工程热力学论文范文

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建筑、机械与其他工业产业利用工程热力学来提高生产效率，提高资源利用率，以此实现降低成本得目标，这也是经济可持续发展的重要保证。目前我们国家的工程热力学的教学质量亟待提高，教学方式与课程教学内容急需改革，并且其实践过程中的运用效率偏低，这就需要我们针对工程热力学的特征与现状进行课程教学改革，提高其实践效率。课程教学改革是指在教育体制改革的背景下，课程内容与课程教学方式也应当发生相应的变化。课程改革的重点应当放在课程实施工作之上，课程的实施依赖课程的教学质量，因此我们必须充分重视课程教学改革的重要性。随着我国新一轮基础教育课程改革的推进，如何在新课程理念的指导下改革工程热力学课堂教学，把先进的教学理念融入到日常的教学行为之中，已日益成为工程热力学教师和教学研究人员关注和探讨的热点问题。工程热力学课程教学实践是指教师在讲授工程热力学知识的时候应当充分的结合其实际情况，将实践活动与课堂理论知识讲授充分的融合，这样才能够提高学生的课程学习质量，帮助学生掌握更加丰富的工程热力学知识。课程教学实践是提高学生实际操作能力的平台，也是提高工程热力学课程教学质量的重要基础，关系到教学质量与国民经济的发展速度。实践是检验真理的唯一标准，因此在工程热力学课程教学改革过程中应当将其改革的内容付诸实践，这有这样才能够检验其改革的内容是否符合教育体制改革发展的总目标。在实际的课程教学过程中，教师、研究者与学生应当提高实践活动的强度，改善当前的现状，为提高工程热力学课程教学改革质量奠定基础。

2工程热力学课程教学改革与实践的过程中存在的主要问题

当前我们国家的高等院校和高职院校对工程热力学课程教学的重要性认识不足，没有充分的认识到工程热力学教学质量与工业生产、环境保护、资源利用率提高等之间的关系。工程热力学对学生综合能力的提高有着不可或缺的作用，因此我们必须充分的探析在工程热力学课程教学改革与实践过程中存在的主要问题，这样才能够详细的了解其改革现状，为提高课程改革质量奠定良好的基础。

（1）国家教育部门与高等院校、高职院校等教育机构对工程热力学课程教学改革与实践工作的重视程度偏低，没有充分的认识到工程热力学课程教学改革与实践对提高教学质量、促进教育体制改革进程、提高经济发展质量与速度之间的关系。工程热力学是一门综合性比较强的学科，并且也是建筑专业、环境保护与机械设计等专业的基础课程，关系到这些工程热力学相关专业的发展前景。相关的教育部门与组织在资金投入、技术支持、人才引进等方面相对短缺，严重的影响了工程热力学课程教学改革与实践的进程，没有投入更多的基础设备让学生参与实践。这样下去就会严重的泯灭学生的学习积极性和创新性，不利于提高工程热力学课程教学改革的质量与效率。

（2）在工程热力学课程教学改革过程中重点不明确，相关方面的制度和政策不够完善。虽然我们国家正在实行新一轮课程改革，在教育体制改革方面的力度比较大，但是仍然没有彻底改变当前应试教育的局面，没有完全的实现从应试教育向素质教育过渡的目标。在课程教学改革的过程中教师没有积极创新，对课程教学改革与实践认识不清，导致在理论教学与实践教学时教学方式不当，没能完全激发学生的潜力，这为后来的工程热力学改革埋下隐患。不仅如此，相关的教育部门与学校在课程设置方面没有考虑市场的发展需要，在课时、教学内容、教学形式以及考核方式等方面存在着严重的问题。

（3）工程热力学课程教学改革过程中的教学方法不符合实际的情况，不能够很好的提高课程教学改革与实践的质量。许多教师仍然沿用传统的教学方式，在教学内容上没有较大的突破与创新，被陈旧与古板的方式与内容所束缚。在改革的过程中，其课程改革教学目标不够明确，与工程热力学相关的课程体系不够完善与健全。不仅如此，在工程热力学课程设置等方面没有突出课程的专业特色与个性，不利于提高工程热力学的地位与重要性。这样学生的学习积极性与热情会大大降低，无益于实现课程教学改革的目标。

3提高工程热力学课程教学改革与实践质量的相关对策

（1）国家教育部门与高等院校、高职院校等教育机构要不断提高对工程热力学课程教学改革与实践工作的重视程度，充分的认识到工程热力学课程教学改革与实践对提高教学质量、促进教育体制改革进程、提高经济发展质量与速度之间的关系。相关方面的教育部门与教育组织要加强政策支持与资金支持，为提高工程热力学课程教学改革提供良好的条件，引进先进的设备与基础设施为开展实践活动提供良好的平台，从而提高学生的理论知识水平与实践操作能力。目前人们对生活与生产的要求越来越高，对环境的保护意识也越来越深厚，因此我们必须加强相关方面的教学质量，培养全面型与综合型的人才，以此来适应经济社会的发展趋势。伴随着社会现代化进程的加快，社会各界对人才的素质和质量标准也越来越高，因此教育制度改革迫在眉睫。

（2）明确工程热力学课程教学改革的重点，逐渐完善与健全相关方面的课程教学改革体制，为高等院校和高职院校的课程教学改革与实践提供指导性方案。相关的教育部门与学校在课程设置方面要充分考虑市场的发展需要，在课时、教学内容、教学形式以及考核方式等方面要积极创新。保持学科基本理论的严密性和系统性，逐渐强化工程热力学相关专业所必须的教学内容，不断的优化课程教学的内容。在教学的时候要让学生充分的理解相关的工程热力学的理论知识、公式与条件等等，这样学生才能够有足够的理论知识进行实践操作。不仅如此，还要培养学生查图、查表的能力，要求学生学会用抽象、简化和假设的热力学方法去求解制冷、供暖等实际问题。

（3）工程热力学课程教学改革过程中的教学方法要不断适应市场的发展需要，这样才能够逐渐提高课程教学改革与实践的质量。工程热力学课程教学的相关教师和研究者应当积极创新，改变传统的教学方法，摒弃陈旧的教学方式，提高工程热力学课程教学改革与实践的质量。不仅如此，教学研究者还要积极改变教学方式，教师应当根据课堂教学情况与学生的学习情况来改进教学方式，以此来激发学生的学习热情。因为工程热力学属于一种理论性比较强的学科，学生在学习的过程中容易产生消极情绪，这样就会严重阻碍课程教学改革的进展，不利于全面提高学生的综合实力。教师要注重诱导式教学方式，提高学生的发散思维能力，贯彻创新意识。教师要根据课程教学内容和学生的差异性来帮助学生树立正确的学习观念，让学生掌握符合自己实际情况的学习方式。这样学生在学习工程热力学知识的时候就会比较容易上手，在理解相关概念和理论知识的时候也会更加容易。教师在讲解理论知识与进行实践操作教学的过程中要灵活运用比较式指导方法，将相关的理论知识进行比对，加深学生的理解程度。同时也要积极使用相关方面的图表，让学生快速的理解抽象理论知识。教师在教学的过程中要积极采用多媒体教学与网络教学，这也是充分利用教学资源的体现。由于学科本身具有的特性决定了工程热力学的理论知识、定义、概念、公式等比较复杂抽象，学生不易理解，利用多媒体能够帮助学生理解记忆，加深对工程热力学原理的理解。网络教学能够促进学生与教师之间的交流，提高课程教学改革的质量。

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作者简介：裘薇（1976-），女，浙江临安人，上海电力学院能源与环境工程学院，讲师；朱群志（1972-），男，浙江台州人，上海电力学院能源与环境工程学院，教授。（上海?200090）

基金项目：本文系上海市教育委员会重点课程建设项目（编号：20105302）的研究成果。

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0062-02

工程热力学是研究热能和其它形式能量（特别是机械能）相互转换规律以及提高能量转换效率的一门学科，是热能与动力工程专业的一门必修的主干专业基础课程，也是学生开始接触的第一门和热能工程有关的课程。工程热力学不仅为学生学习相关的专业课程提供必要的基础理论知识和基本技能，也为学生日后从事热能利用、热设计、热管理和热控制等方面的专业技术和科学研究工作打下必要的理论基础。

