“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法和手段的探討

“工程熱力學(xué)”是研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)、熱能與其他能量之間相互轉(zhuǎn)換的一門工程基礎(chǔ)理論課程。作為熱能與動力工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，不僅為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(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，提高他們分析問題和解決問題的科學(xué)研究能力。為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，筆者從課堂教學(xué)和課外環(huán)節(jié)2個方面進(jìn)行了教學(xué)方法與手段的改進(jìn)。

1 課堂教學(xué)

“工程熱力學(xué)”的基本理論是從工程實際出發(fā)，采用抽象、概括、理想化和簡化的方法得出的。課程的主要特點是概念性強、知識點多、公式多、內(nèi)容豐富、理論抽象，同時具有很強的工程應(yīng)用背景，對還沒有接觸到專業(yè)課和工程實際的學(xué)生來說，本課程聽起來容易枯燥無味，做題又無從下手，一貫被學(xué)生認(rèn)為是熱能與動力工程專業(yè)較難學(xué)的一門課程。

一方面，筆者把重點放在基礎(chǔ)理論部分，使學(xué)生打好理論基礎(chǔ)。本課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著與基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁作用，因此在授課時，既要對所學(xué)基礎(chǔ)課進(jìn)行復(fù)習(xí)對比，便于學(xué)生接受新知識，又要密切結(jié)合工程實踐，為今后專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。

另一方面，筆者注意通過教學(xué)本課程，并結(jié)合本課程在工業(yè)、民用及高新技術(shù)領(lǐng)域的一些應(yīng)用實例，幫助學(xué)生加深對基礎(chǔ)知識的理解和形成良好的學(xué)習(xí)方法，以適應(yīng)知識從理論性較強向應(yīng)用性較強過渡，建立理論聯(lián)系實際的思維方式，了解并掌握一般的實際工程問題的模型建立和簡化方法，學(xué)會對復(fù)雜的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，抓住主要矛盾，摒棄次要因素。

1.1 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣學(xué)生的學(xué)習(xí)成績與對所學(xué)學(xué)科的興趣呈高度正比關(guān)系。激發(fā)大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對于提高教學(xué)水平，促使學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣有著極其重要的現(xiàn)實意義。在傳授知識的過程中，應(yīng)十分注意運用適合學(xué)生口味的生動形象的語言組織有趣的教學(xué)，使他們易于接受，感到學(xué)有所獲，從而不斷激發(fā)他們的求知欲望，增長他們的知識技能；強化學(xué)習(xí)目的，提高求知欲望；精心設(shè)疑，激發(fā)研究心理。在教學(xué)過程中精心設(shè)疑，例如在學(xué)習(xí)水蒸氣之前，提出“為什么溜冰冰刀能在光滑的冰面立住”和“有沒有500 ℃的水”等問題，引起學(xué)生濃厚的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生成為課堂的主角，營造活躍的課堂氣氛。

緒論課是本課程的引路石，對于培養(yǎng)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣十分重要。通過直觀、形象地講解熱力學(xué)的發(fā)展史、主要研究對象以及這門課程的廣泛實用價值及對后續(xù)課程的重要作用，使學(xué)生對這門課有一個全面、感觀的認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨后再介紹本課程的全貌，強調(diào)學(xué)習(xí)本課程對解決能源問題所具有的意義和其在人才培養(yǎng)中所處的地位與作用，結(jié)合能源這一全球關(guān)注的焦點，介紹我國的能源現(xiàn)狀及與發(fā)達(dá)國家的差距，使學(xué)生建立起強烈的責(zé)任感和強烈的求知欲望。

1.2 連線課程內(nèi)容，規(guī)劃所教知識學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程時，往往感到知識零亂，條理性不強。作為教師，要理清思路，將課程內(nèi)容圍繞能量的相互轉(zhuǎn)換與利用分為基本概念和基本理論、基本公式、能量轉(zhuǎn)換的介質(zhì)工質(zhì)的性質(zhì)和“工程熱力學(xué)”理論的工程應(yīng)用4個部分，使它們構(gòu)成一個有機的整體。

在講課過程中要注重溫故而知新，突出新舊知識的連貫性。首先和學(xué)生一起復(fù)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的回憶，然后緊緊抓住新舊知識間的共同因素，引導(dǎo)學(xué)生在復(fù)習(xí)舊知識的基礎(chǔ)上引出新知識，并從工程應(yīng)用的角度來加以論述和深化。在“工程熱力學(xué)”教學(xué)中，要始終貫穿節(jié)能觀點，向?qū)W生滲透節(jié)能的觀點和思想，做到在開發(fā)能源的同時注意環(huán)保，在利用能源的同時注意節(jié)能。

