工程熱力學課程教學探討

常金秋

摘要：

工程熱力學是一門工科專業的重要技術基礎課，是工程應用性較強的課程。其具有理論邏輯性強、工程應用性強、概念抽象等特點，是一門較難學的課程。文章結合專業特點，通過課程教學改革實踐，探討較為有效的教學方法，激發學生的學習興趣，提高課程教學質量。

關鍵詞：建筑環境與能源應用工程；工程熱力學； 教學改革與實踐

中圖分類號：G6423；TK123文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2018）02006103

工程熱力學是建筑環境與能源應用工程專業必修的一門承前啟后的基礎課程。其教學任務是讓學生掌握熱力學基本概念、基本定律、常用工質的熱力性質、熱力過程及相關計算，為后續專業課的學習奠定堅實的理論基礎，培養學生應用理論知識解決實際工程問題的能力，并使學生建立節能意識。課程理論邏輯性強，概念抽象，學習難度較大，學生難于理解，存在畏難情緒。如何幫助學生提高學習信心和興趣，確保課程教學目標的實現，是授課教師必須認真思考的問題，在教學過程中需要注意教學的方法和手段，使學生能較好地理解掌握教學內容。文章針對工程熱力學課程特點和自身專業特點，從以下幾方面對該課程教學進行了改革實踐。

一、教材選用與課程內容優化

工程熱力學是研究能量及其轉換規律的基礎應用型學科，主要內容包括基本概念、基本定律、理想氣體及常用工質的熱力性質、熱力過程和熱力循環分析計算等，涵蓋內容廣泛，與工程實踐結合緊密。課程選用了本專業指導委員會推薦教材——譚羽非主編的《工程熱力學》（第六版），并建議使用中國建筑出版社出版，武淑萍編寫的《工程熱力學學習指導》作為參考書。

作為非能源動力類的建筑環境與能源應用工程專業，該課程理論授課僅有44學時。為充分利用有限學時，保證教學質量，結合前期課程及后續專業課程，在教學內容上進行了合理的調整優化。在有限的學時內，教材上的章節不可能全部細講，在保證課程基本理論體系完整的前提下，重點放在與后續專業課學習緊密相關的內容上，既要避免與前期課程內容簡單重復，又要確保后續基礎知識的傳授。例如，工程熱力學中與大學物理重復的理想氣體性質及狀態方程部分不再詳細論述，直接利用其結論[1]，重點講解其應用和熱力過程。可

適當弱化復雜的數學推導過程，學生有問題在課余時間復習答疑解決。同時，結合專業學科特點和后續專業課程設置，除了必須掌握的基本理論內容，適當強化與專業課程密不可分的內容，如水蒸氣、濕空氣、制冷循環等與空調工程密切相關的內容，而熱力學微分關系式、動力循環內容、化學熱力學基礎等內容只作一般了解，讓學生課后自學。

二、重視緒論教學激發學生的學習積極性

學生一般對新的課程都有一種好奇，想知道這門課是學什么的？有什么用？如果能將學生的這種好奇轉變為興趣，進而激發學生學習本門課程的動力，則事半功倍。緒論作為工程熱力學課程的第一堂課，主要介紹能源及熱能利用、能量轉換的特點、工程熱力學的研究對象及主要內容，其教學目標是激發學生的學習熱情和興趣。通過緒論教學讓學生理解工程熱力學主要研究的是熱能與其他形式能量轉換規律，旨在達到資源利用率最大化。日常生活中的方方面面都存在熱能的利用，在能量利用、轉換過程中會產生污染物，熱能的有效利用和節能減排都離不開工程熱力學的支撐。應用其基本理論探討提高能量轉換效率、提高能量利用的經濟性是工程熱力學的主要任務。認識到工程熱力學知識與工業生產、資源利用、環境保護等都有關聯，激發學生學習課程的積極性。

三、改進教學方法和手段

（一） 建立知識結構體系

每門學科都有其內部的知識結構，而每門課程結合專業特點又有自身的課程教學知識體系。如果學生了解課程知識結構體系，從整體上把握課程內容，清楚各部分內容之間的關聯，這樣在學習各個章節內容時，目的性就會更加明確，學習效果將大幅度提升。

工程熱力學以能量及能量轉換為基本線索，并貫穿始終[2]，整個教學內容圍繞這一主線展開。先介紹基礎理論：相關的概念、定理與定律、工質的基本熱力性質及熱力過程等；后介紹理論應用：對于熱能和機械能持續不斷轉換的幾種熱力循環這部分內容，不同的專業側重點不同，在建筑環境與能源應用工程專業，制冷循環是重點學習內容，動力循環一般了解即可。在每個章節的教學總結時，不僅讓學生熟悉本章節知識結構框架，更要了解其與前后章節的聯系。這樣，學生以基本線索串聯所學知識，內容更具條理性，避免知識點凌亂。通過不斷學習、思考，學生對課程構架有整體性的理解，掌握了個性化的知識結構體系，同時也培養了科學的學習方法。

