時間：2022-04-15 20:57:00
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇熱力學(xué)教學(xué)，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
關(guān)鍵詞：熱力學(xué);統(tǒng)計(jì)物理;教學(xué)
熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、電動力學(xué)、理論力學(xué)和量子力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)四大理論課程，但是對于大部分學(xué)生來講，他們除了對理論力學(xué)稍感興趣外，對其他三大理論課都是從心理上帶著恐懼的，覺得特別難理解。熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是關(guān)于熱現(xiàn)象理論的兩個組成部分：熱力學(xué)為宏觀理論，而統(tǒng)計(jì)物理學(xué)則是微觀理論。熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)與其他三門理論課之間有著緊密的聯(lián)系，學(xué)好熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)掌握其學(xué)習(xí)方法及思維方式對于學(xué)習(xí)其他相關(guān)學(xué)科有著非常重要的意義。本文就是以自身教學(xué)實(shí)踐為出發(fā)點(diǎn)，分析了在熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)教學(xué)過程中遇到的問題，并且提出了自己的建議及解決問題的方法。
一、教學(xué)中遇到的問題
1.學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足
熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)在該校是在物理學(xué)本科專業(yè)大三的第一個學(xué)期開設(shè)的，對于這個時間段的大學(xué)生來講，他們已經(jīng)開始對畢業(yè)后自己的去向進(jìn)行思考。在考慮就業(yè)壓力及自身?xiàng)l件和家庭因素后，絕大部分學(xué)生選擇的是畢業(yè)后就業(yè)，而只有少數(shù)學(xué)生選擇繼續(xù)考研究生。那些已經(jīng)決定畢業(yè)后就業(yè)的大部分學(xué)生提不起對熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的興趣，這門課也不足以引起他們足夠的重視，在他們看來，畢業(yè)后他們不會再用到它，再加上這門課程相對于大學(xué)物理這種基礎(chǔ)課有一定的難度，他們從心理上不愿意把時間用在與自己認(rèn)為跟未來就業(yè)無關(guān)的課程上。其次是現(xiàn)在的“90后”大學(xué)生大多數(shù)為獨(dú)生子女，心理依賴性強(qiáng)，除了少數(shù)打算考研的學(xué)生會在課前預(yù)習(xí)和課堂上做筆記外，大部分學(xué)生很少動筆。所以，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，發(fā)揮其主動性是教師應(yīng)該首要解決的問題。
2.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱
熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)這門課程中大部分用到高等數(shù)學(xué)中的知識，例如，某些復(fù)雜的積分要用到換元法或者是分步積分法，某些問題中要用到泰勒展開式，但是有些學(xué)生數(shù)學(xué)知識掌握不牢固，不能靈活地運(yùn)用數(shù)學(xué)工具來解決熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)中遇到的問題。
3.物理概念不清晰
熱力學(xué)研究的是由大量微觀粒子（分子或其他粒子）組成的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)。同時熱力學(xué)中某些知識點(diǎn)與高中時期講過的熱學(xué)部分知識點(diǎn)重合，所以大部分學(xué)生覺得理解起來相對容易些。而統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論是對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出某些假設(shè)之后，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論求得具體物質(zhì)的特性，并且闡明產(chǎn)生這些特性的微觀機(jī)理。大部分學(xué)生對物理概念理解不清晰、不透徹，比如，由大量全同近獨(dú)立粒子組成的系統(tǒng)，粒子的微觀狀態(tài)數(shù)對于玻爾茲曼系統(tǒng)、玻色系統(tǒng)和費(fèi)米系統(tǒng)的不同。
二、對熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)教學(xué)方法提出的幾點(diǎn)建議
1.教師應(yīng)熟悉教材，深入研究
教師應(yīng)該熟悉自己所教課程的教材，概念清晰，公式推導(dǎo)完整。并且應(yīng)該在課下多看些關(guān)于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)方面的其他資料及網(wǎng)上的影像講課視頻，檢查自身不足，深入研究，不能如蜻蜓點(diǎn)水般膚淺地理解知識點(diǎn)。
2.改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高學(xué)生主動性
現(xiàn)在的大學(xué)生已經(jīng)不喜歡滿堂灌、填鴨式的教學(xué)模式，所以教師應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整自身的講課方式，比如，可以將傳統(tǒng)的板書和多媒體結(jié)合，一些重要的公式推導(dǎo)用板書細(xì)致講解，一些比較容易理解的概念可以用幻燈放映帶過即可，沒必要在學(xué)生已經(jīng)熟悉的簡單的知識點(diǎn)上做冗長的陳述。另外對于師范類學(xué)生可以鼓勵他們自己課下準(zhǔn)備教案課件，一個學(xué)期抽出適當(dāng)?shù)恼n時給學(xué)生，讓他們走上講臺。這樣既鍛煉了他們的心理素質(zhì)，為他們?nèi)蘸笞鼋處熯@一工作積累一定的經(jīng)驗(yàn)。同時也激發(fā)了他們自身學(xué)習(xí)的積極性，他們必然會在課下認(rèn)真看書，遇到困難會查閱相關(guān)資料或者與其他同學(xué)討論，這也是對他們自主學(xué)習(xí)能力的一種很好的鍛煉。
3.注重理論的應(yīng)用及知識間的融會貫通
熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)教師不應(yīng)該只是為了完成教學(xué)任務(wù)在規(guī)定時間里將一本教材的理論知識原封不動地講給學(xué)生，而是清楚知識之間的融會貫通，靈活運(yùn)用已知的知識來引出未知的知識點(diǎn)。比如，在介紹均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)一節(jié)中麥克斯韋關(guān)系及四個基本方程時，可以將熵（S）、壓強(qiáng)（P）、溫度（T）及體積（V）分別用英文單詞sun（太陽），peak（山峰），tree（樹）及valley（山谷）表示，然后繪出一個圓（圓的上端為S，下端為T，左端為P，右端為V，箭頭方向?yàn)閺纳系较拢瑥淖蟮接遥梢杂靡粋€英文句子來記憶箭頭的方向：The Sun is pouring down his rays upon the Tree，and the brook is flowing from the Peak to the Valley，然后利用基本方程及麥?zhǔn)详P(guān)系的記憶方法就可以輕松地掌握這兩部分知識，這樣既建立了英語與熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)之間的聯(lián)系，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時教師應(yīng)該注意熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論知識與實(shí)踐應(yīng)用之間的聯(lián)系，比如，熱力學(xué)熵的概念，完全可以將其拓展，有生物熵、信息熵、農(nóng)業(yè)熵，還可以涉及熵與能量品質(zhì)及社會的關(guān)系。
綜上所述，提高教師自身素質(zhì)，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，注重理論與實(shí)踐和熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)課程與其他學(xué)科之間的聯(lián)系，相信學(xué)生會對該課程更感興趣，并且會提高分析、解決問題的能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]梁希俠.統(tǒng)計(jì)物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.
[2]林宗涵.熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)[M].北京大學(xué)出版社，2007.
[3]汪志誠.熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.