近几年，随着学校的不断发展，上海电力学院先后开设了“热动卓越工程师班”、“电厂自动控制”、“电厂测控”、“电厂核电”新专业和获得了“热能工程”硕士点的授予权。为了适应新时期人才培养及“085工程”的需要，教师除了继续承担“热动专业”的“工程热力学”教学任务外，还将面向“电专业”和研究生开设不同层次内容的工程热力学课程，因此，为了提高本课程的教学质量，有必要对“工程热力学”课程教学方法及手段开展更高层次的研究工作。

一、教学目标

根据专业人才培养的需要，“工程热力学”课程的教学目标是通过本课程的学习，应使学生掌握工程热力学的基本理论和基本知识，受到较强的基本技能训练，能正确进行热力过程和热力循环的分析和计算。教学方向定位于基础科学理论与工程实际之间的桥梁，着重培养学生应用基础知识解决工程实践问题的能力，为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。课程的特点是：将工程热力学作为一个整体来组织教学，并借助于现代教育手段、密切结合实验与专业课程，进行完整、系统的教学。

二、教学改革采取的措施

教学方法和教学手段的改革是服务于课程体系和教学内容的改革，它是实现教学目标的重要措施。”工程热力学”课程的逻辑性很强，各部分内容又交叉渗透，一环扣一环，而且概念抽象，是一门难教难学的课程，所以在教学的过程中，需要注意教学的方法和手段，使学生能较好又容易地理解教学内容。

1.教学方法的改革

（1）开展教学研讨活动，理解教学思路。通过开展多次教师试讲活动，对本课程的教学目标、教学要求、教学方法等有比较清楚的认识。教学目标要从学生专业课的学习以及职业发展的需求考虑。基础课不只是为后续课程服务，为专业的学习服务，更重要的是培养学生的科学素质和科学思维方式，提高他们分析问题和解决问题的科学研究能力，使学生眼光远、层次高、后劲足。教学上需要控制教学内容的难度。注意将教学内容及习题的难度控制在适当的水平，难度太大的习题，会过度加大学生的负担，不提倡作为作业而布置。教学中需要清楚讲述知识点产生的背景和来龙去脉，争取用一条主线将各章节的内容穿起来，避免对知识点的孤立讲授，避免学生孤立地理解知识。教学中需要介绍本学科在工业、民用及高新技术领域的一些应用实例，加深学生对基础知识的理解，使学生充分认识本门课程的重要性，提高学习的兴趣和积极性。

（2）注重学生应用能力和创新能力培养。在课程教学过程中注意理论联系实际，注重工程应用。以往学生反映“孤立系统熵增原理和作功能力损失”这部分内容抽象难懂。在教学中可举一个工程实例：大气环境温度为-10℃，为保持计算机房内20℃，需每小时向机房供热7500kJ。若采用三种方式供热：（1）电热器；（2）电动机带动热泵；（3）温度为80℃的热水供暖，让学生分析三种情况的熵增和作功能力损失。使用这种工程例子好处是：学生接触的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和实用价值，可以使学生加深对这部分内容的理解。同时从实例的比较中，学生自己也可领悟出一个道理：对能量应从量和质两方面综合评价，才能真正找到节能途径。

讲述教材内容和工程实践有机联系。例如：制冷循环的原理与制冷装置、冷藏库、家用空调、电冰箱的联系，湿空气的相关知识在空气调节、电厂冷却塔中的应用，郎肯循环与火力发电厂实际循环等。通过介绍这种内在联系，使课堂教学内容生动，帮助学生理解所学知识和原理在实际中运用。

改变以往全部由教师做习题点评的方式，请学生上讲台讲演自己的解题方法，其他同学评判和讨论。通过各抒己见，对比分析，最后达到“明辩是非”。教学实验表明：采用这种做法，激发了学生学习兴趣，学生的解题方法明显增多，有些学生的解题思路相当活跃。

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化工热力学作为化学工程专业的专业基础课和必修主干课，是一门理论性和应用性较强的课程，它既要解决化学问题，又要解决工程实践问题[1]。通过化工热力学课程的学习，学生能够掌握化工热力学的基本概念和理论，利用化工热力学的原理和模型进行化工过程能量、相平衡及化学反应平衡分析和研究，利用化工热力学的方法对化工中物系的热力学性质和其它化工物性进行关联及推算，解决化工生产和设计中的有关实际问题[2-3]。本课程的基本概念和公式多，理论抽象，计算与公式推导较难，学生系统掌握该课程的内容比较困难， 本文从教材建设和教学实施方法上进行探讨，使学生更好地掌握其基本原理和实际应用，培养高素质的化学工程与工艺专业人才。

1 根据化学工程与工艺专业培养方案要求，精选教学内容，使之具有合理性、实用性，达到理论与实践相结合

化工热力学的主要任务是使学生熟悉热力学基本定律在化学工程中的应用，掌握根据热力学原理求取化工基础数据和化工过程中热量与功的计算方法，培养学生应用热力学基本原理分析解决化工领域中有关问题的初步能力。因此，在制定教学大纲和选择教学内容时， 将热力学知识体系分成两部分：一是流体的P-V-T性质及计算、流体热力学性质及应用；二是溶液理论、相平衡及应用。对于第一部分，主要介绍气体和液体的P-V-T性质及计算、流体的热力学性质计算。要求熟练掌握常用的流体状态方程及应用计算，学会计算的思路、步骤和方法；掌握利用状态方程和热容数据计算流体的热力学性质的方法，绘制热力学图表。第二部分介绍溶液活度系数模型方程以及相平衡理论及其在化工分离中的应用。要求能根据超额吉布氏自由能与活度系数的关系，结合模型方程计算混合溶液的活度系数；掌握相平衡理论在不同条件下的方程表达式及其应用，尤其是超临界流体在分离中的应用。采用循序渐进、先易后难的方法逐步讲解和学习，最后达到融会贯通。使教学内容既要具有合理性、实用性，又能够充分反映本学科领域的最新科技成果，并与化工生产发展需要相结合。

2 加强学科间的沟通与衔接，科学组织教学

化工热力学作为一门专业基础课程， 是在物理化学学习的基础上，进一步深化热力学基本概念和理论，将重点转移到解决工程实际问题上来的课程。因此化工热力学具有知识的过渡性和很强的理论性、应用性。化工热力学中涉及到的热力学基本定律，热力学函数如焓、熵、内能、自由焓、自由能，流体P-V-T关系的状态方程等知识，均是物理化学中所学习过的，需要在化工热力学中进一步深化与应用。

加强与高等数学学科的沟通，解决公式推导计算难的问题。化工热力学中涉及到很多计算，如流体的P-V-T关系计算、热力学性质的计算、化工过程能量分析计算、相平衡计算、化学反应平衡计算等，对高等数学知识的运用要求多且较高。应加强与相关的专业基础课程及专业课程的横向联系，做到理论联系实际。在教学过程中引导学生放开思路，加强理论知识与实践知识的联系，将热力学的有关理论与这些课程的实际应用联系起来，避免学生认为化工热力学理论太深、不好学的现象发生。

3 引导学生对热力学性质计算的编程求解；采用双语教学，加强综合知识的能力培养

化工热力学的计算常涉及较多的公式及参数，计算量大且较复杂，通常需要进行试差、迭代来处理，因而电算在化工热力学计算中起着不可替代的作用。在讲授热力学性质时，引入陈新志教材中的偏离函数的内容。焓、熵、吉布氏自由能的偏离函数均可以通过状态方程推导出复杂的表达式，编写程序，即可以得到结果。相平衡中的计算更为复杂，编程计算大有裨益。实践发现，编程计算虽然对部分学生有一定难度，但多数学生却表现出很大的积极性，随着上机题的完成，计算机应用能力也得到提高。

此外，在教学中注意向学生介绍一些英文专业术语以及科技英语的表达方法，为学生查阅相关文献打下一定基础，并推荐原版教材（Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics，J.M. Smith）部分章节给学生阅读，双语讲解，进一步培养学生的英文阅读和听说能力。