此外，在每章正文前，明確指出本章的教學(xué)目的、基本要求、重點和難點。每章之后簡短小結(jié)，并編寫一定量的例題、思考題和習(xí)題，讓學(xué)生通過積極地思考，活躍思維，調(diào)動學(xué)習(xí)熱情和鉆研精神。這樣既可以加強教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，又能使學(xué)生在學(xué)習(xí)時易于掌握重點，有的放矢。

1.3 改革教學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維敢于懷疑、善于創(chuàng)造是一切有成就人才的優(yōu)良品質(zhì)。學(xué)生長期在傳統(tǒng)觀念的約束下，已經(jīng)習(xí)慣了上課被動地聽教師講解，不去懷疑，教師灌輸什么就是什么。教師要改革老的教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生在教學(xué)過程中的積極參與，鼓勵學(xué)生“質(zhì)疑”，提倡學(xué)生獨立思考。在教學(xué)活動中，主動運用包括研究性和啟發(fā)式的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動地去思考、發(fā)現(xiàn)和探索問題，使學(xué)生成為課堂的主角。

采用啟發(fā)式教學(xué)，要摒棄全面講、滿堂灌的授課方式，把精講與指導(dǎo)相結(jié)合，系統(tǒng)講解與問答式講解相結(jié)合，教師講解與學(xué)生討論講解相結(jié)合。講授時，根據(jù)授課內(nèi)容，結(jié)合專業(yè)實際，經(jīng)常提出問題，引導(dǎo)學(xué)生分組討論、發(fā)表看法，啟發(fā)學(xué)生積極思維，如講解蒸汽動力循環(huán)章節(jié)時，可引導(dǎo)學(xué)生針對已學(xué)的卡諾循環(huán)和將學(xué)的朗肯循環(huán)加以比較，展開分組討論，幫助學(xué)生加深理解。在講到難懂之處，要有意識地留給學(xué)生思維余地，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考以及創(chuàng)新思維的能力。

“工程熱力學(xué)”是一門和工程實踐緊密結(jié)合的課程，尤其是部分章節(jié)直接針對實踐問題展開討論，如制冷循環(huán)。在教學(xué)過程中可以采用研究性教學(xué)法，創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情景和途徑，在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生在獨立的主動探索、主動思考、主動實踐的過程中吸收知識、應(yīng)用知識、分析問題、解決問題，活躍課堂氣氛，加強學(xué)生其他方面的素質(zhì)培養(yǎng)，如自學(xué)能力、動手能力、語言表達(dá)能力和人際交往的能力，以及科學(xué)精神、思維和做事方式的培養(yǎng)等。

1.4 注重學(xué)生工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng) 由于專業(yè)基礎(chǔ)課程大多為理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，內(nèi)容十分抽象，要使學(xué)生長時間保持注意力有一定困難。因此，教師應(yīng)具有較為豐富的實踐經(jīng)驗，并能將實踐與教學(xué)內(nèi)容巧妙結(jié)合。在教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)加強實踐環(huán)節(jié)和學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，即使進(jìn)行理論教學(xué)時，也注意理論聯(lián)系實際，注重工程應(yīng)用。如在濕空氣這一章中，“相對濕度”這一概念能較好地與生活相結(jié)合。教師在介紹完“相對濕度”的概念后，可以先提出如下問題：為什么陰雨天晾衣服不易干，而晴天易干？為什么冬季供暖期內(nèi)，屋內(nèi)氣候干燥？再引導(dǎo)學(xué)生運用概念加以分析討論。又例如在講述孤立系統(tǒng)熵增原理和做功能力損失這部分內(nèi)容時，可以增舉一個工程實例：大氣環(huán)境溫度為-15 ℃，為保持室內(nèi)溫度為20 ℃，需每小時向機房供熱8 000 kJ，現(xiàn)采用電熱器和熱泵2種方式供熱，分析比較2種情況孤立系統(tǒng)的熵增和做功能力損失。由實例分析和計算，使學(xué)生直接接觸基本概念，原理不再是枯燥空洞，而是富有工程背景和實用價值的理論，從而加深對這部分內(nèi)容的理解。同時從實例的比較中，他們自己領(lǐng)悟出一個道理：對能量應(yīng)從量和質(zhì)2方面綜合評價，才能真正找到節(jié)能途徑。

