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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0199-02
《工程熱力學》是高等院校機械工程類、能源與動力類等專業的一門必修專業基礎課程。該課程主要研究熱能與機械能相互轉換的規律，以及合理有效利用熱能的基本理論，對培養學員科學素養、創新性思維和實踐能力，以及專業課程學習都將起到奠基的作用。通過《工程熱力學》課程的學習，使學員掌握熱力學的基本概念和基本規律，并能正確運用這些規律進行熱力過程、熱力循環分析和計算；培養學員科學分析和邏輯思維能力。養成實事求是的科學態度和勇于探索、刻苦鉆研的科學作風。經過數十年的持續建設，《工程熱力學》課程在教學內容、教學方法和手段、實驗保障設施、師資隊伍建設等方面進行了大量的建設和改革，取得了顯著的效果。
一、教材和教學內容改革
在教材和教學內容方面，課程組近年來開展了《工程熱力學》“立體教材”體系的建設工作。以課程教學為基本形式，以綜合能力的培養和提高為基本目標，利用多種教育化教育手段，構建新穎教材、網絡課程、多媒體課件、教學輔導書等組成的內容豐富、功能齊全的《工程熱力學》綜合性立體化教學資源。從而使教學質量和教學效率大為提高。在人才培養方面，取得了豐碩的教學成果。多年來不斷更新選取適合本科人才培養和專業需求的高水平教材，以滿足課程標準的要求。《工程熱力學》目前采用華自強等主編的《工程熱力學》第四版，由高等教育出版社2009年11月出版。該教材是國家“普通高等教育十一五國家級規劃教材”，被眾多院校廣泛采用。該教材還有配套習題，方便學員進行課后復習和自測。此外，課程還指定了多部教材和教學輔導書，供學員學習和研究使用，包括清華大學出版社2011年6月出版，朱明善主編的《工程熱力學（第2版）》；高等教育出版社2007年6月出版，童鈞耕主編的《工程熱力學學習輔導與習題解答》；McGraw-Hill2005年出版的由Yunus A.Cengel主編的《Thermodynamics An Engineering Approach the 4th edition》等。針對授課專業增多，內容增加，學時減少及面向裝備擴大和發展的實際，在對后續專業課程需求和部隊需求深入調研的基礎上，著眼當前需要和未來發展，從以下三個方面入手進行了課程內容體系的優化重組。
1.突出重點內容，貼近裝備實際，針對裝備特點突出與動力系統工作原理密切相關的熱力學知識。弱化蒸汽的熱力性質及其動力循環方面的內容。
2.以計算機網絡為平臺，結合《工程熱力學》理論在武器裝備上的具體應用和實驗室發展，引入了計算機編程求解和虛擬實驗等現代教學實踐內容。
3.利用自主研制的和虛擬實驗軟件，以及課程組成員科研項目多的優勢，引入了創新實驗等研究性教學內容。優化重組后的新課程內容體系，以經典《工程熱力學》內容為主體，科學處理了經典與現代的關系，引入了新知識和新技術，強調了知識的綜合運用和實踐訓練，保持了課程教學內容的系統性、科學性和前沿性。
二、教學設施建設
《工程熱力學》課程在教學設施方面取得了明顯的進步。特別是近年來，本校充分利用各種科研項目成果，進一步完善本課程實驗設備，更新了多套空氣定壓比熱測試設備。對噴管流動演示實驗的硬件平臺進行改造，設計編制了具有虛擬實驗和在線分析的分布式噴管流動演示實驗網絡平臺。保障實踐環節均能以實物操作為教學的主要手段，實驗教學水平達到國內先進水平。為使學員在課堂以外能夠及時的復習和總結，補充課堂教學內容的不足，針對課程的特點設計并完成了《工程熱力學》的網絡課程。該網絡課程集教學指導、教學實施、自主學習、測試考試等功能于一體。目前已經完成本課程的網絡課程建設，學員可以在校園網上觀看課程授課的視頻錄像，課程內容的在線學習和測試，該網絡課程的建設豐富了學員的學習途徑，對于促進學員的學習積極性，提高教學效果發揮了積極的作用。通過多年來的建設，課程網絡教學環境建設成效顯著，形成了以教材、多媒體為主和網絡教學環境為輔，集理論教學和實踐教學于一體的課程網絡教學特色。從畢業學員反饋的情況來看，利用網絡教學環境，不僅顯著地增加了課堂的信息量，而且有效改善了教學效果。利用新技術更新了實驗平臺，培養學員實踐、創新能力的新做法。通過自主設計、研制的噴管流動演示虛擬實驗軟件平臺，該虛擬實驗平臺具有良好的開放性、自主性、綜合性，而且突破了實驗受設備、場所、環境、時間的限制，有效提高了學員的實踐創新能力和綜合素質。
三、教學方法改革
教學改革是提高教學水平和教學質量的根本保障，多年來課程組一直十分注重加強和深化教學改革，并取得了一定的成果，具體做法如下。
1.課堂教學采用啟發交流式，實現單向知識傳輸模式向師生交互模式的轉變。利用自主研制的功能完備，界面友好，集授課、自學、測試、管理等功能于一體的《工程熱力學網絡課程》，依托校園網和多媒體教室等，構建了教學互動，適合自主學習、協作學習、相對寬松的雙語多媒體網絡教學環境，實現了教員主導作用和學員主體作用的和諧統一，在提高教學效果的同時，培養了學員主動、有效地獲取知識的意識和能力。
2.在教學方法上，改進課堂講授方式，采用“研究型”的教學模式。針對課程特點，強調培養學員掌握理論、應用和試驗三個方面的知識與能力：《工程熱力學》的理論，《工程熱力學》基本理論和概念的掌握，培養理性思維和分析能力；《工程熱力學》的應用，面向裝備和工程實踐，熟悉了解實際《工程熱力學》問題，培養應用原理解決問題的能力；《工程熱力學》的實驗，通過綜合性試驗培養學員的動手能力和科研工作素質。
3.注重學生創新能力培養。結合課堂教學，開展科技創新活動，使學生綜合素質能力獲得提高。
4.根據學員的反饋不斷完善教學文件。對已有的教學計劃、教學大綱、優秀的教材進行及時的更新和完善，并作為素材之一放在教學網站上，作為學習的參考資料供學員下載學習使用。總結：筆者經過多年的教學實踐，對《工程熱力學》進行綜合的教學改革，收效明顯。教學質量和教學效率得到很大提高，在培養新型專業人才方面，取得了豐碩的教學成果。
參考文獻：
[1]譚羽非，趙金輝.工程熱力學立體化教材建設與實踐[J].吉林建筑工程學院學報，2010，（2）.
關鍵詞 熱處理；多媒體教學；啟發式教學方法
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）03-0112-02
Discussion on Teaching Strategy of Course of Principle and Process of Heat-treatment//Duan Yuanpei， Zhang Haitao， Li Chuanrui， Liu Minglang
Abstract Principle and Process of Heat-treatment is an important professional basic course for the specialty of material forming and control engineering. In order to improve the thirst for knowledge and learning effect of students， the “fun” was using as the main line and the teaching contents were innovated. Multimedia teaching， heuristic， discussion teaching method and strengthening practice teaching mode were also used in the teaching process.
