高等工程熱力學教學過程中的改革和探索

[摘 要]高等工程熱力學是工程熱物理及熱能工程專業研究生的學位必修課之一。該課程要求學生學習熱能和機械能相互轉換的規律，在初步掌握工質的熱力性質、熱力過程的計算和分析后，進一步學習工質的熱力性質、多組分熱力學、化學熱力學等相關內容。教學目的是提高研究生在相關學科的科學探索的能力?；诖?，文章在介紹課程的特點后，從教學內容的梳理、教學方式的探索、考核方式的改革等方面，探索課程教學的方法和措施，提高研究生的科研、創新和探索能力。

[關鍵詞]高等工程熱力學;教學方法;教學內容

[基金項目]2019年上海電力大學研究生核心課程建設立項“核心課程建設—高等工程熱力學”（YKJ-2019003）

[作者簡介]劉青榮（1976—），女，山東招遠人，工學博士，上海電力大學能源與機械工程學院副教授，主要從事分布式能源研究。

[中圖分類號] O551.3[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0146-02[收稿日期] 2019-09-27

高等工程熱力學是上海電力大學的工程熱物理、熱能工程方向的研究生的學位課之一。本門課程在本科工程熱力學熱功轉換理論的基礎上，進一步講授提高熱功轉換過程中的熱力學完善程度、工質熱力性質的表述、新工質研究、熱力系統的評價和化學熱力學等相關內容。該課程對能源的高效利用、節能和新能源開發都具有重要的理論價值和指導意義。

該課程的教學內容概念多且抽象，理論性強且覆蓋知識面廣。從多年的教學反饋來看，學生普遍認為理論難，課程內容與工程實踐聯系不緊密，因而學習興趣不高。而且，他們多注重知識的短期功利性，認為有用的就會深入細致地研究，而對于在短期內無法看到利益的學習則相對被動和消極。為了達到高等工程熱力學在教學過程中所應有的教學效果，必須開展相關的教學改革和探究。國內很多高校都在這方面展開了卓有成效的工作[1-2]?；诖耍疚氖紫瓤偨Y高等工程熱力學課程的特點，而后從教學內容的梳理、教學手段的探索和考核方式的改革等方面展開討論。

一、高等工程熱力學的特點

（一）內容多、理論強，教學難

該課程首先涉及熱力學基礎，包括基本概念，熱力學第一、第二定律，熵產和作功能力等內容;之后有流體工質的熱力性質，包括熱力學函數的一般關系式、實際氣體狀態方程、工質熱力性質的計算和推算;還有多組分系統的熱力學基礎，包括多組分單相混合物系統、多組分系統的相平衡等內容;另外還有化學反應和燃燒的熱力學、熱力循環、不可逆熱力學等內容。內容豐富、理論性強、理解難度高。學生在學習中很難與實際工程實踐相結合，學習目的性不明確，認為學了也對研究工作沒有幫助。而且大部分內容只是純理論，教師無法開展實驗教學，學生興趣被進一步抑制。

（二）高等工程熱力學的重要性

該門課程是能源與動力類專業研究生最重要的一門基礎課。其理論對能源的高效利用、熱力系統的評價和節能以及新能源的開發和利用都具有積極的指導意義。并且學生學好這樣一門理論性極強的課程，不僅僅是掌握了一門基礎課程，更多的是培養和鍛煉了自己發現科學問題，找出解決問題的思路、手段和方法等方面的科研能力。

二、教學方法的改進和探索

（一）教學內容的梳理

該課程的教材和參考書內容多、全面且繁雜，教師和學生都容易抓不住重點和核心。因此很多學校在開設該課程時，都會根據自己學校的學科歷史沿革和特點，梳理教學內容。上海電力大學是一所以電力為特色的綜合性大學，課程教學對象中有相當一部分會從事電力行業相關的工作。因此本校該門課程的主要內容如下：

熱力學基礎部分：講述基本概念，熱力學第一、第二定律等理論框架。主要是使學生能夠理解熱力學里的能量守恒和轉化、熵的物理意義、作功能力和火用損失等基礎理論。

純凈流體熱力性質：講述純凈物的熱力學共性、狀態方程的多種表述、熱力學基本關系式和純凈物熱力性質的計算，為學生在處理實際工質的熱力過程中提供一個解決問題的思路。

混合物系的熱力性質：講述混合工質的熱力性質的表述方法和如何借助純凈物熱力性質的計算方法來計算混合物系。主要涉及偏摩爾參數、逸度、逸度系數、活度和活度系數等概念。

化學熱力學基礎：講述涉及化學反應的熱力學基礎理論，包括反應熱、熱效應、生成焓、燃燒焓以及化學反應過程中的熱量和功計算的蓋斯定律和基爾霍夫定律，最后還涉及化學反應方向和平衡條件的判定和表述。

