“工程熱力學”教學改革探索

方嘉　楊億　楊言

摘 要 針對工程熱力學這門課程在教學中普遍存在的學生興趣不大，教學效果不好的問題，結合近幾年的教學經驗，提出幾點較為有效的教學改革方法，主要包括突出重點難點，理論結合實踐，多媒體輔助教學，改變考核方式，改變課堂氣氛。實踐證明，以上方法能提高教學質量和考試通過率。

關鍵詞 工程熱力學 教學改革 教學手段

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.07.012

Abstract In view of the problems that students have little interest in the course of engineering thermodynamics， and the effect of teaching is not satisfying. In this work， combining with my teaching experience in recent years， the author proposed some effective reform methods. Mainly including making the focal points and difficulties stand out， combining theory with practice， multimedia assisted teaching， changing the method of examinations and change the atmosphere of class. It is proved by practice that the above methods can obviously improve the quality of teaching and the exam passing rate.

Keywords engineering thermodynamics; teaching reform; teaching methods

0前言

工程熱力學與傳熱學、流體力學是能源與動力工程的三大支柱課程，是今后在涉及能源特別是熱能的各領域中深入研究、創新的基礎。[1]工程熱力學課程從開課以來到現在已經有幾十年的歷史了，它是一門專業性很強的專業基礎課，長久以來，師生們對改課程都有“難教難學”的體會。如何提高教學質量，已經是擺在主講教師中的一個難題。本文首先分析了工程熱力學這門課程的特點和教學中的問題，然后再結合自己近幾年對這門課的教學經驗，提出了對這門課程教學的幾點體會。

1課程特點及教學現狀

工程熱力學課程具有以下四大特點：

特點1：課程內容多，包括定律，方程，熱力過程等。[1]工程熱力學的學習從課堂書本目錄看來主要有以下幾點內容：基本概念及定義，熱力學第一定律，氣體和蒸汽的性質，氣體和蒸汽的基本熱力過程，熱力學第二定律，實際氣體的性質及熱力學一般關系式，氣體與蒸汽的流動，壓氣機的熱力過程，氣體動力循環，蒸汽動力裝置循環，制冷循環，理想氣體混合物及濕空氣和化學熱力學基礎等。

特點2：公式多。如開口系、閉口系熱力學第一定律，熱力學第二定律，卡諾循環，理想氣體比熱容，理想氣體熱力過程綜合計算，濕空氣狀態參數等。而且同一個公式，在不同的應用背景下，還有很多不同的表達方式。

特點3：概念多。如熱力系統包括閉口系，開口系，絕熱系，孤立系，絕功系等;熱力過程包括定容過程，定壓過程，定溫過程，絕熱過程，多變過程等;氣體動力循環包括活塞式內燃機循環和燃氣輪機循環等。

特點4：圖表多。如理想氣體定容，定壓，定溫，絕熱，可逆多變過程圖;活塞式內燃機的理想循環圖，燃氣輪機裝置循環圖，壓縮空氣制冷循環圖，濕空氣的焓-濕圖等。

基于上述特點，這門課更多地偏向于公式推導和原理介紹。因此，大部分學生都感覺內容太多、太難，從而從上課初期便失去了學好這門課的信心。從期末考試結果看出，學生大多出現了基本概念不清，公式試用條件不清等問題，這和課程內容的邏輯嚴密性、結論抽象性有著密切的關系。在講課課程中，多提高學生們對這門課的興趣，從簡單到自主獨立思考難題，將本來枯燥的課程教學變得有趣生動。