Key words heat-treatment； multimedia teaching； heuristic teaching method
熱處理原理及工藝課程是安徽工程大學材料成型及控制工程專業一門重要的專業基礎課，教學內容分為熱處理原理和熱處理工藝兩部分。其中，熱處理原理介紹奧氏體轉變、馬氏體轉變等鋼在加熱及冷卻過程中發生的組織及性能轉變規律；熱處理工藝介紹退火、正火等熱處理方法。通過對這門課的學習，可以讓學生在掌握熱處理原理的基礎上合理地制訂熱處理工藝路線。
從教學內容上看，熱處理原理部分理論性強，內容抽象，熱處理工藝部分又與實際生產聯系緊密，如果不注意教學策略，學生在難于理解運用的同時就會覺得枯燥無味，很難產生學習興趣，教學效果也較差。然而，該課程的教學目標要求學生既要具備堅實的基礎理論知識，還要具備一定的分析解決實際問題的能力。那么，怎樣實現這一目標呢？針對教學內容的特點，筆者嘗試采用以下策略進行教學實踐，收到良好的教學效果。
1 以“趣”為主線
孔子說過：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”可見，“興趣”才是最好的老師。因此，在熱處理原理及工藝課程的教學過程中，可深入挖掘教材內容，通過舉例子講故事、從現象出發引導學生思考等方法，有目的地設計“興奮點”以激發學生興趣，培養學生的學習思考能力，以適當的案例啟發學生的思維，探究現象的本質，找出規律。
如在教學熱處理這章內容時，先設計些觀察思考題，例如：“兩段直徑為1 mm的鋼絲，同時放在酒精燈上加熱到赤紅色，而后一段放在水中冷卻，另一段在空氣中自然冷卻。當鋼絲完全冷卻后進行折彎，發現在水中冷卻的鋼絲很容易折斷，而放在空氣中冷卻的鋼絲不易斷裂，甚至可以卷成圓圈。加熱溫度相同，由于冷卻方式的不同導致同種材料性能的差異，為什么？”“敲擊學生金工實習作品小錘子的錘頭，一錘頭工作面出現凹凸不平，而另一個經熱處理的錘頭工作面仍然非常平整。兩鐵榔頭為同種材料所制，為何熱處理后工作面敲擊后仍平整如初？是什么原因導致錘頭性能的差異呢？”通過這些思考題的提出，好奇的學生就會把興趣轉移到熱處理課程枯燥、抽象的內容上。
2 教學內容改革
熱處理原理及工藝課程的教學內容包含熱處理原理和熱處理工藝兩部分：第一部分“熱處理原理”概念多，理論性強，內容抽象，且與材料科學基礎等基礎課程內容聯系密切；第二部分“熱處理工藝”部分與實際生產聯系緊密。第一部分內容是第二部分的理論基礎，而第二部分內容是第一部分的應用。因此在教學過程中，教師應抓住主線，突出重點，注重理論聯系實際，并且強化實驗教學環節。
隨著科學技術的迅速發展，熱處理領域新工藝、新理論不斷出現。因此，處理好傳統內容與現代內容的關系，適當壓縮、簡化經典內容，充實當前熱處理領域的最新研究成果。如增加激光熱處理、真空熱處理等現代化的熱處理方法等內容，使學生及時了解熱處理原理及工藝的最新研究和發展動態。
3 采用多媒體教學
與“一塊黑板、一支粉筆、一本教材、一張嘴”的傳統教學方式相比，多媒體教學的優勢在于其是圖、文、聲、像、動畫、視頻的有機結合體。在熱處理原理及工藝課程上的教學工作中，采用多媒體教學手段，可將抽象的概念轉化為圖文并茂的畫面，將復雜的工藝過程轉化為直觀的視頻，使學生能夠充分利用視覺和聽覺來獲取新知識，教學內容直觀易懂，課堂氣氛生動活潑，易于被學生理解。并且采用多媒體教學方式，節省了大量的粉筆板書時間，使教師能夠有更多精力對學生課堂進行管理和引導，提高了教學效率。
例如，對于與實踐聯系緊密的“鋼的熱處理工藝：淬火、正火、退火、回火等”內容，學生很難想象熱處理的工藝過程。采用多媒體教學方法，將熱處理工藝制作成為動畫或錄像放給學生觀看，使他們有身臨其境的感覺，對熱處理工藝過程有了直觀的了解，給課堂增添了更多趣味，極大地調動了學生的興趣，增強了學習效果。目前已連續幾屆采用自制的多媒體課件進行教學，受到學生的廣泛歡迎，增強了教學效果。
4 采用啟發式、討論式教學方法
熱處理原理及工藝課程知識系統性較強，且原理和工藝部分聯系緊密。因此，在教學過程中應注意有關概念之間的內部聯系，注重其本質特點的講解，從而進行它們異同的比較。并且，針對特定內容進行啟發誘導，激發學生的求知欲望，使學生不但活躍了思維，而且接受了新知識，鞏固了舊知識。但要想做好啟發教學，教師必須下功夫深入研究教材，通過多種途徑來調動學生學習的積極主動性，啟發學生進行獨立思考。
在每節課的教學過程中，教師不與學生進行互動，不僅使課堂氣氛沉重，學生失去學習興趣，而且教師也不了解學生對知識點的理解掌握程度。在教學過程中，可以采用課堂提問、組織討論等方式，與學生進行互動和交流。采用討論式教學方式不僅活躍課堂氣氛，調動學生學習的積極性，而且能培養學生獨立思考和積極思考的能力，實現教學質量的良好反饋。但要想組織好課堂討論，教師首先要針對具體內容設計討論主題，并且在討論過程中應注重引導學生聯系所學理論知識。
例如，對于零件的淬火熱處理工藝而言，淬火工藝的合理選擇有利于零件減少變形和開裂的傾向。因此，在“鋼的淬火熱處理工藝”這部分內容的講解過程中，可以進行分組討論，并且在討論過程中教師加以引導。這樣，大多數學生對淬火熱處理工藝有了更深的理解，針對具體零件可以正確選擇熱處理工藝路線。
5 強化實踐教學
熱處理原理及工藝課程的教學目標之一即讓學生靈活運用熱處理工藝來解決實際問題，那么怎樣提高學生理論與實際聯系的能力呢？實驗教學是解決這一問題很好的途徑，通過實驗教學環節，既可以培養學生理論聯系實際的思維方式，提高學生的實踐能力，反過來又可以促進理論教學效果的增強。
因此，為了培養學生理論聯系實際獨立解決問題的能力，在學時緊的情況下，仍安排實驗8學時，實驗學時占總課時的17%。并且，為了提高學生的積極主動性，將部分實驗由演示性實驗改為設計性實驗，由學生自己動手完成實驗的全過程。例如，鋼的淬透性測定實驗，原來為演示性實驗，即材料的熱處理過程由實驗教師完成，僅由學生進行硬度測試并繪制硬度隨深度變化曲線，確定硬化層深度，比較不同材料的淬透性。現在該實驗為綜合設計性實驗，學生根據給定材料的化學成分，根據學習的理論知識，首先合理制定淬火工藝路線，然后在實驗室獨立完成熱處理工藝操作，這一環節結束后再進行硬度測試、不同材料淬透性比較等過程。新方式能更好地調動學生學習的主動性，強化了學生對理論知識的理解。
另外，還可通過認識實習、生產實習等實踐教學環節來彌補學校教學條件的不足，讓學生走進企業，親身感受實際生產環境，體驗實際生產過程。并且在學生參觀過程中，經驗豐富的車間技術人員針對生產內容進行細致解說，引導學生把所學理論知識與實際生產過程進行結合，使學習的知識不斷深化，從而大大提高該課程的教學質量。
6 結論
在熱處理原理及工藝的教學中，應針對課程內容特點，通過以“趣”為主線，對教學內容進行改革，采用多媒體教學，啟發式、討論式教學方法及強化實踐教學等方式，以激發學生學習的積極性和主動性，使學生更好地理解知識、掌握知識、靈活運用知識。
參考文獻
[1]陸興.熱處理工程基礎[M].北京：機械工業出版社，2008.
[2]李傳瑞，丁麗，王銀鳳.熱處理原理及工藝課程教學的改革與實踐[J].時代教育：教育教學版，2009（10）：27.
