工程熱力學(xué)課程教學(xué)方法改革與探討

摘要：結(jié)合教學(xué)實踐分析工程熱力學(xué)的教學(xué)不足，對該課程教學(xué)方法進行改革和探討。認為應(yīng)該從加強基本概念與核心理論教學(xué)，突出專業(yè)特色，注重培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力，加強與數(shù)理基礎(chǔ)學(xué)科的聯(lián)系，并在教學(xué)中運用多種教學(xué)手段，注重練習(xí)和考試等幾個方面的改革，為提高該課程教學(xué)效果提供參考。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；教學(xué)改革；探討

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）30-0053-01

當今能源、動力、機械、材料、航空航天、化工、生物（醫(yī)學(xué)）、軍事等眾多領(lǐng)域內(nèi)的許多科技進展都是直接或間接建立在熱工研究基礎(chǔ)之上，以熱科學(xué)理論為主要基礎(chǔ)之一的熱工研究對人類社會的可持續(xù)發(fā)展和高科技的發(fā)展有重要作用。[1]工程熱力學(xué)是研究能量轉(zhuǎn)換規(guī)律以及提高能量轉(zhuǎn)換效率的一門學(xué)科，是南昌航空大學(xué)（以下簡稱“我校”）飛行器工程類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，它不僅為學(xué)生以后學(xué)習(xí)有關(guān)核心專業(yè)課打下必備基礎(chǔ)，而且是今后涉及能源動力，特別是熱能的各領(lǐng)域中進行深入研究、開發(fā)、創(chuàng)新的基礎(chǔ)。因此針對飛行器類專業(yè)進行工程熱力學(xué)教學(xué)改革，突出專業(yè)特色，保證教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果對培養(yǎng)飛行器工程類專業(yè)高素質(zhì)的科技人才有十分重要的意義。

一、工程熱力學(xué)教學(xué)中的不足

工程熱力學(xué)課程主要包括基本理論和基本理論的應(yīng)用兩大部分，基本理論中包括基本概念、基本定律、工質(zhì)的熱力性質(zhì)和熱力過程等，基本理論的應(yīng)用包括各種熱力設(shè)備能量轉(zhuǎn)換過程等。[2]教學(xué)和考試中要把這些基本知識點都覆蓋，考試的情況就基本能反映課程整體的教改和教學(xué)情況。表1是我校飛行器工程類專業(yè)近兩年的考試成績分布表。

從學(xué)生考試成績分析，可以認為工程熱力學(xué)的教學(xué)基本情況是正常的，從學(xué)生答錯的題目分析，存在的問題體現(xiàn)出學(xué)生對工程熱力學(xué)的基本概念、基本理論理解不透徹以及缺乏理論聯(lián)系實際的能力。

二、教學(xué)方法的改革與探討

1.加強基本概念與核心理論的教學(xué)

隨著社會發(fā)展和教育觀念的改變，現(xiàn)在分配給專業(yè)基礎(chǔ)課程的總學(xué)時數(shù)較少，而工程熱力學(xué)的概念抽象，知識內(nèi)容多，這一矛盾對教師組織教學(xué)過程提出挑戰(zhàn)，也造成學(xué)生在學(xué)校工程熱力學(xué)中對基礎(chǔ)知識掌握得較薄弱，因此要優(yōu)化課程體系合理安排教學(xué)內(nèi)容。例如閉口系和孤立系，系統(tǒng)的平衡、均勻、穩(wěn)定，準靜態(tài)過程和可逆過程，理想氣體和實際工質(zhì)的狀態(tài)方程，狀態(tài)參數(shù)，過程與循環(huán)，熵和不可逆過程熵變，熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)第二定律等等這些重要的基本概念與核心理論需要在課堂上講透徹，舉例恰當，用語準確，否則學(xué)生就會對這些概念理解模糊而造成錯誤。例如很多學(xué)生認為工質(zhì)經(jīng)過可逆循環(huán)后熵變?yōu)榱悖?jīng)不可逆循環(huán)后熵變大于零，以至于學(xué)生在后續(xù)課程中如用航空發(fā)動機中的某一過程與整個循環(huán)的結(jié)論去比較。還有許多學(xué)生認為在任何溫度壓力下密度比熱容是一個定值，如此設(shè)置邊界條件進行航空發(fā)動機內(nèi)流體的數(shù)值模擬又怎么可能得出與實驗相接近的結(jié)果。熱力學(xué)第一定律實質(zhì)是能量守恒在熱現(xiàn)象中的應(yīng)用，而熱力學(xué)第二定律是說明能量轉(zhuǎn)換的方向性的，很多學(xué)生只能從能量守恒角度考慮問題，根本不能建立能質(zhì)差異的概念。這些基本概念基本理論對學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)分析解決問題非常重要，因此在基本概念與核心理論等內(nèi)容上一定要保證教學(xué)學(xué)時和教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生對概念有非常清晰的理解。

