淺談“工程熱力學(xué)”的幾點教學(xué)體會

肖佩林

摘 要：“工程熱力學(xué)”作為動力工程、機械工程、化學(xué)工程、電力工程等領(lǐng)域?qū)I(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有難教難學(xué)的特點。對于學(xué)生來說，不管是工作還是考研繼續(xù)深造，學(xué)好這門課都非常重要。筆者結(jié)合執(zhí)教四屆熱能與動力工程專業(yè)學(xué)生“工程熱力學(xué)”的經(jīng)歷，闡述提高“工程熱力學(xué)”教學(xué)質(zhì)量的幾點體會。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；熱能與動力工程；教學(xué)體會

“工程熱力學(xué)”是動力工程、化學(xué)工程、機械工程、電力工程等專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。它不僅為學(xué)生以后學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課打下了基礎(chǔ)，而且是今后在涉及能源特別是熱能的各領(lǐng)域中深入研究、開發(fā)、創(chuàng)新的基礎(chǔ)?！肮こ虩崃W(xué)”本身有很強的應(yīng)用意義，作為專業(yè)基礎(chǔ)課，它還是熱能與動力工程專業(yè)很多后續(xù)課程如“鍋爐原理”“汽輪機原理”“熱力發(fā)電廠”等專業(yè)課的基礎(chǔ)。很多在電廠工作的學(xué)生紛紛反饋“工程熱力學(xué)”在實際工作中的重要性。此外，“工程熱力學(xué)”還是熱能與動力工程專業(yè)學(xué)生考研時的主要考試課程。所以不管本專業(yè)學(xué)生以后走上工作崗位還是在校繼續(xù)深造，“工程熱力學(xué)”都是很重要的一門基礎(chǔ)課程。筆者執(zhí)教四屆熱能與動力工程專業(yè)學(xué)生的“工程熱力學(xué)”，學(xué)生均反映該課程概念多、公式多、知識點瑣碎，不容易入門。經(jīng)過對幾年來教學(xué)經(jīng)驗和學(xué)生反饋的總結(jié)，筆者對“工程熱力學(xué)”課程的特點和知識體系及學(xué)生學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)的問題有了初步的掌握，現(xiàn)在具體梳理一下，為后面的教學(xué)工作打下基礎(chǔ)。

一、講好第一堂課，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

緒論是整本教材的一個框架，是學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)，所以說講好緒論對于接下來的課程教學(xué)至關(guān)重要。教師首先要介紹工程熱力學(xué)這門學(xué)科的意義，從字面上就把它分為“工程、熱、力”三個詞，即這是一門研究工程上熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換關(guān)系的學(xué)科，讓學(xué)生對“工程熱力學(xué)”有個基本的了解。然后利用多媒體技術(shù)向?qū)W生展示生活中和熱力學(xué)相關(guān)的應(yīng)用，如汽車內(nèi)燃機如何工作，冰箱如何制冷制熱，火電、核電電廠如何發(fā)電，火箭如何上天等來引導(dǎo)學(xué)生對“工程熱力學(xué)”的認識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“工程熱力學(xué)”的濃厚興趣。事實證明，緒論學(xué)好了，接下來的學(xué)習(xí)就會比較容易，學(xué)生就比較得心應(yīng)手，對學(xué)好這門課充滿信心。筆者選擇的教材是沈維道教授主編的《工程熱力學(xué)（第四版）》，該教材內(nèi)容由淺入深，由基礎(chǔ)到應(yīng)用，非常適合初學(xué)者?？偟膩碚f，內(nèi)容可由一句話來概括：一種工質(zhì)、兩個定律、三個方程、四個熱力過程、五方面應(yīng)用，然后進行解釋并與書中章節(jié)相對應(yīng)起來。一種工質(zhì)：理想氣體性質(zhì)及應(yīng)用（第三章）；兩個定律：熱力學(xué)第一、第二定律（第二章和第五章）；三個方程：能量守恒方程、質(zhì)量守恒方程、熵方程（第二章和第五章）；四個熱力過程：理想氣體定壓、定容、定溫及定熵過程（第四章）；五方面應(yīng)用：氣體和蒸汽管內(nèi)流動（第七章）、氣體壓縮（第八章）、氣體及蒸汽動力循環(huán)（第九章和第十章）、制冷循環(huán)（第十一章）、濕空氣和空氣調(diào)節(jié)（第十二章）。再強調(diào)課程前五章為基礎(chǔ)也是重點，后半部分為應(yīng)用，著重討論，在于運用前面學(xué)習(xí)的熱力學(xué)定律對具體循環(huán)和裝置分析。這樣便將一本書的知識脈絡(luò)梳理清楚，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)之前有一個整體的把握。

