2018工程热力学课程教学方法改革与探讨

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工程热力学课程教学方法改革与探讨
当今能源、动力、机械、材料、航空航天、化工、生物（医学）、军事等众多领域内的许多科技进展都是直接或间接建立在热工研究基础之上，以热科学理论为主要基础之一的热工研究对人类社会的可持续发展和高科技的发展有重要作用。[1]工程热力学是研究能量转换规律以及提高能量转换效率的一门学科，是南昌航空大学（以下简称我校）飞行器工程类专业的重要专业基础课，它不仅为学生以后学习有关核心专业课打下必备基础，而且是今后涉及能源动力，特别是热能的各领域中进行深入研究、开发、创新的基础。因此针对飞行器类专业进行工程热力学教学改革，突出专业特色，保证教学质量，提高教学效果对培养飞行器工程类专业高素质的科技人才有十分重要的意义。
　　一、工程热力学教学中的不足
　　工程热力学课程主要包括基本理论和基本理论的应用两大部分，基本理论中包括基本概念、基本定律、工质的热力性质和热力过程等，基本理论的应用包括各种热力设备能量转换过程等。[2]教学和考试中要把这些基本知识点都覆盖，考试的情况就基本能反映课程整体的教改和教学情况。表1是我校飞行器工程类专业近两年的考试成绩分布表。
　　从学生考试成绩分析，可以认为工程热力学的教学基本情况是正常的，从学生答错的题目分析，存在的问题体现出学生对工程热力学的基本概念、基本理论理解不透彻以及缺乏理论联系实际的能力。
　　二、教学方法的改革与探讨
　　1.加强基本概念与核心理论的教学
　　随着社会发展和教育观念的改变，现在分配给专业基础课程的总学时数较少，而工程热力学的概念抽象，知识内容多，这一矛盾对教师组织教学过程提出挑战，也造成学生在学校工程热力学中对基础知识掌握得较薄弱，因此要优化课程体系合理安排教学内容。例如闭口系和孤立系，系统的平衡、均匀、稳定，准静态过程和可逆过程，理想气体和实际工质的状态方程，状态参数，过程与循环，熵和不可逆过程熵变，热力学第一定律与热力学第二定律等等这些重要的基本概念与核心理论需要在课堂上讲透彻，举例恰当，用语准确，否则学生就会对这些概念理解模糊而造成错误。例如很多学生认为工质经过可逆循环后熵变为零，而经不可逆循环后熵变大于零，以至于学生在后续课程中如用航空发动机中的某一过程与整个循环的结论去比较。还有许多学生认为在任何温度压力下密度比热容是一个定值，如此设置边界条件进行航空发动机内流体的数值模拟又怎么可能得出与实验相接近的结果。热力学第一定律实质是能量守恒在热现象中的应用，而热力学第二定律是说明能量转换的方向性的，很多学生只能从能量守恒角度考虑问题，根本不能建立能质差异的概念。这些基本概念基本理论对学生后续课程学习分析解决问题非常重要，因此在基本概念与核心理论等内容上一定要保证教学学时和教学质量，让学生对概念有非常清晰的理解。
　　2.体现专业特色，注意培养学生工程应用的观念
　　工程热力学有很强的工程应用背景，飞行器类专业后续核心专业课多是与航空发动机、燃气轮机等气体动力装置相关，因此在基本理论应用部分将压气机的热力过程和气体动力循环作为重点内容讲述，课堂举例也应选择。比如计算压气机定熵过程功耗，计算燃气轮机实际循环热效率等，让学生把理论和自己专业紧密联系起来，明白所学的工程热力学知识可以解决本专业的问题。而不是简单地认为工程热力学是一大堆理论和公式，在有限的学时内突出专业特色，有助于培养学生工程应用的观念和提高学生分析解决问题的能力。
　　3.加强与大学物理等基础课的衔接
　　注重数学、物理知识在工程热力学教学中的引导作用，强化学生热力学中抽象概念、过程的理解和领会，加深对热力学基本规律的认知和把握是有极大帮助的。[3]在学习工程热力学之前，学生们都学习了大学物理，要充分利用学生在物理课学习热学部分的基础。学生在学习物理时并不会特别去注重热学部分的学习，大多数同学包括大学物理考分很高的学生，在学习工程热力学时对物理中热学的知识记忆模糊，无法完整正确地讲述热力学第一定律和热力学第二定律的基本内容。因此可以在学生刚接触工程热力学时让学生明白物理中热学与工程热力学的紧密关系，可以要求学生在课后复习物理课热学部分内容，预习即将上工程热力学部分的内容，这样教师工程热力学的课堂中讲课的效果则会大大提高。
　　4.运用多种课内外辅助教学手段
　　教学的现代化使得多媒体教学已经广泛应用于高校各个学科，多媒体教学可以提供丰富的信息和资料。[4]在课件中把图表以及不同理论模型和热力设备运转的小动画用多媒体传递给学生，学生能够更好理解能量转换的抽象过程，并把注意力集中在课堂上。但是注意不能单纯地把教材中的内容搬到多媒体课件中，课件的内容或文字过多，重点不突出，教师照本宣科等也会使学生对学习失去兴趣，因此应在传统教学的基础上，利用好多媒体教学手段。课堂里的课件应该突出重点难点，而其他具体内容的表述，可以借助网络教学平台。例如我校的天空教室网络平台，可以把课程的教学大纲，教学资料，参考书，习题库等放在天空教室网络平台上，引导学生利用课余时间去学习和复习。只有课堂内传统教学手段与多媒体教学手段相结合，课外补充网络教学平台的各种资料，多种教学手段配合，才能使教学的效果达到最优。
　　5.注重练习和考试
　　工程热力学课程内有许多应用条件复杂的公式，例如开口系统能量方程就有稳定和非稳定的过程表达式和微分表达式。什么情况选用什么公式，只有通过多做练习，才能理解公式的内涵和具体的应用条件，才能提高学生分析解决工程实际问题的能力。考试是对学生掌握课程内容程度的检测，也是对教师教学效果的检验，师生都应高度重视。考试成绩能较客观地反映学生对工程热力学知识的掌握和应用能力，教师应该运用多种题型编制试卷，全面考察学生对工程热力学知识和应用的掌握情况，从而及时调整教学过程中存在的不足，引导学生积极主动学习，把基础打扎实。
　　三、结束语
　　工程热力学是一门经典学科，是培养创新能力的必须掌握的重要基础。由于该课程有概念多、知识点多、公式多、应用复杂的特点，对提高工程热力学教学质量的研究是个长期的课题。本文仅针对我校飞行器工程类专业课程体系的教学改革并结合自己的教学实践，通过尝试以上教学方法的改革，希望能对提高本课程的教学质量提供参考。