摘要 針對實驗內容零散，實驗數目多，實驗設備低效、封閉等問題，通過改革實驗室管理體制、整合人力資源與設備資源、建立多層次的實驗教學平臺等措施，取得了良好的效果。
自1998年我國推行“加強基礎，淡化專業，因材施教，分流培養”、“厚基礎，寬口徑”的教育思想以來，根據國家教育部專業目錄的設置，中南大學將熱能工程、制冷及低溫工程兩個專業整合為一個大專業，即熱能與動力工程專業。同時，為了滿足經濟市場對人才的需求，該專業設有四個方向：熱能工程、制冷及低溫工程、動力工程、熱工檢測與控制。其培養計劃前三年立足于基礎教育，后一年突出專業方向的特色。經過幾年來的建設與發展，這種“通才”式的人才培養模式取得了良好的效果，學生的創新意識強，對人才市場的適應性強。在近幾年就業形勢嚴峻的情況下，本專業本科生的就業率前幾年一直保持在100％，2006～2007年也在97％以上。
但在培養計劃的調整過程中，實驗教學仍然按課程進行設置，實驗內容零散，實驗數目多，實驗設備低效、封閉等問題日益突出。為高效發揮實驗設備的作用、促進創新人才的培養，筆者在怎樣整合實驗室資源、構建面向熱能與動力工程大專業的實驗教學平臺方面，進行了積極的探索與實踐。
一、改革實驗室管理體制
隨著學科發展和教學改革的深入，學科交叉滲透已經反映到實驗教學上來。根據熱能工程、制冷及低溫工程、動力工程、熱工檢測與控制四個專業方向功能與特點，打破原有學科內部實驗室的界限，成立了熱能與動力工程實驗中心。其目的在于有效克服原有設備管理體制分散、重復、低效和封閉的弊端，合理配置實驗人員、實驗儀器設備和實驗用房等資源，有利于創建學科實驗大平臺，為培養學生的創新能力提供條件。
過去，實驗室按專業方向設置，不可避免地存在信息不夠暢通、儀器設備重復購置或使用率低的現象。另一方面，將有限的實驗經費分散到各個實驗室，實驗室建設經費不足的問題更為突出。建立實驗中心后，實驗人員統一管理、資產統一安排、實驗設備統一調配，顯著地提高了儀器設備的利用率。實驗室建設的項目等均由教授委員會根據學科全面發展的需要，通過集體討論來決定，使有限的資金得到最大程度的利用效益。
二、構建科學的實驗教學體系
實驗中心堅持育人為本、學生為先、質量為重的基本原則，遵循循序漸進的教學規律，優化實驗課程內容。通過打破每一分支學科自身的系統性、完整性，追求科學技術的綜合性與整體性來實現教學內容的整體優化，使實驗教學內容突出重心低、知識新、面向寬的特點。在教學組織實施方面，形成由多模塊或多門課程組成的新的實驗教學體系，實施基礎性實驗必做、綜合性和設計探索性實驗選做，適合因材施教的分層次教學模式。完善了熱能與動力工程專業的實驗教學體系，形成“三個層次”的實驗教學平臺，旨在加強學生實踐能力和創新能力的工程實踐，促進學生的知識、能力、素質綜合協調發展。
第一層次：熱工理論基礎實驗教學平臺。該平臺一方面為理論課教學服務，幫助學生加深對傳熱學、流體力學、工程熱力學、熱工檢測與儀表等熱工基礎理論課程教學內容和機理的理解。其實驗內容是根據相關理論課程學習的進度進行設置，以演示、驗證性實驗為主。通過實驗，學生對某些難以描述的現象與概念形成一些感性認識與理解。另一方面注重培養學生的基本實驗技能，幫助學生掌握溫度、壓強、流量、液位等基本熱工參數的測量方法與測量儀表的基本知識，訓練學生掌握常用儀表的使用、實驗的規范操作、實驗數據的記錄與處理方法等，使學生能根據實驗教學的目的，自己設計實驗步驟，選擇實驗儀器，獨立完成實驗和處理實驗數據，進行誤差分析，最后給出科學的評價，以培養學生進行科學實驗的基本能力。
這類實驗課側重于基礎性實驗，不過分強調獨立設計實驗，避免搞形式主義的實驗教學。其實驗學時數約占專業課程實驗的50%，同時要求學生嚴格按照培養計劃選擇實驗項目。熱工理論基礎實驗教學平臺，既配合了理論課程的教學，也為后續的專業實驗教學打下了基礎。
第二層次：專業綜合實驗教學平臺。這類實驗課程要求學生在教師的指導下，綜合運用本課程以及與本課程相關的知識、實驗方法與實驗手段等完成相關實驗，旨在培養學生綜合運用知識的能力與素質。
在這類實驗課程的設置中，改變以往不同的專業方向采用不同設備的思想，重點選擇一些典型設備，對實驗內容進行整合，根據不同專業方向的培養要求，其實驗內容的側重點有所不同，挖掘現有實驗設備的潛力。如柴油機，對于動力培養方向，主要研究柴油機的特性（如萬有特性、示功圖、速度特性、排放特性等）；對于熱能工程研究方向，主要研究燃料的特性、燃料的燃燒狀況以及機體的傳熱狀況；對于熱工檢測與控制方向，主要研究流量、壓力、溫度、轉速、氣體成分等各種參數的檢測方法以及控制模式。通過對溴化鋰制冷機與現場總線系統的連接與開發，可以開出滿足制冷與空調、熱能工程、熱工檢測與控制三個方向培養目標的綜合性實驗。
第三層次：專業設計與研究探索性實驗教學平臺。學生在教師的指導下，根據給定的實驗目的和實驗條件，自己設計實驗方案、確定實驗方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理；或者學生在教師指導下，在自己的研究領域或教師選定的學科方向，針對某一或某些選定研究目標進行具有研究、探索性質的實驗。這類實驗課程主要培養學生靈活運用所學專業知識提出問題、分析問題以及解決問題的能力，培養學生的創新意識。
這類實驗課程主要對高年級本科生開放，部分實驗也適應于研究生，從而形成本研連通、高度共享的實驗裝備平臺，實現資源的最大程度的利用。如低氧彌散燃燒裝置、空調系統性能及空氣品質實驗平臺、溴化鋰現場總線控制系統等。
三、加強實驗師資隊伍的建設
由于我國教育領域長期受到重理論、輕實踐思想觀念的影響，實驗教學還沒有得到應有的重視，很多教師不太愿意去實驗室，同時受到各方面條件的限制，實驗室人員的引進比較困難，致使實驗室師資不足的問題日益突出。為改變這種狀況，我們一方面建立適當的激勵機制，充分發揮現有實驗人員的積極性。另一方面制定了一系列制度鼓勵教師參加實驗室建設，如規定任課教師必須參與實驗室建設、實驗指導等工作；建立實驗室建設專項基金，資助教師投身于實驗室建設；設立了實驗室建設業績突出的教師獎勵專項基金。
四、教學效果
經過幾年來的實驗教學改革，取得了良好的效果，具體表現在：①提高了實驗的開出率，達到97%；同時提高了實驗課的質量，開設有“三性”實驗的課程占開有實驗課程的87%；②涌現出了一批學生參與、教師設計制作的優秀實驗裝置與項目，如“制冷兼制熱水一體化實驗臺”、“空調系統性能及空氣品質實驗平臺”等均得到兄弟單位的肯定與贊賞，相繼有多所高校委托我們加工制作上述實驗裝置；③涌現出了一批優秀的學生作品：“強化輻射傳熱的技能環保燃氣灶”獲第八屆“挑戰杯”全國大學生課外科技作品競賽三等獎；“水蒸氣吸熱式空氣溫度調節器”獲第二屆“升華杯”學生創業計劃大賽特等獎；“周期熱流體導熱系數測定儀”獲第四屆“升華杯”學生創業計劃大賽一等獎；“泵綜合性能實驗可視化數據處理系統”，實現了利用計算機獲取實驗數據的功能，大大縮短了實驗時間，提高了實驗的準確性；低氧彌散燃燒關鍵部件—蜂窩陶瓷蓄熱體的周期傳熱過程，創新性地應用了數學物理方程方法中的攝動法求解，完善了薄壁蓄熱體周期傳熱半解析數值理論方法，相關論文先后在5個EI和SCI源刊上發表，并申報了2項專利；論文“Experimental research on compulsive cooling of swirling jet impingement” 在HDP’06（High density microsystem design and packaging and component failure analysis）國際會議上宣讀，獲得最佳學生論文獎。
五、結束語
幾年來的教學實踐表明：新的實驗教學平臺，充分利用了人力資源與設備資源，使我院的實驗教學條件與實驗教學水平都得到了提高，為培養學生創新能力提供了良好的條件。同時我們也清楚地認識到：實驗教學改革，任重而道遠，不斷改進實驗教學內容、手段、方法以提高教學質量，將是我們長期面臨的任務。
參考文獻
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關鍵詞 工程熱力學 教學方法 教學質量 實踐
中圖分類號：G420 文獻標識碼：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
工程熱力學是一門以熱力學普遍原理為基礎，講述熱能與其他形式能量（主要是機械能）之間的轉換規律及其工程應用的基礎學科，是動力、能源、機械、材料、航空航天、生物（醫學）、化學以及環境工程等專業的重要技術基礎課，也是培養21世紀工科學生科學素質的公共基礎課。
然而長期以來，由于工程熱力學的概念抽象、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，學生也不易學。學生對很多概念似懂非懂，缺乏學習興趣，教學效果欠佳。顯然，如何教好“工程熱力學”，使學生掌握熱力學基本原理及其工程應用，已成為該課程教學的關鍵。
1 課程特點及學習中存在的問題
工程熱力學是以熱力學普遍原理為基礎，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，推導出一系列有用的公式，得到若干重要結論，并用這些公式和結論指導和解決工程實際問題。其顯著特點如下：