1設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想
工程熱力學(xué)是動力、熱工等工科專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，而且是能夠直接用于工程實(shí)際的技術(shù)學(xué)科。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察能力、豐富的想象能力、科學(xué)的思維能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和解決工程實(shí)際問題提供基本理論和方法。
在工程熱力學(xué)課程中，很多基本概念、原理和方法都是通過實(shí)際的形象物體經(jīng)抽象化或再加數(shù)學(xué)演繹而建立的。許多基本理論都是經(jīng)過實(shí)踐而又被實(shí)際所驗(yàn)證的客觀真理，所以該課程實(shí)踐性較強(qiáng)。
大量的練習(xí)、有比較熟練的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師是工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)的基本要求。深化教育改革要求加強(qiáng)實(shí)踐教育，大幅度壓縮課堂教學(xué)時數(shù)，對課程教學(xué)方法提出了新的要求。工程熱力學(xué)教學(xué)網(wǎng)站將為此做一些探索。
基于.NET的工程熱力學(xué)教學(xué)網(wǎng)站是以B/S模式為工作方式，利用校園網(wǎng)傳輸?shù)妮o助網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)。網(wǎng)站集成了工程熱力學(xué)各種教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)信息網(wǎng)頁化，在線考試，人機(jī)交互，在線討論、答疑等功能。本系統(tǒng)旨在成為教與學(xué)時間和空間上的延伸，借助網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)。
2網(wǎng)站設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)
工程熱力學(xué)對學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)和知識結(jié)構(gòu)具有重要的作用，也是學(xué)生普遍反映較難學(xué)且枯燥的一門學(xué)科。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展及其在教學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)改進(jìn)工程熱力學(xué)教學(xué)，成為工程熱力學(xué)這門學(xué)科教學(xué)改革的重要課題。
工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)站設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程熱力學(xué)課堂輔助教學(xué)，建立一個基于WEB的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢和多媒體先進(jìn)的表現(xiàn)手段，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，體現(xiàn)工程熱力學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育的仿真性、交互性和實(shí)踐性，營造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和氣氛。具體而言，是以學(xué)習(xí)網(wǎng)站為平臺，建立一個工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)園地，使學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)掌握工程熱力學(xué)基礎(chǔ)知識；開發(fā)一個在線考試系統(tǒng)，由系統(tǒng)按照要求自動組題，制作動態(tài)網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上模擬測試，能及時給出測試分?jǐn)?shù)，能使學(xué)生自我評估，實(shí)現(xiàn)梯度教學(xué)，滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)要求，激發(fā)學(xué)習(xí)動力；制作課件，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、積極性，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教育的優(yōu)勢。每章節(jié)附有詳細(xì)的解題幫助，可適時獲得解題指導(dǎo)；學(xué)生可與教師交換信息，相互留言，建立遠(yuǎn)程教學(xué)的溝通渠道；教師可以通過網(wǎng)站建庫、組題、擴(kuò)充和修改題庫資源，可調(diào)閱試卷進(jìn)行教學(xué)講評，可以查閱學(xué)生對各類問題的訪問情況，了解練習(xí)中的熱題、難題，獲取教學(xué)的反饋信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可作為習(xí)題課、討論課的豐富資源。
2.2整體設(shè)計(jì)
工程熱力學(xué)教學(xué)網(wǎng)站將實(shí)踐性、交互性、操作性、仿真性應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，力求運(yùn)用多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，充分利用在線學(xué)習(xí)交互性強(qiáng)的特點(diǎn)，幫助學(xué)生順利完成課程的學(xué)習(xí)。
2.2.1教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)設(shè)計(jì)以分析教學(xué)需求為基礎(chǔ)，確立解決教學(xué)問題的步驟，對教學(xué)內(nèi)容確定教學(xué)方法。首先通過“步進(jìn)教程”準(zhǔn)確掌握基本概念的基本定義，明白這一概念說的是什么，然后通過“專題講解”進(jìn)一步了解這些基本概念的實(shí)質(zhì)。用比較的方法，分析與某一基本概念易混淆的其他概念和說法。澄清或糾正自己過去模糊或錯誤的概念。通過“輔導(dǎo)和答疑”中的思考題、討論題及習(xí)題訓(xùn)練，加深對概念的理解。最后能用自己的語言準(zhǔn)確敘述概念的定義及實(shí)質(zhì)。
工程熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容參考高職高專規(guī)劃教材,主要包括以下內(nèi)容：熱力學(xué)系統(tǒng)、熱力學(xué)第一、二定律、基本熱力學(xué)關(guān)系、理想氣體性質(zhì)、四種基本熱力過程、多變過程、壓氣機(jī)工作原理、卡諾循環(huán)、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)理想循環(huán)等。
網(wǎng)絡(luò)教育模式中，調(diào)動學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)主動性和積極性至關(guān)重要。要求選擇合適的教學(xué)媒體，創(chuàng)設(shè)具有吸引力的教學(xué)環(huán)境，具有科學(xué)性和趣味性，給學(xué)生以極大的吸引力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。
2.2.2開發(fā)環(huán)境
2.3.1網(wǎng)站首頁
根據(jù)工程熱力學(xué)的教學(xué)特點(diǎn)和功能模塊的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出如圖1所示的網(wǎng)站首頁。
2.3.2主要模塊功能
（1）學(xué)員管理模塊：主要提供老師給學(xué)員設(shè)定登錄帳號和密碼及訪問權(quán)限，通過查看學(xué)員登錄日志，可以了解學(xué)生訪問網(wǎng)站的情況如圖2。同時也提供各學(xué)員修改訪問密碼的功能。
（2）步進(jìn)教程模塊：是主要教學(xué)模塊，介紹了課程的基本概念和主要知識點(diǎn)。基本內(nèi)容以章節(jié)目錄編組，實(shí)現(xiàn)教材的電子化和多媒體化。內(nèi)容以文字、動畫和圖形形象直觀地講解基本知識，指導(dǎo)和幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)的困難，提高分析問題和解決問題的能力。
（3）專題講解模塊：選擇教材中的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化講解。主要方法是制作大量完善的flas以及教師授課實(shí)況視頻。對教材中的重點(diǎn)難點(diǎn)分析提煉，細(xì)致講解，并用flas演示解題思路，給出分析提示。有針對性地突出重點(diǎn)，分散難點(diǎn)，深入淺出，生動形象，為學(xué)生釋疑解難。實(shí)驗(yàn)是工程熱力學(xué)不可缺少的重要組成部分，對部分實(shí)驗(yàn)制作了flash模擬動畫、3DMAX實(shí)體。通過文字、圖片、動畫等手段展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解，為學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室親自動手提供初步認(rèn)識。
（4）輔導(dǎo)答疑模塊：輔導(dǎo)是針對學(xué)生不易理解，容易出錯之處，特別對課程要求的計(jì)算試題類型重點(diǎn)介紹，突出重點(diǎn)，層層指點(diǎn)，幫助學(xué)生理解和掌握，為學(xué)生有的放矢地復(fù)習(xí)并順利通過考試創(chuàng)造條件；答疑是針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的提出疑問，通過即時消息和留言板的形式實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的實(shí)時信息交流。教師可以當(dāng)即一一回答問題，對于一些具有代表性的問題，也可以集中回答，同時學(xué)生可以查詢、檢索，避免了教師的重復(fù)性勞動。
（5）知識博覽模塊：是書本知識的擴(kuò)充，提供大量的相關(guān)內(nèi)容，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和增加學(xué)生的知識面，從而落實(shí)素質(zhì)教育的要求。
（6）習(xí)題訓(xùn)練模塊：依據(jù)書本章節(jié)，為每一章節(jié)內(nèi)容編制了適量的習(xí)題，使學(xué)生通過練習(xí)來鞏固所學(xué)的知識。每一練習(xí)都有答案及詳細(xì)講解。#p#分頁標(biāo)題#e#
（7）在線考試模塊：為學(xué)生提供一個進(jìn)行學(xué)習(xí)效果測試的平臺，同時通過測試結(jié)果的實(shí)時反饋，協(xié)助學(xué)生對所學(xué)知識的程度進(jìn)行自我檢查，提高學(xué)習(xí)的效果。使用SQLServer2000開發(fā)試題數(shù)據(jù)庫，制作動態(tài)網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上模擬測試，能及時給出測試分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)自我評估功能。
2.4安全性設(shè)計(jì)
工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)站設(shè)計(jì)目的是輔助教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)，為減少任課教師工作量，暫時只對開課班級學(xué)生開放。由教師給學(xué)生分配帳號和密碼，設(shè)定權(quán)限，只有合法用戶才可以登錄系統(tǒng)瀏覽相應(yīng)頁面。
用SQLServer2000設(shè)計(jì)了一個學(xué)生信息表，用來存放學(xué)生帳號、密碼及基本情況見圖3。用戶只有在登錄頁輸入正確的用戶名和密碼才能登錄，登錄頁面如圖4。
3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)站以B/S體系結(jié)構(gòu)作為基本框架，由客戶機(jī)、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫三個層次組成如圖5。動態(tài)網(wǎng)頁通過技術(shù)制作，用C#語言編寫后臺代碼，利用訪問后臺數(shù)據(jù)庫。
.NET是微軟公司提出的一種分布式運(yùn)算的框架，以XML為基礎(chǔ)，以Web服務(wù)為核心，輔以其他各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，意在利用Internet上強(qiáng)大的計(jì)算資源和豐富的帶寬資源，提高工作效率。.NET框架提取出微軟組件對象模型COM的精華，將它們與松散耦合計(jì)算的精華有機(jī)地結(jié)合在一起，生成了強(qiáng)大、高效的Web組件系統(tǒng)：簡化程序員的“管道”操作，深入地集成了安全性，引進(jìn)了基于互聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)，極大地改善了應(yīng)用程序的可靠性和可擴(kuò)展性。.NET框架由三個主要部分組成：通用語言運(yùn)行庫CLR(CommonLanguageRuntime)、.NET架構(gòu)類庫FCL(FrameworkClassLibrary)和。
3.1.1通用語言運(yùn)行庫CLR
它是.NET的核心，負(fù)責(zé)提供執(zhí)行環(huán)境，管理代碼的執(zhí)行并提供各種服務(wù)。在組件運(yùn)行時，運(yùn)行庫負(fù)責(zé)管理內(nèi)存分配、啟動或者中止線程和進(jìn)程、強(qiáng)化安全系數(shù)，同時還調(diào)整任何該組件涉及到的其他組件的附件配置。
架構(gòu)類庫FCL
它是一套可以使用的統(tǒng)一的面向?qū)ο蟆惒胶蛯哟谓Y(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展類庫，可以與通用語言運(yùn)行庫緊密集成在一起。FCL由一個提供類、結(jié)構(gòu)、接口、枚舉和的層狀命名空間組成。通過創(chuàng)建一套跨編程語言的通用API,.NET框架可以實(shí)現(xiàn)跨語言繼承、糾錯處理以及程序調(diào)試。實(shí)際上，從VisualBasic到C++的所有編程語言，對于.NET框架都是相互等同的，開發(fā)人員可以自由地選擇他們想使用的任何語言。