“工程熱力學(xué)”應(yīng)用章節(jié)的講述，更要注意將教材內(nèi)容和工程實踐有機地聯(lián)系起來。帶領(lǐng)學(xué)生參觀鍋爐房、實驗室，將制冷裝置循環(huán)與冷藏庫、家庭用的空調(diào)、電冰箱聯(lián)系起來，介紹濕空氣熱力過程在中央空調(diào)中的具體應(yīng)用、火力發(fā)電、集中供熱采暖等。這種有機的聯(lián)系可使課堂教學(xué)生動活潑，使學(xué)生真正理解所學(xué)知識和原理在實際運用中的重要性。

1.5 要充分利用多媒體進(jìn)行課堂教學(xué)和輔助教學(xué) “工程熱力學(xué)”作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，與工程實踐密切相連，需要有很多的工程問題作為背景，而課本中單調(diào)的文字?jǐn)⑹龊秃唵蔚膱D形說明，往往不能準(zhǔn)確形象地描述工程問題。CAI靈活的圖形、文字、聲音動畫等形式，可彌補教材表達(dá)形式單調(diào)的缺陷。但同時也要看到，多媒體教學(xué)容量大，畫面豐富，容易造成學(xué)生注意力不集中。學(xué)生不止一次地反映，采用多媒體教學(xué)速度太快，來不及做筆記，課堂理解快，課后忘得也快。而傳統(tǒng)的板書教學(xué)有它的優(yōu)勢，黑板重現(xiàn)力強，隨寫隨看，好的板書還有提綱挈領(lǐng)的作用，使本節(jié)課的重點一目了然。在教學(xué)時，教師應(yīng)“揚長避短”，把兩者結(jié)合起來，以板書方式為主，輔以多媒體課件。課件以生動、活潑的語言將抽象的東西具體化，結(jié)合一些常見的具體實例進(jìn)行分析，并根據(jù)課堂的實際和學(xué)生的接受能力，安排適當(dāng)?shù)闹v解、提問、啟發(fā)和點評，并留有學(xué)生思考問題的時間。如在講到蒸汽動力循環(huán)這一章時，充分應(yīng)用素材庫的多媒體動畫效果，讓學(xué)生直觀地看到鍋爐的爐膛、水冷壁管等；在學(xué)習(xí)制冷循環(huán)時，可以結(jié)合生活中常見的冰箱、空調(diào)等制冷裝置講解。這樣教學(xué)內(nèi)容更加形象具體，學(xué)生建立了對流程和裝置的感性認(rèn)識，再進(jìn)行理論分析和計算就顯得駕輕就熟。

2 課外環(huán)節(jié)

2.1 精選習(xí)題 演做習(xí)題是運用基本原理分析和解決問題的過程，也是鞏固所學(xué)理論，培養(yǎng)學(xué)生運用理論解決實際問題的能力的過程。作為教師，習(xí)題選擇至關(guān)重要，應(yīng)精選有代表性、富有啟發(fā)性、結(jié)合工程實際而且難度要適宜的習(xí)題。課程前期應(yīng)選擇有代表性的、分析性強的習(xí)題，課程后期應(yīng)選擇綜合性、工程性強的習(xí)題。例如：讓學(xué)生利用熱力學(xué)第一定律和第二定律的知識，綜合分析電冰箱、空調(diào)機、熱泵等裝置的工作循環(huán)和熱力計算，并討論掌握可用能的利用及節(jié)能的基本原則。對有些綜合性的題目，讓學(xué)生分組查閱書籍討論，確定方案，再拿到課上集體討論，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生來完成。

2.2 及時修改作業(yè)，做好課堂總結(jié) 督促學(xué)生完成作業(yè)，同時引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)完成部分教學(xué)參考書中的經(jīng)典習(xí)題。作為教師，要認(rèn)真批改全部學(xué)生的作業(yè)，并進(jìn)行作業(yè)小結(jié)，做到共性問題統(tǒng)一講，個性問題單獨批注。針對同一問題的多種解法，請不同做法的學(xué)生上講臺，講演自己的解法，由臺下學(xué)生評判。通過各抒己見，對比分析，最后達(dá)到“明辨是非”。教學(xué)實踐表明，采用這種做法，學(xué)生的解題方法明顯增多，學(xué)生的解題思路更加靈活。當(dāng)然，教師細(xì)致的輔導(dǎo)答疑也很重要。

3 小結(jié)

教學(xué)是一門藝術(shù)，需要教師源源不斷地投入。為了培養(yǎng)21世紀(jì)需要的高素質(zhì)人才，教師要轉(zhuǎn)變思想，創(chuàng)新理念，更新知識，與時俱進(jìn)，不斷提高個人素質(zhì)。