1.1 概念多且抽象難懂
工程熱力學不但概念多，并且概念的物理意義在不同使用條件下又有不同的引申，學習中很容易混淆。例如，功的概念，有體積變化功、有用功、排斥大氣功、推動功、流動功和技術功等等。熱容的概念，既可從定義出發分為質量熱容、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；還可以根據熱量計算方法的不同分為真實比熱容、平均比熱容和定值比熱容等。熱力系統的概念、熱力過程的概念和循環的概念等也是如此。
工程熱力學的概念、定律和分析過程較為抽象，都不涉及物質的具體結構，初學者很難深入領會。而且工程熱力學的很多概念和結論都是用數學公式來表達的，且推導過程并沒有結合具體的物理過程，而僅僅是通過數學關系式間的變換得出其物理結論。例如，從熵的定義式來看，熵應該與換熱量和系統溫度有關，但定義式又是怎樣反映熱過程進行的方向、限度和條件呢？由于學生以前很少接觸用數學語言描述物理概念的方法，普遍感覺熱力學的概念抽象難懂。
1.2 內容相互交叉且難理解
工程熱力學的研究內容也很多，主要包括熱力系統、狀態參數等基本概念，熱力學第一、第二定律等基本定律，常用工質的性質，過程和循環的分析及計算方法，化學熱力學等等。有些章節的內容還可以單獨成為一門學科方向，如研究燃氣動力循環的內燃機學，研究氣體流動的空氣動力學等。
可見，這些具體的研究內容，即與熱力學的基本原理相關聯，又引伸出許多復雜的公式和結論，還有自己相對獨立的結構體系。在學習過程中，學生普遍感覺課程的內容繁多，應付不暇，難于理解，顧此失彼。
1.3 公式應用條件復雜且難記憶
工程熱力學與工程實際問題聯系密切，涉及面廣，公式很多。即使同一個公式，在不同的應用條件下，也有很多不同的表達形式。例如，熱力學第一定律對于閉口系和開口系有兩種不同的表達式；對于可逆過程也有不同的表達形式；對于理想氣體的可逆過程還有不同的表達形式。這么多不同形式的公式，許多學生很難吃透公式的物理意義和具體的應用條件，在遇到熱工實際問題時，往往無法確定選用哪一個公式，靈活應用就更不用說了。
2 明確學習目的，激發學習興趣
興趣是學習的動力源泉之一，教學成功的關鍵是培養學生的學習興趣。教師可以從多個方面激發學生學習的興趣，但最重要的就是在第一堂課上讓學生明確學習的目的。教師除了要對工程熱力學的發展歷史，主要研究對象、內容和方法作一個常規的介紹外，還應對課程的開設情況、課程的實用價值和重要作用進行深入細致的闡述。首先，熱現象幾乎是每一個工程領域中都會碰到的物理現象，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。在一些領域中，熱現象的規律還是制約技術發展的瓶頸問題。所以，在境內外的高等工程教育中，傳熱學、熱力學與流體力學課程的開設相當普遍。其次，無論從工業生產過程來看，還是從節約能源消耗來看，理工科學生都應該具備合理節能、用能的意識，并懂得其基本的應用技術。而熱工類課程的內容就是合理用能及節能理論中的最基礎與最核心的部分。最后，還應結合生產和生活中的實例，讓學生明白學到的熱力學知識可以解決和解釋很多實際問題，特別要強調專業與課程的聯系，和實際問題在課程中的理論基礎。這樣，才能使學生明確學習《工程熱力學》的專業目的性，對學習該門課程充滿期待。
3 教學方法的改革與實踐
實踐證明，提高課程教學質量的關鍵是改進教學方法。針對工程熱力學課程的特點，經過探索發現，實行啟發式教育，在課堂上加強互動，就一兩個中心問題展開討論，讓學生在思考中吸收新知識。先進的教學方法既可活躍學生的學術思想，激發學生的創新精神，又可顯著提高本課程的教學質量。
3.1 整合知識結構，優化課程體系
調整后的新專業所牽涉的知識結構比以前廣泛的多，要求學生掌握的知識面也比以前更寬。從培養復合型人才考慮，在不增加學時數的基礎上，應對課程體系進行優化和整合。
教學內容應提高起點、后移重點，簡化大學物理熱學中已涉及的部分內容，并略去繁瑣的公式推導。強調課程體系中理論與應用的有機結合和相互滲透，注意培養學生工程應用的觀念。同時，適當地介紹新型制冷循環、新型節能材料的工質熱物性等，本學科的最新研究成果及其應用，以擴大學生的知識面，啟發學生的創造性思維。另外，注意與其它課程之間的協調，上掛高等數學、理論和材料力學等基礎課程，下掛內燃機原理、鍋爐原理、供熱工程、制冷工程等專業課程，保證其作為技術基礎課程能為后續課程的學習、今后的工作和進一步的研究奠定扎實的理論基礎。
3.2 突出重點，精講多練
在課堂教學中，根據工程熱力學的特點和教學改革的要求，應采用精講多練的教學方法。這是因為，課程的內容多而課時少，教學中也不可能做到面面俱到，而某些原理在后續專業課程的學習中還會應用，授課時應有所側重，實行“精講”；課程有諸多應用條件復雜的公式，只有通過多做練習，才能深入理解公式的物理意義、變換規律及具體應用條件，做到融會貫通，靈活的應用它們來分析解決工程實際問題。
3.3 正確應用圖表，化抽象為形象
圖表具有直觀、形象、方便的特點，在工程熱力學中有其特殊的作用，應用也是經常性的。因為有些熱力過程或循環十分復雜，一般的分析計算根本不可能，只能憑借各類繪制的圖表進行計算；借助圖表還可利用計算機進行數值計算和模擬。所以，引導學生正確使用圖表是工程熱力學教學中應該特別重視的。
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，就應提醒學生注意圖表的作用和細節，如怎樣在圖上區分吸熱、放熱，對內、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，應重點說明它們的構圖原理，并通過各種等值線簇的繪制，講解各參數的變化規律。另外，為了讓學生掌握各種圖表的使用方法，還應安排一定數量的、通過圖表進行熱力計算的習題。
3.4 利用計算機輔助教學，促進師生互動
工程熱力學課程內容含有許多抽象的工作原理圖、系統循環圖。常規的板書教學浪費時間效果也不太理想。如果把這部分內容制作成集聲、光、色、圖、文于一體的多媒體課件，既直觀形象，又新穎生動。不但可加強授課的生動性，激發學生的學習興趣，還可加大教學信息量，增加單位時間內授課內容的深度和廣度，有利于學生理解和記憶課程內容。例如，我們可以用多媒體課件演示各種熱過程曲線的生成，還可以利用計算機繪制水蒸氣的各種圖線，免除查圖、查表的麻煩。
總之，在課堂上進行形象直觀的教學，充分利用計算機輔助教學，發揮多媒體的作用，可以幫助教師有效地提高教學效果和教學效率，也可以改變學生死記硬背和被動接受知識的學習方式。
3.5 加強實踐教學，理論聯系實際
工程熱力學有較強的工程應用背景，在加強基礎理論教學時，還要注意緊密聯系工程實際，吸收當今熱工科技的新成果，培養學生的創新能力。
實驗教學具有直觀性強的特點，可以很好地配合課堂教學。除了開設“空氣絕熱指數的測定”、“飽和蒸汽P-T曲線關系的測定”等驗證性試驗外，還開設了綜合設計性試驗，要求學生根據試驗目的，自己設計試驗方案，寫出詳細的試驗，并選擇試驗設備和用具，經教師審查合格后，方可開始試驗，最后還要進行實驗誤差分析。通過試驗，一方面加深了學生對熱力學基本原理的理解和認識，另一方面也鍛煉了學生的動手能力和獨立分析問題、解決問題的能力。
在課堂教學中，還應注重理論聯系實際，把抽象的理論知識與生動的工程實際問題相結合，用熱力學理論剖析自然現象，做到學以致用。一方面，可以采用案例教學法。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動熱泵取暖浪費等等。另一方面，結合具體教學內容適時地向學生介紹學科的最新研究成果及其應用。例如，在講解動力循環時，可以選擇介紹目前內燃機利用蘭金循環回收廢熱能量，提高整機效率的方法。實踐證明，把教學內容與工程實際問題密切聯系的教學方法，可以加強課堂教學的前瞻性和趣味性，能有效調動學生的求知欲，使其由“被動接受學習”轉變為“主動研究學習”，對提高教學效果大有幫助。
4 強化考試對教學的推動作用
考試作為檢驗學生對課程內容掌握程度的標尺，關系到教學質量和效果。為了使考試成績能科學、客觀、公平地反映學生對工程熱力學知識的掌握和應用能力，同時調動學生學習的主動性和積極性，可采用學生普遍認可的綜合評定成績的方式，即平時成績占10%、考勤占10%、實驗占10%、期末考試占70%。
為了有效避免學生死記硬背概念、定律和公式，教師應綜合運用選擇題、判斷改錯題、計算題和綜合分析題編制試卷，靈活考察熱力學的基本原理及應用。這是因為實際問題往往非常復雜，需要學生靈活應用多方面的理論知識才能做出正確解答。對于那些基礎知識不扎實的學生，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 結束語
工程熱力學是一門充滿生機的經典學科，大量的經典內容仍是現代學子為培養創新能力必須掌握的重要基礎。由于課程具有概念多且抽象、知識點多且相互交叉、公式多且應用條件復雜的特點，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”的教學質量、解決學生難學、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課程體系的教學改革，并結合自己的教學實踐，通過以上的嘗試，有重點、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質量有所貢獻。
