“工程熱力學”課程教學改革的探索

黃勝

摘 要 華東理工大學多年來以“厚基礎、強實踐、高素質、具有創新精神和國際視野的社會英才”為人才培養的目標定位，重視對學生全方位的培養。以夯實學生理論基礎、強化學生實踐能力為目的對“工程熱力學”課程的教學改革進行了探索。課程教學改革從優化課程教學內容，構建課程知識結構體系，加強理論結合實踐以及突出重點和難點等途徑展開。實踐證明課程教學改革提高了教學質量，有效夯實了學生理論基礎、強化了學生實踐能力。

關鍵詞 工程熱力學 教學改革 厚基礎 強實踐

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

工程熱力學是熱力學最先發展的一個分支，屬于應用科學（工程科學）的范疇，是工程科學的重要領域之一。工程熱力學是從工程的觀點出發，研究物質的熱力性質、能量轉換規律以及熱能直接利用等問題。它是設計計算和分析各種動力裝置、制冷機、熱泵空調機組、鍋爐及各種熱交換器的理論基礎。工程熱力學是工科專業中一門必不可少的技術基礎課程，在基礎課與專業課中起著承前啟后的作用。“工程熱力學”是華東理工大學（以下簡稱“我校”）能源與動力工程專業本科生的工程基礎課程。

我校能源與動力工程專業成功入選2019年度國家級一流本科專業建設。因此，通過課程教學改革不斷將 “工程熱力學”課程打造成一門“金課”以支撐我校能源與動力工程國家級一流本科專業建設勢在必行。

1工程熱力學主要內容

工程熱力學主要研究熱能和機械能之間相互轉換規律及提高能量轉換效率的途徑和技術措施，樹立節約能源、合理用能的觀念。工程熱力學課程的知識容量大，不僅包括經典熱力學的知識，還包括氣體動力學、動能設備、熱能工程和制冷工程等多學科領域。課程內容主線明確，主要包括理論基礎和工程應用兩個部分，在學習基本理論的基礎上，再對實際的熱力過程或熱力系統的具體問題進行研究分析，獲取提高能量轉換效率的可行措施。我校采用譚羽非等編著的《工程熱力學》（第六版）作為授課教材，理論基礎部分主要包括：（1）熱力學基本概念：如熱力系統、狀態及狀態參數，熱力過程及熱力循環等的基本定義及分類;（2）熱力學第一定律的實質及應用于不同熱力系統的表達式;（3）實現熱能與機械能相互轉換的工質—理想氣體與水蒸氣的熱力性質及基本熱力過程;（4）熱力學第二定律的實質及數學表達式，提出熱力過程及循環方向的判據。工程應用部分主要包括壓氣機的工作過程、氣體與蒸汽的流動、氣體動力循環和蒸汽動力循環等。在基礎理論學習的基礎上，對工程應用過程中的實際熱力過程和熱力循環進行研究，分析實際過程或循環的轉換效率，進而分析影響循環效率的因素并找到提高循環效率的途徑。

2工程熱力學課程的特點

工程熱力學是一門技術基礎課程，其中涉及大量的公式推導及定律或定理應用問題，具有內容多且雜、公式多且應用條件復雜、概念多且抽象以及圖表多的顯著特點。基于上述特點，工程熱力學課程講授過程中更多地偏向于公式推導和原理介紹，是典型的“難教、難學、難考”的三難課程。因此，歷年來我校能源與動力工程專業的學生都感覺該課程內容難度較大。從期末考試結果來看，部分學生出現了基本概念不清，公式適用條件不清等問題，這和課程內容的邏輯嚴密性、結論抽象性有著密切的關系。鑒于課程以上特點，如果沒有合適的教學模式，學生學習起來難免感覺枯燥，從而影響學習效果。

3課程教學改革的具體舉措

3.1優化課程教學內容

工程熱力學課程是研究能量及其轉換規律的基礎應用型學科，主要內容包括熱力學基本定律、常用工質的熱力性質以及熱力過程和熱力循環的分析計算等，涵蓋內容廣泛，與工程實踐結合緊密。我校工程熱力學課程僅40學時，在有限的學時內為保證教學質量，教材上的內容不可能全部涉及，應在保證課程基本理論體系完整的前提下，對教學內容進行合理的調整優化。例如，能源與動力工程專業重點關注熱能與機械能間的轉化規律。因此，教材中關于化學熱力學基礎、溶液熱力學基礎和熱力狀態參數的微分關系式的內容不詳細講述，學生可課后自學。因我校能源與動力工程專業設置有制冷技術課程，因此，制冷循環章節的內容也不詳細講述。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，重點講解其應用和熱力過程。同時，結合本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，適當強化與后續專業課程密不可分的內容，如水蒸氣、濕空氣和蒸汽動力循環等相關內容。

此外，應結合當前技術發展，及時更新教學內容。如介紹氣體動力循環的燃氣輪機時，可介紹美國 GE 公司、德國西門子公司等企業的最新機型及其性能;講到蒸汽動力循環時，可介紹回熱循環、再熱循環以及熱電循環在實際過程中的應用情況及其對熱效率改善的效果，可耐700℃材料的研制等國際最新成果以及熱電廠節能減排技術進展等，這樣可以大大提高學生學習的興趣。

3.2構建課程知識結構體系

工程熱力學課程的知識點較多，同學們在學習過程中往往“只見樹木不見森林”。通過對工程熱力學知識體系的研究和分析，可以發現每個章節都有明確的脈絡和主線，在掌握課程脈絡和主線的基礎上開展學習有助于提高學生的學習效果。授課教師應在課程伊始就“高屋建瓴”地為學生構建好課程知識結構體系，便于學生從整體上把握課程內容，明確各部分內容之間的關聯，這樣在學習各個章節內容時，目的性就會更加清晰，學習效果將大幅提升。

工程熱力學以研究熱功轉換的基本熱力學原理及其在工程中的應用為基本線索貫穿始終，整個教學內容圍繞這一主線展開。先介紹基礎理論，如相關的概念、熱力學的基本定理與定律、工質的基本熱力性質及熱力過程等，后介紹理論知識的工程應用。在對每個章節進行總結時，不僅讓學生掌握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，同時也培養了科學的學習方法。