4 强化实践环节的训练，注重学生实践能力及科研能力的培养

在实践教学中，注重培养学生的动手能力，将难懂的知识与实际过程进行关联，运用所学基本理论解决实际问题的能力，将抽象的热力学概念和理论具体化，与生产实际联系起来，以消除学生对热力学的畏惧情绪，培养实际应用能力。比如我们延伸了实验内容，在二元汽液平衡数据测定和无限稀释溶液活度系数的测定实验中，除测定必要的实验数据外，还要求学生根据实验计算回归出Wilson和van Laar模型方程参数，再比较两种模型与实测值的偏差大小，并分析原因，从而达到了理论与实践的结合。另外，还组织感兴趣的同学进行创新性实验研究。随着生命科学和分子热力学的发展，生化模型分子（例如含N，N-二甲基甲酰胺DMF和醇的混合物）由于其在生化过程模拟中的重要意义，正引起人们越来越多的注意。为了更深入地了解这些体系的热力学性质及分子间的作用力，组织学生采用Rose平衡釜测定常压下二元体系（正丙醇—DMF，正丙醇－异丙醇，异丙醇—DMF）的常压气液相平衡数据来关联三元体系（DMF +正丙醇+异丙醇）的性质，并通过热力学同一性检验数据的可靠性。学生从查阅资料，设计实验方案，确定原料、试剂及分析方法，到实验操作，数据处理，并进行整理写出研究报告。这一过程对学生是一次全面的综合训练，加强了理论与实践的结合。对实验中遇到的问题老师及时解决，锻炼学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，强化专业操作技能，同时也加深对溶液理论知识的理解，培养学生的科研创新意识。

5 适度引入多媒体教学，提高课堂教学效果

热力学抽象、难懂，多媒体辅助教学具有形象、生动、直观的特点，便于加深学生对问题的理解；同时大大增加了课堂信息量，提高了教学效率，还可免除教师上课时写板书的劳累，因此多媒体辅助教学还是很有必要的。如在讲解化工热力学中混合物汽液相平衡计算，状态方程法计算组成、温度和压力时，往往非常复杂而且容易出错，迭代步骤繁多，计算费时费力。如果采用多媒体技术，可以形象生动地展示计算框图，在程序中采用循环语句，只需要输入初始的条件就可以很快得到结果。

但使用多媒体辅助手段也有缺点，主要是变换的画面，虽能形象直观地阐述丰富生动的信息，但用幻灯片显示热力学中公式推导显得相当机械、呆板，与看书相差无几，无法体现教师的灵活思路，更无法调动学生的积极性，同时也会影响师生之间的情感交流，结果是学生反映来不及记笔记，听课时就像看电影，教学效果差，对所学内容印象不深，甚至形成了课下学生借教师课件拷贝的局面。因此，多媒体教学只是教学的辅助手段，不能成为教学的主体形式，多媒体教学优势并不是在任何课中都能体现出来的。热力学教学应采用多媒体与传统板书相结合方式的教学手段，板书与多媒体的优势才能相得益彰，提高学生学习兴趣，拓宽学生思维空间，更好理解化工热力学内容。

6 改革考核方式，注重学生灵活应用知识的能力

考试是教学过程和教学成果的检验，它往往成为教学过程的指挥棒，因此考试内容及方法的改革是教学改革的重要组成部分，也是教学改革的重点和难点。根据热力学课程的教学实践，要求学生全面阅读书籍，在归纳整理的基础上，使知识系统化，找出学习中存在的问题，再集中解答。由于化工热力学的理论性强，大量模型方程难以记忆，闭卷考试要花费较多的时间和精力去记忆公式，难免疏虞理解和应用，或本末倒置，顾此失彼。因此采用了开卷考试，考试的目的在于使学生对教材体系有个全面的理解，突出重点和实用性，善于灵活应用。而且整个试卷均采用英语出题，这就加大了热力学题的难度，有些学生对英文句子不理解或不懂得专业词汇，导致答题南辕北辙。部分学生怀着侥幸心理，想依赖考场上翻书籍蒙混过关，但因课程知识的复杂性，突击过关是不现实的。因此开卷考试，扩大了学生的阅读量，注重学生融会贯通的能力。

参考文献

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作者简介：章学来（1964-），男，浙江海宁人，上海海事大学商船学院，教授；王惠惠（1990-），女，江苏连云港人，上海海事大学商船学院硕士研究生。（上海 201306）

中图分类号：G643.2 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0076-02

虽然说研究生教育是一种专业教育，但是不能仅仅重视专业课程的学习，应当同时重视学生综合能力的培养。研究生的教学工作需要结合研究生课程专业性、研究性、创新性等特点，探讨研究出合适的教学方法。研究生需要一年的时间进行课程学习，所以课程教育的质量将直接影响到我国研究生的质量。而“高等工程热力学”作为能源动力类专业的专业基础课程，其重要性不言而喻，要结合课程特点不断尝试新的教学方法，提高“高等工程热力学”的教学质量，为研究生的后续研究学习打下坚实的基础。

一、课程教学中存在的问题

1.课程内容前沿性不足

世界信息化脚步在飞速发展的科技的推动下也日益加快，人们已进入知识经济时代。但是研究生的课程和专业内容陈旧，前沿性明显不足，使得飞快的知识更新速度与滞后的人才培养的矛盾日益显著。加之有些教师在教学过程中使用十多年前的老教材，对问题的认知不够深入，观点不新，对高等工程热力学的最新知识和研究成果了解较少，仅限于书本知识的讲解，教学内容中缺乏对知识经济时代的新知识和新科技的及时补充，使得研究生的教育方式倾向于本科生教育。

2.教学手段和教学方法单一

一些老师在讲解“高等工程热力学”时的教学方式仍主要采取老师讲解的方式为主，虽然这与这门学科有一定难度有关，但是大部分研究生对这门课程有一定的知识基础，所以可以让研究生参与到课堂教学中来。而目前很少有老师可以做到这一点，这使得研究生的课程教育和本科生教育没有太大区别，缺乏研究生教育应有的探究性、创新性、研发型、实践性等特征。大多数老师采取本科生“灌输式”的教学方法传授知识，忽略研究生能力的培养，注重继承学习传统知识，忽略对知识的创新发展；注重课堂讲授，忽略学生探讨、创新交流；注重老师的引导，忽略学生的自主性学习。仅仅通过老师单向的知识传授，很难达到研究生教育期望的教学效果。

3.评估管理体系不合理

在提高研究生课程教学质量的过程中，合理的评估管理体系是必不可少的。合理的评估体系有助于提高研究生的教学质量，进而提高研究生的培养质量，这也是建立合理评估管理体系的最根本目的。合理的评估管理体系包括学校对老师教学质量的评估和老师对学生学习效果的评估两个方面。学校对老师教学质量的评估可以指导老师制订合理的教学计划、教学方法和考核学生方式，可以端正老师的教学态度。为使评估管理体系发挥良好的导向作用需要合理分配评估体系中各种指标的比例。老师对学生学习的评估，一般老师都以简单方便的考试形式评估学生对这门课的学习情况，这往往不能完全真实反映出学生真实的知识水平。多种方式相结合的考核方式更能体现学生的综合学习能力，因此应该同样重视学生考核制度的制订。

二、解决问题的方法

1.打破传统考试模式

中国自古以来就是以考试的方式选拔人才，虽然是不得已而为之的方式，但因此也可能失去一些专业性的人才。因此在像“高等工程热力学”这些课程的考核方式中，教师应敢于大胆突破传统模式束缚。“高等工程热力学”是一门理论性很强的课程，学好这门课不仅仅是掌握了一门基础课程那么简单，更多的是可以培养锻炼学生的思维方式，所以课程考核可以采取开/闭卷与课程论文演讲相结合的方式。开卷试题与闭卷试题相比有一定难度，但开卷可以提高学生文献阅读收集能力，闭卷则是学生课程基本功的最真实表现，采取开/闭卷的方式学生不仅牢牢掌握书本上的基础知识，同时通过阅读可以学习课程相关最新知识；此外，课程论文演讲也同等重要，学生通过课后学习，在课上与老师同学一起探讨交流，不仅有利于拓宽学生的发散性思维，同时这也是老师和同学一起学习进步的过程。

2.推行多元化的教学方式

陈旧的“课本+粉笔+黑板”教学模式已经不利于研究生的课程教学。研究生教学更多的是以研讨性学习为主，而不能简单地通过学位论文来实现研讨性学习。这更多是在于平时对基础性课程的研究性学习，而“高等工程热力学”处在专业基础的位置上，因此对其学习应当更加注重研究性，这样才能更有帮助。况且研究生在本科阶段对“工程热力学“已经有很好的学习，进入研究生学习阶段，更应推行研究性教学的新教学理念，老师应带头冲破传统教学方式的束缚。首先，作为老师本身，需要先转变教学模式，充分利用信息化时代的特点，充分利用网络跟进最新知识和研究成果，提高教学课程的质量，结合课程特点采用多元化的教学方式，如讨论式、参与式、启发式等；其次，培养学生自主学习，独立思考问题，积极开展小组讨论，组织学术报告会，养成互相交流学习的好习惯，充分发挥研究生学习的主动性和积极性，建立一种更加注重培养学生独立思考能力和创新能力并且以学生为中心的个性化教学方法。

