHANG Tao，ZHU Qun-zhi

（Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

Abstract：Firstly，the main problems of "engineering thermodynamics" in the teaching of energy and power engineering major in industry university of electric power are summarized. Then，according to the theoretical system，teaching objectives and teaching requirements of this course，this paper puts forward feasible measures to deal with these problems，and apply these measures to the actual teaching process，so as to improve the quality of teaching.

Key words：Industry university of electric power;Engineering Thermodynamics;Teaching measures