2.體現(xiàn)專業(yè)特色，注意培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的觀念

工程熱力學(xué)有很強的工程應(yīng)用背景，飛行器類專業(yè)后續(xù)核心專業(yè)課多是與航空發(fā)動機、燃氣輪機等氣體動力裝置相關(guān)，因此在基本理論應(yīng)用部分將壓氣機的熱力過程和氣體動力循環(huán)作為重點內(nèi)容講述，課堂舉例也應(yīng)選擇。比如計算壓氣機定熵過程功耗，計算燃氣輪機實際循環(huán)熱效率等，讓學(xué)生把理論和自己專業(yè)緊密聯(lián)系起來，明白所學(xué)的工程熱力學(xué)知識可以解決本專業(yè)的問題。而不是簡單地認為工程熱力學(xué)是一大堆理論和公式，在有限的學(xué)時內(nèi)突出專業(yè)特色，有助于培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的觀念和提高學(xué)生分析解決問題的能力。

3.加強與大學(xué)物理等基礎(chǔ)課的銜接

注重數(shù)學(xué)、物理知識在工程熱力學(xué)教學(xué)中的引導(dǎo)作用，強化學(xué)生熱力學(xué)中抽象概念、過程的理解和領(lǐng)會，加深對熱力學(xué)基本規(guī)律的認知和把握是有極大幫助的。[3]在學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)之前，學(xué)生們都學(xué)習(xí)了大學(xué)物理，要充分利用學(xué)生在物理課學(xué)習(xí)熱學(xué)部分的基礎(chǔ)。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理時并不會特別去注重熱學(xué)部分的學(xué)習(xí)，大多數(shù)同學(xué)包括大學(xué)物理考分很高的學(xué)生，在學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)時對物理中熱學(xué)的知識記憶模糊，無法完整正確地講述熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的基本內(nèi)容。因此可以在學(xué)生剛接觸工程熱力學(xué)時讓學(xué)生明白物理中熱學(xué)與工程熱力學(xué)的緊密關(guān)系，可以要求學(xué)生在課后復(fù)習(xí)物理課熱學(xué)部分內(nèi)容，預(yù)習(xí)即將上工程熱力學(xué)部分的內(nèi)容，這樣教師工程熱力學(xué)的課堂中講課的效果則會大大提高。

4.運用多種課內(nèi)外輔助教學(xué)手段

教學(xué)的現(xiàn)代化使得多媒體教學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高校各個學(xué)科，多媒體教學(xué)可以提供豐富的信息和資料。[4]在課件中把圖表以及不同理論模型和熱力設(shè)備運轉(zhuǎn)的小動畫用多媒體傳遞給學(xué)生，學(xué)生能夠更好理解能量轉(zhuǎn)換的抽象過程，并把注意力集中在課堂上。但是注意不能單純地把教材中的內(nèi)容搬到多媒體課件中，課件的內(nèi)容或文字過多，重點不突出，教師照本宣科等也會使學(xué)生對學(xué)習(xí)失去興趣，因此應(yīng)在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，利用好多媒體教學(xué)手段。課堂里的課件應(yīng)該突出重點難點，而其他具體內(nèi)容的表述，可以借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。例如我校的天空教室網(wǎng)絡(luò)平臺，可以把課程的教學(xué)大綱，教學(xué)資料，參考書，習(xí)題庫等放在天空教室網(wǎng)絡(luò)平臺上，引導(dǎo)學(xué)生利用課余時間去學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。只有課堂內(nèi)傳統(tǒng)教學(xué)手段與多媒體教學(xué)手段相結(jié)合，課外補充網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的各種資料，多種教學(xué)手段配合，才能使教學(xué)的效果達到最優(yōu)。

5.注重練習(xí)和考試

工程熱力學(xué)課程內(nèi)有許多應(yīng)用條件復(fù)雜的公式，例如開口系統(tǒng)能量方程就有穩(wěn)定和非穩(wěn)定的過程表達式和微分表達式。什么情況選用什么公式，只有通過多做練習(xí)，才能理解公式的內(nèi)涵和具體的應(yīng)用條件，才能提高學(xué)生分析解決工程實際問題的能力。考試是對學(xué)生掌握課程內(nèi)容程度的檢測，也是對教師教學(xué)效果的檢驗，師生都應(yīng)高度重視。考試成績能較客觀地反映學(xué)生對工程熱力學(xué)知識的掌握和應(yīng)用能力，教師應(yīng)該運用多種題型編制試卷，全面考察學(xué)生對工程熱力學(xué)知識和應(yīng)用的掌握情況，從而及時調(diào)整教學(xué)過程中存在的不足，引導(dǎo)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)，把基礎(chǔ)打扎實。

三、結(jié)束語

工程熱力學(xué)是一門經(jīng)典學(xué)科，是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的必須掌握的重要基礎(chǔ)。由于該課程有概念多、知識點多、公式多、應(yīng)用復(fù)雜的特點，對提高工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的研究是個長期的課題。本文僅針對我校飛行器工程類專業(yè)課程體系的教學(xué)改革并結(jié)合自己的教學(xué)實踐，通過嘗試以上教學(xué)方法的改革，希望能對提高本課程的教學(xué)質(zhì)量提供參考。

參考文獻：

[1]童鈞耕.工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革的幾點看法[J].中國電力教育，2002，（4）：70-72.

[2]沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]高蓬輝，張東海，馮偉，等.將基礎(chǔ)數(shù)學(xué)物理知識融入“工程熱力學(xué)”教學(xué)中的探索[J].中國電力教育，2013，（22）：87-88.

[4]張勇，劉驛聞，富麗娟.工程熱力學(xué)教學(xué)方法的研究與實踐[J].科教導(dǎo)刊，2011，（36）：47-49.

（責任編輯：劉翠枝）