3.理论结合实践

理论教学是老师仅仅将理论知识传授给学生，学生若通过实践将理论知识消化、吸收、应用，转化为自己的知识和能力，这样才实现了教学的真正意义。许多前沿理论知识仅靠老师讲解难以发挥学生的主动性和创造性，因此，老师可以每节课结束后布置下一节课的学习要点，学生通过自学在课上自由讨论讲解。这样学生不仅可以复习上节课的内容，并且对下节课的内容也有自己的了解。更重要的是通过自学，学生可以知道自己知识的短板，在课堂中通过大家共同讨论和老师的讲解使这一内容更深刻地印在学生脑海中。这样不仅促进研究生之间的相互学习，而且有利于培养研究生独立思考、研究、分析和解决问题的能力，促进知识向能力转化。

基于“高等工程热力学”的工程应用背景，在课堂教学中，理论联系实际尤为重要。学生通过自学独立思考研究分析问题，老师可以通过案例教学使知识更加具体化，使学生更加容易接受。比如，把理想气体的绝热充气过程与自行车打气的生活常识相联系，化抽象为具象，学生更容易理解并接受这些知识。诸如此类将热力学的知识运用到生活中的事例很多，把抽象的理论知识与生动的工程实践相结合，做到学以致用，更能激发学生对本课程的兴趣，深化对物理概念和规律的理解，实现良好的教学效果，从而提高教学质量。此外在教学过程中应当适当地把科学发展现状引入课程教学中，使课堂教学走在学科前端，同时可以增强课堂的趣味性，有效调动学生的求知欲和好奇心，激发学生学习的主动性，使学生自觉向“主动研究学习”转变，从而提高课程的教学效果。

4.制订合理的评估管理体系

合理的评估管理体系在改进和加强研究生课程教学的质量进程中发挥至关重要的作用。对于老师而言，合理的评估管理应包括评估方法、评估内容和评估结果。评估方法由相关人员制订，要考虑合理性和可行性；评估内容包括老师对“高等工程热力学”课程的时间安排、课程计划、教学方式和学生考核方式几个方面；评估结果则是综合前两者的考核结果，奖励优秀教学老师，在“高等工程热力学”任课老师中营造良好的教学竞争氛围，达到提高研究生教学质量的目的。此外，评估结果有利于调动任课老师师的教学积极性，提高任课老师的教学水平，最终有利于提高研究生的教学质量，提高研究生的培养水平。对于学生而言，合理的评估管理体系即“高等工程热力学”课程的考核方式，老师不能简单通过一张试卷来区别学生知识的掌握水平，应当完善研究生课程考核制度，严格制订研究生课程考核标准，实行结果和过程相结合的管理方法。不仅重视结果，更应当注重学生在学习过程中的态度，应把研究生课堂上的发言、讨论、学术报告等情况按一定的比例计入课程总成绩。这样完整合理的管理评估体系才能更好地督促老师教学，督促学生研究性地学习“高等工程热力学”课程。

参考文献：

[1]何宏舟，邹峥，丁小映.提高《工程热力学》课程教学质量的方法研究[J].中国电力教育，2002，（4）：65-69.

[2]徐晓斓，袁颖.关于改进研究生课程教学的几点思考[J].宁波大学学报，2005，（5）：74-75.

[3]万运京.对提高研究生课程教学质量的若干思考[J].河南师范大学学报，2006，（6）：203-205.

[4]曹星平.研究生课程教学方法思考[J].高等教育研究学报，2006，

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0170-02

材料物理专业是材料科学与物理学的一个交叉学科，专业特点要求在课程设置上既有材料科学方面的课程又要有物理类课程。安徽工业大学材料物理专业于2003年开始进行筹划建设，2005年实现了首次招生。经过几年的探索、规划和实践，基本完成了专业定位和课程体系设置[1]，正逐步完善专业建设。现阶段，保留了量子力学，热力学与统计物理（以下简称热统）和固体物理学作为本专业的物理类必修课程。其中，热力学与统计物理是一门重要的专业基础课，无论对后续的物理类还是材料类课程的学习都起到承上启下的知识连接作用。本课程的设置目的使学生能够熟练掌握热力学和统计力学的基本原理和研究方法，逐步建立分析微观世界的思路和方法，训练学生严格的逻辑思维能力，培养演绎推理能力，提高解决具体问题的能力。

1 热力学与统计物理课程教学中存在的主要问题

热统课程内容由热力学和统计物理两部分组成。其中，热力学是研究热现象的宏观理论，它从若干经验定律出发，通过严密的逻辑演绎方法，最终给出系统的宏观热性质；而统计物理则是研究热现象的微观理论，它从微观粒子的力学规律出发，加上统计假设，获得系统的宏观性质。从内容上来看，热统课程的理论性强，教学内容繁杂。尤其，在当前高校推行素质教育和培养应用型人才的指导下，基础理论课课程教学学时均有不同程度的压缩。我校热统课程安排为40个学时，由此带来了教学学识少和教学内容多的严重矛盾。我们根据我校材料物理专业特色方向和后续课程，在热统教学内容上做出了适当的调整。

现行的热统教材理论性强，较适合理科生使用，缺乏较合适的工科材料类学生使用的热统教材。在组织教学中，我们以汪志诚编写的《热力学・统计物理（第四版）》作为主要参考教材[2]，同时综合了多本经典教材，如：胡承正编著的《热力学与统计物理学》，包景东编著的《热力学与统计物理简明教程》等[3～4]。根据我校材料物理专业培养目标和专业特色方向，本着“先进、有效、有用”的原则，对热统课程的教学内容应该进行认真清理与重构，形成适合本校实际的课程讲义。

在教学方法和考核方式上也应根据我校实际进行相应的改革。热统课程是一个理论性强的课程，其中的物理概念抽象，物理公式繁杂。安徽工业大学材料物理专业是在工科背景下成立并发展起来的，学生的数理基础相对薄弱，在学习的过程中会有些吃力。长期的教学实践告诉我们，如果采取传统的灌输式教学方法，只能使热统课堂教学枯燥无味，学生被动的接受知识，失去了学习兴趣，甚至对后续的专业课学习产生抵触情绪。另外，传统的闭卷考试常造成学生不重视平时的学习过程，期末复习只看教学课件，期待老师划重点，搞突击记忆。

针对上述现状，我们尝试着进行了教学内容，教学方法和考核方式的改革和实践。

2 教学内容的改革

2.1 优化教学内容

热统课程的热力学部分与先修课程，如大学物理、物理化学和工程化学基础的部分内容重复率较高。我们在充分了解本专业学生的先修课程和后续课程的教学内容后，对与其他课程有交叉重叠的部分进行了压缩和删减。比如：热力学部分的热力学基本定律，热力学函数，化学平衡条件，理想气体的化学平衡等都在先修课程里面作为重点内容进行讲授的。在实际教学时，只作复习性的简述或以学生自学的方式完成。但为保证热力学基本概念与规律的严格性与系统性，对重要的基本概念和定律还是进行重点讲解。通过这样的调整，节省了热力学部分的教学学时，加大了统计物理部分的学时讲授。统计物理是从宏观系统的微观结构入手，从内容上与量子力学和固体物理课程联系紧密，也为后续的计算材料学课程，甚至可为本科毕业论文工作提供前期的知识准备。在统计物理教学部分，将在先修课程中学习过的麦克斯韦速度分布率和能均分定理略讲；固体的热容量的德拜理论是固体物理课程的重点教学内容，在热统教学中，这部分只简单提及。经过这样的教学内容优化后，节省了课时，加强了课程之间的联系，提高了教学效率。

2.2 适当引入材料学科前沿内容

创新型人才的培养要求课程内容要体现先进性和现代化。通过合理的补充与热统课程相关的材料学和物理学最新的学术成就与进展，有意识的突出课程的广度，丰富和具体化基本理论内容。增加学科前沿内容，我们从两个方面进行。一方面是在讲授基础理论知识的同时，引入与该知识密切相关的科学技术发展的介绍。例如：在对温度和温标作复习简述的时候，介绍测温仪表和测温技术。电阻温度计，热电偶测温技术，红外测温技术等在后续的材料类课程学习，课程设计和实验及毕业论文工作是非常重要的一部分。在讲授气体的节流和膨胀过程一节时，介绍了获得低温的技术，以及与低温有关的材料性能的变化，超导电现象的发展历史及科研现状等；在讲授单元系的相变时，加强了对二级相变和临界现象的讲授，介绍了磁性材料，超导材料，超流体等方面的最新研究进展；在统计物理部分，介绍玻色-爱因斯坦凝聚的新进展，讲授统计物理部分的金属中的自由电子时，适当介绍计算材料学和计算物理方面的研究现状等。另一方面是通过鼓励学生现场听取相关的学术报告，或者观看相关报告的视频。通过前沿知识的适当引进，开阔了学生的视野，激发了学生的学习和科研兴趣，获得了较好的教学效果。

