“工程热力学”教学改革探索
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作者:方嘉 杨亿 杨言
摘 要 针对工程热力学这门课程在教学中普遍存在的学生兴趣不大，教学效果不好的问题，结合近几年的教学经验，提出几点较为有效的教学改革方法，主要包括突出重点难点，理论结合实践，多媒体辅助教学，改变考核方式，改变课堂气氛。实践证明，以上方法能提高教学质量和考试通过率。
关键词 工程热力学 教学改革 教学手段
中图分类号：G642 文獻标识码：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
工程热力学与传热学、流体力学是能源与动力工程的三大支柱课程，是今后在涉及能源特别是热能的各领域中深入研究、创新的基础。[1]工程热力学课程从开课以来到现在已经有几十年的历史了，它是一门专业性很强的专业基础课，长久以来，师生们对改课程都有“难教难学”的体会。如何提高教学质量，已经是摆在主讲教师中的一个难题。本文首先分析了工程热力学这门课程的特点和教学中的问题，然后再结合自己近几年对这门课的教学经验，提出了对这门课程教学的几点体会。
1课程特点及教学现状
工程热力学课程具有以下四大特点：
特点1：课程内容多，包括定律，方程，热力过程等。[1]工程热力学的学习从课堂书本目录看来主要有以下几点内容：基本概念及定义，热力学第一定律，气体和蒸汽的性质，气体和蒸汽的基本热力过程，热力学第二定律，实际气体的性质及热力学一般关系式，气体与蒸汽的流动，压气机的热力过程，气体动力循环，蒸汽动力装置循环，制冷循环，理想气体混合物及湿空气和化学热力学基础等。
特点2：公式多。如开口系、闭口系热力学第一定律，热力学第二定律，卡诺循环，理想气体比热容，理想气体热力过程综合计算，湿空气状态参数等。而且同一个公式，在不同的应用背景下，还有很多不同的表达方式。
特点3：概念多。如热力系统包括闭口系，开口系，绝热系，孤立系，绝功系等;热力过程包括定容过程，定压过程，定温过程，绝热过程，多变过程等;气体动力循环包括活塞式内燃机循环和燃气轮机循环等。
特点4：图表多。如理想气体定容，定压，定温，绝热，可逆多变过程图;活塞式内燃机的理想循环图，燃气轮机装置循环图，压缩空气制冷循环图，湿空气的焓-湿图等。
基于上述特点，这门课更多地偏向于公式推导和原理介绍。因此，大部分学生都感觉内容太多、太难，从而从上课初期便失去了学好这门课的信心。从期末考试结果看出，学生大多出现了基本概念不清，公式试用条件不清等问题，这和课程内容的逻辑严密性、结论抽象性有着密切的关系。在讲课课程中，多提高学生们对这门课的兴趣，从简单到自主独立思考难题，将本来枯燥的课程教学变得有趣生动。
2教学方法与教学手段改革
2.1 突出重点难点
从内容上看，前面几章是介绍热力学的基本概念和理论，后面是介绍基本理论，和其他书籍内容一样，大部分前面的理论是一个后面学习的基础，而之后的知识却是基础的升华和应用，前后相互关联，形成了一个完整的体系。热力学第一定律和热力学第二定律贯穿了整个课程，是这门学科的重点和难点，所以也需要花大量的时间来讲解。热力学第一定律揭示了能量在其传递和转变时，必须遵守的守恒定律。而热力学第二定律研究了热力过程的方向性和可行性。故而需要让学生理解本课程主要内容之间的内在联系，使学生能够系统地掌握正确的热力学分析方法以及本课程的重要知识内容。在课堂开始之前，先把课程内容安排和上课的进度规划告诉学生，让学生能够预先了解课程的重点难点在哪些地方，应该着重注意哪些地方。