它是創(chuàng)建基于Web的應(yīng)用程序的模型，該模型由一組控件和一個基本結(jié)構(gòu)組成。其中，控件集中封裝了公共的、用于超文本標(biāo)識語言(HTML)用戶界面的各種小組件(諸如文本框、下拉選單等等)。有了,Web應(yīng)用程序的構(gòu)建變得非常容易。
數(shù)據(jù)庫連接
是Microsoft推出的以.NET框架為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)操作模型。并不是ADO的下一個版本，而是提供了一種新的基于離線數(shù)據(jù)和XML的數(shù)據(jù)操作方法。
工程熱力學(xué)學(xué)習(xí)網(wǎng)使用設(shè)置在Windows下的IIS服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫使用SQLServer2000，使用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接。
關(guān)鍵詞 工程熱力學(xué) 教學(xué) 策略
【中圖分類號】G712
一、工程熱力學(xué)的特點(diǎn)
工程熱力學(xué)是熱能與動力工程、化工機(jī)械及油氣儲運(yùn)等許多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是這些專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，在高等院校教學(xué)工作中占有重要地位。工程熱力學(xué)是熱力學(xué)最早的一個分支，主要是研究熱能與其它能量之間相互轉(zhuǎn)換規(guī)律及其應(yīng)用的一門學(xué)科。工程熱力學(xué)包含的內(nèi)容較多、理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)、熱力學(xué)理論和公式較繁雜、很多內(nèi)容比較抽象，對于剛接觸這門課的許多大學(xué)生來說是非常難的一門課程。雖然工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)同為專業(yè)基礎(chǔ)課程，但其學(xué)習(xí)難度要遠(yuǎn)高于傳熱學(xué)，因?yàn)閭鳠釋W(xué)的主要內(nèi)容就是傳導(dǎo)、對流和輻射等三種傳熱方式，而工程熱力學(xué)中既包括熱力學(xué)三大定律、各種工質(zhì)的熱物理性質(zhì)，還包括郎肯循環(huán)等各種熱力循環(huán)。基于工程熱力學(xué)學(xué)科的上述特點(diǎn)，必須積極探討工程熱力學(xué)課程的有效教學(xué)方法，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，達(dá)到真正掌握工程熱力學(xué)知識的目的。
二、工程熱力學(xué)的教學(xué)方法
要做好工程熱力學(xué)的教學(xué)工作，必須改進(jìn)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法，通過教學(xué)法的改進(jìn)來不斷增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和對知識的理解掌握程度。筆者根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在工程熱力學(xué)的教學(xué)過程中可以采用以下幾點(diǎn)策略。
1、明確工程熱力學(xué)教學(xué)的目的
在教學(xué)的過程中，老師應(yīng)該對工程熱力學(xué)有一個明確的定位。工程熱力學(xué)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，因此教學(xué)的首要目的是讓學(xué)生對工程熱力學(xué)的知識有比較牢固的掌握。但與此同時，老師應(yīng)該對教學(xué)目標(biāo)有更高的要求，由于工程熱力學(xué)的特點(diǎn)，學(xué)好這門課非常有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和分析問題、解決問題的能力，也就是說可以通過這門課使學(xué)生學(xué)會分析問題的方法，為他們今后的工作和科研打下良好的基礎(chǔ)。雖然高職院校的學(xué)生底子普遍比較薄弱，但通過正確的引導(dǎo)也會使他們在學(xué)好課本知識的同時使自己的綜合素質(zhì)得到提高。如在學(xué)習(xí)熵的概念時，由于這個概念比較抽象，很多學(xué)生可能會比較困惑，這時老師應(yīng)將課本內(nèi)容與社會現(xiàn)象相結(jié)合，組織大家辯論社會的發(fā)展符不符合孤立系統(tǒng)熵增原理。同學(xué)們通過積極的辯論，不僅可以加深對熱力學(xué)中熵的概念的理解，而且也提高了他們學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣，鍛煉了他們的思維能力，使教學(xué)效果得到顯著提升。
2、在教學(xué)過程中運(yùn)用好現(xiàn)代教學(xué)手段
現(xiàn)代技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展使得多媒體教學(xué)的應(yīng)用也越來越普遍，但與此同時也出現(xiàn)了許多問題需要解決，最典型的就是多媒體教學(xué)成了老師的閱讀式教學(xué)和學(xué)生的瀏覽式教學(xué)，一堂課下來學(xué)生并沒有收獲多少東西。因此，在多媒體教學(xué)的過程中老師必須要認(rèn)真準(zhǔn)備自己的電子教案。在電子教案的制作過程中必須要根據(jù)工程熱力學(xué)課程的特點(diǎn)引入大量的信息和動畫，這樣便于學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容有一個直觀的認(rèn)識，如在學(xué)習(xí)郎肯循環(huán)時，通過向?qū)W生進(jìn)行動畫演示，可以使學(xué)生對該循環(huán)的流程和循環(huán)過程中所涉及到的設(shè)備有一個非常清楚的了解。另外，在制作多媒體課件的時候，老師必須要注意揚(yáng)長避短，大到內(nèi)容的收集與調(diào)整、小到字體的顏色與大小等問題必須要認(rèn)真對待。在多媒體教學(xué)的過程中必須將老師、學(xué)生、課件及教材作為一個有機(jī)的整體來考慮，使教師成為整個教學(xué)過程的組織者、學(xué)生成為工程熱力學(xué)知識的主動構(gòu)建者，多媒體僅僅是教學(xué)的工具和輔助手段，并不能替代教師的作用，教學(xué)過程中仍然要以老師為主導(dǎo)和學(xué)生為主體。
3、積極在課堂教學(xué)中開展“研究型”學(xué)習(xí)的模式
高等職業(yè)院校培養(yǎng)的是實(shí)踐性和應(yīng)用性比較強(qiáng)的人才，因此在課堂教學(xué)中必須貫徹“學(xué)以致用”的教學(xué)理念。就以熱力學(xué)第二定律的學(xué)習(xí)為例，雖然熱力學(xué)第二定律僅僅是簡單的一句話，但該定律卻是用來判斷熱力過程能否進(jìn)行的重要依據(jù)。利用該定律學(xué)生很容易對基本的物理現(xiàn)象進(jìn)行判斷，如熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體等。但在熱力系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況下，很多學(xué)生往往不知如何下手去判斷該過程能不能進(jìn)行。在進(jìn)行該部分內(nèi)容的教學(xué)時老師應(yīng)多結(jié)合具體的案例，讓學(xué)生根據(jù)課本的知識去判斷有些表面看起來可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的熱力過程能不能實(shí)現(xiàn)。如可以讓學(xué)生討論汽輪機(jī)做完功的乏汽有沒有利用的價(jià)值，因?yàn)檫@是很多沒有學(xué)過工程熱力學(xué)的人經(jīng)常會提出的問題，要解決這個問題，就需要學(xué)生有一個宏觀的思維，對郎肯循環(huán)的整個過程有深入的了解，多進(jìn)行類似的“研究型”學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生將自己的所學(xué)用到實(shí)踐中去，真正達(dá)到學(xué)以致用的目的。
4、教學(xué)手段多樣化，提高學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力
一個好的老師教給學(xué)生的是終身學(xué)習(xí)的能力，而不僅僅是給學(xué)生書本上的知識。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，知識更新的速度越來越快。高職院校的學(xué)生畢業(yè)后大部分從事的都是一線的技術(shù)工作，由于技術(shù)更新?lián)Q代的速度非常快，因此這就對他們的學(xué)習(xí)能力提出了更高的要求。由于工程熱力學(xué)的內(nèi)容十分豐富，并且只要涉及到能源的行業(yè)都能用上工程熱力學(xué)的知識，這為工程熱力學(xué)教學(xué)手段的多樣化提供了非常便利的條件。在教學(xué)過程中除了讓學(xué)生學(xué)好課本知識和進(jìn)行必要的習(xí)題訓(xùn)練外，可以給學(xué)生布置實(shí)踐性比較強(qiáng)的大作業(yè)，大作業(yè)的形式可以多種多樣。如可以讓學(xué)生就熱力學(xué)中的某個熱點(diǎn)問題進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，根據(jù)自己查找的資料寫成報(bào)告；在學(xué)習(xí)完熱力學(xué)中的主要熱力循環(huán)過程以后可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)理論上可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的熱工設(shè)備等；另外，還可以讓學(xué)生針對某個企業(yè)的能耗特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出其中潛在的節(jié)能潛力并提出實(shí)現(xiàn)的方案等。通過以上多種多樣的教學(xué)手段，不僅可以使學(xué)生對基本的理論知識有了更好的掌握，而且也真正培養(yǎng)了他們的綜合學(xué)習(xí)能力，對他們順利完成大學(xué)學(xué)業(yè)及今后的工作都有著巨大的幫助作用。
三、結(jié)語
結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從幾個方面提出了做好工程熱力學(xué)教學(xué)工作的措施。由于篇幅所限，僅就幾個主要方面展開論述，希望能為從事工程熱力學(xué)教學(xué)工作的大學(xué)老師提供一些有益的參考。
參考文獻(xiàn)
工程熱力學(xué)課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、概念抽象，教學(xué)難度大。在缺少專業(yè)工程背景的情況下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺較為困難，甚至茫然不知所云。如何使學(xué)生能夠較好地掌握教學(xué)內(nèi)容及熱力學(xué)基本內(nèi)容，是工程熱力學(xué)課程教學(xué)的根本所在。在多年的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)在課堂教學(xué)中，除了需要借助優(yōu)美的PPT多媒體課件來展示熱力學(xué)過程，更需要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣，在引入一些工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，激勵學(xué)生去思考，及時地與學(xué)生就教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行討論，促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握和領(lǐng)悟。與常規(guī)教學(xué)方法相比，課堂教學(xué)不再是文字、公式的羅列，PPT動畫的簡單演示，而是把教學(xué)的核心放在啟迪學(xué)生對熱力學(xué)概念、原理的思考及把握上，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的同時，熟悉熱力學(xué)的系統(tǒng)內(nèi)容、章節(jié)間的邏輯關(guān)系、基本原理等，形成對熱力學(xué)的一種系統(tǒng)的總體的認(rèn)識和把握，而不是零散地去背誦記憶一些片段。通過這種激勵啟發(fā)式的教學(xué)，使學(xué)生做到理論和實(shí)際工程案例的結(jié)合，從而使熱力學(xué)知識很好地固化在學(xué)生的大腦中，并且達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。激勵啟發(fā)式教學(xué)，需要教師在課堂教學(xué)前充分準(zhǔn)備，精心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容的每個環(huán)節(jié)，圍繞章節(jié)內(nèi)容中的重點(diǎn)知識內(nèi)容，設(shè)計(jì)問題及啟發(fā)實(shí)例，并完成課堂互動討論的教學(xué)組織，在此過程中需要教師飽含激情和較好的耐心，使學(xué)生在嚴(yán)肅活潑的氛圍中掌握熱力學(xué)的相關(guān)知識。
二、改進(jìn)課堂教學(xué)PPT，增加工程實(shí)例
工程熱力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與工程實(shí)際密切相關(guān)。在教學(xué)過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿足課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣及深入掌握熱力學(xué)知識，迫切需要在傳統(tǒng)課件中加入工程實(shí)例，利用多媒體技術(shù)全面展示熱力學(xué)的工程應(yīng)用，使學(xué)生在工程案例的演示中發(fā)現(xiàn)并體會工程熱力學(xué)的重要性及美感。通過工程案例的學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)內(nèi)容圖文并茂，聲像結(jié)合，使學(xué)生在多方位、立體化地形成認(rèn)知并達(dá)到對熱力學(xué)知識的理解、分析、記憶、掌握和應(yīng)用。對于熱力學(xué)工程案例，我們選取了真空做功、制冷循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)等工程機(jī)械作為實(shí)例，進(jìn)行詳細(xì)分析和講授。工程案例的引入，將實(shí)際生活中與熱力學(xué)相關(guān)的問題引入到教學(xué)中，用所學(xué)知識來解釋工程問題，在講解中讓學(xué)生明白熱力學(xué)知識可以解決本專業(yè)涉及的實(shí)際專業(yè)問題，從而實(shí)現(xiàn)“從理論中來，到實(shí)踐中去”，實(shí)現(xiàn)對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