2.3 注重理论联系实际

材料类专业是应用性很强的专业，要求热统课程教学内容要体现实用性，加强理论与实际的联系。我们鼓励学生通过本科生科研训练计划（SRTP）和大学生创新创业计划的方式参与相关教师的课题研究，或者开设课程设计和实验。如在讲授相变的章节时，为了让学生加深对二级相变的理解，开设了高温超导转变的实验，巨磁电阻材料的相变实验等。组织学生参观学校相关的实验室，如参观计算材料实验室，使学生了解相图的理论计算方法，第一性原理计算及材料设计方法。经过这样的训练，学生对物理概念有了深入的理解，提高学生的应用能力，研究能力和创新能力。

3 教学方法和考核方式的改革

3.1 学生为主体，教师为主导

在组织课堂教学时，认真贯彻以学生为主体，教师为主导的教学思想，加强师生互动，争取使学生由被动接受知识变为主动探索知识。在课前，给学生预留思考题进行课前预习，让学生带着问题去听课，做到有的放矢。在组织教学时，对重点章节进行精讲，适时开展物理基本概念和基本问题的讨论，启发学生思考和推理。对相对容易理解的章节组织学生自学，或者制作成ppt课件，在课堂上讲解，教师在做总结式讲授。课后，要求学生独立完成作业和习题，以期加深对基本概念的理解和应用。

3.2 重物理思想 简化数学推导

在组织教学的过程中，重点讲解基本概念，突出物理思想。借助于多媒体教学，对于较抽象、难理解的概念和原理，可通过制作图文并茂的课件，或者观看相关视频的方式，使抽象的概念形象化，增强学生的感性认识。适当补充基本概念辨析题和思考题以促进学生对基本概念的深入理解和掌握。对于必要的数学推导，使用板书的方式进行详解和推导，留给学生足够的时间思考并跟上教师的思路。

3.3 考核方式的改革

考核是教学过程的主要环节之一，应具有实用性和针对性，并能体现学生的综合素质。我们在考核方面，加大了平时成绩的比例，增加了课堂回答问题，课堂讨论，撰写科研小论文等环节的考核。在期末的闭卷考试中，减少死记硬背的概念题和公式，把考核重点放在学生对基本物理概念的理解和基本理论知识的实际应用上。

4 实践效果

在教学实践中逐步形成了适合我校材料物理专业实际的热统课程讲义。实践证明，改革措施在缓解授课学时与教学内容的矛盾，拓宽学生知识面等方面效果显著。尤其，热统课程作为材料物理专业的前期先修基础课，对后续的课程学习起着承上启下的重要作用。通过上述的教学改革后，学生的学习积极性大大提高，热爱本专业的学习，踊跃参加SRTP和大学生创新创业的计划，甚至部分同学提前加入教师团队的课题组，对未来的工作或者继续深造充满信心。

参考文献

[1] 方道来，童六牛，夏爱林，等.材料物理专业定位及课程体系设置的探索[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2011（23）：104-105.

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为适应社会主义现代化建设对高层次专门人才的要求，研究生教学应追踪世界最新科学研究方向，反映新知识、新成就，采用有益和有效的新经验、新方法、新体系，注意培养学生的综合素质。研究生课程的学习对提高研究生培养质量举足轻重，而课程的教学方式被认为是实施创新教育的重要环节。

“高等工程热力学”是工程热物理、热能工程、动力机械及工程、制冷及低温工程等专业硕士研究生的一门主要学科基础课程，为学位必修课。在传统的“填鸭式”教学过程中，深感学生学完这门课程后却不能很好地将所学的理论知识应用实际工程或自己的研究工作当中去，显然这种教学方式是不符合研究生创新教育及综合能力培养要求的。笔者在教学过程中逐步探索的新教学方法将与大家共享，以其对研究生教学改革起到推波助澜的作用。

一、课堂上的多种教学方式相结合

1.精略结合的教学模式

最基本的教学方法是在课堂上教师与学生面对面进行传道、授业、解惑。课堂上教师可以在有限时间内浓缩课程的精华，采取“细嚼慢咽”与“蜻蜓点水”两种截然不同的讲课模式相结合的策略。对课程中的重点与难点内容，教师可结合板书与多媒体课件等其他教学方法，采取课堂上的“细嚼慢咽”精讲模式。对学生容易掌握的部分，教师则采用“蜻蜓点水”式引导、归纳总结、学生自学等略讲模式。精略结合还体现在对课程中例题的处理上，注重对学生的启发，把解决问题的思路、技巧传授给学生，加强学生对涉及热力学问题的分析能力与解决能力的培养，而淡化具体的求解计算过程。

2.恰如其分的双语教学

“高等工程热力学”是一门概念多、理论性与工程性均较强的课程，且紧随时代不断发展。若采用纯中文教学模式，虽然学生掌握和理解教学内容更加容易些，但对他们查阅相关英文资料、了解国际相关知识、及时扑捉行业发展动态是不利的。倘若在课堂上教师完全采用英语授课或双语教学中英语所占比重较大，势必影响学生对基本理论的深刻理解与正确应用。为提高教学效果，在课件的制作及课堂教学上仅仅对专业名词术语采用英语模式。这样既不会增加课程的难度、不影响学生对课程基本知识的理解与掌握，还能让学生了解并掌握专业英语词汇，对今后查阅专业文献资料及国际交流奠定良好的基础。

3.鼓励学生“质疑”，灵活运用启发引导与讨论式教学

对于已经习惯“填鸭式”教学的学生，教师在课堂教学中创造机会，提倡学生独立思考，增强自信，鼓励学生从学会“质疑”到敢于“质疑”、善于“质疑”。“质疑”使教学形式从教师的“一言堂”到师生的“群言堂”的转变。通过“质疑”，培养了学生的自信，使学生敢于发现问题、提出问题，有利于学生创新思维的培养。

教师可灵活应用启发引导与同学间、师生间互动的讨论式教学方法。例如，在每一章授课结束后学生可先提出自己的问题或理解不透彻的内容，或者是现实中的问题，教师鼓励其他学生为提问的同学解答，教师适时引导或加以补充，最后教师总结。

教师也可结合一些社会现象，或针对一些在学科发展中曾令人困扰的问题、热点问题向学生发问，而学生通过思考、收集资料、课堂内外的讨论等方式提出解决方案，教师最后对学生的解决方案做现场点评。如对熵及熵变的理解、关于“水变油”事件以及“节能减排”问题等等都可以进行讨论。通过教师的启发引导、课堂互动交流，不同观点相互碰撞与切磋，激发学生的学习趣味性、主动性与积极性，充分调动学生的参与意识与创新欲望，再配以教师的总结与点评，可强化理论知识、活跃课堂气氛，也提高了教学质量。这种教学方式势必增加教师教学的动力和压力，鞭策教师勤于学习，不断更新知识，提高讲课技能；同时，这种教学方式也使学生能够感受到学习的乐趣和师生间的平等关系，增进师生之间的交流，提高了教学效果。

4.采用案例教学法

在大部分基本理论内容讲授后，可针对工程中的实际相关问题，开展案例教学，以增加学生对工程实际问题的分析能力与解决能力。例如，在讲工质的通用热力性质这一章后，针对实际气体混合物的配制计算问题进行案例教学。通过该案例教学，学生不仅能综合应用所学的理论知识，还可掌握该类问题的理论分析与计算方法，对今后工作中涉及这方面问题打下深刻烙印。又如，在讲述完化学热力学内容后，针对本校专业特点，可针对发动机的实际问题进行案例教学，强化了运用热力学基本理论对工程实际问题进行分析的能力，对学生在研究生论文中进行理论分析也有一定指导意义。

5.采用“双5教学法”

“双5教学法”是指在课堂教学上充分利用“起始5分钟教学法”及课堂教学“最后5分钟教学法”。任课教师可充分有效地利用课堂教学“开始5分钟教学法”，在课堂教学刚开始的5分钟内对上节重点内容进行总结、回顾，把学生的思维及注意力转移到本门课程上来，同时注意对相关内容的上下衔接，对本节内容起到抛砖引玉的作用。

