關(guān)于熱工基礎系列課程改革的建議

李廣華

（大連水產(chǎn)學院機械工程學院，遼寧大連116023）

熱工基礎課程，包括工程熱力學、傳熱學及工程流體力學3門課程；以研究熱能的利用、轉(zhuǎn)化及傳遞規(guī)律為基本內(nèi)容，該課程在工科許多專業(yè)的人才培養(yǎng)中占有重要的地位，近幾年來在機械類的各個專業(yè)中都相應開設了該課程，在大連水產(chǎn)學院的熱動專業(yè)、輪機專業(yè)及機械制造專業(yè)也均有開設。對于熱動和輪機專業(yè)來說，熱工課程的基本理論對學生后續(xù)的專業(yè)課程都有重要的支撐作用，對機械制造專業(yè)的鑄造、焊接中金屬融化，熱處理中的熱現(xiàn)象問題，機械加工過程中熱變形的控制問題，潤滑油的流動與滑油的數(shù)量等問題，有重要的實際意義。

經(jīng)過了數(shù)年的教學實踐，發(fā)現(xiàn)了教學上目前存在著諸多的問題，筆者認為有必要對課程的教學改革作深入探討和研究。

1 課程特點

1.1 概念繁多，容易混淆

僅工程熱力學部分中涉及的概念包括開口系統(tǒng)、閉口系統(tǒng)、絕熱系統(tǒng)和孤立系統(tǒng)；平衡狀態(tài)與準平衡態(tài)；準平衡過程與可逆過程、不可逆過程；容積變化功、推動功、流動功、有用功、軸功和技術(shù)功；理想氣體和實際氣體等等，這些概念的內(nèi)涵、外延、物理意義及概念間的區(qū)別及聯(lián)系等，都是需要準確理解和掌握的內(nèi)容。工質(zhì)的熱力性質(zhì)及熱力過程、理想循環(huán)和實際循環(huán)中的概念也為數(shù)不少。傳熱學與流體力學部分涉及的概念有穩(wěn)態(tài)過程、非穩(wěn)態(tài)過程、各種準則數(shù)、層流、紊流等等，概念繁多，且容易混淆。

1.2 公式眾多，難于記憶

熱力學第一定律就可以得到開口系統(tǒng)和閉口系統(tǒng)、總量表達式和微元表達式、準靜態(tài)過程和可逆過程的演化式等等不少于10個公式；熱力學第二定律中的克勞修斯積分不等式、過程和循環(huán)判據(jù)、熵方程及孤立系統(tǒng)熵增計算、可用能損失等；理想氣體部分涉及到理想氣體狀態(tài)方程、邁耶公式、理想氣體狀態(tài)參數(shù)計算公式、理想氣體各種過程方程及過程能量計算公式等數(shù)十個公式；實際氣體的熱力學一般關(guān)系式的形式更為復雜。在傳熱學中僅對流換熱一章經(jīng)驗公式就數(shù)十個，都是用于不同的應用條件，要想完全靠死記硬背記住這些公式，幾乎是不可能的，而將這些公式熟練應用則更加困難。流體力學的公式就更不用細數(shù)，而且公式中涉及的自變量較多。

1.3 內(nèi)容抽象，難于理解

熱工基礎課程中涉及到的很多概念都是抽象的，如熱力學能、焓、熵、有效輻射、角系數(shù)、溫度邊界層等，都是一些學術(shù)名詞或數(shù)學符號，在教學過程中很難列舉出栩栩如生的例子；與之相應的物理意思也不易理解，對于這些內(nèi)容的理解，更多地要依靠學生的抽象思維能力，因而學生掌握的效果不容易保證。

1.4 學時減少，課時緊張

近年來，國內(nèi)各高校逐漸減少熱工基礎課程教學課時，由最初的多門課分別上到合成一門課程，由原來的100多學時到現(xiàn)在的72學時，甚至是40學時，這樣的課時設置，給完成熱工基礎課程系統(tǒng)的教學增加了難度。如果再按照傳統(tǒng)的講述方式進行教學，其結(jié)果是很難想象的。

2 學生狀況

近幾年來，學生的學習狀況呈下滑趨勢，對大學生涯沒有規(guī)劃，對自身的定位不準確，受市場影響功利心理嚴重，認為基礎理論課程甚至是大學所開設的大部分課程，在今后的職業(yè)生涯中沒有用，工作中再去學習就可以，致使一部分學生并不想積極努力去獲取知識，而是消極被動的應付各種考試。

3 改革的方向和目標

3.1 端正學生學習態(tài)度

學生學習的問題，就其實質(zhì)還是必須要自身努力。目前有一部分學生自身思想態(tài)度不端正，認為來到學校混到文憑就可以，每天沉迷于游戲娛樂中。眾所周知，學習是任何人都不能替代的，只有自身的功夫到了才能獲取一定的知識，所以對學生的學習思想教育，也是很重要的事情，使其認識到在大學里學習的重要性，但對于大學生來講，必須由學校、院系、班導師和教師多個方面因素聯(lián)合，才能取得成效，是一個長期的過程。