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關鍵詞：《材料熱力學》；教學效果；教學內容；教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A ？搖文章編號：1674-9324（2013）41-0107-02
《材料熱力學》是材料科學與工程專業的專業基礎課，是一門理論性和應用性較強的課程。通過《材料熱力學》課程的學習，學生能夠掌握《材料熱力學》的基本概念和理論，并利用《材料熱力學》進行相變、表面和界面等的分析和研究。然而《材料熱力學》具有概念多而易混淆、公式多而難記憶以及內容抽象難懂等特點，學生系統掌握該課程的內容比較困難，本文嘗試對教學內容和教學方法等方面進行探索，以提高《材料熱力學》課程的教學效果。
一、教學內容與實踐相結合
1.突出應用目的。本科《材料熱力學》教學重點在于熱力學基本原理及其在相平衡、表面和界面等領域的應用。由于學生在學習材料熱力學之前，已經學習過物理化學等課程，因此講授《材料熱力學》時，應將重點放在運用熱力學基本原理解決材料科學中的問題這一方面。在熱力學基本原理這部分內容的講授中，為了理論體系的完整性，我一般會對重要的定理和公式進行簡單地推導，使同學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涵和適用范圍，不做詳細的推導。我把熱力學原理在材料科學中的應用作為我的講課重點。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學》這本教材中有很多例題，但是我重點挑選與相變有關的典型例題來講解，比如：選擇熔化和凝固過程的熱量計算以說明熱力學第一定律在計算相變熱效應的應用，選擇熔化和凝固過程的熵變或自由能變化計算以說明熱力學第二定律在判斷相變方向的應用等，以突出《材料熱力學》課程以熱力學基本原理解決材料科學問題的講課重點。
2.增加科研和生產方面的內容。筆者經過幾年的材料熱力學的教學實踐，總結出：在教學過程中教師必須將科研和工程案例與教學內容相結合，這樣不僅讓學生在科研和工程案例中理解材料熱力學的基本概念和原理，同時了解理論對實踐的重要指導作用，激發學生的學習興趣。我們學院的一些學生承擔本校激光研究所鈦基激光熔覆層方面的大學生創新項目，我在講解自由能判據這部分內容時會引入這方面的實例，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增強相。我的一個科研項目是有關碳纖維/銅基滑動軸承材料粉末冶金制備工藝的，我將這部分科研內容引入到表面和界面這一章中，向同學們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復合涂層時要使用表面預鍍銅的碳纖維為原料。我還經常將企業的生產內容融入到《材料熱力學》的教學中，比如我將人造金剛石的生產過程引入到封閉體系的熱力學基本方程這一章的教學中，以說明公式（？墜G/？墜T）P=-S和（？墜G/？墜P）T=V的應用；我還將氧化鋯生產過程中氯化銨廢水的處理和循環使用這部分內容引入到滲透壓的教學內容中，說明如何根據氯化銨廢水中離子的濃度計算出滲透壓，進而為反滲透設備中泵的選型提供依據。
3.增加實驗教學的內容。實驗教學是高等學校教學中的重要內容，具有直觀性、實踐性和客觀性的特點。以實驗作為主要手段進行的教學活動，可以揭示自然科學現象、驗證科學規律、探索未知、發展科學，更為重要的是在實驗中能夠培養學生務實求真的科學態度。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學》這本教材中沒有實驗教學方面的內容，為了彌補這一缺陷，我增加了“差示掃描量熱法測量材料的比熱容”和“計算機在相圖計算中的應用”等實驗內容。《材料熱力學》的實驗教學應達到以下目標：①幫助學生掌握《材料熱力學》的基本原理；②讓學生初步了解科學研究的方法；③培養學生自主解決問題的能力。因此在實驗教學過程中，①強調實驗課前的預習，要求學生根據實驗指導書寫出預習報告；②實驗過程中的檢查學生操作情況，要求學生獨立操作，如實記錄實驗數據；③教師課后批閱實驗報告，鼓勵學生在實驗過程中發現問題、提出問題和解決問題。
二、改進教學方法
1.討論式教學。我會結合剛講授過《材料熱力學》知識，設計一些與科研和工程密切相關的問題，讓學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上臺講解，其他同學提問，最后老師點評和總結，以培養學生自主解決問題能力。
2.多媒體教學。筆者在講授《材料熱力學》時，通常采用板書的形式，因為我覺得板書能將公式的推導和例題的計算一步一步清晰地展現出來，讓同學們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學能提供形象、生動、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節約教師板書和畫圖的時間，提高講課效率，我曾經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，多媒體為輔的教學方法。我一般將課堂要講述的主干內容用板書簡單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學跟上老師的講課思路，對于一些抽象難懂的概念，我經常找一些圖片和視頻，使講授的知識更直觀、形象和生動。
三、改進考試方法
考試是知識水平的鑒定方法，大學階段的考試成績與學生評優、畢業甚至就業直接相關，學生的學習過程大多圍繞考試這根指揮棒轉，因此如何用好考試這根指揮棒，對提高教學效果至關重要。我傾向《材料熱力學》采用開卷考試的考核方式，在試題的設計上，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用熱力學基本原理解決問題的題目，問答題和計算題都是與材料科學具體問題相關聯的，必須掌握熱力學基本原理及其實際應用才能正確解答。我希望通過這種考核方式，改變學生在應試教育下形成的學習方式，明確學習目的，提高自身運用知識解決實際問題的能力，養成獨立思考的習慣。
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關鍵詞：化工熱力學 教學 課程質量
中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0213-01
化工熱力學是是化學工程一個重要的基礎學科，是工程與工藝等各類化工專業的必修課程。該課程把熱力學的基本原理應用于化工技術領域，結合表征實際體系特性的狀態方程、活動系數模型進行各種熱力學性質的計算。由于該課程相對于其他課程而言理論性強，概念多、公式多，學生往往覺得抽象不易掌握。大篇幅的公式推導也讓學生望而生畏[1-2]。
如何引導學生掌握本課程的基本原理、應用及實驗技能，了解學科發展動態，培養學習的嚴謹作風，也是本課程教學必須回答的問題。本文試從以下幾個方面進行改進，以期提高化工熱力學的教學質量。
1 理論聯系實際，激發學生學習興趣
對日常生活中一些常見的現象用專業的化工熱力學知識給予科學的解釋。這樣可以使學生感受到該課程對生活實踐的指導意義，從而激發學生的學習熱情和興趣，達到既掌握了化工熱力學的知識又培養了學生分析問題和解決問題能力的目的。
例如：冰箱的工作原理與空調是否相同？夏天打開冰箱門是否能當空調？空調與取暖器哪個更省電？將冰箱和空調的工作原理與第六章的制冷循環相聯系。為何從天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超臨界萃取技術？萃取劑為何常選CO2？在第二章PVT關系的應用當中著重介紹了超臨界萃取技術以及萃取劑的選擇[3-4]。在講到相關的理論知識時，適時的把這些學生感興趣的問題穿來，使理論知識不再那么枯燥。
比如說在講第六章熵增原理的時候，可以做適度的延伸，將熵增原理與宇宙的變化過程聯系起來。霍金[5]在《時間的方向》這一報告中，提出了熱力學時間箭頭、時間箭頭和宇宙學時間箭頭的一致性。根據熱力學第二定律，事物總是向無序狀態變化，稱為“熵”的不斷增大。因此，我們只能看見杯子打碎成碎片的過程，從來不會看見杯子的碎片復原成為杯子，相對來說，杯子是有序的狀態，碎片是無序的狀態。阿姆斯特丹大學理論物理學院埃里克.弗林德教授（Erik Verlinde）認為引力從本質上是一種熵力，如果一個物體在其它物體周圍發生微小移動會改變周圍的無序度，就會感受到引力。
通過這樣一些理論的提出，讓學生通過討論，首先能培養學生勤于思考、開拓創新的精神；其次將熱力學的理論與哲學、物理學等其他學科相聯系，能讓學生了解自然科學其實沒有學科的邊界，科學是相通的思想；三是介紹一些化工熱力學在實際生活中的應用。例如在講授范德華方程時，講述了萊頓低溫實驗室的創始人著名低溫物理學家卡末林-昂內斯如何利用范德華方程成功地把一種又一種“永久氣體”（氧氣、氫氣、氦氣等）液化，乃至作出對人類社會產生巨大影響的貢獻—— 超導電性的發現。最后如何利用超導電性實現磁懸浮列車，讓學生感受到化工熱力學在實際生活中的重大指導意義。