在以教师教、学生听为主，涉及重点、难点问题的课堂精讲教学过程中，课堂最后5分钟也十分关键。在这有限的5分钟内，教师不仅可进行总结、布置讨论题，还可以采用“答题交条”的方式以激发学生的兴趣与注意力。“答题交条”就是教师出一道涉及本节课程内容的比较重要的、或易出错的、或趣味性的简答题，要求学生把问题的答案、姓名与学号写在一个小纸条上，并在离开教室前交到老师手中。“答题交条”意义有三：首先，可充分利用最后的5分钟，强调本次课程的重点内容或易出错的地方，或增加教学内容的趣味性；其次，可初步了解学生对相关知识的掌握程度；最后，该方式可作为一种点名手段，考查学生的出勤情况。学生答案的正误、出勤都作为学生平时成绩的一部分，同时对学生上课认真听讲有促进作用，一举多得。

例如，在讲完“焦耳—汤姆孙系数”这节后，若能抽出课堂最后5分钟，可出一道关于“水蒸气绝热节流后的温度变化趋势”问题，以强化生活及工程中水蒸气节流现象的特征。又如，在讲过理想气体性质后可出一道“若一个门窗开着的房间室内空气的压力不变而温度升高了，问室内空气的比热力学能及总热力学能将发生怎样变化”的简答题，以增加教学趣味性，培养学生从热力学角度分析周围的事物与现象。

二、课外的综合能力提升

为了提升学生的综合素质，激发学生学习的积极性，拓宽学生学习的兴趣，课外综合能力的培养也尤为关键。“高等工程热力学”课程的课外教学实践模式，不仅强化了学生所学的理论知识，更重要的是培养了学生解决问题的能力，锻炼了学生的表达能力，提高学生的综合素质。

1.开展换位教学

该换位教学以学生独立自主学习为前提，结合课程相关内容，通过学生查阅资料、独立钻研和认真思考，独立完成换位教学的汇报材料（如讲稿、ppt）并进行汇报，从而锻炼学生对所研究素材的自学、整理能力及表现能力。

2.写课程总结

课程总结在课程开始时先布置下去，在课程结束后要求每位学生对所学课程的基本理论知识、难点、重点及学习心得进行总结，以文字的形式上交。该课程总结表面上是让学生对所学知识的进一步整理，实质上是学生在整理过程中的进一步强化吸收过程。另外，通过学生的心得体会，教师还可以发现本轮课程教学中的不足，以便今后更好地完成该课程的教学工作。

3.鼓励学生进行创新性实验项目

学生根据所研究方向，选定或独创一个与课程相关的实验项目，进行试验的可行性调研与分析。若试验条件具备、方案可行，则要独立准备及开展实验，并以实验教师的身份对同学进行讲解，最后要写出实验报告或实践总结报告。

三、改革课程教学评价方法

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热工课程以研究热能的有效利用及转换与传递规律为其基本内容，在工科许多大类专业的人才培养中具有重要地位。在我国，热工基础课程一般指工程热力学与传热学两门课程，内容主要由工程热力学与传热学组成的“热工学”或“热工基础”也属于热工基础课程的范畴。本文的讨论主要针对这三类课程来进行。

至上世纪末，我国热工课程开设的情况是：有150余所高等工业学校开设热工类课程，分布在除台湾、、青海三省区以外的境内高校。全国热工课程教学的一般情况是：(1)热工课程的设置主要在能源动力类、石油化工类、航天航空类、土建类、交通运输、轻纺食品等大类专业；(2)热工教学实验以验证性为主，测试手段比较落后，设备比较陈旧：(3)已经出版了一批由我国作者自行编写的工程热力学、传热学与热工学教材。

6年多来，经过“211工程”、“985工程”建设项目的支持，我国热工实验教学情况有了较大改观，开课的大类专业面有所扩大，机械类专业目前大多开出了少学时的热工学课程。同时通过教育部组织的面向21世纪教学内容和课程体系的改革，以及21世纪初高等教育教学改革项目的实践，出版了一批面向21世纪课程教材，使我国热工课程教材的内容有了较大的更新，编著水平也明显提高。在近十年中，国际上工业先进国家也同时在进行着类似的改革，并出现了一批比较优秀的新教材。与这些先进国家的热工课程教学和新教材相比较，我国还有一定的差距，某些方面差距还比较大。

本文在简要回顾了热工课程教学的历史后，着重介绍和分析了工业发达国家近十年中热工及相关课程的教学与教材编著情况，最后提出作者的意见，以求教于国内同行专家和教师。

一、国外、境外热工课程教学发展情况

1．热工课程教学的历史

近代热科学的产生与初期的发展集中在欧洲国家。根据文献[1]的观点，热科学研究的起源可以追溯到Galileo时代(1592)，而且早期热学作为物理学的一部分，热力学与传热学的研究是溶为一体的，例如Boltzmann从热力学证明了Stefan由实验得出的辐射四次方定律。又如热力学第二定律的创建人之一Kelvin在1862年用以下的方法来估算地球的年龄：假设地球之初是温度均匀(3900℃)的圆球，热扩散率为常数，取为岩石沙砾之值，利用Fourier导热微分方程，按半无限大物体计算，从初温冷却到目前地层深处的温度梯度(1℃／27．8m)需要9800万年。按现代的观点看，Kelvin显然求解了一个传热学的问题。

无论热力学还是传热学，其发展都经历了从“科学”到“工程”的过程，即，从初期作为物理学一部分的热学演变、发展成密切结合工程实际的“工程热力学”与“工程传热学”。以传热学为例，[2]在19世纪的物理学中热量传递方式只有导热与辐射，其基本定律均已得到解决。然而大量的工程问题中还遇到流体与固体间的热交换，虽然牛顿早在1701年就提出了对流换热的初期思想，但并没有真正解决工程计算问题，一直到进入20世纪，经过一批主要是德国科学家的努力，包括Prandtl、Karmann、Nusselt、Blasius以及后来的Eckert，也有前苏联科学家(如Kirpichev等)的贡献，传热学开始由“科学”演变成“工程”，其中整理试验数据的量纲分析方法或相似原理引入传热学的对流换热是一个标志性的转折。第二次世界大战后，传热学的研究中心由德国转移到美国，其中Jakob、Karmann及Eckert三位德国科学家的移居美国起了很大的作用。欧美国家工程热力学与传热学课程的开设始于何时，暂时无法查考。就教材而言，最早的一本传热学可能是德国科学家Grober的著作(1921)。[3]然而影响较大的要推McAdams的“Heat transmission”(1933)。[4]随后Jakob与Hawkins的教材，[5]Eckert的教材[5]相继问世，成为20世纪40～50年代的代表作。Holman的传热学第一版出版于1963年。[7]此后欧美以及前苏联的传热学教材出版情况可见文献[8]。

2．近代热工课程开设情况

到20世纪80年代后，工程热力学与传热学已经成为欧美国家机械类学生的必修课，有的学校还设为工科学生的基础课。根据我们的调查统计，在境外的高等工程教育中，传热学与热力学课程的开设相当普遍。[9]我们曾经调查过国外20余所大学开设热工课程的情况。从返回的调查表看出，机械工程系、化工系、核能工程系、材料系等均普遍开设热工类课程。有的学校把热学类课程作为工学院的公共课程，如美国依阿华(Iowa)州立大学工学院在2000年开出的81门课程中(不含基础课)，包括有电子、信息、计算机、控制、电磁场等系列的课程，其中热学方面的基本课程有4门，即热力学I、热力学II、传热学及热流系统设计。麻省理工、普渡大学及密西根大学等，热力学和传热传质学都是机械系设置的主要课程之一。表1是密西根大学工学院机械系学科基础和专业课课程学分情况，从中可以看出热工理论课程所占的分量。

在美国高等学校中，机械工程系主修课程的设置一般分为两个层次，即(1)基本层次，该层次中的课程一般覆盖了该校机械系各个研究方向的最基本的原理，是所有学生的必修课，在这一层次课程中均包含热力学与传热学的基本原理课程在内。(2)专门化层次，该层次中按专门方向不同而分成若干组课程供学生选修。欧美这样的课程设置值得我们借鉴。