可以让学生在学习前有一个大致的了解，可以知道在讲哪些章节的时候应该集中注意力或者预先安排预习计划以至于可以更好的在课堂上学习理解。在讲解的过程中需要注意学生的疑点和难点，适当的和学生进行交流沟通，鼓励学生大胆提问积极思考，做到因材施教，针对每个学生的不同状况，进行针对性的讲解。面对某些学生会一知半解的抽象概念时，例如开口绝热系和热量等的抽象性名词，应该做到单独提出来联系生活实际或者借助多媒体辅助进行额外的讲解。在课下也可以多与学生沟通交流，了解哪些知识点是还没有完全消化掌握的，哪些是已经能够理解思考的。对于一些大多数人的疑点难点在下一节课再拿出来与学生讲解，而于小部分的学生所不懂的可以课下多与其探讨，帮助他们理清思路，能够自主思考解答。 2.2 理论结合实践
当学习的内容与学生已有的知识和生活经验联系时，能激发学生解决问题的兴趣。[2]在教学中，紧密联系生活实践，可以激发学生的学习积极性。如讲到水蒸气性质的时候，可以讲一下为什么在黄龙高压锅煮的饭不容易熟;讲内燃机循环时，举例讲讲内燃机的原理，尾气处理等当下常见的科研问题。讲湿空气时，可以联系露水、结冰等自然现象。将很多基本的理论知识与人们生活所熟悉的现象联系起来时，可以很大程度地提高学生对这门课程的兴趣，还可以帮助学生提高发散思考的能力。因为工程热力学是一门内容多并且分散的课程，作为老师，应该学会有序的串联各部分的内容，将他们联系起来，通过对工程热力学知识体系的研究和分析，可以发现其实每个内容和部分之间有明确的脉络和主线，因此要着重结合生活实际给学生们讲解主线上的内容，热力学基本定律贯穿全书，可借助生活中的实际事例来增加学生的感性知识，从而加强对理论知识的理解和运用。在教学中，这样的教学办法通常可以通过向学生提出问题的方式来进行，也可通过典型的实物道具或简单安全的小实验来帮助学生们理解。这样也可以避免在教学过程中，学生只会使用公式解题而不会应用相应原理解释生活的情况。
2.3 多媒体辅助教学
近年来，随着互联网技术的高速发展，多媒体技术（PowerPoint、图片、动画等）成为了教学过程中非常重要和便利的工具。[3]由于工程热力学概念多、公式多、图表多等特点，纯理论教学没有生动有趣的画面，也没有能吸引人的场景，往往教学效果不佳。特别是一些抽象的图表，采用多媒体技术可以显著的节约板书时间，同时还能调动学生的学习兴趣，能使得抽象的概念问题具体化。但是对于一些复杂的公示推导，比如开口系第一定律，还是可以用板书的形式教学，这样一来可以提高学生对知识点的重视程度，二来可以更加清楚的了解知识点之间的逻辑关系。通过多媒体，在时间充裕的情况下，还可以从网络上播放一些课程相关的小视频，有时口头表述不清楚的情况，可以通过视频播放形式来了解具体的动力装置、制冷装置的工作过程，使教学过程显得更加生动有趣，学生们的兴趣也更加浓厚。通过课件和教材相结合的教学方式，调动学生的兴趣，有利于加强学生对工程应用的理解和分析，从而对工程热力学在生活中的应用能有一个更加清晰的理解。而老师对于PPT的细节制作也可以用些心，一些课外发散的内容或是讲课过程中所需提及的人或物，可以用图片加文字的方式呈现。或者偶尔插入一些音乐也可以让长时间高度集中精力的同学们可以舒缓一下自己，调节一下气氛。而教学内容则应是简明扼要，关键地方着重指出，公式定理也要在显眼的地方，对于自己上课所要用到的PPT也应该要对其内容和顺序有个了解。虽然上课可以借助PPT帮助教学但是不能完全依赖它的能力，比如一些纯公式推导和计算题的解答过程，相比于在多媒体上投影出来的步骤而言，在黑板上一步步的板书和讲解更容易让学生能够听明白，这种时候就应特别注意与板书相结合着讲。使用多媒体技术上课还有一大优势就是可以让同学们在下课时拷贝上课的学习内容，在不理解和有困难亦或是上课没有听清楚没有記好笔记的地方能够自己再学习一遍，学生在课下可以有足够充足的时间自己学习，这些能够自己理解掌握的知识点也可以不用再次去询问老师，一是合理节约了彼此的时间，二是锻炼了学生自主学习思考的能力。