2教學方法與教學手段改革

2.1? 突出重點難點

從內容上看，前面幾章是介紹熱力學的基本概念和理論，后面是介紹基本理論，和其他書籍內容一樣，大部分前面的理論是一個后面學習的基礎，而之后的知識卻是基礎的升華和應用，前后相互關聯，形成了一個完整的體系。熱力學第一定律和熱力學第二定律貫穿了整個課程，是這門學科的重點和難點，所以也需要花大量的時間來講解。熱力學第一定律揭示了能量在其傳遞和轉變時，必須遵守的守恒定律。而熱力學第二定律研究了熱力過程的方向性和可行性。故而需要讓學生理解本課程主要內容之間的內在聯系，使學生能夠系統地掌握正確的熱力學分析方法以及本課程的重要知識內容。在課堂開始之前，先把課程內容安排和上課的進度規劃告訴學生，讓學生能夠預先了解課程的重點難點在哪些地方，應該著重注意哪些地方。可以讓學生在學習前有一個大致的了解，可以知道在講哪些章節的時候應該集中注意力或者預先安排預習計劃以至于可以更好的在課堂上學習理解。在講解的過程中需要注意學生的疑點和難點，適當的和學生進行交流溝通，鼓勵學生大膽提問積極思考，做到因材施教，針對每個學生的不同狀況，進行針對性的講解。面對某些學生會一知半解的抽象概念時，例如開口絕熱系和熱量等的抽象性名詞，應該做到單獨提出來聯系生活實際或者借助多媒體輔助進行額外的講解。在課下也可以多與學生溝通交流，了解哪些知識點是還沒有完全消化掌握的，哪些是已經能夠理解思考的。對于一些大多數人的疑點難點在下一節課再拿出來與學生講解，而于小部分的學生所不懂的可以課下多與其探討，幫助他們理清思路，能夠自主思考解答。

2.2? 理論結合實踐

當學習的內容與學生已有的知識和生活經驗聯系時，能激發學生解決問題的興趣。[2]在教學中，緊密聯系生活實踐，可以激發學生的學習積極性。如講到水蒸氣性質的時候，可以講一下為什么在黃龍高壓鍋煮的飯不容易熟;講內燃機循環時，舉例講講內燃機的原理，尾氣處理等當下常見的科研問題。講濕空氣時，可以聯系露水、結冰等自然現象。將很多基本的理論知識與人們生活所熟悉的現象聯系起來時，可以很大程度地提高學生對這門課程的興趣，還可以幫助學生提高發散思考的能力。因為工程熱力學是一門內容多并且分散的課程，作為老師，應該學會有序的串聯各部分的內容，將他們聯系起來，通過對工程熱力學知識體系的研究和分析，可以發現其實每個內容和部分之間有明確的脈絡和主線，因此要著重結合生活實際給學生們講解主線上的內容，熱力學基本定律貫穿全書，可借助生活中的實際事例來增加學生的感性知識，從而加強對理論知識的理解和運用。在教學中，這樣的教學辦法通常可以通過向學生提出問題的方式來進行，也可通過典型的實物道具或簡單安全的小實驗來幫助學生們理解。這樣也可以避免在教學過程中，學生只會使用公式解題而不會應用相應原理解釋生活的情況。

2.3? 多媒體輔助教學

近年來，隨著互聯網技術的高速發展，多媒體技術（PowerPoint、圖片、動畫等）成為了教學過程中非常重要和便利的工具。[3]由于工程熱力學概念多、公式多、圖表多等特點，純理論教學沒有生動有趣的畫面，也沒有能吸引人的場景，往往教學效果不佳。特別是一些抽象的圖表，采用多媒體技術可以顯著的節約板書時間，同時還能調動學生的學習興趣，能使得抽象的概念問題具體化。但是對于一些復雜的公示推導，比如開口系第一定律，還是可以用板書的形式教學，這樣一來可以提高學生對知識點的重視程度，二來可以更加清楚的了解知識點之間的邏輯關系。通過多媒體，在時間充裕的情況下，還可以從網絡上播放一些課程相關的小視頻，有時口頭表述不清楚的情況，可以通過視頻播放形式來了解具體的動力裝置、制冷裝置的工作過程，使教學過程顯得更加生動有趣，學生們的興趣也更加濃厚。通過課件和教材相結合的教學方式，調動學生的興趣，有利于加強學生對工程應用的理解和分析，從而對工程熱力學在生活中的應用能有一個更加清晰的理解。而老師對于PPT的細節制作也可以用些心，一些課外發散的內容或是講課過程中所需提及的人或物，可以用圖片加文字的方式呈現。或者偶爾插入一些音樂也可以讓長時間高度集中精力的同學們可以舒緩一下自己，調節一下氣氛。而教學內容則應是簡明扼要，關鍵地方著重指出，公式定理也要在顯眼的地方，對于自己上課所要用到的PPT也應該要對其內容和順序有個了解。雖然上課可以借助PPT幫助教學但是不能完全依賴它的能力，比如一些純公式推導和計算題的解答過程，相比于在多媒體上投影出來的步驟而言，在黑板上一步步的板書和講解更容易讓學生能夠聽明白，這種時候就應特別注意與板書相結合著講。使用多媒體技術上課還有一大優勢就是可以讓同學們在下課時拷貝上課的學習內容，在不理解和有困難亦或是上課沒有聽清楚沒有記好筆記的地方能夠自己再學習一遍，學生在課下可以有足夠充足的時間自己學習，這些能夠自己理解掌握的知識點也可以不用再次去詢問老師，一是合理節約了彼此的時間，二是鍛煉了學生自主學習思考的能力。