3．最近十年美国热工课程教学的发展

在最近十年中，美国高等学校工科热工课程的教学呈现出许多新的发展趋向值得我们重视。首先在热工课程教材方面，美国高校中出现了像Cengel与Boles的Thermodynamics――An Engineering Approach，[10]Cengel的Heat transfer――A practical approach，[11]Incropera／DeWitt的Fundamentals of heat transfer[12]这样取材丰富、构思新颖、内容先进的教材。有关这些教材特点的

详细分析见参考文献[8]。

在热工实验方面，20世纪末美国高校也进行了面向21世纪的探索，例如美国普渡大学DeWitt等三位教授进行了题为“Curriculum for the 21th Century”的研究，[13]对于传热学试验提出了以下改革内容：

(1)减少“传统”的实验，增加学生进行团队项目的时间；(2)增加有挑战性的工程设计项目；(3)给予动手训练机会；(4)训练与工程界合作；(5)培养交流项目结果的能力。

为此，该校改进了原有的实验系统，配备了数据采集系统，同时从工业界不断引入设计性的实验课题，并分解成为团队项目的内容。从普渡大学机械系的这一改革思路看强调了减少传统的实验，增加来自工业界实际项目的训练；强调了团队合作的训练；强调了培养交流与动手的能力。

当然传统的实验还是需要的，是加深学生对教学内容的理解以及培养动手能力的环节。在传统实验的内容与组织上也要注意综合性的培养。我们来看普渡大学的传统传热学实验课程的内容，参见表2。

由表2可见，就这些传统的实验内容而言，其综合性与测试技术的训练也是比较好的。

二、对今后教学改革与发展的一些思考

1．热工课程教材怎样适应不同类型学生的培养需要

热工课程的基本知识应当成为工科各专业学生必须具备的技术素质，热工课程应当成为我国工科学生、尤其是机械类专业的学生的共同的工程基础课程。这是由于：(1)热现象是自然界中最普遍的物理现象，同时各个工程技术领域中及日常生活中的各种其他形式能量最终大都是以热能的形式耗散于环境及宇宙之中。因而作为介绍热能的有效、合理的利用和转换、传递技术的热工课程，不仅应是许多大类专业的重要技术基础课，而且也应是21世纪所有工科类专业学生的一门公共技术基础课。(2)我国中长期能源发展规划制定了节能优先战略，提高能源利用率是确保我国中长期能源供需平衡的先决条件。无论是从国内资源还是世界资源的可获量考虑，中国只有创造比目前工业化国家更高的能源效率，才能在有限的资源保证下，实现高速经济增长和达到中等发达国家人均水平。因此，工科学生应该具备合理用能、节能的意识并懂得其基本技术。而热工课程的内容是合理用能及节能理论中最基础与核心的部分，热工基础课程在工科各专业人才培养中具有重要的作用和地位。

按照这一观点，在我国工科21类专业中，[14]至少有6大类(能源动力类、化工制药类、航空与航天类、环境与安全类、武器类、土建类)专业应该开出高学时的工程热力学与传热学的课程，其中能源动力类是最典型的一个大类专业。我国目前设有能源动力大类专业的学校有130余所。按照教育部分类办学的思想(研究型，教学型以及介于其间的类型)，这一百多所学校不可能是属于同一类型的学校。那么同是高学时工程热力学与传热学在教材上是否要有所区分?还是可以采用同一种教材由主讲教师酌情选讲?如果有区分，区分主要在哪些方面?这一问题涉及到热工课程教学指导委员会在制定基本要求以及今后组织教材编写方面的一个基本考虑，需要通过深入研究取得共识。

2．如何使教材内容适时地跟上学科与工程技术的发展

近代工程技术的发展给本科热工课程教学带来了巨大的变化。[8]例如，20年前的本科生教材很少有关于火用分析方面的内容，而现在这个状态参数已经被广泛接受并用来分析设备过程的能量利用情况。近代高新技术的发展给传热学增添了许多新的内容，近十年内发展起来的纳米微米传热学就是一例。

相对于传热学，工程热力学国内外教材的内容显得过于稳定，近年来出版的教材中新技术的概念介绍极少。比如，当前中国的长期能源问题已经十分突出，为保护环境，执行可持续发展的方针，在工程热力学教材上，对新的、先进的能源利用方式(联合循环发电、氢能利用、燃料电池、分布式发电和热电冷三联供、新能源发电等等)是否应该有适当的反映?超临界和超超临界循环是传统燃煤汽轮发电机组提高经济性与环保性的有效途径，也是近年来国外燃煤火电厂的重要发展方向及我国要积极研发的方向，在工程热力学的新教材和今后的教学中也应有相应的地位。

3．热工课程的实验教学改革与更新应当怎样进行

热工课程包含的两门学科，热力学与传热学，都是应用科学，实验教学无疑是完整的课程教学的组成部分。多年的经验表明，实验教学的改革与发展某种程度上比课程本身还要困难，主要是涉及到设备的购置、更新所需的经费问题。在国家实施“211工程”二期或者“985工程”的建设中怎样利用有限的资源(财力)来改革、更新热工教学实验值得重视。在建设实际动手的实验台位时，是否也可利用多媒体的工具建设或购置一些“软件实验”作为补充?[15]在动手的实验方面，前苏联曾经出版过有关传热学实验教学的图书，[16]20世纪80年代热工教学指导委员会也组织出版过这样的图书。[17]目前有否必要再组织出版这样的参考书?

4．在热工课程的教材与教学过程中怎样加强学生的能力与创新精神的培养

近期世界范围的内的教育改革都十分注意对学生解决问题的能力与创新精神的培养，这从最近出版的美国教材中可以明显看出。由于中外教育体制、教育传统和教学理念方面的不同，在吸收西方教材先进经验的同时，我们应当努力探索适应我国具体情况的措施与方法。过去的实践表明，首先教师本身除了从事教学以外一定要参加科研，以丰富自己的学识、提高自己的业务水平。在教学过程中每位教师都应努力将教学内容与自己的学术经历结合起来，努力使书本上的资料成为活生生的实例。在教学法方面注意启发性，辅以对部分学有余力学生的讲座等课外活动，等，这些都能收到一定成效。但是从总体上说，热工课程教学中探索对学生的能力与创新精神的培养仍然是进一步研究的课题。

5．是否要开出经过整合的新型热工课程

为适应不同类型专业的需要，可以开设出一些综合性的新的热工类课程。无论是能量转换、热量传递还是质量传输，都有如何提高转换效率、传递效率和节约能源的问题，其中的关键是要减少过程的熵产(或不可逆损失)以及强化传递过程。这是它们共同的最重要的东西，可否开设一门综合热力学、传热学、传质学和流体力学的新课――例如可称为“热设计及优化”。国外目前已经有这类图书出版，第一步可以翻译过来作为参考教材。如果关于“优化”的内容能结合一些专业过程中的具体问题，那么这样的课程就会受到相关专业的欢迎。

6．热工课程的双语教学应当怎样进行

双语教学是目前教育部提倡进行的一项教学改革，

而热工基础课程也常常被选为进行工程技术课程的双语教学的对象。[18]这里涉及到许多具体问题：在编写汉语教材时怎样照顾到双语教学的需要?怎样选择英语工程热力学与传热学教材?怎样循序渐进地进行教学，以真正收到双语教学的实效而不流于形式?

7．对我国中青年热工课程教师学术趋向的思考

要提高我国热工课程教学质量，关键在于教师。与我国人才队伍总体情况一样，我国热工课程教师队伍的主体已经由30～45岁的中青年教师所构成。这个主体的特点是学历层次较高，大多数具有博士学位，一般具有硕士学位。为使我国热工课程教学接近或者达到发达国家的平均水平，关键在于这支教师队伍。就他们的学术发展而言，目前他们的学术趋向面临一个主要问题是：是否需要将热力学与传热学融为一体，固然可以有所侧重，但是不是不要截然分开?这方面，国外的一些情况值得我们借鉴：英国的Spalding是著名的计算传热学与流体力学专家，但是他也写过一本工程热力学的教科书：[19]Cengel以他的传热学教科书而知名，但他同时又是工程热力学教科书的作者，[10]而且Cengel的工程热力学与他的传热学同样著名；田长霖教授是熟知的传热学大家，但他与Lienhard合作写过一本统计热力学教科书。[20]将熵产分析用于传热问题的首创者Bejan也是集热力学与传热学于一身的知名学者。[21-22]我国的中青年热工课程教师值得对此进行思考。

参考文献：

[1]Cheng K C．Historical development of the theory of heat and thermodynamics：Review and some observations．Heat Transfer Engineering，1992，13(3)：19-37．