2 與時俱進，借助計算機軟件來輔助教學
在化工熱力學教學過程中，公式多，計算復雜成為嚴重影響教學效果的主要因素。為了使學生在今后的工作實際當中能更好的運用化工熱力學知識解決實際問題，我們在教學過程中，專門作了一個專題，介紹了目前應用較多的幾種軟件，包括Aspen Plus，Simulis Thermodynamics， HSC chemistry等。其中著重介紹了目前應用最廣的Aspen Plus （Advanced System for P
rocess Engineering）。該軟件美國AspenTech公司研制，由MIT主持、能源部資助、55個高校和公司參與開發。是基于序貫模塊法的穩態過程模擬軟件，并附帶有龐大的數據庫，包含了豐富的狀態方程和活度系數模型。在各章節的計算過程中，分別對這幾種軟件相關的熱力學計算部分進行了演示。
3 尊重傳統，培養學生嚴謹的學習作風
化工熱力學是一門嚴謹的課程，有人稱之為完美的學科，就是因為它的理論和公式都有嚴密的理論基礎，都是通過層層推導得到的。而本課程中最主要的內容就是熱力學性質的計算。盡管有相應的軟件工具可以進行輔助計算，但在教學過程中還是不能忽視學生的計算和推理能力的培養。通過日常的作業和課堂上的習題演練，讓學生在做題過程中領會化工熱力學的精髓，培養其嚴謹的學習態度和作風。
4 把握主線，縱觀全局，理清脈絡
化工熱力學課程主要由原理、模型和應用三部分所組成。原理是基礎，應用是目的，模型是應用中不可缺少的工具[7]。如果把化工熱力學比作一個大樹，那么原理就是它龐大的根系，模型是它的主干和枝丫，而應用這是化工熱力學所開出的花朵和果實。
因此在每一章學習之前，我們都會給學生提供兩副結構圖。一是本門課程所研究體系的框架圖。二是每章之間的關系及聯系圖。使學生能全面把握化工熱力學的整體框架，正確理解熱力學概念，靈活運用熱力學原理。在學習時能做到，“提起是一串，放下是一堆”的學習方式。
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論文摘要 結合多年從事化工熱力學教學的經驗，根據化學工程與工藝專業培養方案要求，探討提高化工熱力學教學質量的方法。精選教學內容，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結合。加強學科間的溝通與銜接，科學組織教學；引導學生對熱力學性質計算的編程求解，采用雙語教學，加強綜合知識的能力培養；強化實踐環節的訓練，注重學生科研能力的培養；適度引入多媒體教學，提高教學水平和教學質量；改革考核方式，注重學生靈活應用知識的能力。
化工熱力學作為化學工程專業的專業基礎課和必修主干課，是一門理論性和應用性較強的課程，它既要解決化學問題，又要解決工程實踐問題[1]。通過化工熱力學課程的學習，學生能夠掌握化工熱力學的基本概念和理論，利用化工熱力學的原理和模型進行化工過程能量、相平衡及化學反應平衡分析和研究，利用化工熱力學的方法對化工中物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯及推算，解決化工生產和設計中的有關實際問題[2-3]。本課程的基本概念和公式多，理論抽象，計算與公式推導較難，學生系統掌握該課程的內容比較困難， 本文從教材建設和教學實施方法上進行探討，使學生更好地掌握其基本原理和實際應用，培養高素質的化學工程與工藝專業人才。
1 根據化學工程與工藝專業培養方案要求，精選教學內容，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結合
化工熱力學的主要任務是使學生熟悉熱力學基本定律在化學工程中的應用，掌握根據熱力學原理求取化工基礎數據和化工過程中熱量與功的計算方法，培養學生應用熱力學基本原理分析解決化工領域中有關問題的初步能力。因此，在制定教學大綱和選擇教學內容時， 將熱力學知識體系分成兩部分：一是流體的P-V-T性質及計算、流體熱力學性質及應用；二是溶液理論、相平衡及應用。對于第一部分，主要介紹氣體和液體的P-V-T性質及計算、流體的熱力學性質計算。要求熟練掌握常用的流體狀態方程及應用計算，學會計算的思路、步驟和方法；掌握利用狀態方程和熱容數據計算流體的熱力學性質的方法，繪制熱力學圖表。第二部分介紹溶液活度系數模型方程以及相平衡理論及其在化工分離中的應用。要求能根據超額吉布氏自由能與活度系數的關系，結合模型方程計算混合溶液的活度系數；掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達式及其應用，尤其是超臨界流體在分離中的應用。采用循序漸進、先易后難的方法逐步講解和學習，最后達到融會貫通。使教學內容既要具有合理性、實用性，又能夠充分反映本學科領域的最新科技成果，并與化工生產發展需要相結合。
2 加強學科間的溝通與銜接，科學組織教學
化工熱力學作為一門專業基礎課程， 是在物理化學學習的基礎上，進一步深化熱力學基本概念和理論，將重點轉移到解決工程實際問題上來的課程。因此化工熱力學具有知識的過渡性和很強的理論性、應用性。化工熱力學中涉及到的熱力學基本定律，熱力學函數如焓、熵、內能、自由焓、自由能，流體P-V-T關系的狀態方程等知識，均是物理化學中所學習過的，需要在化工熱力學中進一步深化與應用。
加強與高等數學學科的溝通，解決公式推導計算難的問題。化工熱力學中涉及到很多計算，如流體的P-V-T關系計算、熱力學性質的計算、化工過程能量分析計算、相平衡計算、化學反應平衡計算等，對高等數學知識的運用要求多且較高。應加強與相關的專業基礎課程及專業課程的橫向聯系，做到理論聯系實際。在教學過程中引導學生放開思路，加強理論知識與實踐知識的聯系，將熱力學的有關理論與這些課程的實際應用聯系起來，避免學生認為化工熱力學理論太深、不好學的現象發生。
3 引導學生對熱力學性質計算的編程求解；采用雙語教學，加強綜合知識的能力培養
化工熱力學的計算常涉及較多的公式及參數，計算量大且較復雜，通常需要進行試差、迭代來處理，因而電算在化工熱力學計算中起著不可替代的作用。在講授熱力學性質時，引入陳新志教材中的偏離函數的內容。焓、熵、吉布氏自由能的偏離函數均可以通過狀態方程推導出復雜的表達式，編寫程序，即可以得到結果。相平衡中的計算更為復雜，編程計算大有裨益。實踐發現，編程計算雖然對部分學生有一定難度，但多數學生卻表現出很大的積極性，隨著上機題的完成，計算機應用能力也得到提高。
此外，在教學中注意向學生介紹一些英文專業術語以及科技英語的表達方法，為學生查閱相關文獻打下一定基礎，并推薦原版教材（Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics，J.M. Smith）部分章節給學生閱讀，雙語講解，進一步培養學生的英文閱讀和聽說能力。
4 強化實踐環節的訓練，注重學生實踐能力及科研能力的培養
在實踐教學中，注重培養學生的動手能力，將難懂的知識與實際過程進行關聯，運用所學基本理論解決實際問題的能力，將抽象的熱力學概念和理論具體化，與生產實際聯系起來，以消除學生對熱力學的畏懼情緒，培養實際應用能力。比如我們延伸了實驗內容，在二元汽液平衡數據測定和無限稀釋溶液活度系數的測定實驗中，除測定必要的實驗數據外，還要求學生根據實驗計算回歸出Wilson和van Laar模型方程參數，再比較兩種模型與實測值的偏差大小，并分析原因，從而達到了理論與實踐的結合。另外，還組織感興趣的同學進行創新性實驗研究。隨著生命科學和分子熱力學的發展，生化模型分子（例如含N，N-二甲基甲酰胺DMF和醇的混合物）由于其在生化過程模擬中的重要意義，正引起人們越來越多的注意。為了更深入地了解這些體系的熱力學性質及分子間的作用力，組織學生采用Rose平衡釜測定常壓下二元體系（正丙醇—DMF，正丙醇－異丙醇，異丙醇—DMF）的常壓氣液相平衡數據來關聯三元體系（DMF +正丙醇+異丙醇）的性質，并通過熱力學同一性檢驗數據的可靠性。學生從查閱資料，設計實驗方案，確定原料、試劑及分析方法，到實驗操作，數據處理，并進行整理寫出研究報告。這一過程對學生是一次全面的綜合訓練，加強了理論與實踐的結合。對實驗中遇到的問題老師及時解決，鍛煉學生綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力，強化專業操作技能，同時也加深對溶液理論知識的理解，培養學生的科研創新意識。
5 適度引入多媒體教學，提高課堂教學效果
熱力學抽象、難懂，多媒體輔助教學具有形象、生動、直觀的特點，便于加深學生對問題的理解；同時大大增加了課堂信息量，提高了教學效率，還可免除教師上課時寫板書的勞累，因此多媒體輔助教學還是很有必要的。如在講解化工熱力學中混合物汽液相平衡計算，狀態方程法計算組成、溫度和壓力時，往往非常復雜而且容易出錯，迭代步驟繁多，計算費時費力。如果采用多媒體技術，可以形象生動地展示計算框圖，在程序中采用循環語句，只需要輸入初始的條件就可以很快得到結果。