三、將工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)融入大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目中
在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中，需要提升學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的能力和具有工程應(yīng)用背景的有關(guān)開發(fā)、設(shè)計(jì)的能力。大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)施，有利于促進(jìn)高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的新型人才，促進(jìn)高校探索并建立以科研活動為中心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的本科人才培養(yǎng)和研究性學(xué)習(xí)教學(xué)改革，充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，同時在項(xiàng)目實(shí)施中使學(xué)生逐漸掌握思考問題、解決問題的能力。結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，結(jié)合建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的專業(yè)特點(diǎn)，在指導(dǎo)學(xué)生大創(chuàng)項(xiàng)目時，將熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和卡諾定律應(yīng)用其中，使學(xué)生明白能源利用的守恒性，以及如何提高熱力循環(huán)的效率，減少不可逆損失，這些都成為學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題的一種鍛煉。學(xué)生在科研項(xiàng)目中，深化了對熱力學(xué)知識的認(rèn)識，同時提高了自己思考問題、解決問題的能力。同時，鼓勵學(xué)生積極參加各類挑戰(zhàn)杯、建筑節(jié)能比賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，通過這些競賽活動進(jìn)一步提升自己的創(chuàng)新能力。
四、改進(jìn)課后作業(yè)完成形式，增加分析報(bào)告
工程熱力學(xué)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，其中很多理論已用于工業(yè)過程。因此，在課后作業(yè)中，需要對傳統(tǒng)布置練習(xí)題來檢驗(yàn)教學(xué)成果的方式進(jìn)行改進(jìn)，增加一些實(shí)際工業(yè)循環(huán)的實(shí)例，讓學(xué)生通過分析其所應(yīng)用的原理，提交分析報(bào)告，并指出該工業(yè)過程效率提高的方式和途徑，以這樣的方式來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。同時，精選一些課后習(xí)題，通過詳解的方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和解決問題的能力，進(jìn)一步促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)社會持續(xù)不斷向前發(fā)展的原動力，也是培養(yǎng)和造就一大批素質(zhì)過硬、勇于創(chuàng)新的新世紀(jì)人才，保證國家高速發(fā)展的有力保障。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)來自于理論和課堂，更在于理論和課堂之外的親身體會和具體的實(shí)踐操作。
本文從工程熱力學(xué)教學(xué)與工程實(shí)例結(jié)合，與科研活動結(jié)合，改進(jìn)課堂教學(xué)組織模式和課后作業(yè)完成形式等方面，探討了以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)下的工程熱力學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐，希望能夠進(jìn)一步提高工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和效果。
作者:高蓬輝 張東海 王義江 黃 煒 單位:中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系
參考文獻(xiàn)：
[1]岳丹婷,呂欣榮,李青.深化熱工教學(xué)改革加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].2002,(4):86-88.
[2]譚羽非.突出專業(yè)特點(diǎn)改革工程熱力學(xué)課程教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].高等建筑教育,2004,(13):39-43.
關(guān)鍵詞：《材料熱力學(xué)》；教學(xué)效果；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ？搖文章編號：1674-9324（2013）41-0107-02
《材料熱力學(xué)》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。通過《材料熱力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握《材料熱力學(xué)》的基本概念和理論，并利用《材料熱力學(xué)》進(jìn)行相變、表面和界面等的分析和研究。然而《材料熱力學(xué)》具有概念多而易混淆、公式多而難記憶以及內(nèi)容抽象難懂等特點(diǎn)，學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容比較困難，本文嘗試對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行探索，以提高《材料熱力學(xué)》課程的教學(xué)效果。
一、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐相結(jié)合
1.突出應(yīng)用目的。本科《材料熱力學(xué)》教學(xué)重點(diǎn)在于熱力學(xué)基本原理及其在相平衡、表面和界面等領(lǐng)域的應(yīng)用。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)材料熱力學(xué)之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)過物理化學(xué)等課程，因此講授《材料熱力學(xué)》時，應(yīng)將重點(diǎn)放在運(yùn)用熱力學(xué)基本原理解決材料科學(xué)中的問題這一方面。在熱力學(xué)基本原理這部分內(nèi)容的講授中，為了理論體系的完整性，我一般會對重要的定理和公式進(jìn)行簡單地推導(dǎo)，使同學(xué)掌握基本原理的來龍去脈，而對于其他的定理和公式，我一般簡單分析一下它們的內(nèi)涵和適用范圍，不做詳細(xì)的推導(dǎo)。我把熱力學(xué)原理在材料科學(xué)中的應(yīng)用作為我的講課重點(diǎn)。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中有很多例題，但是我重點(diǎn)挑選與相變有關(guān)的典型例題來講解，比如：選擇熔化和凝固過程的熱量計(jì)算以說明熱力學(xué)第一定律在計(jì)算相變熱效應(yīng)的應(yīng)用，選擇熔化和凝固過程的熵變或自由能變化計(jì)算以說明熱力學(xué)第二定律在判斷相變方向的應(yīng)用等，以突出《材料熱力學(xué)》課程以熱力學(xué)基本原理解決材料科學(xué)問題的講課重點(diǎn)。
2.增加科研和生產(chǎn)方面的內(nèi)容。筆者經(jīng)過幾年的材料熱力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出：在教學(xué)過程中教師必須將科研和工程案例與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，這樣不僅讓學(xué)生在科研和工程案例中理解材料熱力學(xué)的基本概念和原理，同時了解理論對實(shí)踐的重要指導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們學(xué)院的一些學(xué)生承擔(dān)本校激光研究所鈦基激光熔覆層方面的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，我在講解自由能判據(jù)這部分內(nèi)容時會引入這方面的實(shí)例，比如：為什么添加B4C的鎳粉在高能激光照射下會在鈦基體中形成TiB和TiC增強(qiáng)相。我的一個科研項(xiàng)目是有關(guān)碳纖維/銅基滑動軸承材料粉末冶金制備工藝的，我將這部分科研內(nèi)容引入到表面和界面這一章中，向同學(xué)們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復(fù)合涂層時要使用表面預(yù)鍍銅的碳纖維為原料。我還經(jīng)常將企業(yè)的生產(chǎn)內(nèi)容融入到《材料熱力學(xué)》的教學(xué)中，比如我將人造金剛石的生產(chǎn)過程引入到封閉體系的熱力學(xué)基本方程這一章的教學(xué)中，以說明公式（？墜G/？墜T）P=-S和（？墜G/？墜P）T=V的應(yīng)用；我還將氧化鋯生產(chǎn)過程中氯化銨廢水的處理和循環(huán)使用這部分內(nèi)容引入到滲透壓的教學(xué)內(nèi)容中，說明如何根據(jù)氯化銨廢水中離子的濃度計(jì)算出滲透壓，進(jìn)而為反滲透設(shè)備中泵的選型提供依據(jù)。
3.增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)中的重要內(nèi)容，具有直觀性、實(shí)踐性和客觀性的特點(diǎn)。以實(shí)驗(yàn)作為主要手段進(jìn)行的教學(xué)活動，可以揭示自然科學(xué)現(xiàn)象、驗(yàn)證科學(xué)規(guī)律、探索未知、發(fā)展科學(xué)，更為重要的是在實(shí)驗(yàn)中能夠培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)求真的科學(xué)態(tài)度。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中沒有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的內(nèi)容，為了彌補(bǔ)這一缺陷，我增加了“差示掃描量熱法測量材料的比熱容”和“計(jì)算機(jī)在相圖計(jì)算中的應(yīng)用”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。《材料熱力學(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：①幫助學(xué)生掌握《材料熱力學(xué)》的基本原理；②讓學(xué)生初步了解科學(xué)研究的方法；③培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，①強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書寫出預(yù)習(xí)報(bào)告；②實(shí)驗(yàn)過程中的檢查學(xué)生操作情況，要求學(xué)生獨(dú)立操作，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；③教師課后批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，鼓勵學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題。
二、改進(jìn)教學(xué)方法
1.討論式教學(xué)。我會結(jié)合剛講授過《材料熱力學(xué)》知識，設(shè)計(jì)一些與科研和工程密切相關(guān)的問題，讓學(xué)生以小組的形式相互討論共同完成。在下次上課時，我會讓某個或某幾個小組推舉同學(xué)上臺講解，其他同學(xué)提問，最后老師點(diǎn)評和總結(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題能力。
2.多媒體教學(xué)。筆者在講授《材料熱力學(xué)》時，通常采用板書的形式，因?yàn)槲矣X得板書能將公式的推導(dǎo)和例題的計(jì)算一步一步清晰地展現(xiàn)出來，讓同學(xué)們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學(xué)能提供形象、生動、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節(jié)約教師板書和畫圖的時間，提高講課效率，我曾經(jīng)嘗試過使用多媒體來展示解題過程，但效果并不理想。近年來，我傾向于以板書為主，多媒體為輔的教學(xué)方法。我一般將課堂要講述的主干內(nèi)容用板書簡單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學(xué)跟上老師的講課思路，對于一些抽象難懂的概念，我經(jīng)常找一些圖片和視頻，使講授的知識更直觀、形象和生動。
三、改進(jìn)考試方法
考試是知識水平的鑒定方法，大學(xué)階段的考試成績與學(xué)生評優(yōu)、畢業(yè)甚至就業(yè)直接相關(guān)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程大多圍繞考試這根指揮棒轉(zhuǎn)，因此如何用好考試這根指揮棒，對提高教學(xué)效果至關(guān)重要。我傾向《材料熱力學(xué)》采用開卷考試的考核方式，在試題的設(shè)計(jì)上，避免出一些填空和名詞解釋等一些死記硬背的題目，而出一些判斷題和選擇題等靈活運(yùn)用熱力學(xué)基本原理解決問題的題目，問答題和計(jì)算題都是與材料科學(xué)具體問題相關(guān)聯(lián)的，必須掌握熱力學(xué)基本原理及其實(shí)際應(yīng)用才能正確解答。我希望通過這種考核方式，改變學(xué)生在應(yīng)試教育下形成的學(xué)習(xí)方式，明確學(xué)習(xí)目的，提高自身運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力，養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣。
參考文獻(xiàn)：
[1]陳慧，梁寶臣，吳錦國.物理化學(xué)教學(xué)中學(xué)生自學(xué)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，16（6）：90-91.