新時代的大學(xué)生個性比較突出，自我意識較強，第一堂課還應(yīng)該同學(xué)生從出勤、課堂紀律上約法三章，保證課程的教學(xué)效果。

二、合理設(shè)置問題，激發(fā)學(xué)生靈感，增強課堂課外互動

“工程熱力學(xué)”一大主要特點就是概念多、公式多，而且公式在不同場合表現(xiàn)形式不一樣。如果只是一味地灌輸概念和公式，學(xué)生難免不耐煩，學(xué)習(xí)效率低下。教師可以根據(jù)所要講授的內(nèi)容，適當增加一些與實際生活相關(guān)的科學(xué)問題，或者把要講的內(nèi)容概括成幾個問題，通過向?qū)W生提問，啟發(fā)學(xué)生思考，使其主動參與教學(xué)活動，增強學(xué)習(xí)的質(zhì)量與效果，同時培養(yǎng)其思考問題與解決問題的能力。例如，在講熱力學(xué)第一定律用于閉口系的能量方程時，可以提出問題：將廚房門窗緊閉，打開冰箱門，能否使廚房溫度降下來？對于這一問題，大多學(xué)生知道溫度不會降反而升高，但能用熱力學(xué)知識解釋的卻鳳毛麟角。通過教師引導(dǎo)，最后學(xué)生能自己列出閉口系能量方程，并學(xué)會分析室內(nèi)溫度變化。這一過程大大增加了課堂的吸引力，而且引導(dǎo)學(xué)生自己解決問題，記憶理解更深刻。討論完這個問題之后，學(xué)生往往還會自主分析空調(diào)降溫的原理，培養(yǎng)了獨立思考的能力和知識遷移能力。教師在課后要經(jīng)常與學(xué)生交流談心，為他們排憂解惑。師生間課后的良好互動可以延伸到課堂上，有利于提高教與學(xué)的效果。

三、利用網(wǎng)絡(luò)資源，強化教學(xué)效果，拓寬學(xué)生知識面

多媒體教學(xué)具有知識信息量大、內(nèi)容豐富生動、形象直觀的特點，能極大地調(diào)動學(xué)生聽課的積極性，有助于學(xué)生很好地理解和掌握所學(xué)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)的效率。但多媒體教學(xué)也存在課件內(nèi)容多、教學(xué)速度快、學(xué)生消化不好等問題。所以教學(xué)中應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活運用多媒體課件和板書，強化教學(xué)效果。如基礎(chǔ)理論部分的公式推導(dǎo)，應(yīng)以板書教學(xué)為主，再輔以多媒體課件進行復(fù)習(xí)，加深學(xué)生印象；或講習(xí)題時，以課件給出具體實例，節(jié)省抄題時間，再在黑板上進行講解。工程應(yīng)用部分則可較多采用多媒體課件，在講具體循環(huán)時，可以將實物圖片和原理圖同時展示出來，并用Flash動畫將其工作過程演示出來，使抽象的過程變得形象生動，這樣可使學(xué)生加深對工程應(yīng)用的理解，提高學(xué)生運用所學(xué)知識分析解決問題的能力。其次，可以通過視頻或幻燈片播放人類的用能歷史，并增加一些科學(xué)家的故事，可以拓寬學(xué)生知識面，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、理論聯(lián)系生活，培養(yǎng)實驗?zāi)芰?/p>

高等教育心理學(xué)研究表明：當學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生已有的知識和生活經(jīng)驗相聯(lián)系時，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和解決問題的興趣。在教學(xué)中，教師應(yīng)緊密聯(lián)系生活實踐，努力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如講到第三章水蒸氣性質(zhì)時，舉例為什么食物在高壓鍋內(nèi)容易煮熟而在高原上不易煮熟；講到壓氣機不同壓縮過程耗功量比較時，舉例在打氣筒外面包裹濕毛巾，打氣時有何感覺；講到濕空氣性質(zhì)時，舉例下雨前天氣悶熱，這時空氣接近什么狀態(tài)（未飽和還是飽和），為什么有露水、霜凍等自然現(xiàn)象。將基本理論與熟悉的生活現(xiàn)象聯(lián)系起來，增加了學(xué)生的感性認識，同時激發(fā)了學(xué)生的興趣。

實驗教學(xué)是工程熱力學(xué)教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、加深對所學(xué)知識理解的重要步驟。我校為本課程開設(shè)了兩個實驗：水蒸氣飽和壓力與飽和溫度關(guān)系實驗與空氣定壓比熱容測定實驗，以后準備增加噴管性能實驗。實驗單獨開設(shè)，由實驗室教師和理論課教師共同帶領(lǐng)完成。實驗前由理論課教師講述實驗?zāi)康?、實驗原理；實驗過程由實驗教師引導(dǎo)，理論課教師同時參與、全程指導(dǎo)，學(xué)生分組進行，確保每一位學(xué)生都動手操作，并完成實驗報告的撰寫。

五、加強習(xí)題練習(xí)，培養(yǎng)知識應(yīng)用能力

課堂上的重點知識要引導(dǎo)學(xué)生做筆記，并善于總結(jié)。課后的練習(xí)鞏固也是非常重要的。練習(xí)不宜太多，但一定要具有代表性，注重啟發(fā)學(xué)生思考?？梢圆贾靡恍┖蛯嶋H生活相關(guān)的題目，或者答案不唯一、方法有多種的題目，內(nèi)容不完全限于課堂上講授的知識。比如：“舉例說明熱力學(xué)原理對生產(chǎn)活動和日常生活的指導(dǎo)作用。”“朗肯循環(huán)中汽輪機做完功的乏汽不經(jīng)凝汽器放熱而直接進入鍋爐吸熱是否可行，且使循環(huán)熱效率更高?！钡谖逭碌牧?xí)題主要突出熱力學(xué)第二定律及卡諾定理的應(yīng)用，比如“用多種方法判斷一個循環(huán)能否實現(xiàn)”等。通過對這些題目的分析求解，學(xué)生的思維可由課本延伸到社會，再回到課本，而不是碰到問題就急于找公式亂套。這樣不但使學(xué)生鞏固了知識，而且使學(xué)生形成了思考問題的習(xí)慣，也活躍了學(xué)習(xí)的氣氛。

“工程熱力學(xué)”是一門經(jīng)典的、歷史悠久的專業(yè)基礎(chǔ)課，很多前輩和同行已經(jīng)就如何教好這門課做了很多有意義的探究，并且成績顯著。筆者只是總結(jié)教學(xué)中的幾點體會，與同行交流分享，并為后續(xù)的教學(xué)改進打下基礎(chǔ)。

參考文獻：

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