高等工程熱力學教學改革初探

張濤

摘要：高等工程熱力學在內容的深度和廣度上應高于本科工程熱力學教材，其改革重點是提高研究生的科研綜合能力。本文從教學內容、教學方式、課后溝通及考核模式方面給出了高等工程熱力學研究型教學方式的改革思路，有助于實現教師、學生的共同提高。

關鍵詞：高等工程熱力學；研究型教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0242-02

一、教學改革背景

高等工程熱力學是上海電力學院動力機械、工程熱物理等相關專業研究生的重點專業基礎課程。要求在本科已學工程熱力學的基礎上，從深度和廣度兩方面進一步學習熱功轉換的基礎理論和研究方法，尋求熱功轉化的最大化，同時結合實際工程或關鍵設備，掌握正確評價熱力系統及其能量轉換效率的方法[1]。

現新入學的研究生大多為“90后”，“90后”研究生大都為獨生子女，成長環境較好，獨立性較強，但也存在思想穩定性差、學習態度不端正、無危機意識及學習方法不科學等現象，給他們的科研學習帶來了較大問題。而目前中國社會處于社會轉型期，經濟發展及文化素養提升具有明顯的不匹配性，同時網絡的發展將功利主義和非理性主義的思潮擴大化，深刻影響著“90后”的世界觀、人生觀和價值觀，使得“90后”在躁動的同時增添了更多的功利性色彩[2]。

“90后”功利性的學習學風，再加上高等工程熱力學課程概念多、理論性強、覆蓋面廣的特點，采用傳統的教學模式，很難達到預期的教學效果。為此，國內一些院校在積極探索本課程的教改工作[3-5]。

研究型教學模式是指“教學與科研相統一”，使研究生在課堂上學習掌握一些科研技能，為后續開展科研課題奠定基礎，目前已有許多大學把科研引入研究生教學之中[6]。研究型教學模式強調對學生科研能力的訓練。學生的學習過程是獨立發現問題、分析問題、解決問題的過程，并在探究的過程中獲取知識、發展技能、培養能力。研究型教學與“90后”獨立性強的特點相契合。但研究型教學培養的是綜合能力，需結合多種考核方式來綜合評價教學效果。

二、研究性教學改革

（一）課程教學內容建設

現在已有的高等工程熱力學教材及參考書大都內容較多，但全面講解分析的很少，只能根據所在學校學科特點，講授其框架及精髓部分，梳理課程的教學內容及思路是教改中首先需要完成的工作。上海電力學院是以電力為特色的綜合性大學，因此本課程的教學內容也是為電力專業服務，側重熱功轉換過程中基礎理論的講授。主要包括熱力學基礎、純凈流體的熱力性質、多組分系統的熱力學基礎、化學反應及燃燒系統、熱力循環及其性能評價。各部分教學內容具體如下：

熱力學基礎部分：需要做好與本科階段課程工程熱力學的銜接工作。主要講述基本概念，熱力學第一、第二定律，重點是講解熵、有效能分析法。通過熵、有效能的講解引出平衡穩定的判據、功函數及 損的計算，加深基礎理論的學習及理解。

純凈流體熱力性質部分：重點講述熱力學基本關系式和麥克斯韋方程，指導學生合理設計實驗；深入講解實際氣體的狀態方程、工質熱力性質的計算及常用的熱力性質推算方法，使學生掌握實際流體的熱力學性質，從事相關方向研究的同學可以學以致用。

多組分系統熱力學基礎部分：重點講述多組分單相混合物、氣液兩相的相平衡，以及基于逸度、活度等參數的多元混合物的熱力性質計算；同時掌握偏摩爾參數在多組分單相混合物系統的實際應用。

化學熱力學基礎主要是著眼于熱力學系統的宏觀熱量變化，不考慮其微觀變化過程，這里主要講解化學反應過程中生成焓、燃燒焓的含義，同時結合蓋斯定律和基爾霍夫定律進行反應過程的計算及分析。另外，重點講解化學反應常數在實際應用中的指導。

熱力循環及其性能評價部分：一方面重點講述利用熱力學第一定律和第二定律？分析法評價熱力循環的能量利用效率；另一方面簡單講述更多與本領域相關的熱力循環，擴展學生視野。此外，在教學過程中，結合學校學科專業特色，以電廠中實際的設備如風機、換熱器等為例進行相關的熱力循環或熱力系統評價及優化的計算及分析。如有可能，可結合實際的工程改造案例進行分析講解，增強學生的代入感。