[2]劉鴻，肖立川.工程熱力學(xué)課程教學(xué)方法探討[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，8（3）：103-105.
[3]胡珍珠，朱志昂.物理化學(xué)教學(xué)方法改革初探[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，20（2）：87-88.
[4]郭平生，唐賢健.熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容革新的思考[J].廣西物理，2008，29（4）：51-54.
[5]吳如春.提高化工熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的新嘗試[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，14（3）：95-96.
[6]張開仕.應(yīng)用化學(xué)專業(yè)物理化學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教學(xué)研究，2005，28（6）：541-544.
[7]何宏舟，鄒崢，丁小映.提高“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，（3）：88-92.
關(guān)鍵詞 工程熱力學(xué) 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量 實(shí)踐
中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Research and Practice of Teaching Method on "Engineering Thermodynamics"
ZHANG Yong, LIU Yiwen, FU Lijuan
(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)
Abstract Engineering thermodynamics the basic course is to train engineering students' scientific quality in the 21st century, but also important technology-based course of heat and power engineering and related fields. Articles with "thick foundation, wide caliber" of education reform ideas, the teaching practice, from the curriculum, teaching content, teaching methods and means of performance evaluation, etc., made a number of reform ideas and methods. Teaching should be a clear learning objective, integration of knowledge structure, and update course content to highlight and to grasp the dynamic interdisciplinary research, focusing on integrating theory with practice, to strengthen the practice of teaching, in order to facilitate a comprehensive evaluation of teaching quality.
Key words engineering thermodynamics; teaching methods; teaching quality; practice
工程熱力學(xué)是一門以熱力學(xué)普遍原理為基礎(chǔ)，講述熱能與其他形式能量（主要是機(jī)械能）之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律及其工程應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科，是動力、能源、機(jī)械、材料、航空航天、生物（醫(yī)學(xué)）、化學(xué)以及環(huán)境工程等專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是培養(yǎng)21世紀(jì)工科學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的公共基礎(chǔ)課。
然而長期以來，由于工程熱力學(xué)的概念抽象、理論深奧，對知識的理解和掌握有一定的難度，造成教師不易教，學(xué)生也不易學(xué)。學(xué)生對很多概念似懂非懂，缺乏學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果欠佳。顯然，如何教好“工程熱力學(xué)”，使學(xué)生掌握熱力學(xué)基本原理及其工程應(yīng)用，已成為該課程教學(xué)的關(guān)鍵。
1 課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)中存在的問題
工程熱力學(xué)是以熱力學(xué)普遍原理為基礎(chǔ)，針對具體問題采用抽象、概括、簡化和理想化的方法，建立分析模型，推導(dǎo)出一系列有用的公式，得到若干重要結(jié)論，并用這些公式和結(jié)論指導(dǎo)和解決工程實(shí)際問題。其顯著特點(diǎn)如下：
1.1 概念多且抽象難懂
工程熱力學(xué)不但概念多，并且概念的物理意義在不同使用條件下又有不同的引申，學(xué)習(xí)中很容易混淆。例如，功的概念，有體積變化功、有用功、排斥大氣功、推動功、流動功和技術(shù)功等等。熱容的概念，既可從定義出發(fā)分為質(zhì)量熱容、摩爾熱容、體積熱容；又可按熱力過程的不同分為比定壓熱容和比定容熱容；還可以根據(jù)熱量計(jì)算方法的不同分為真實(shí)比熱容、平均比熱容和定值比熱容等。熱力系統(tǒng)的概念、熱力過程的概念和循環(huán)的概念等也是如此。
工程熱力學(xué)的概念、定律和分析過程較為抽象，都不涉及物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)，初學(xué)者很難深入領(lǐng)會。而且工程熱力學(xué)的很多概念和結(jié)論都是用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)的，且推導(dǎo)過程并沒有結(jié)合具體的物理過程，而僅僅是通過數(shù)學(xué)關(guān)系式間的變換得出其物理結(jié)論。例如，從熵的定義式來看，熵應(yīng)該與換熱量和系統(tǒng)溫度有關(guān)，但定義式又是怎樣反映熱過程進(jìn)行的方向、限度和條件呢？由于學(xué)生以前很少接觸用數(shù)學(xué)語言描述物理概念的方法，普遍感覺熱力學(xué)的概念抽象難懂。
1.2 內(nèi)容相互交叉且難理解
工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容也很多，主要包括熱力系統(tǒng)、狀態(tài)參數(shù)等基本概念，熱力學(xué)第一、第二定律等基本定律，常用工質(zhì)的性質(zhì)，過程和循環(huán)的分析及計(jì)算方法，化學(xué)熱力學(xué)等等。有些章節(jié)的內(nèi)容還可以單獨(dú)成為一門學(xué)科方向，如研究燃?xì)鈩恿ρh(huán)的內(nèi)燃機(jī)學(xué)，研究氣體流動的空氣動力學(xué)等。
可見，這些具體的研究內(nèi)容，即與熱力學(xué)的基本原理相關(guān)聯(lián)，又引伸出許多復(fù)雜的公式和結(jié)論，還有自己相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生普遍感覺課程的內(nèi)容繁多，應(yīng)付不暇，難于理解，顧此失彼。
1.3 公式應(yīng)用條件復(fù)雜且難記憶
工程熱力學(xué)與工程實(shí)際問題聯(lián)系密切，涉及面廣，公式很多。即使同一個公式，在不同的應(yīng)用條件下，也有很多不同的表達(dá)形式。例如，熱力學(xué)第一定律對于閉口系和開口系有兩種不同的表達(dá)式；對于可逆過程也有不同的表達(dá)形式；對于理想氣體的可逆過程還有不同的表達(dá)形式。這么多不同形式的公式，許多學(xué)生很難吃透公式的物理意義和具體的應(yīng)用條件，在遇到熱工實(shí)際問題時，往往無法確定選用哪一個公式，靈活應(yīng)用就更不用說了。
2 明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
興趣是學(xué)習(xí)的動力源泉之一，教學(xué)成功的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可以從多個方面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，但最重要的就是在第一堂課上讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的目的。教師除了要對工程熱力學(xué)的發(fā)展歷史，主要研究對象、內(nèi)容和方法作一個常規(guī)的介紹外，還應(yīng)對課程的開設(shè)情況、課程的實(shí)用價(jià)值和重要作用進(jìn)行深入細(xì)致的闡述。首先，熱現(xiàn)象幾乎是每一個工程領(lǐng)域中都會碰到的物理現(xiàn)象，能量的有效與合理的利用幾乎是每一個工程師都需要解決的問題。在一些領(lǐng)域中，熱現(xiàn)象的規(guī)律還是制約技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。所以，在境內(nèi)外的高等工程教育中，傳熱學(xué)、熱力學(xué)與流體力學(xué)課程的開設(shè)相當(dāng)普遍。其次，無論從工業(yè)生產(chǎn)過程來看，還是從節(jié)約能源消耗來看，理工科學(xué)生都應(yīng)該具備合理節(jié)能、用能的意識，并懂得其基本的應(yīng)用技術(shù)。而熱工類課程的內(nèi)容就是合理用能及節(jié)能理論中的最基礎(chǔ)與最核心的部分。最后，還應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實(shí)例，讓學(xué)生明白學(xué)到的熱力學(xué)知識可以解決和解釋很多實(shí)際問題，特別要強(qiáng)調(diào)專業(yè)與課程的聯(lián)系，和實(shí)際問題在課程中的理論基礎(chǔ)。這樣，才能使學(xué)生明確學(xué)習(xí)《工程熱力學(xué)》的專業(yè)目的性，對學(xué)習(xí)該門課程充滿期待。
3 教學(xué)方法的改革與實(shí)踐
實(shí)踐證明，提高課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵是改進(jìn)教學(xué)方法。針對工程熱力學(xué)課程的特點(diǎn)，經(jīng)過探索發(fā)現(xiàn)，實(shí)行啟發(fā)式教育，在課堂上加強(qiáng)互動，就一兩個中心問題展開討論，讓學(xué)生在思考中吸收新知識。先進(jìn)的教學(xué)方法既可活躍學(xué)生的學(xué)術(shù)思想，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，又可顯著提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。
