2018浅谈“工程热力学”的几点教学体会

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浅谈工程热力学的几点教学体会
工程热力学是动力工程、化学工程、机械工程、电力工程等专业的一门重要的技术基础课。它不仅为学生以后学习有关专业课打下了基础，而且是今后在涉及能源特别是热能的各领域中深入研究、开发、创新的基础。工程热力学本身有很强的应用意义，作为专业基础课，它还是热能与动力工程专业很多后续课程如锅炉原理汽轮机原理热力发电厂等专业课的基础。很多在电厂工作的学生纷纷反馈工程热力学在实际工作中的重要性。此外，工程热力学还是热能与动力工程专业学生考研时的主要考试课程。所以不管本专业学生以后走上工作岗位还是在校继续深造，工程热力学都是很重要的一门基础课程。笔者执教四届热能与动力工程专业学生的工程热力学，学生均反映该课程概念多、公式多、知识点琐碎，不容易入门。经过对几年来教学经验和学生反馈的总结，笔者对工程热力学课程的特点和知识体系及学生学习过程中容易出现的问题有了初步的掌握，现在具体梳理一下，为后面的教学工作打下基础。
　　一、讲好第一堂课，培养学生学习兴趣
　　绪论是整本教材的一个框架，是学习者的引导，所以说讲好绪论对于接下来的课程教学至关重要。教师首先要介绍工程热力学这门学科的意义，从字面上就把它分为工程、热、力三个词，即这是一门研究工程上热能与机械能相互转换关系的学科，让学生对工程热力学有个基本的了解。然后利用多媒体技术向学生展示生活中和热力学相关的应用，如汽车内燃机如何工作，冰箱如何制冷制热，火电、核电电厂如何发电，火箭如何上天等来引导学生对工程热力学的认识，激发学生学习工程热力学的浓厚兴趣。事实证明，绪论学好了，接下来的学习就会比较容易，学生就比较得心应手，对学好这门课充满信心。笔者选择的教材是沈维道教授主编的《工程热力学（第四版）》，该教材内容由浅入深，由基础到应用，非常适合初学者。总的来说，内容可由一句话来概括：一种工质、两个定律、三个方程、四个热力过程、五方面应用，然后进行解释并与书中章节相对应起来。一种工质：理想气体性质及应用（第三章）；两个定律：热力学第一、第二定律（第二章和第五章）；三个方程：能量守恒方程、质量守恒方程、熵方程（第二章和第五章）；四个热力过程：理想气体定压、定容、定温及定熵过程（第四章）；五方面应用：气体和蒸汽管内流动（第七章）、气体压缩（第八章）、气体及蒸汽动力循环（第九章和第十章）、制冷循环（第十一章）、湿空气和空气调节（第十二章）。再强调课程前五章为基础也是重点，后半部分为应用，着重讨论，在于运用前面学习的热力学定律对具体循环和装置分析。这样便将一本书的知识脉络梳理清楚，确保学生在学习之前有一个整体的把握。
　　新时代的大学生个性比较突出，自我意识较强，第一堂课还应该同学生从出勤、课堂纪律上约法三章，保证课程的教学效果。
　　二、合理设置问题，激发学生灵感，增强课堂课外互动
　　工程热力学一大主要特点就是概念多、公式多，而且公式在不同场合表现形式不一样。如果只是一味地灌输概念和公式，学生难免不耐烦，学习效率低下。教师可以根据所要讲授的内容，适当增加一些与实际生活相关的科学问题，或者把要讲的内容概括成几个问题，通过向学生提问，启发学生思考，使其主动参与教学活动，增强学习的质量与效果，同时培养其思考问题与解决问题的能力。例如，在讲热力学第一定律用于闭口系的能量方程时，可以提出问题：将厨房门窗紧闭，打开冰箱门，能否使厨房温度降下来？对于这一问题，大多学生知道温度不会降反而升高，但能用热力学知识解释的却凤毛麟角。通过教师引导，最后学生能自己列出闭口系能量方程，并学会分析室内温度变化。这一过程大大增加了课堂的吸引力，而且引导学生自己解决问题，记忆理解更深刻。讨论完这个问题之后，学生往往还会自主分析空调降温的原理，培养了独立思考的能力和知识迁移能力。教师在课后要经常与学生交流谈心，为他们排忧解惑。师生间课后的良好互动可以延伸到课堂上，有利于提高教与学的效果。