熱力系統的評估與分析：首先就熱力系統評價的第一、第二定律法展開討論，并簡要介紹熱經濟學評價的方法和概念。

（二）教學方式的探究

為提高研究生教學質量，培養學生科研創新能力，很多老師開展了相關的研究[3]。課程組在梳理了教學內容之后，必須改革教學方法，以適應研究生的學習和培養特點。

首先是多元化的教學方式。研究生的培養體現在“研究”上，不能將“研究”僅體現在學位論文上，對于高等工程熱力學這樣的基礎理論課程，更應采用探究式的教學方法。教師在課堂上需要講解理論知識，也需要側重于理論知識的實際應用，尋找相關工程實例讓學生展開討論和探究，使學生結合實際理解理論、在討論過程中提出問題，引導學生去思考、去解決問題，從而提高學生解決問題的能力。例如在講解熱經濟學評價的方法和理論時，就可在課程中引入熱電廠的電力和供熱成本的核算。

其次是多媒體教學和網絡教學的引入。高等工程熱力學教學中涉及的公式、圖表內容多，黑板板書的傳統教學無法滿足如此豐富的教學內容和信息的展示。而且，現在學生的計算機應用能力普遍較高，也為計算機輔助教學技術的使用奠定了堅實的基礎。多媒體展示使教學內容具有生動性、直觀性和簡明性。課程組以梳理后的教學內容為藍本并結合多本教材制作了多媒體電子課件。完成的電子課件具有教學內容層次化、前后銜接緊密、重要知識點明確、相關推導過程全覆蓋等優點，有利于學生對授課內容的深入理解。而且，利用多媒體展示，方便穿插各種演示圖片，加強學生對有關現象的感性認識。此外，網絡授課是深受大家關注的教學方式之一。對于像該課程這樣的內容多、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，這就需要學生課后反復復習、勤學勤練。為此課程組將相關演示案例以及主要內容的教學制作成視頻，放在網上，有利于學生反復觀看學習和復習回顧，從而避免了因一次講課學生無法全盤接受，而教師又無法對同一內容開展二次實際授課的問題，將教學拓展到隨時隨地都可進行。課程網站也設立提問板塊，這樣同學們可以隨時隨地提問，老師和學生可以展開解答和討論，從而活躍學習氣氛。

（三）考核方式的改革

以往課程的考核方式多以一張試卷決定成績，造成教師圍繞考試內容講，學生圍繞考試重點學，僅考查了學生的記憶能力，而不是綜合應用的能力。這在研究生教學過程更是需要避免的情況。為此課程組經過討論，決定將考核成績分為三塊，分別是課堂討論、大作業和期末考試，所占分數的百分比分別為20%、15%和65%。課堂討論由老師和同學共同為每位發言的學生打分，取其平均分。大作業由教師根據學生完成程度打分。參加期末考試的學生可以攜帶一張A4紙，將一些常用公式、定理等做記錄，從而使考試側重知識的綜合利用，而非重點公式的記憶。這樣學生將更注重學習的過程化，從而掌握課程的重點和難點。教師通過考核方式的改變，調動了學生的學習積極性和學習的興趣。

三、結語

研究生教學需要教師不斷探索和創新，使課程教學更加符合研究生的培養目標，所授內容貼合學科前沿的新理論、新知識和新方法。課程組在多年的教學過程中，不斷完善教學體系，探索新的教學方式，改進教學評價方法。希望通過對教學過程中經驗的總結和教學措施的實施，不斷提高教師的教學能力，使其緊跟學科發展前沿，并培養研究生的研究和創新能力。

參考文獻

[1]馬利敏，姬忠禮，劉強，尚琳琳.高等工程熱力學課程改革與實踐[J].中國教育技術裝備，2016（12）：101-103.

[2]張濤.高等工程熱力學教學改革初探[J].教育教學論壇， 2018（31）：242-243.

[3]徐曉斕，袁穎.關于改進研究生課程教學的幾點思考[J].寧波大學學報（教育科學版），2005（05）：74-75+143.