2.4 改革考核方式
考核方式是引导学生认真学习的重要方式，只是学生学习结果的检验标准。目前我校对工程热力学的考核是闭卷考试，这种方式很难考核学生对本课程的掌握程度，也很难让学生对本课程产生兴趣。因此，我建议考核采用平时大作业，小测验及考勤加期末闭卷考试等综合给出学生成绩。此外，考试中还可以增加一些附加题，这样可以让学生们尽量拿到更多的分数，也达到分层次培养的目的。将对于改变教学方法，改变考核方式可以更大的激发出学生对这门课程的激情。考核方式很多学校借用了期中小论文的考核方式，通过完成小论文，一方面可以加深学生对热力学基础理论和体系的理解，另一方面又培养了科技类文章的写作能力，锻炼了自己的文笔和思维的能力。小论文这种考核方式也是很多学生感兴趣且重视的环节，选题可由学生自主选择，这样也能使学生了解到工程热力学在生活中的具体应用和原理，而不是只传授了书本知识。在教学过程中，很多同学基础并不是在同一个起跑线上，在出试卷的过程中，设计附加题的目的就是使学习能力强、基础好的学生在平时学习过程中能够体会到学习这门课的快乐，也可让学习能力较差的学生体会到思考的乐趣，而不是知识的死记硬背。
2.5 改变课堂气氛
在课堂中可以适当引入一些生动的例子，这些有趣的细节不仅可以调节一下课堂气氛，还可以拉近师生关系，让课堂不再是那么紧张古板的气氛。如果教师讲台上面讲得口干舌燥，下面的学生却或埋头专心于自己的事情，或与旁人谈笑风生，自然也达不到传道授业的目的。而过度的诙谐与幽默固然可以使学生乐于听讲，然而课堂却不是一个娱乐频道。能吸引学生注意的并不仅仅只有笑话和故事，还有这种能让学生想要收获的知识。而想让学生能够有所收获，老师应做到不仅仅是倾囊相授，更应努力能让讲台下的同学们感受到学科的魅力与奇妙，能够自主自愿自发的去学习去理解，这样学习的效率不可谓不大大地提升。而这就得要求授课的老师也同样深深地喜爱自己所教授的内容，在课堂上，不再照本宣科或是直接勾画考试重点，而是按照自己的思路想法来备课，能够发散思维举例总结。讲授的知识点也应准确合理的，不能是错误和过时的。而满足这些条件，让学生觉得不错的课程，对老师的专业知识，思维能力，教学能力都有极高的要求;对学生自身的条件也有一定要求，如果学生自己没有自发想要学习的想法配备再好的老师也是无济于事的。
3结论
工程热力学是一门基础课，也是一门必修课。本文首先总结了这门课程内容多、公式多、概念多、图表多的特点，然后通过突出重点难点，理论结合实践，多媒体辅助教学，改变考核方式，改变课堂气氛等方式探讨了教学改革措施，教学实践中发现这些措施有利于提高学生的积极性，从而达到提高教学效果的最终目标。
参考文献
[1] 莫松平.“工程热力学”课程教学改革探讨[J].广东工业大学学报（社会科学版），2010（7）：147-149.
[2] 吴世凤.工程热力学课堂教学改革的几点体会[J].教育教学论坛，2012（S2）：64-66.
[3] 吴建松，秦跃平，杨小彬.“工程热力学与传热学”教学内容和方法优化[J].课程教材改革，2014（23）：41-43.
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