（二）教學方式改革

為增強實際教學效果，培養學生的綜合能力，同時與研究型教學相呼應，需在教學內容的基礎上，積極探索相適宜的教學方法。

1.學生PPT授課。熱力學基礎部分內容學生有本科階段的學習基礎，另外每個新章節核心內容引入之前的背景介紹相對簡單，以上內容可以以研究生授課，老師進行補充的形式進行。根據選課學生人數，將學生分成若干組。學生進行PPT授課過程中，學生與老師可對其授課內容進行提問，檢查其對授課內容的理解程度。同時評分由學生評分及老師評分兩部分組成，主要包括PPT制作、授課過程、內容精彩度等方面。PPT的制作過程是資料收集、整理、吸收、理解的綜合過程，PPT授課增強了學生的參與度，可有效融洽課堂氣氛，在培養學生團隊合作精神的同時鍛煉了學生的口才并提高了學生對授課內容的理解。

2.綜述論文。模擬研究生課題研究的方式進行綜述論文的寫作。要求學生根據自己課題組的研究方向，查找相關方向的關于熱力學系統的文獻，并完成文獻綜述。學生在文獻查閱過程中，可及時了解學科前沿動態；綜述論文的寫作可鍛煉學生分析、理解及歸納能力。綜述論文要求格式正確，內容能夠反映所在課題組的研究方向，并且內容豐富，具有一定的前沿性及前瞻性。綜述論文的寫作貫穿于整個學期，一般是學期初布置下去，中期可以交一個初稿給授課老師，之后按照授課老師給出的意見進行適當的完善修改。

3.增強課后溝通。課后溝通是教學的重要補充，要善于引導研究生與授課老師之間的思想碰撞及交流。隨著社會信息化及網絡化的發展，借助網絡增強課后溝通是新時代教學的要求。微博與微信具有成為教育載體的可能性和必要性。微博、微信具有“及時、互動、輿論多元”等特點和優勢，可以借助微博、微信強大的傳播功能深化課后教育及溝通。授課老師可隨時將與本課程相關的內容或是文獻分享給同學們，并與研究生進行交流和溝通。

4.考核方式。高等工程熱力學期末的考核方式以閉卷考試為主，主要原因是由于高等工程熱力學更注重基礎理論，公式推導及演變多且復雜；工程應用部分涉及的復雜公式和工質熱力性質圖表也相對較多。死記硬背公式及圖表會消耗掉大量的時間，學生很難理解，更難靈活運用，這使得閉卷考試的命題范圍受到了很大限制。此外，研究生的培養更注重其借助已有的工具分析問題、解決問題的能力。死記硬背這些公式對其后續的科研并沒有很大的幫助，同時也與研究生的培養目標相違背。

本課程的考核根據教學內容和教學方式，采用半開卷+文獻綜述論文+PPT授課+平時考勤相結合的形式，所占比例分別為50%、30%、15%和5%。半開卷是指學生可以攜帶一張不超過A4大小的紙，通過這種方式讓學生在平時上課及復習準備時更具有目的性，凝練課程的重點及難點。多種考核方式的綜合促使教師從教學內容的講解者變為學生認識、理解、掌握教學內容的引導者。同時多種考核方式的綜合給了研究生更多展示自己綜合能力的機會。教師在講課的過程中要不斷地提高自身的專業水平和教學水平，學生在學習過程中也不斷的積累專業知識及科研技能，實現老師、學生的共同提高。

三、總結

課程教學改革是研究生教育改革的重要組成部分，研究生教學時應加入科研技能的培養，同時研究生的教學過程應是老師與學生交流過程。教育教學改革要與按照以上方式進行高等工程熱力學課程改革之后，提高了對教師和學生的要求，教師需不斷學習以更好地教授、指導學生；同時考核方式多樣化，學生也可得到自身綜合能力的提升。

參考文獻：

[1]楊思文.高等工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，1988.

[2]呂斯思.“90后”研究生群體學生建設初探[J].現代物業旬刊，2013，12（3）：82-85.

[3]李曉明，張國磊，李彥軍.研究型教學方法在《高等工程熱力學》課程中的實踐[J].中國校外教育，2010，（24）：105-105.

[4]翟霄，陳叔平，余建平，等.研究型教學模式在高等工程熱力學課程教學中應用的探索[J].廣東化工，2014，41（20）：152-153.

[5]譚羽非.研究生高等工程熱力學課程教學中開卷測試的實踐探索[J].高等建筑教育，2006，15（1）：94-96.

[6]葉國榮，陳達強，吳碧艷.高校本科生教育中研究型教學模式探討[J].中國高等教育，2009，（3）：90-91.