“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革研究

裘薇?朱群志?沈坤全?張?莉?劉青榮?段芮?李琦芬

摘要：工程熱力學(xué)是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的一門必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是部分學(xué)生繼續(xù)深造的理論基礎(chǔ)。文章闡述了對(duì)工程熱力學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)方法及手段改革的必要性，探討了改革所采取的一些措施，分析了改革的成效，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣又提高了教師的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)手段；教學(xué)改革

作者簡(jiǎn)介：裘薇（1976-），女，浙江臨安人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師；朱群志（1972-），男，浙江臺(tái)州人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（上海?200090）

基金項(xiàng)目：本文系上海市教育委員會(huì)重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：20105302）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）21-0062-02

工程熱力學(xué)是研究熱能和其它形式能量（特別是機(jī)械能）相互轉(zhuǎn)換規(guī)律以及提高能量轉(zhuǎn)換效率的一門學(xué)科，是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的一門必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生開(kāi)始接觸的第一門和熱能工程有關(guān)的課程。工程熱力學(xué)不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本技能，也為學(xué)生日后從事熱能利用、熱設(shè)計(jì)、熱管理和熱控制等方面的專業(yè)技術(shù)和科學(xué)研究工作打下必要的理論基礎(chǔ)。

近幾年，隨著學(xué)校的不斷發(fā)展，上海電力學(xué)院先后開(kāi)設(shè)了“熱動(dòng)卓越工程師班”、“電廠自動(dòng)控制”、“電廠測(cè)控”、“電廠核電”新專業(yè)和獲得了“熱能工程”碩士點(diǎn)的授予權(quán)。為了適應(yīng)新時(shí)期人才培養(yǎng)及“085工程”的需要，教師除了繼續(xù)承擔(dān)“熱動(dòng)專業(yè)”的“工程熱力學(xué)”教學(xué)任務(wù)外，還將面向“電專業(yè)”和研究生開(kāi)設(shè)不同層次內(nèi)容的工程熱力學(xué)課程，因此，為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要對(duì)“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法及手段開(kāi)展更高層次的研究工作。

一、教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握工程熱力學(xué)的基本理論和基本知識(shí)，受到較強(qiáng)的基本技能訓(xùn)練，能正確進(jìn)行熱力過(guò)程和熱力循環(huán)的分析和計(jì)算。教學(xué)方向定位于基礎(chǔ)科學(xué)理論與工程實(shí)際之間的橋梁，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。課程的特點(diǎn)是：將工程熱力學(xué)作為一個(gè)整體來(lái)組織教學(xué)，并借助于現(xiàn)代教育手段、密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)與專業(yè)課程，進(jìn)行完整、系統(tǒng)的教學(xué)。

二、教學(xué)改革采取的措施

教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革是服務(wù)于課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，它是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要措施?！惫こ虩崃W(xué)”課程的邏輯性很強(qiáng)，各部分內(nèi)容又交叉滲透，一環(huán)扣一環(huán)，而且概念抽象，是一門難教難學(xué)的課程，所以在教學(xué)的過(guò)程中，需要注意教學(xué)的方法和手段，使學(xué)生能較好又容易地理解教學(xué)內(nèi)容。

1.教學(xué)方法的改革

（1）開(kāi)展教學(xué)研討活動(dòng)，理解教學(xué)思路。通過(guò)開(kāi)展多次教師試講活動(dòng)，對(duì)本課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)方法等有比較清楚的認(rèn)識(shí)。教學(xué)目標(biāo)要從學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及職業(yè)發(fā)展的需求考慮?；A(chǔ)課不只是為后續(xù)課程服務(wù)，為專業(yè)的學(xué)習(xí)服務(wù)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)思維方式，提高他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的科學(xué)研究能力，使學(xué)生眼光遠(yuǎn)、層次高、后勁足。教學(xué)上需要控制教學(xué)內(nèi)容的難度。注意將教學(xué)內(nèi)容及習(xí)題的難度控制在適當(dāng)?shù)乃?，難度太大的習(xí)題，會(huì)過(guò)度加大學(xué)生的負(fù)擔(dān)，不提倡作為作業(yè)而布置。教學(xué)中需要清楚講述知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生的背景和來(lái)龍去脈，爭(zhēng)取用一條主線將各章節(jié)的內(nèi)容穿起來(lái)，避免對(duì)知識(shí)點(diǎn)的孤立講授，避免學(xué)生孤立地理解知識(shí)。教學(xué)中需要介紹本學(xué)科在工業(yè)、民用及高新技術(shù)領(lǐng)域的一些應(yīng)用實(shí)例，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)本門課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