3.1 整合知識結(jié)構(gòu)，優(yōu)化課程體系
調(diào)整后的新專業(yè)所牽涉的知識結(jié)構(gòu)比以前廣泛的多，要求學(xué)生掌握的知識面也比以前更寬。從培養(yǎng)復(fù)合型人才考慮，在不增加學(xué)時數(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對課程體系進(jìn)行優(yōu)化和整合。
教學(xué)內(nèi)容應(yīng)提高起點(diǎn)、后移重點(diǎn)，簡化大學(xué)物理熱學(xué)中已涉及的部分內(nèi)容，并略去繁瑣的公式推導(dǎo)。強(qiáng)調(diào)課程體系中理論與應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合和相互滲透，注意培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的觀念。同時，適當(dāng)?shù)亟榻B新型制冷循環(huán)、新型節(jié)能材料的工質(zhì)熱物性等，本學(xué)科的最新研究成果及其應(yīng)用，以擴(kuò)大學(xué)生的知識面，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。另外，注意與其它課程之間的協(xié)調(diào)，上掛高等數(shù)學(xué)、理論和材料力學(xué)等基礎(chǔ)課程，下掛內(nèi)燃機(jī)原理、鍋爐原理、供熱工程、制冷工程等專業(yè)課程，保證其作為技術(shù)基礎(chǔ)課程能為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、今后的工作和進(jìn)一步的研究奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
3.2 突出重點(diǎn)，精講多練
在課堂教學(xué)中，根據(jù)工程熱力學(xué)的特點(diǎn)和教學(xué)改革的要求，應(yīng)采用精講多練的教學(xué)方法。這是因?yàn)椋n程的內(nèi)容多而課時少，教學(xué)中也不可能做到面面俱到，而某些原理在后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中還會應(yīng)用，授課時應(yīng)有所側(cè)重，實(shí)行“精講”；課程有諸多應(yīng)用條件復(fù)雜的公式，只有通過多做練習(xí)，才能深入理解公式的物理意義、變換規(guī)律及具體應(yīng)用條件，做到融會貫通，靈活的應(yīng)用它們來分析解決工程實(shí)際問題。
3.3 正確應(yīng)用圖表，化抽象為形象
圖表具有直觀、形象、方便的特點(diǎn)，在工程熱力學(xué)中有其特殊的作用，應(yīng)用也是經(jīng)常性的。因?yàn)橛行崃^程或循環(huán)十分復(fù)雜，一般的分析計(jì)算根本不可能，只能憑借各類繪制的圖表進(jìn)行計(jì)算；借助圖表還可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和模擬。所以，引導(dǎo)學(xué)生正確使用圖表是工程熱力學(xué)教學(xué)中應(yīng)該特別重視的。
在剛開始接觸簡單的P-V圖、T-S圖時，為了給理解水蒸氣和濕空氣的圖表奠定基礎(chǔ)，就應(yīng)提醒學(xué)生注意圖表的作用和細(xì)節(jié)，如怎樣在圖上區(qū)分吸熱、放熱，對內(nèi)、對外作功；怎樣在圖上表示熱過程的方向等等。在介紹水蒸氣的h-s圖和濕空氣的h-d圖時，應(yīng)重點(diǎn)說明它們的構(gòu)圖原理，并通過各種等值線簇的繪制，講解各參數(shù)的變化規(guī)律。另外，為了讓學(xué)生掌握各種圖表的使用方法，還應(yīng)安排一定數(shù)量的、通過圖表進(jìn)行熱力計(jì)算的習(xí)題。
3.4 利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，促進(jìn)師生互動
工程熱力學(xué)課程內(nèi)容含有許多抽象的工作原理圖、系統(tǒng)循環(huán)圖。常規(guī)的板書教學(xué)浪費(fèi)時間效果也不太理想。如果把這部分內(nèi)容制作成集聲、光、色、圖、文于一體的多媒體課件，既直觀形象，又新穎生動。不但可加強(qiáng)授課的生動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可加大教學(xué)信息量，增加單位時間內(nèi)授課內(nèi)容的深度和廣度，有利于學(xué)生理解和記憶課程內(nèi)容。例如，我們可以用多媒體課件演示各種熱過程曲線的生成，還可以利用計(jì)算機(jī)繪制水蒸氣的各種圖線，免除查圖、查表的麻煩。
總之，在課堂上進(jìn)行形象直觀的教學(xué)，充分利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，發(fā)揮多媒體的作用，可以幫助教師有效地提高教學(xué)效果和教學(xué)效率，也可以改變學(xué)生死記硬背和被動接受知識的學(xué)習(xí)方式。
3.5 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際
工程熱力學(xué)有較強(qiáng)的工程應(yīng)用背景，在加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)時，還要注意緊密聯(lián)系工程實(shí)際，吸收當(dāng)今熱工科技的新成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有直觀性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以很好地配合課堂教學(xué)。除了開設(shè)“空氣絕熱指數(shù)的測定”、“飽和蒸汽P-T曲線關(guān)系的測定”等驗(yàn)證性試驗(yàn)外，還開設(shè)了綜合設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模约涸O(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，寫出詳細(xì)的試驗(yàn)，并選擇試驗(yàn)設(shè)備和用具，經(jīng)教師審查合格后，方可開始試驗(yàn)，最后還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差分析。通過試驗(yàn)，一方面加深了學(xué)生對熱力學(xué)基本原理的理解和認(rèn)識，另一方面也鍛煉了學(xué)生的動手能力和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。
在課堂教學(xué)中，還應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，把抽象的理論知識與生動的工程實(shí)際問題相結(jié)合，用熱力學(xué)理論剖析自然現(xiàn)象，做到學(xué)以致用。一方面，可以采用案例教學(xué)法。例如，用相對濕度的概念來解釋為什么陰雨天晾衣服不易干，而晴天易干；用熱效率的概念來解釋為什么用電爐取暖比用電驅(qū)動熱泵取暖浪費(fèi)等等。另一方面，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容適時地向?qū)W生介紹學(xué)科的最新研究成果及其應(yīng)用。例如，在講解動力循環(huán)時，可以選擇介紹目前內(nèi)燃機(jī)利用蘭金循環(huán)回收廢熱能量，提高整機(jī)效率的方法。實(shí)踐證明，把教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際問題密切聯(lián)系的教學(xué)方法，可以加強(qiáng)課堂教學(xué)的前瞻性和趣味性，能有效調(diào)動學(xué)生的求知欲，使其由“被動接受學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃友芯繉W(xué)習(xí)”，對提高教學(xué)效果大有幫助。
4 強(qiáng)化考試對教學(xué)的推動作用
考試作為檢驗(yàn)學(xué)生對課程內(nèi)容掌握程度的標(biāo)尺，關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量和效果。為了使考試成績能科學(xué)、客觀、公平地反映學(xué)生對工程熱力學(xué)知識的掌握和應(yīng)用能力，同時調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，可采用學(xué)生普遍認(rèn)可的綜合評定成績的方式，即平時成績占10%、考勤占10%、實(shí)驗(yàn)占10%、期末考試占70%。
為了有效避免學(xué)生死記硬背概念、定律和公式，教師應(yīng)綜合運(yùn)用選擇題、判斷改錯題、計(jì)算題和綜合分析題編制試卷，靈活考察熱力學(xué)的基本原理及應(yīng)用。這是因?yàn)閷?shí)際問題往往非常復(fù)雜，需要學(xué)生靈活應(yīng)用多方面的理論知識才能做出正確解答。對于那些基礎(chǔ)知識不扎實(shí)的學(xué)生，只是簡單記住了書本上概念、定律和公式，面對各種似是而非的敘述也會舉棋不定，做出錯誤判斷也不足為奇。
5 結(jié)束語
工程熱力學(xué)是一門充滿生機(jī)的經(jīng)典學(xué)科，大量的經(jīng)典內(nèi)容仍是現(xiàn)代學(xué)子為培養(yǎng)創(chuàng)新能力必須掌握的重要基礎(chǔ)。由于課程具有概念多且抽象、知識點(diǎn)多且相互交叉、公式多且應(yīng)用條件復(fù)雜的特點(diǎn)，教師要把這門課講得精彩很不容易。因此，如何有效的提高“工程熱力學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量、解決學(xué)生難學(xué)、教師難講的問題，是值得長期研究的課題。
針對我校熱能與動力工程專業(yè)課程體系的教學(xué)改革，并結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，通過以上的嘗試，有重點(diǎn)、有目的的講解，取得了一定的效果，希望能對提高本課程的教學(xué)質(zhì)量有所貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 沈維道,童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2007.
[2] 曾丹苓,敖越等.工程熱力學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002.
[3] 何雅玲.工程熱力學(xué)精要分析及典型題精解[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2000.
[4] 何宏舟,鄒崢等.提高“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào),2002(3):3.