3.2 提高學生學習興趣

熱工基礎課程是一門經(jīng)典的技術(shù)基礎課程，具有理論嚴謹、概念抽象、公式繁多等特點。學生在學習過程中，對熱工理論和相關(guān)專業(yè)之間聯(lián)系不十分清楚，學習興趣不高，普遍存在對這門課程的誤解，認為難學、難懂、難記而且沒有用武之地，導致學生學習十分被動，只是為了為應付考試而去學習，效果較差；教師在授課時，也處于較為尷尬的地位，該門課程在歷屆考試中及格率較低，教學效果不好。人們常說，興趣是學習的最好的動力，在今后的教學過程中，如何提高學生的興趣、學習的積極性和主動性，是值得探索和討論的一個重要課題。

3.3 能力培養(yǎng)

知識不等于能力。作為大學生培養(yǎng)方向，不僅僅要求其理解教材上的內(nèi)容，更重要的是培養(yǎng)學生自學能力及分析問題、解決問題的能力。熱工現(xiàn)象在生活中和工業(yè)領域處處可見，那么如何讓學生學會發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，才是我們培養(yǎng)大學生真正的意圖，所以如何培養(yǎng)提高學生的能力是熱工改革的重要方向。

4 改革措施

針對以上改革的目標和方向，為了提高學生學習興趣，鼓勵學生自主學習，培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新能力。提出以下改革措施。

4.1 熱工基礎教學與生活實際密切結(jié)合

任何理論均來源于生產(chǎn)生活，是自然現(xiàn)象和人類實踐活動的高度概括和升華，熱工理論也是如此。為了激勵學生學習的興趣，教師可以在課堂上適時地引入日常生活的實例，進行介紹和分析，讓學生了解熱工現(xiàn)象就在身邊，并且引導其發(fā)現(xiàn)周圍生活中的熱工問題，例如可以分析冬季溫室大棚的溫室效應，為什么高壓鍋要設置排氣閥，電冰箱和空調(diào)的制冷原理，超音速飛機是如何實現(xiàn)的，結(jié)霜、結(jié)露、下霧的原因，在相同溫度的水中和空氣中，人們感覺為什么不一樣，等等這些熱力現(xiàn)象。通過對學生的引導，讓學生感到熱工現(xiàn)象并不是遙不可及，從而提高學生學習的興趣。

4.2 與專業(yè)方向相結(jié)合

針對不同的專業(yè)，應結(jié)合不同專業(yè)方向的實例，進行案例分析，例如針對本院實際，可以有以下方案：

（1）機制方向案例。鑄造焊接過程中金屬的熔化、凝結(jié)傳熱問題，焊接與凝固過程中工件溫度場的預測；機械電子器件中的熱設計；機械加工中熱變形的控制與預測。

（2）熱動和輪機方向案例。汽車、船舶熱力發(fā)動機原理與設計；制冷空調(diào)原理與設計；船舶動力裝置的原理，鍋爐等動力設備的工作原理；熱工計量測試儀器儀表的設計開發(fā)，流量計，熱線風速儀；管路管網(wǎng)的設計。

在熱工理論的教學過程中，應始終把握理論聯(lián)系實際的教學思想，把握各個專業(yè)開設該課程的目的，重點突出熱工理論和專業(yè)相結(jié)合的思想，讓學生進一步體會本課程是與專業(yè)密切相關(guān)的，學有所用的，進一步增強學生的學習興趣。

4.3 基本概念、基本原理和基本過程的課堂教授

工程熱力學部分的概念較多，較為抽象，各章之間聯(lián)系緊密。經(jīng)過多年的學習經(jīng)驗和教學實踐發(fā)現(xiàn)，許多學生在學習時死記硬背，簡單地記憶公式和符號，在分析問題時僅僅簡單地套用公式而已，這是學習工程熱力學的大忌。在教學中，一定讓學生明白概念的實質(zhì)、基本定律的使用范圍及應用條件，真正領會其含義。傳熱學部分和日常生活、實際生產(chǎn)聯(lián)系緊密，利用基本概念和基本定律直接解決實際生產(chǎn)問題的較多。對于這部分內(nèi)容中公式的推導過程，可以一帶而過，只重點講述其物理意義，結(jié)合實際案例分析，免去學生看見復雜的公式推導所產(chǎn)生的畏難情緒。對于不同專業(yè)，可以精選不同內(nèi)容進行講述，與專業(yè)無關(guān)部分可作刪除處理。