2.4? 改革考核方式

考核方式是引導學生認真學習的重要方式，只是學生學習結果的檢驗標準。目前我校對工程熱力學的考核是閉卷考試，這種方式很難考核學生對本課程的掌握程度，也很難讓學生對本課程產生興趣。因此，我建議考核采用平時大作業，小測驗及考勤加期末閉卷考試等綜合給出學生成績。此外，考試中還可以增加一些附加題，這樣可以讓學生們盡量拿到更多的分數，也達到分層次培養的目的。將對于改變教學方法，改變考核方式可以更大的激發出學生對這門課程的激情。考核方式很多學校借用了期中小論文的考核方式，通過完成小論文，一方面可以加深學生對熱力學基礎理論和體系的理解，另一方面又培養了科技類文章的寫作能力，鍛煉了自己的文筆和思維的能力。小論文這種考核方式也是很多學生感興趣且重視的環節，選題可由學生自主選擇，這樣也能使學生了解到工程熱力學在生活中的具體應用和原理，而不是只傳授了書本知識。在教學過程中，很多同學基礎并不是在同一個起跑線上，在出試卷的過程中，設計附加題的目的就是使學習能力強、基礎好的學生在平時學習過程中能夠體會到學習這門課的快樂，也可讓學習能力較差的學生體會到思考的樂趣，而不是知識的死記硬背。

2.5 改變課堂氣氛

在課堂中可以適當引入一些生動的例子，這些有趣的細節不僅可以調節一下課堂氣氛，還可以拉近師生關系，讓課堂不再是那么緊張古板的氣氛。如果教師講臺上面講得口干舌燥，下面的學生卻或埋頭專心于自己的事情，或與旁人談笑風生，自然也達不到傳道授業的目的。而過度的詼諧與幽默固然可以使學生樂于聽講，然而課堂卻不是一個娛樂頻道。能吸引學生注意的并不僅僅只有笑話和故事，還有這種能讓學生想要收獲的知識。而想讓學生能夠有所收獲，老師應做到不僅僅是傾囊相授，更應努力能讓講臺下的同學們感受到學科的魅力與奇妙，能夠自主自愿自發的去學習去理解，這樣學習的效率不可謂不大大地提升。而這就得要求授課的老師也同樣深深地喜愛自己所教授的內容，在課堂上，不再照本宣科或是直接勾畫考試重點，而是按照自己的思路想法來備課，能夠發散思維舉例總結。講授的知識點也應準確合理的，不能是錯誤和過時的。而滿足這些條件，讓學生覺得不錯的課程，對老師的專業知識，思維能力，教學能力都有極高的要求;對學生自身的條件也有一定要求，如果學生自己沒有自發想要學習的想法配備再好的老師也是無濟于事的。

3結論

工程熱力學是一門基礎課，也是一門必修課。本文首先總結了這門課程內容多、公式多、概念多、圖表多的特點，然后通過突出重點難點，理論結合實踐，多媒體輔助教學，改變考核方式，改變課堂氣氛等方式探討了教學改革措施，教學實踐中發現這些措施有利于提高學生的積極性，從而達到提高教學效果的最終目標。

參考文獻

[1] 莫松平.“工程熱力學”課程教學改革探討[J].廣東工業大學學報（社會科學版），2010（7）：147-149.

[2] 吳世鳳.工程熱力學課堂教學改革的幾點體會[J].教育教學論壇，2012（S2）：64-66.

[3] 吳建松，秦躍平，楊小彬.“工程熱力學與傳熱學”教學內容和方法優化[J].課程教材改革，2014（23）：41-43.