關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；教學(xué)方法；教學(xué)手段；教學(xué)改革
作者簡介：裘薇（1976-），女，浙江臨安人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，講師；朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，教授。（上海?200090）
基金項(xiàng)目：本文系上海市教育委員會重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（編號：20105302）的研究成果。
中圖分類號：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）21-0062-02
工程熱力學(xué)是研究熱能和其它形式能量（特別是機(jī)械能）相互轉(zhuǎn)換規(guī)律以及提高能量轉(zhuǎn)換效率的一門學(xué)科，是熱能與動力工程專業(yè)的一門必修的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生開始接觸的第一門和熱能工程有關(guān)的課程。工程熱力學(xué)不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程提供必要的基礎(chǔ)理論知識和基本技能，也為學(xué)生日后從事熱能利用、熱設(shè)計(jì)、熱管理和熱控制等方面的專業(yè)技術(shù)和科學(xué)研究工作打下必要的理論基礎(chǔ)。
近幾年，隨著學(xué)校的不斷發(fā)展，上海電力學(xué)院先后開設(shè)了“熱動卓越工程師班”、“電廠自動控制”、“電廠測控”、“電廠核電”新專業(yè)和獲得了“熱能工程”碩士點(diǎn)的授予權(quán)。為了適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)及“085工程”的需要，教師除了繼續(xù)承擔(dān)“熱動專業(yè)”的“工程熱力學(xué)”教學(xué)任務(wù)外，還將面向“電專業(yè)”和研究生開設(shè)不同層次內(nèi)容的工程熱力學(xué)課程，因此，為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，有必要對“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)方法及手段開展更高層次的研究工作。
一、教學(xué)目標(biāo)
根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，“工程熱力學(xué)”課程的教學(xué)目標(biāo)是通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握工程熱力學(xué)的基本理論和基本知識，受到較強(qiáng)的基本技能訓(xùn)練，能正確進(jìn)行熱力過程和熱力循環(huán)的分析和計(jì)算。教學(xué)方向定位于基礎(chǔ)科學(xué)理論與工程實(shí)際之間的橋梁，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決工程實(shí)踐問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。課程的特點(diǎn)是：將工程熱力學(xué)作為一個整體來組織教學(xué)，并借助于現(xiàn)代教育手段、密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)與專業(yè)課程，進(jìn)行完整、系統(tǒng)的教學(xué)。
二、教學(xué)改革采取的措施
教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革是服務(wù)于課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，它是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要措施。”工程熱力學(xué)”課程的邏輯性很強(qiáng)，各部分內(nèi)容又交叉滲透，一環(huán)扣一環(huán)，而且概念抽象，是一門難教難學(xué)的課程，所以在教學(xué)的過程中，需要注意教學(xué)的方法和手段，使學(xué)生能較好又容易地理解教學(xué)內(nèi)容。
1.教學(xué)方法的改革
（1）開展教學(xué)研討活動，理解教學(xué)思路。通過開展多次教師試講活動，對本課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)方法等有比較清楚的認(rèn)識。教學(xué)目標(biāo)要從學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及職業(yè)發(fā)展的需求考慮。基礎(chǔ)課不只是為后續(xù)課程服務(wù)，為專業(yè)的學(xué)習(xí)服務(wù)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)思維方式，提高他們分析問題和解決問題的科學(xué)研究能力，使學(xué)生眼光遠(yuǎn)、層次高、后勁足。教學(xué)上需要控制教學(xué)內(nèi)容的難度。注意將教學(xué)內(nèi)容及習(xí)題的難度控制在適當(dāng)?shù)乃剑y度太大的習(xí)題，會過度加大學(xué)生的負(fù)擔(dān)，不提倡作為作業(yè)而布置。教學(xué)中需要清楚講述知識點(diǎn)產(chǎn)生的背景和來龍去脈，爭取用一條主線將各章節(jié)的內(nèi)容穿起來，避免對知識點(diǎn)的孤立講授，避免學(xué)生孤立地理解知識。教學(xué)中需要介紹本學(xué)科在工業(yè)、民用及高新技術(shù)領(lǐng)域的一些應(yīng)用實(shí)例，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解，使學(xué)生充分認(rèn)識本門課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。
（2）注重學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在課程教學(xué)過程中注意理論聯(lián)系實(shí)際，注重工程應(yīng)用。以往學(xué)生反映“孤立系統(tǒng)熵增原理和作功能力損失”這部分內(nèi)容抽象難懂。在教學(xué)中可舉一個工程實(shí)例：大氣環(huán)境溫度為-10℃，為保持計(jì)算機(jī)房內(nèi)20℃，需每小時向機(jī)房供熱7500kJ。若采用三種方式供熱：（1）電熱器；（2）電動機(jī)帶動熱泵；（3）溫度為80℃的熱水供暖，讓學(xué)生分析三種情況的熵增和作功能力損失。使用這種工程例子好處是：學(xué)生接觸的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和實(shí)用價(jià)值，可以使學(xué)生加深對這部分內(nèi)容的理解。同時從實(shí)例的比較中，學(xué)生自己也可領(lǐng)悟出一個道理：對能量應(yīng)從量和質(zhì)兩方面綜合評價(jià)，才能真正找到節(jié)能途徑。
講述教材內(nèi)容和工程實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系。例如：制冷循環(huán)的原理與制冷裝置、冷藏庫、家用空調(diào)、電冰箱的聯(lián)系，濕空氣的相關(guān)知識在空氣調(diào)節(jié)、電廠冷卻塔中的應(yīng)用，郎肯循環(huán)與火力發(fā)電廠實(shí)際循環(huán)等。通過介紹這種內(nèi)在聯(lián)系，使課堂教學(xué)內(nèi)容生動，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識和原理在實(shí)際中運(yùn)用。
改變以往全部由教師做習(xí)題點(diǎn)評的方式，請學(xué)生上講臺講演自己的解題方法，其他同學(xué)評判和討論。通過各抒己見，對比分析，最后達(dá)到“明辯是非”。教學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：采用這種做法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的解題方法明顯增多，有些學(xué)生的解題思路相當(dāng)活躍。
鼓勵同學(xué)撰寫生活中應(yīng)用工程熱力學(xué)知識解決實(shí)際問題的小論文。指導(dǎo)學(xué)生關(guān)心身邊的熱力學(xué)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識分析實(shí)際問題，鼓勵學(xué)生構(gòu)思的創(chuàng)新性。通過這一環(huán)節(jié)使學(xué)生充分理解熱力學(xué)的方法，引起對相關(guān)領(lǐng)域的濃厚興趣，加強(qiáng)對學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高科學(xué)素質(zhì)，并且學(xué)生與老師互動、老師通過課外指導(dǎo)來因材施教。在2009年的試驗(yàn)過程中，絕大多數(shù)學(xué)生撰寫了相關(guān)論文，達(dá)到了預(yù)期效果。
關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)；熵；不可逆；卡諾定理微觀意義
中圖分類號：TK123 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）48-0181-03
熵是熱力學(xué)中一個非常重要并且抽象的概念，學(xué)生能否全面地、徹底地掌握第二定律，對熵概念以及熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)的理解至關(guān)重要。
目前工程熱力學(xué)的教學(xué)中普遍存在一個問題[1，2]，就是熵概念的引入時機(jī)和方式。這些教材中，熵概念的第一次引出，即以其微分形式：dS=dQrev/T。熵的這個定義只給出了狀態(tài)函數(shù)熵的微分或熵變，并沒有熵的直接表達(dá)式[3]。這種只提出熵的定義，卻不闡明熵自身的物理意義的引進(jìn)方式，使得學(xué)生對熵的物理意義全然不知，只是一味的死記硬背熵變計(jì)算公式。這時候的熵可謂是“千呼萬喚始出來，猶抱琵琶半遮面”。然而，在后期進(jìn)入到熱力學(xué)第二定律的章節(jié)學(xué)習(xí)后，熵隨著第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式又突然冒了出來，而且還花樣翻新，例如克勞修斯不等式：dS≥dQ/Tr。通常這個時候，學(xué)生開始犯糊涂了，與前面熵初次引入時的熵變定義式搞混了，而后緊接著還要推出孤立系統(tǒng)的熵增原理等，如果整體教學(xué)中缺乏清晰的主線和脈絡(luò)、不闡明不可逆引起熵增的實(shí)質(zhì)原因，卻鋪開來廣講或一味地讓學(xué)生沉浸在大量的熵變計(jì)算中，效果差強(qiáng)人意，如很多學(xué)生常把孤立系統(tǒng)的熵只增不減理解為熵只增不減，或者不明白為什么處處可逆的卡諾循環(huán)的熱效率也不能達(dá)到百分之百。這樣的錯誤表明學(xué)生對熱力學(xué)第二定律尚未真正掌握。