但使用多媒體輔助手段也有缺點，主要是變換的畫面，雖能形象直觀地闡述豐富生動的信息，但用幻燈片顯示熱力學中公式推導顯得相當機械、呆板，與看書相差無幾，無法體現教師的靈活思路，更無法調動學生的積極性，同時也會影響師生之間的情感交流，結果是學生反映來不及記筆記，聽課時就像看電影，教學效果差，對所學內容印象不深，甚至形成了課下學生借教師課件拷貝的局面。因此，多媒體教學只是教學的輔助手段，不能成為教學的主體形式，多媒體教學優勢并不是在任何課中都能體現出來的。熱力學教學應采用多媒體與傳統板書相結合方式的教學手段，板書與多媒體的優勢才能相得益彰，提高學生學習興趣，拓寬學生思維空間，更好理解化工熱力學內容。
6 改革考核方式，注重學生靈活應用知識的能力
考試是教學過程和教學成果的檢驗，它往往成為教學過程的指揮棒，因此考試內容及方法的改革是教學改革的重要組成部分，也是教學改革的重點和難點。根據熱力學課程的教學實踐，要求學生全面閱讀書籍，在歸納整理的基礎上，使知識系統化，找出學習中存在的問題，再集中解答。由于化工熱力學的理論性強，大量模型方程難以記憶，閉卷考試要花費較多的時間和精力去記憶公式，難免疏虞理解和應用，或本末倒置，顧此失彼。因此采用了開卷考試，考試的目的在于使學生對教材體系有個全面的理解，突出重點和實用性，善于靈活應用。而且整個試卷均采用英語出題，這就加大了熱力學題的難度，有些學生對英文句子不理解或不懂得專業詞匯，導致答題南轅北轍。部分學生懷著僥幸心理，想依賴考場上翻書籍蒙混過關，但因課程知識的復雜性，突擊過關是不現實的。因此開卷考試，擴大了學生的閱讀量，注重學生融會貫通的能力。
參考文獻
[1]趙云鵬，荊濤.化工熱力學教學實踐的研究[J].長春師范學院學報:自然科學版，2006，25(4):125—126
關鍵詞：數學物理；工程熱力學；教學
作者簡介：高蓬輝（1979-），男，山西興縣人，中國礦業大學力學與建筑工程學院，副教授；張東海（1977-），男，江蘇徐州人，中國礦業大學力學與建筑工程學院，副教授。（江蘇 徐州 221116）
基金項目：本文系中國礦業大學青年教師教學改革資助項目（項目編號：2001207）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0087-02
“工程熱力學”為能源工程、機械工程、化學工程、材料工程以及航空航天工程等多門學科的發展奠定了基礎，熱工理論的研究與應用直接決定能源轉化效率、節能技術及環境保護實施的成效，對于人類社會的可持續發展具有重大意義。因此，作為高校工科專業的重要基礎課，加強“工程熱力學”的教學效果就尤為重要。我國近兩百所高校開設建筑環境與能源應用工程專業，全部將“工程熱力學”課程設置為主干專業基礎課之一。“工程熱力學”課程不僅是后續專業課程學習的理論基礎，同時直接為學生今后的科研和工作實踐提供理論指導，具有重要的學習意義和實際應用價值。[1]
筆者根據自身在“工程熱力學”課程教學過程中的切身體會和經驗，指出應注重將基礎數學、物理理論知識融會于“工程熱力學”課程講授過程中，促進學生對熱力學中抽象概念和過程的深入理解，達到提高和改善教學效果的重要作用和目的。
一、基礎數學物理知識在熱力學理論中的體現
熱力學的先修課程主要有高等數學和普通物理等課程，在教學中發現許多學生高等數學知識薄弱，需要在課堂教學中講解大量的高等數學知識，才能使課堂教學質量得到保證，然而卻浪費了“工程熱力學”課程自身的教學時數，因此探索基礎數學、物理知識體系與熱力學之間合理的聯系以及有機過渡的教學方法成為熱力學教學中必須重視的問題之一。
熱力學作為一門非常系統且抽象的學科，其科學性、嚴謹性主要是通過各個章節中貫穿其中的數學體系來構建而成的。如何科學、深入理解這些繁雜這些概念和數學結論，成為課堂教學活動中非常關鍵的一環。以下我們將例舉熱力學中非常重要的一些基于數理知識的基本概念和理論推導過程。
1.狀態參數
在熱力學的教學過程中，我們把系統中瞬間表現的工質熱力性質的總狀況，稱為工質的熱力狀態，簡稱為狀態。[2]熱力狀態反映了工質大量分子熱運動的平均特性，描述工質狀態特性的各種物理量稱為工質的狀態參數。而狀態參數是熱力系統狀態的單值函數，與熱力過程無關，狀態參數的這一特性的數學特征為點函數，表示為：
（1）
循環積分為：
（2）
在教學活動中，應將微分的理念融入到狀態參數概念的講解中，并通過全微分將熱力系統狀態參數為點函數的特性進一步闡述，使學生深入理解熱力狀態參數的特殊性。
2.微變量dh與變化量h的區別
在熱力學第一定律的學習過程中，對于焓有兩個非常相似的公式：
（3）
（4）
上式（3）和（4），從外形來看，非常相似，且學生在學習過程中，也容易忽視其細微差別。從數學角度來看，在教學過程中應對其進行區分。式（3）為焓的微分計算表達式，dh為焓的微變量值；式（4）為焓的改變量計算表達式，h為焓的變化量，即式（4）是通過對式（3）進行積分后得到的。這些細微概念上的差別，帶來完全不同的熱力學分析。通過上述的詳細講解和區別，可以加深學生對熱力學中相關公式和計算過程的理解。
3.卡諾循環與極限的概念
卡諾循環解決了在一定的高溫熱源T1和低溫熱源T2間，熱功轉換最大效率的問題。由于卡諾循環是典型的可逆循環，在整個熱力轉換過程中，沒有熵產，即沒有不可逆因素所引起的做功能力的損失，因此，該循環熱效率ηtc=1-T2/T1成為兩熱源T1、T2之間工作熱機的最大循環熱效率。
在課堂講解中，聯系實際工業生產和生活中的熱力機械，指出實際熱力機械的熱功轉換效率都低于卡諾循環熱效率ηtc，原因在于卡諾循環作為可逆循環，是一理想熱力循環，其熱效率為實際生產、生活中熱力循環效率的極限。[3]因此，實際生產和生活中的熱力循環效率只能小于卡諾循環的熱效率，不可能大于卡諾循環的熱效率。這樣從數學極限的角度也解釋了為什么卡諾循環效率是一定高、低溫熱源間工作熱機的最大效率的問題，使學生更加容易理解卡諾循環這節的相關概念和理論。
4.音速
研究流體在管道內流動時，我們提出了音速α，并且對定熵流動中音速用下面的公式進行計算：
（5）
在得到音速與溫度之間的函數關系時，指出理想氣體定熵過程方程式：
（6）
對式（6）進行變形，得到 （7）
在將式（7）代入式（5）時，遇到與是否等效的問題，從形式看，一為偏微分關系，另一為全微分關系。但從變量與因變量的角度來看，同樣反映出變量與因變量間的函數變化關系，在課堂教學過程中，需要對這一細微差別進行講解，以促進學生對物理過程以及數學關系的理解，不可一帶而過，從而造成學生概念以及數學關系理解上的斷層和缺失。
二、構筑基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法
“工程熱力學”課程的一個重要特點是基本理論多，基本概念抽象。為此，在課堂教學中針對基本理論部分，把講解重點放在基本理論和基本概念的深入理解上，如狀態參數、可逆過程、熱功轉換、熱力學第一、二定律、卡諾循環、卡諾定律、熵等，這些一定要詳細講解、分析透徹。特別是熱力學第二定律的課堂教學中，因為該部分內容概念抽象、原理費解，又不能用實驗來演示，所以學生學習非常困難，但熱力學第二定律作為“工程熱力學”課程的核心內容之一，非常重要。凡此種種，筆者作為“工程熱力學”課程的講授教師，在教學活動中，認為通過將基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法，可以提高和改善課堂教學效果，促進學生對“工程熱力學”課程內容的掌握和理解。教學活動中可以采取以下的方法，以實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學：
1.課程準備階段
在“工程熱力學”課程的備課階段，先將本章節內容難以理解的概念、定理以及公式推導過程摘出來，同時考慮這些部分與哪些基礎數學、物理知識相關，并將這部分數理知識作為課堂講授內容的鋪墊部分準備到“工程熱力學”課程的課堂教學活動中，即將這部分基礎數理知識寫入課堂講義、PPT教學幻燈片中。
2.課堂講授階段
在“工程熱力學”課程的課堂講授過程中，將熱力學基本概念、原理和公式的推導與基礎數理知識結合起來，在講授過程中，實現熱力學本身內容與基礎數學、物理知識的互動講解，從而達到改善教學效果、使學生易于理解和掌握的教學目的，實現學生對復雜、難懂內容的系統把握和理解。
3.課后反饋階段
課后可以與學生圍繞課程教學內容進行溝通，對課堂教學不足之處進行查漏補缺，一方面可以掌握學生的掌握情況，另一方面可以對教學方法不斷改進，起到再次升華的作用。
三、結論
“工程熱力學”作為能源、機械和化工等眾多學科領域方面的一門基礎專業課，其重要性不言而喻。如何改進已有的教學方法，改善和提高現有的課堂教學效果，成為各高校“工程熱力學”課程教師所共同關注的關鍵問題之一。本文從筆者自身的教學體會出發，根據“工程熱力學”課程內容的特點，提出將基礎數理知識融入到“工程熱力學”的教學活動中，并給出了實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學方法和途徑，為“工程熱力學”課程的講授提供了新的思路和方法，對其他課程的教學改革也有一定的借鑒意義。
參考文獻：
[1]歐陽琴，寇廣孝.建筑環境與設備工程專業“工程熱力學”課程改革探索[J].教育教學研究，2011，（12）：191-192.