（2）注重學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程教學(xué)過(guò)程中注意理論聯(lián)系實(shí)際，注重工程應(yīng)用。以往學(xué)生反映“孤立系統(tǒng)熵增原理和作功能力損失”這部分內(nèi)容抽象難懂。在教學(xué)中可舉一個(gè)工程實(shí)例：大氣環(huán)境溫度為-10℃，為保持計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)20℃，需每小時(shí)向機(jī)房供熱7500kJ。若采用三種方式供熱：（1）電熱器；（2）電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)熱泵；（3）溫度為80℃的熱水供暖，讓學(xué)生分析三種情況的熵增和作功能力損失。使用這種工程例子好處是：學(xué)生接觸的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和實(shí)用價(jià)值，可以使學(xué)生加深對(duì)這部分內(nèi)容的理解。同時(shí)從實(shí)例的比較中，學(xué)生自己也可領(lǐng)悟出一個(gè)道理：對(duì)能量應(yīng)從量和質(zhì)兩方面綜合評(píng)價(jià)，才能真正找到節(jié)能途徑。

講述教材內(nèi)容和工程實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系。例如：制冷循環(huán)的原理與制冷裝置、冷藏庫(kù)、家用空調(diào)、電冰箱的聯(lián)系，濕空氣的相關(guān)知識(shí)在空氣調(diào)節(jié)、電廠冷卻塔中的應(yīng)用，郎肯循環(huán)與火力發(fā)電廠實(shí)際循環(huán)等。通過(guò)介紹這種內(nèi)在聯(lián)系，使課堂教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)和原理在實(shí)際中運(yùn)用。

改變以往全部由教師做習(xí)題點(diǎn)評(píng)的方式，請(qǐng)學(xué)生上講臺(tái)講演自己的解題方法，其他同學(xué)評(píng)判和討論。通過(guò)各抒己見(jiàn)，對(duì)比分析，最后達(dá)到“明辯是非”。教學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：采用這種做法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的解題方法明顯增多，有些學(xué)生的解題思路相當(dāng)活躍。

鼓勵(lì)同學(xué)撰寫生活中應(yīng)用工程熱力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的小論文。指導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的熱力學(xué)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)思的創(chuàng)新性。通過(guò)這一環(huán)節(jié)使學(xué)生充分理解熱力學(xué)的方法，引起對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的濃厚興趣，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高科學(xué)素質(zhì)，并且學(xué)生與老師互動(dòng)、老師通過(guò)課外指導(dǎo)來(lái)因材施教。在2009年的試驗(yàn)過(guò)程中，絕大多數(shù)學(xué)生撰寫了相關(guān)論文，達(dá)到了預(yù)期效果。

（3）實(shí)行小班教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。自2009年以來(lái)工程熱力學(xué)課程教學(xué)班從原來(lái)兩個(gè)班分成三個(gè)平行班，每班不超過(guò)50人。從兩屆學(xué)生的教學(xué)效果來(lái)看，教師感覺(jué)小班上課紀(jì)律明顯好于大班，遲到和缺席現(xiàn)象減少，學(xué)生上課積極性較高，老師與學(xué)生互動(dòng)明顯增多，期末考試不及格率明顯減少。