例如，在講解工程熱力學部分關(guān)于功的概念時，一定要把技術(shù)功、容積變化功、有用功、推動功、流動功、軸功各個概念的內(nèi)涵和應用范圍以及它們之間的區(qū)別作重點講解，否則后續(xù)課程無法繼續(xù)。在講解傳熱微分方程式時，可以重點對各種形式的方程的物理意義作重點講解，其推導過程則簡要介紹即可。

另外，在授課過程中，注意課程的系統(tǒng)性，幫助學生理清教材的系統(tǒng)性。熱工學各門課程直接區(qū)別、聯(lián)系和側(cè)重點，各個章節(jié)之間的聯(lián)系。例如工程熱力學部分實際上分為4塊內(nèi)容：

（1）基本概念、基本定律。熱力學第一定律和熱力學第二定律，是課程所依賴的基本定律，是最基礎的內(nèi)容；

（2）基本熱力過程。定壓過程、定容過程、定溫過程、絕熱過程，是實際幾種典型的熱力過程的近似，是實際熱力設備熱過程分析和計算的基礎和依據(jù)；

（3）工質(zhì)的熱力性質(zhì)。水蒸氣和理想氣體，是熱力設備進行能量轉(zhuǎn)換的載體；

（4）各種熱機實際過程。動力循環(huán)和制冷循環(huán)等，都是熱力學知識在實際熱工設備中的應用。

在講授新知識時，要強調(diào)和前面已講過知識的區(qū)別和聯(lián)系，不斷的強化各個部分之間的聯(lián)系，使學生熟悉熱工學的研究思路，從全面角度審視問題，形成整體的知識體系，有利于梳理熱工學內(nèi)容。

例如，實際熱力設備的熱力過程部分，實際上應用是基本熱力過程的基本理論。在這一章里，主要是結(jié)合具體的實際過程，進行必要的過程簡化，得到理論循環(huán)，運用已講的熱力過程理論對循環(huán)進行分析，找出循環(huán)熱效率的影響因素和提高熱效率的可能措施。在講解時讓學生明白各個章節(jié)的側(cè)重點，這樣既復習了前面的章節(jié)，又明白了熱力學的研究內(nèi)容和研究目的。

4.4 對學生能力的培養(yǎng)

主要是指對學生分析問題和解決問題及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

在課堂上，盡管結(jié)合案例進行講解。但是畢竟上課時間有限，還要講解基本概念基本原理，為了培養(yǎng)學生思考問題、解決問題的能力，課后給學生布置大作業(yè)，分析沒有統(tǒng)一答案的問題，根據(jù)學過的基礎理論，經(jīng)過嚴密的證明或理論計算得到有用的結(jié)論，充分鍛煉學生研究問題的能力。

例如，可以讓學生自行分析工件在各種條件下進行熱處理所需要的時間，分析熱電偶的測溫誤差等。

4.5 考試的改革

在以往的教學過程中，對學生學習效果的評價，主要是通過課程考試來實現(xiàn)，存在評價目標單一、評價內(nèi)容片面、評價方法簡單化的缺陷。目前大部分學生臨近考試時，做突擊復習來應付考試，最終真正掌握的內(nèi)容并不多。作為教師教學的目的，主要是讓學生學會知識來解決實際熱工問題，而不僅僅是考試60分的問題。所以，筆者認為應該在評價標準方面做改進，督促學生學習。

教師在對學生學習的評價需要注意兩點：一是應以學生現(xiàn)實表現(xiàn)為主進行評價，重過程，重體驗，綜合評定學生學習過程中的學習態(tài)度、探究精神、創(chuàng)新意識、學習能力等；二是發(fā)揮評價的激勵作用，評價要起到鼓勵學生提出新觀點、積極實踐、勇于創(chuàng)新的作用。

為了體現(xiàn)學生是否對所學知識真正掌握和使用，克服學生為了考試而學習的弊端，使學生走出死記硬背的學習習慣，應探討靈活多變的考核形式，發(fā)揮學生的學習潛能。成績考核可以有以下方案：

（1）案例分析大作業(yè)成績?？己藨盟鶎W知識解決問題的能力。

（2）課程設計成績。主要針對熱動專業(yè)學生，要求綜合運用所學的理論知識設計一柴油機油冷卻器，保證每人一題，通過面試答辯來了解學生設計狀況，考核學生實際設計能力。

（3）考試成績。閉卷考試，主要考核學生的計算能力。

（4）熱力學命題論文成績。給學生較為自由的空間，通過查找資料對未知領域的探索和學習，考核實踐動手能力。

希望能通過多種考核方式，來評定學生的成績，有助于督促學生對基礎知識的掌握與鞏固，以及分析問題解決問題的能力和實際動手操作的能力。

5 結(jié)束語

通過講解熱工基礎課程，針對目前學生的現(xiàn)狀提出改革的目標和具體的措施，希望能夠與熱工界的同行進行交流和探討。

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