　　三、利用网络资源，强化教学效果，拓宽学生知识面
　　多媒体教学具有知识信息量大、内容丰富生动、形象直观的特点，能极大地调动学生听课的积极性，有助于学生很好地理解和掌握所学内容，提高课堂教学的效率。但多媒体教学也存在课件内容多、教学速度快、学生消化不好等问题。所以教学中应根据教学内容灵活运用多媒体课件和板书，强化教学效果。如基础理论部分的公式推导，应以板书教学为主，再辅以多媒体课件进行复习，加深学生印象；或讲习题时，以课件给出具体实例，节省抄题时间，再在黑板上进行讲解。工程应用部分则可较多采用多媒体课件，在讲具体循环时，可以将实物图片和原理图同时展示出来，并用Flash动画将其工作过程演示出来，使抽象的过程变得形象生动，这样可使学生加深对工程应用的理解，提高学生运用所学知识分析解决问题的能力。其次，可以通过视频或幻灯片播放人类的用能历史，并增加一些科学家的故事，可以拓宽学生知识面，并激发学生的学习兴趣。
　　四、理论联系生活，培养实验能力
　　高等教育心理学研究表明：当学习内容与学生已有的知识和生活经验相联系时，能激发学生学习和解决问题的兴趣。在教学中，教师应紧密联系生活实践，努力激发学生的学习兴趣。如讲到第三章水蒸气性质时，举例为什么食物在高压锅内容易煮熟而在高原上不易煮熟；讲到压气机不同压缩过程耗功量比较时，举例在打气筒外面包裹湿毛巾，打气时有何感觉；讲到湿空气性质时，举例下雨前天气闷热，这时空气接近什么状态（未饱和还是饱和），为什么有露水、霜冻等自然现象。将基本理论与熟悉的生活现象联系起来，增加了学生的感性认识，同时激发了学生的兴趣。
　　实验教学是工程热力学教学的重要组成部分，也是培养学生动手能力、加深对所学知识理解的重要步骤。我校为本课程开设了两个实验：水蒸气饱和压力与饱和温度关系实验与空气定压比热容测定实验，以后准备增加喷管性能实验。实验单独开设，由实验室教师和理论课教师共同带领完成。实验前由理论课教师讲述实验目的、实验原理；实验过程由实验教师引导，理论课教师同时参与、全程指导，学生分组进行，确保每一位学生都动手操作，并完成实验报告的撰写。
　　五、加强习题练习，培养知识应用能力
　　课堂上的重点知识要引导学生做笔记，并善于总结。课后的练习巩固也是非常重要的。练习不宜太多，但一定要具有代表性，注重启发学生思考。可以布置一些和实际生活相关的题目，或者答案不唯一、方法有多种的题目，内容不完全限于课堂上讲授的知识。比如：举例说明热力学原理对生产活动和日常生活的指导作用。朗肯循环中汽轮机做完功的乏汽不经凝汽器放热而直接进入锅炉吸热是否可行，且使循环热效率更高。第五章的习题主要突出热力学第二定律及卡诺定理的应用，比如用多种方法判断一个循环能否实现等。通过对这些题目的分析求解，学生的思维可由课本延伸到社会，再回到课本，而不是碰到问题就急于找公式乱套。这样不但使学生巩固了知识，而且使学生形成了思考问题的习惯，也活跃了学习的气氛。
　　工程热力学是一门经典的、历史悠久的专业基础课，很多前辈和同行已经就如何教好这门课做了很多有意义的探究，并且成绩显著。笔者只是总结教学中的几点体会，与同行交流分享，并为后续的教学改进打下基础。