關鍵詞：工程熱力學；緒論；課堂教學方案
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）03-0237-02
作為一門專業基礎課程，《工程熱力學》是很多工科專業學生最早接觸的專業基礎課，一般在大二學年開設，能否學好這門課程不但直接影響到后續專業課的學習效果，更重要的是關系到學生對上好專業課的興趣和信心。《工程熱力學》內容較多而且理論性、邏輯性較強，概念較多而且抽象難理解，公式較多而且使用條件復雜，所以被很多教師和學生認為是一門難教難學的課程，尤其是剛接觸該課程時，不容易入門，對學生學好這門課程的熱情和信心有很大影響。
一、工程熱力學緒論課的重要性
作為課程教學的第一課，緒論對于《工程熱力學》課程來說顯得尤為重要，主要表現在以下四個方面：（1）緒論課要幫助學生認識《工程熱力學》課程的重要性。（2）緒論課是激發學生學習熱情的第一把火，要激發學生對新課程的向往，調動學生的學習熱情，使學生產生學習的動力，從而主動去學習。（3）古人云：“授之以魚不如授之以漁”，緒論課要教會學生學習的方法。（4）緒論課是樹立教師形象的最佳時機，教師要充分利用好緒論課，樹立好教師的威信和地位，給學生留下良好的第一印象。
二、工程熱力學緒論課教學方案
1.以節能作為切入點，使學生明確課程的重要性與學習目的。《工程熱力學》的研究目的最終可歸結為節能。節能減排是近年來我國的基本國策，以節能作為切入點，介紹當前面臨的能源問題，說明熱能在能源利用中的重要作用，進而說明提高能量利用率是節能的一種途徑。當前，我國經濟快速發展，但能源浪費巨大，為實現經濟的可持續發展，節能工作大有可為，而《工程熱力學》主要研究提高轉化效率的途徑，顯然，《工程熱力學》為節能提供了理論基礎，強調學習本課程對解決能源問題所具有的意義，這樣使學生明確了課程的重要性及學習目的，同時使學生建立起強烈的責任感和求知欲望。
2.運用案例教學法，理論聯系實際，增強理性認識。多舉工業及生活中的工程應用實例，讓學生從感性上升到理性，學以致用，讓學生明白學到的知識可以解釋和解決許多實際中的問題，這樣才對學生有吸引力。比如講述熱能的重要作用時，可以將火力發電、煤層氣發電、汽輪機、內燃機、燃氣輪機等作為案例，這些都是平時常見且與我們息息相關的事物，學生對它們比較關注而且有很大的好奇心，通過講解這些熱力裝置的工作原理，不僅可加深學生對基礎知識的理解，還可提高學生學習的興趣和積極性，增強課程對學生的吸引力。
3.合理設置問題，啟發學生思考，增加與學生的互動。根據所要講授的內容，可以適當增加一些難度適中的學科領域的熱、難點問題，或者把要講的內容概括成幾個問題，通過向學生提問，啟發學生思考。學生通過思考得出結論，在真正理解的基礎上掌握教學內容，主動參與教學活動，增強學習的質量與效果，同時培養其思維能力。例如在解釋“熱力學”中的“熱”時，可以提出“熱能與熱量的區別與聯系”這一問題讓學生思考，接著可以補充說明物理上“做功與機械能關系”與熱力學中“熱能與熱量關系”是相同的，這樣引導學生利用舊的、已知的知識去探求對他們而言是新的、未知的知識，鼓勵他們用新的方法、新的思路去獲取這些知識，創造性地解決問題，可以培養他們獨立思考的能力和創新能力。
4.采用多種教學手段，吸引學生注意力，激發學習興趣。通過圖文并茂的多媒體技術，可以使視覺和聽覺同時發揮作用，增強直觀性，有利于學生認知能力的開發和對教學內容的理解。比如通過視頻或幻燈片播放人類的用能歷史和自然界中常見的能量轉化與轉移現象，這些現象人們往往習以為常，熟視無睹，但其中包含著科學真理。如果我們結合教學內容，利用這些貼近學生生活的現象導入新課，就可以激發學生的學習興趣。為彌補學生實踐的不足，可以將一些大型的熱工設備通過多媒體用圖形表現出來，其熱力過程用Flas表現出來。比如汽輪機、內燃機、燃氣輪機、壓縮機等，可以將實物圖片和原理圖同時展示出來，能讓學生身臨其境，如同看到實物一樣。比如火力發電、內燃機、燃氣輪機等，可以用Flas將其工作過程演示出來，使抽象的概念變得形象生動，易于理解。綜合運用上述表現方法使得課堂講授直觀形象，新穎生動，能夠直接作用于學生的多種感官，激發學生的學習興趣。
5.結合熱動力裝置的工作原理引出主要內容，使學生明確課程的結構框架。緒論課既要說明課程的研究內容及其條理性，同時還應該講明各部分內容之間的邏輯關系。在條理性的基礎上進一步強調各部分之間的邏輯關聯，學生能夠從整體上把握知識，從而避免平鋪直敘，使學習效果達到知識點由點及線到面的程度。例如：通過講解熱動力裝置（如火力發電、內燃機、燃氣輪機等）的工作過程及原理，使學生明確實現連續工作需要的條件有四個：熱源與冷源、工質、膨脹做功、循環，這四個條件也就是熱力學的主要內容。接著詳細講解這四個條件涉及到的相關內容，結合課程目錄可以引出熱力學的主要內容及其知識框架，這樣能夠使學生對熱力學的知識框架和條理脈絡有個清晰的認識，確保他們在學習之前就對這門課有一個整體的把握。
總之，緒論課在《工程熱力學》教學中具有特殊的教學地位和重要意義，教師必須充分認識上好緒論課的重要性，認真研究和分析緒論課的教學特點和方法，上好緒論課。如何把緒論講好是一個很復雜的問題，需要教師在授課內容、授課方式、授課方法上不斷進行改革和創新，讓學生不僅建立起基本的工程熱力學概念，掌握工程熱力學的基本理論體系以及工程熱力學的思維方式，同時能激發學生學習本門及相關課程的興趣和信心，從而使教學能夠順利開展并達到預期的效果。
參考文獻：
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[3]任曉利，陳小磚.提高《工程熱力學》課程教學效果的幾點體會[J].中國電力教育，2009，（13）.