（4）編寫課堂教學(xué)教案。為了保證不同教學(xué)平行班的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求以及教學(xué)進(jìn)度的一致性，對(duì)不同任課教師的教學(xué)起到規(guī)范和指導(dǎo)作用，課程組編寫了統(tǒng)一的電子教案。教案以每2學(xué)時(shí)為單位，明確了每個(gè)單位的教學(xué)目標(biāo)，細(xì)化了教學(xué)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)方法和手段給出建議，指出了教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)和重點(diǎn)，給出了主要英文詞匯，提出了學(xué)生課后學(xué)習(xí)的要求。教案編寫采用了簡(jiǎn)潔明了的表格形式。

2.教學(xué)手段的改革

（1）多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用。多媒體技術(shù)的應(yīng)用可以給教學(xué)、尤其是課堂教學(xué)注入活力。以沈維道編著、高等教育出版社出版的《工程熱力學(xué)》第四版為基礎(chǔ)，制作了適用于熱能動(dòng)力專業(yè)的工程熱力學(xué)課程（64學(xué)時(shí)）的電子課件。完成的電子課件包含了教材中全部章節(jié)的內(nèi)容，并增加了總結(jié)一章，使學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束后對(duì)本課程能有一個(gè)全貌。

通過(guò)采用先進(jìn)、形象的多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂教學(xué)圖文并茂，聲像結(jié)合，使學(xué)生多方位、立體化地形成認(rèn)知，形成了嶄新的多媒體環(huán)境下的課堂教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。

（2）改革考試方式。為了引導(dǎo)學(xué)生真正掌握基本理論和分析方法，重視能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)本課程的考、教分離，在目前十套題目的基礎(chǔ)上，教師根據(jù)課程的教學(xué)要求重新編寫十套試題，減少試卷被抽中的頻率。試卷庫(kù)中的試卷題目符合教學(xué)大綱的要求，內(nèi)容豐富、形式多樣、題型一致，試題表述清楚，要求明確，無(wú)偏題、怪題，難易得當(dāng)，能考核學(xué)生掌握知識(shí)以及應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行綜合分析能力的情況。期末集中統(tǒng)一流水作業(yè)方式閱卷，以客觀地評(píng)價(jià)授課質(zhì)量。學(xué)生的最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)綜合評(píng)定得出，平時(shí)成績(jī)與期末考試成績(jī)的分配比例是2∶8。平時(shí)成績(jī)包含作業(yè)、考勤、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?nèi)糠?，期末考試采用閉卷筆試形式，考試試卷從建立的試卷庫(kù)中隨機(jī)抽取。

（3）科學(xué)安排實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。注意充分利用實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，科學(xué)融合理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。在原有水蒸氣飽和溫度和壓力關(guān)系測(cè)定試驗(yàn)及噴管試驗(yàn)基礎(chǔ)上可以增加空氣比熱測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)理想氣體的熱力性質(zhì)和過(guò)程也有更好理解。利用實(shí)驗(yàn)鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容深化理解的目的；結(jié)合后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，深化理論知識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（4）課外學(xué)習(xí)、輔導(dǎo)環(huán)節(jié)。在課外學(xué)習(xí)中提供本課程教學(xué)課件、其他學(xué)校相關(guān)課程網(wǎng)站，輔導(dǎo)答疑屬于教師與學(xué)生的互動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生建議查閱參考文獻(xiàn)，而且在此基礎(chǔ)上將之分析、歸納、總結(jié)，并提出自己的見(jiàn)解，并通過(guò)與教師的交流，達(dá)到拓展專業(yè)知識(shí)的深度與廣度的目的。

三、結(jié)論

工程熱力學(xué)是一門概念理解難度較大的課程。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的改革，使教學(xué)內(nèi)容更貼近我校學(xué)生的實(shí)際狀況，更加注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)；通過(guò)教學(xué)手段的改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。通過(guò)“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法及手段改革的研究，不僅熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的每年級(jí)近150名學(xué)生受益，開(kāi)設(shè)“熱工基礎(chǔ)”課程的其他專業(yè)（電氣工程及其自動(dòng)化、電力工程與管理、自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器）近500名的學(xué)生也可以從中受益。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）