熱力學(xué)第二定律的教學(xué)是從分析自然現(xiàn)象展開的：如打碎的雞蛋不可能自行復(fù)原、水不能在自然條件下由低處流到高處等，這些現(xiàn)象表明一切自然發(fā)生過程都有其特殊的方向性。再者，我們熟悉這樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)：當(dāng)兩個不同溫度的物體相互接觸時，熱量不可能自動地由低溫物體傳到高溫物體，而這恰恰就是由克勞修斯提出的熱二定律的一種經(jīng)典表述，此時熱二定律看起來還如此簡單，學(xué)生尚不難理解，但僅僅停留在這個層面理解熱二定律，顯然是不夠的。熱力學(xué)二定律雖來源于生活，但遠(yuǎn)高于生活。在指出另一種由開爾文從熱轉(zhuǎn)化功的角度闡述的熱二定律時，學(xué)生開始有點(diǎn)迷糊了。開爾文表述為：不可能制成一種循環(huán)動作的熱機(jī)，只從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。
按照通常的教學(xué)程序，接下來的教學(xué)點(diǎn)就是卡諾循環(huán)。如果這個時候，再把講課的重點(diǎn)放在對構(gòu)成卡諾循環(huán)的兩個定熵、兩個定溫過程的講解上，學(xué)生感覺熱二定律更難捉摸了，何況這之后還要推導(dǎo)熵的不等式，熵――這個令物理學(xué)家都“混亂”的概念可能一下子就把學(xué)生擊倒了。如果這樣安排教學(xué)，定會加劇學(xué)生對第二定律整章內(nèi)容的恐懼心理，甚至最終導(dǎo)致放棄對熱二定律整章的學(xué)習(xí)，
所以，在這些內(nèi)容的教學(xué)中，絕不能循規(guī)蹈矩，應(yīng)適時地對教學(xué)的順序做相應(yīng)的調(diào)整，緊緊抓住一條清晰的脈絡(luò)討論，不廣講、不偏離主線太多，抓住本質(zhì)（類比干），在該過程中適時地、善巧地引出一些主要的第二定律表述（枝），順藤摸瓜，最終完全揭示熱力學(xué)第二定律的內(nèi)涵。這樣，學(xué)生容易抓住主線，對整章的知識框架有清晰的認(rèn)識，就不會對紛繁的不同表述和不等式望而生畏。教師在后期的具體教學(xué)中，再去圍繞其他各種表述進(jìn)行細(xì)化討論和延展，就可事半功倍。這種先抓本質(zhì)的教學(xué)思路非常適合熱力學(xué)第二定律和熵――這種既紛雜，又抽象的教學(xué)內(nèi)容。
下面以一種脈絡(luò)式的教學(xué)思路對熱二定律進(jìn)行探究，層層遞進(jìn)，分析現(xiàn)象得到結(jié)論，引出提問，再分析，得到下一個結(jié)論，直至把熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)詮釋出來。
首先，通過兩個熱機(jī)的常見工程實(shí)例――火力發(fā)電廠和汽車發(fā)動機(jī)動力循環(huán)入手，引出熱力學(xué)第二定律在熱轉(zhuǎn)化成功的過程中有低溫?zé)嵩创嬖凇⑼瑫r有部分熱量被拋入低溫?zé)嵩吹默F(xiàn)實(shí)（講解電廠冷卻塔以及汽車尾氣余熱排放至外界環(huán)境）。由實(shí)例可初步得到任何熱機(jī)的效率不僅不能大于百分之百，也不能等于百分之百，也即效率必須小于百分之百。該結(jié)論映證了開爾文說法。
結(jié)論1：熱一定律告訴我們效率不能大于100%，開爾文說法得到熱機(jī)效率只能小于100%。
提問1：效率不能等于百分之百，等于多少，99%？
在熱力學(xué)第二定律尚未問世之前，熱機(jī)工程師錯誤地把熱機(jī)效率的最理想目標(biāo)定為100%。1824年，法國工程師卡諾對此提出了質(zhì)疑，他在確定的高溫?zé)嵩碩1與低溫?zé)嵩碩2之間，構(gòu)建一個最理想（即熱效率最大）的熱機(jī)循環(huán)――卡諾循環(huán)。按最理想的假定，該循環(huán)至少應(yīng)保證過程無摩擦（無耗散）和傳熱無溫差（準(zhǔn)靜態(tài)）等條件，也即循環(huán)必須可逆。但即便這樣一個最理想的熱機(jī)循環(huán)效率也并不等于或者接近100%，而是依賴于高低溫?zé)嵩幢旧淼臏囟龋ǎ繚醕=1-T2/T1卡諾定理）。
以前述的兩個典型的熱機(jī)實(shí)例分析。目前，火電廠蒸汽動力循環(huán)[4]，一般T1=500℃，環(huán)境為T2=25℃，按照卡諾循環(huán)最理想效率為62%，大大低于100%；汽車燃?xì)鈩恿ρh(huán)，T1=1000℃，T2=25℃，卡諾效率為76%，也低于100%。
結(jié)論2：在確定溫度的高低溫?zé)嵩粗g的全可逆理想循環(huán)，熱效率有一峰值，受溫度限制，可能遠(yuǎn)低于100%。（機(jī)理暫不解釋，見結(jié)論6后的反推）
提問2：實(shí)際工程中，摩擦耗散等不可逆因素必定不可避免，這對熱機(jī)的效率又有何影響？
經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)表明：一切實(shí)際過程都包含摩擦，粘滯，電阻等耗散因素，必然是不可逆的。仍以上面提到的熱機(jī)實(shí)例來分析。實(shí)際工程中，蒸汽動力循環(huán)熱效率為45%左右（
結(jié)論3：自然界中，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過程都是不可逆的，不可逆損失造成熱效率降低。
一個自發(fā)進(jìn)行的不可逆過程，其逆過程決不可能不付任何代價(jià)的自動進(jìn)行。例如：為什么熱量可以從高溫?zé)嵩醋詣拥膫飨虻蜏責(zé)嵩矗粫詣拥貜牡蜏責(zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩础Ｒ虼耍粋€過程的不可逆性與其說是決定于過程本身，不如說是決定于它的初態(tài)和終態(tài)。這也預(yù)示存在著一個與初態(tài)和終態(tài)有關(guān)的某個狀態(tài)函數(shù)，用以左右一個過程的方向。
問題3：一個自發(fā)（不可逆過程）初態(tài)和終態(tài)有什么本質(zhì)的不同？
以氣體絕熱自由膨脹分析自發(fā)過程初態(tài)與終態(tài)的區(qū)別：理想氣體絕熱自由膨脹是不可逆的。一剛性絕熱容器被隔板分開，左邊有氣態(tài)工質(zhì)，右邊真空，在隔板被抽去的瞬間，氣體聚集在左半部，這是一種非平衡態(tài)，此后氣體將自動膨脹充滿整個容器，最終達(dá)到平衡態(tài)。其反過程由平衡態(tài)回到非平衡態(tài)的過程不可能自動發(fā)生。觀察到絕熱自由膨脹初終態(tài)有兩方面的不同：
1.終態(tài)體積變大，分子相互位置分布更加無序；
2.可利用與右側(cè)空間的勢差推動活塞向外輸出容積變化功，但由于進(jìn)行自發(fā)膨脹，作功為零。
對于一個熱力學(xué)系統(tǒng)，如果處于非平衡態(tài)（與外界存在勢差，有作功能力），我們認(rèn)為它處于較有序的狀態(tài)，如果處于平衡態(tài)（與外界無勢差，無作功能力），我們認(rèn)為它處于較無序的狀態(tài)。
再者，功熱轉(zhuǎn)換的自發(fā)過程：高速行駛的汽車，突遇事故瞬間停止，原有動能耗散成環(huán)境中的熱能，能量的數(shù)量雖然守恒，但能量的無序性增加。而該過程的逆過程――環(huán)境熱轉(zhuǎn)換成動能顯然不能自發(fā)進(jìn)行。熱是分子混亂運(yùn)動的一種表現(xiàn)，而功是分子有序運(yùn)動的結(jié)果。功轉(zhuǎn)變成熱是從規(guī)則運(yùn)動轉(zhuǎn)化為不規(guī)則運(yùn)動，混亂度增加，是自發(fā)的過程；而要將無序運(yùn)動的熱轉(zhuǎn)化為有序運(yùn)動的功就不可能自動發(fā)生。
結(jié)論4：熱力學(xué)第二定律：各種自發(fā)過程的方向性具有共同的本質(zhì)：無序性（混亂度）增加，能量質(zhì)衰退。
問題4：如何定量地描寫狀態(tài)的無序性的變化（如增加）和作功能力的變化（如衰減）？
從以上例子可以看出：熱力學(xué)第二定律揭示一切不可逆過程都是向混亂度增加的方向進(jìn)行，可用一個新的狀態(tài)函數(shù)作為表征系統(tǒng)混亂度的一種量度，狀態(tài)函數(shù)――“熵S”被引出。
所以，熵的物理意義：系統(tǒng)無序性（混亂度）的量度。
結(jié)論5：孤立系統(tǒng)中的熵永不減少。孤立系統(tǒng)中發(fā)生可逆過程，其熵不變，作功能力無衰減；孤立系統(tǒng)中發(fā)生不可逆過程，其熵增加，作功能力降低。熱力學(xué)第二定律也可表述為：一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進(jìn)行，向能質(zhì)衰減的方向進(jìn)行。
問題5：為什么宏觀演化必定按“熵增”的方向進(jìn)行，熵增的本質(zhì)是什么？
以54張撲克牌的排序?yàn)槔治鲎园l(fā)過程熵增的根本原因。新?lián)淇俗畛醯呐判驑O其有序，我們稱其為一種微觀態(tài)，概率為1/54！。隨機(jī)洗牌后，混亂度增大，此時排序非常混亂的微觀態(tài)數(shù)要大很多。這樣，撲克牌從有序自發(fā)到無序（孤立系統(tǒng)熵增大）的過程，就是撲克排序從小概率往大概率發(fā)展的過程。然而，這個過程的逆過程，也即微觀態(tài)數(shù)減小的過程，是從概率大往概率小發(fā)展，不能自動進(jìn)行。這就是為什么即使洗無數(shù)次牌，也不可能再出現(xiàn)當(dāng)初最有序的低熵狀態(tài)。這就反映了不可逆過程熵增的本質(zhì)，即熱力學(xué)概率增大。
可以從54張牌的系統(tǒng)拓展到由大量分子構(gòu)成的熱力學(xué)系統(tǒng)，同樣遵從這樣一個規(guī)律。
結(jié)論6：系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行，這是熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義。
再回到結(jié)論2，可對卡諾定理進(jìn)行微觀解釋：可逆熱機(jī)循環(huán)中，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，將其中最大可以轉(zhuǎn)化為功的部分W轉(zhuǎn)化為了功，這部分能量從熱功，能量品質(zhì)升高，這樣一個非自發(fā)過程不能不費(fèi)代價(jià)的進(jìn)行，同時一定要使得另外一部分熱量Q2從高溫?zé)嵩磦飨蛄说蜏責(zé)嵩矗@部分能量的品質(zhì)降低去與之補(bǔ)償，兩者正好相抵，這是可逆的情況。如果熱機(jī)不可逆，相同的Q1情況下，傳給低溫?zé)嵩吹臒崃看笥赒2，能量品質(zhì)降低的份額大于能量品質(zhì)升高的份額，總體由于不可逆造成能量品質(zhì)衰退，作功減少。
經(jīng)過以上脈絡(luò)法教學(xué)方式層層遞進(jìn)，主線清晰，學(xué)生能夠緊跟教學(xué)思路，分析現(xiàn)象，得到結(jié)論，引出新問，再分析，一步步接近熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)。該教學(xué)方式最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在只需要半個小時的課時就可清楚地揭示熱力學(xué)第二定律的核心機(jī)理，而后可圍繞這個核心再展開不等式推導(dǎo)等其他教學(xué)內(nèi)容。這樣的教學(xué)方式，做到了使學(xué)生概念清晰，思路明確，故能取得事半功倍的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]康樂明，吳家正等.工程熱力學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.