（二）理論聯系實際

工程熱力學是在生產實踐過程中逐漸形成與完善的，其研究的專題源于生活及工程實踐，有鮮明的工程應用背景。在教學中若能結合專業特點設置教學情景引入案例教學，把理論知識與日常生活現象、實際工程相聯系，既可加深學生對基礎理論的理解，又使學生充分認識本門課程的實用性和重要性，激發學習的熱情。例如，介紹相對濕度時，提出下雨天為何洗的衣服不容易晾干的問題。介紹露點時，提出從冰箱拿出的水果，為何放置一會表面就產生水珠的問題，用理論解釋日常生活現象，再引申到空調系統中冷凝水的產生，冷凝水水管的設置，自然地將理論引申到實際專業工程應用[3]。介紹水的飽和溫度與飽和壓力單值對應關系時，提出以下問題：為何用高壓鍋煮食物用時短？為何高溫供水管網，必須采取定壓措施？介紹熱力學第二定律時，為讓學生理解熱力過程的方向性，可列舉一些實際生活中的例子，如，水杯中的熱水會自然冷卻到與環境溫度一致，但反過來，水杯中的水不可能吸收空氣中的熱能將其加熱為熱水。介紹逆循環時，讓學生明白工質耗功可將熱量從低溫轉移到高溫，可被利用于制冷和供熱，使學生了解空調、冰箱的工作原理。這樣，通過理論與實際相結合的教學互動，引導學生主動思考，形成較好的課堂氣氛，幫助學生理解所學知識和原理在實際中的運用。

（三）加強師生互動交流

教學過程中師生之間相互交流和探討，可引導學生主動思考問題，提高學生學習興趣和積極性。課堂講授應注意觀察學生的反應，重視問題反饋。不可只注重講課進度，忽視學生接受程度。通過課堂提問和課堂作業，隨時檢查學生對教學內容的掌握情況，發現問題及時解決，使其建立課程學習的自信。例如，在開始講授熱力學第一定律時，先提問：“第一類永動機能實現嗎？夏天用電扇能讓室內空氣降溫嗎？”講授熱力學第二定律時，先提問： “是否所有滿足熱力學第一定律的自然現象都能實現呢？”學生帶著問題學習，為尋找答案就會積極主動地全心投入。課堂教學忌諱唱獨角戲，避免滿堂灌，宜結合課后思考題給學生留有一定的消化時間，通過講解、討論、答疑，讓學生理解并掌握所學理論知識。在例題講解時，注意解題思路和方法，培養學生分析問題、解決問題的能力，并對計算結果加以分析討論，加深對理論知識的理解。另外，學生完成課程作業的情況直接反映學習效果，要求學生獨立完成作業，并對每章作業完成情況進行講評，根據作業反饋情況查缺補漏，避免問題累積，保證教學效果。

（四）充分運用p-v和T-s圖

在分析熱力學問題時，p-v圖和T-s 圖是非常方便實用的工具，可幫助學生理解相關概念。在參數坐標圖上繪制過程曲線，將過程表示在p-v圖和T-s圖上，可定性分析過程特性和能量轉換情況，幫助學生理解功量和熱量都是過程量而非狀態參數。

p-v圖也稱為示功圖，可直觀顯示可逆過程功量的多少，明顯體現功是過程量。p-v圖還可直觀反映膨脹功、技術功、流動功之間的關系。 T-s圖也稱為示熱圖，可直觀顯示可逆過程功熱量的多少，明顯體現熱量為過程量。單級活塞式壓氣機在耗功分析及熱力性能分析時，對于理想氣體的不同壓縮過程，即絕熱過程、多變過程、等溫過程，通過其p-v圖和T-s 圖就能明顯看出，等溫過程耗功最少，終溫最低，是最有利的過程。進而得出實際工程中設法降低多變指數，使其接近等溫壓縮過程即可省功節能。

（五）合理的教學手段

現在教師授課通常采用直觀形象的多媒體，板書被弱化，板書在邏輯推理、歸納總結、思路引導等方面的優勢沒有得到充分發揮。教學授課時應針對不同教學的內容特點恰當選擇教學手段，將多媒體教學與傳統的板書教學相結合，使各種教學手段優勢互補，以達到更好的教學效果。如基本熱力過程公式的講解，采用板書則更合理一些。學生的思路隨著板書的展開緊跟教師思路，教學內容也更容易理解。為方便對比，加深對公式的理解，各熱力過程可同時展現在黑板上。這樣，可使學生思路清晰，避免了因多媒體分屏顯示而打亂公式整體性的問題。需要用圖形、動畫表達的地方則可借助多媒體課件來演示，生動形象，節省時間[4]。

四、結語

根據課程特點和專業需要，進行課程教學改革實踐，使教學內容更符合專業實際情況，用靈活的教學方法激發學生的學習興趣，確保在有限的學時內實現課程教學目標。教學實踐是一個系統工程，也沒有固定模式，需要不斷改革探索，與時俱進，使教學質量逐步提升。參考文獻：

[1]顧娟，孫鷹.簡述非力學專業基礎力學教學技巧[J].高等建筑教育，2014（Sup）：33.

[2]武淑萍.工程熱力學學習指導[M]. 北京：中國電力出版社，2004.

[3]馬富芹，郭淑青.案例法教學提高《工程熱力學》課程教學效果[J].科技信息，2012（27）：180.

[4]劉燕妮，王云鶴，王歡，等.建筑環境與能源應用工程專業工程熱力學課程教學探討[J].化工高等教育，2015，32（3）：48-51.

Abstract：

Engineering mechanics is an important technical basic course in engineering profession and is a course in project utility strongly. It has strong theoretical logic， strong engineering applicability and conceptual abstraction， students are often considered to be a difficult subject. Combining with the professional characteristics， through the teaching reform practice， to explore a more effective teaching method， stimulate students interest in learning， and improve the quality of teaching.

Keywords： building environment and energy engineering； engineering thermodynamics； teaching reform and practice

（編輯周沫）