[2]Lienhard J H． Learning and teaching heat transfer．Heat Transfer Engineering，1985，6(3)：26-34．

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[4]McAdams W H．Heat transmission．New York：McGraw-Hill,1934．

[5]Jakob M，Hawkins G A．Elements of heat transfer and insulation．New York：John Wiley，1942．

[6]Eckert E R G．Introduction to heat transfer．New York：McGraw-Hill，1950．

[7]Holman J P．Heat transfer．New York：McGraw-Hill，1963．

[8]陶文铨，何雅玲，李增耀，唐桂华．“传热学”本科生教材40年的变迁及其对我们的启示[Z]．2004年全国热工课程发展战略研讨会论文集．

[9]陶文铨，何雅玲，王秋旺．境外大学工科热工类课程的设置[J]．高等工程教育，2000(增刊)．

[10]Cengel Y A，Boles M A．Thermodynamics-An engineering approach．Sixth edition．New York：McGraw-Hill，2006．

[11]Cengel Y A．Heat transfer A practical approach．Second edition．New York：McGraw-Hill，2003．

[12]Incropera F P，DeWitt D P Fundamentals of heat and mass transfer．Fifth edition．New York：John Wiley＆Sons，2002．

[13]Bianchi M V A，Schoenhala R J，DeWitt D P．Changing the role of the laboratory in a heat transfer course．ASME HTD-Vol．344，National Heat Transfer Conference，Vol．6，1997，1―8．

[14]中华人民共和国教育部高等教育司编．中国普通高等学校专业设置大全[M]．北京：高等教育出版社，2003．

[15]Hammer N R，Voller V R．Simulations of basic fluid mechanics laboratories using multimedia authoring tools．ASMEHTD-Vol．344．National Heat Transfer Conference，1997，Vol．6，pp．43-52．

[16]奥西波娃B A．传热学实验研究[M]．蒋章焰等译．北京：高等教育出版社，1982．

[17]涂颉，章熙民，李汉炎，林瑞泰．热工实验基础[M]．北京：高等教育出版社，1986．

[18]冯妍卉，张欣欣．“传热传质学”课程双语教学计划的探讨[J]中国电力教育，2002,4：95-97．

[19]Spalding D B，Cole E H．Engineering thermodynamics．London：Edward Arnold，1973．

[20]Tien C L and Lienhard J H．Statistical Thermodynamics．New York：Holt Reinhart and Winston，1971．

篇8

实。也许是我的水平不足，希望读者加以补充。

关于实验问题，理论有它的独立性，不会依附于实验。比如，狄拉克的磁的单极子理论，现在人

们没有人证实它。爱因斯坦在1905年发表的3篇论文，都是在以后几年才证实。我的思想只要内在逻

辑比原来好系就行。读者中间一定有实验物理学家，他们可以完成这项有意义的工作，并且可以设想

理论对人们的生产生活有什么影响。

作者：周伯利

题目：热力学第二定理的运用

提要:由于热力学第二定理存在局域性要求,在运用到存在远程相互作用(这里主要讨论电磁相互作用)的体系

时就会发生问题。（如果不存在远程相互作用，热力学第二定理是适用的。）

主题词：局域性 远程相互作用

1 理论逻辑部分

1。1两杯水里的热力学

> 热力学第二定理有许多表述,根据我的学习体会,描述为;孤立体系的热运动总是向着熵增的方向发展,并达

到熵极大,(稳定的平衡态)

> 热力学第二定理包含有两个内容:1,时间之箭的方向 2,时间之箭的目标

> 热力学第二定理对研究对象有个限制:孤立体系。下面的一个孤立体系，但是，热力学第二定理在运用上

却存在问题：> 桌面上有两杯水A B，水里悬浮有大量的电荷，外界对它们没有作用，可以把它们整体看

作孤立体系，由热力学第二定理得，体系应该有一个稳定的平衡态。我们从部分看：比如A，它受到B的

电作用，不能视为孤立体系，它有没有稳定态，就很成问题。同样B也是如此。同一研究对象，可能存在

不同研究结果，只能说明理论对于这样的研究对象存在先天不足。

> 这一体系有没有稳定态，得有物理方程确定，物理方程应该包含热和电

> 1 泊松方程

> 2 波尔兹曼方程 p=A*exp（qu/kT）

>求解方程是困难的，它是非线型的，从直觉上讲，有解的可能性小。

1。2普朗克熵理论的研究

下面是熵和热力学几率的关系的推导：普郎克发现孤立体系的熵和热力学几率存在单调的变化，猜测熵和热

力学几率存在如下关系：

S=f（W）

设体系有独立的两部分，

S---------体系总熵 S1-------1部分的熵

S2-------2部分的熵 W-------总几率

W1-----1部分的几率 W2-----2部分的几率

设S=S1+S2=f（W）

S1=f（W1）

S2=f（W2）

W=W1*W2---------（1）

通过微积分运算，得到

S=k*In（W）----------（2）（参阅王竹溪<统计物理学导论>第2版）

如果体系由无限独立部分组成，则S=S1+S2+S3+。。。。Sn+。。 Si是局域熵热力学第

二定理表示为：S1=S1max S2=S2max。。。。。（3）

以上推倒体现了热力学明显的局域性，也暴露了这种性质的力学本质：要求每个局域的

独立性，如果不独立，则

W=W1*W2---------（1）

不成立，则普朗克的推导就有漏洞，

实际上，世界上存在破坏这种局域独立性的现象，比如桌面上有两杯水，（可以看作总体系的两个部分，部

分的划分是任意的）水里悬浮有大量电荷，两杯水之间存在远程相互作用，独立性就没有意义，普朗克的熵

理论不能适用于这样的研究对象。

普朗克的熵理论的背景是热力学第二定理，普朗克提出

S=f（w）

原因为：孤立体系的热运动总是朝着熵增的方向发展，而热力学几率也是在增加，现在的体系不适用于普朗

克的理论，则也会不适用于热力学第二定理，我们知道，热力学第二定理要求平衡态的出现，平衡态的表示

为S1=S1max S2=S2max

这个体系中的局域独立性已经破坏，S1，S2没有意义。

1。3条件概率的研究

在电磁远程相互作用的体系不能用热力学第二定理说明。其中最明显的是整体几率与部分几率的关系：

W=W1*W2

不成立，从而普郎克的熵与几率的推导存在矛盾。

概率论中提供了一种叫条件概率的东西来说明两个几率事件的相互作用。比如；

明天下雨的概率是0.2,晴天的概率为0.8。如果是雨天，爬山的人占0.3,如果是晴天，爬山的人占0.7。那么

明天有百分之几的人要爬山呢

p=0.2*0.3+0.8*0.7=0.62

天气情况对人的出行有作用，但是人的出行对天气的几率是没有影响的，条件的几率是相对稳定的。如果人

的出行对天气变化有影响，你可以想象一下几率会是怎样？而我们要研究的热力学几率就是相互的。上面的

两杯带电水存在相互作用，状态之间的影响不是单向的。我们已经可以体会到其中的味道了

下面作一系简化计算：

设想体系1（杯子1）只存在两个状态A B 。体系2（杯子2）存在两个状态C，D。

两个体系的存在相互作用。我们让体系1处于A状态，体系1激发的场

会影响2。C，D的几率(几率的设定只有数学意义。即满足0.2+0.8=1)

P(c)|A=0.2

P(d)|A=0.8

同样有

P(c)|B=0.3 P(d)|B=0.7

P(a)|C=0.4 P(b)|C=0.6

P(a)|D=0.5 P(b)|D=0.5

那么ABCD四个状态的几率为多少。我们社Xa，Xb，Xc，Xd，就有

0.4*Xc+0.5*Xd=Xa

0.6*Xc+0.5*Xd=Xb

0.2*Xa+0.3*Xb=Xc

0.8*Xa+0.7*Xb=Xd

化解得到

Xa+Xb=1

Xc+Xd=1

几率不可求出。

你可以设想有许多的电子，状态有很多，可以将体系分为很多部分，分析出的结论是一样的。

数学具有数学逻辑的自由性，显然可以包含热力学几率的具体情况。

2。 具体的列子

2。1 静电平衡的研究

电荷在导体表面分布不均，到底会不会产生扩散呢？

有位老师说：不会，扩散只适用于中性的物质，对电荷是不适用的，因为电荷受到强大的电场力的作用。另

外他说，导体上的电荷分布满足最可几率分布（热平衡分布）。

我认为：1，扩散定理并没有强调它不适用于电荷，它的提法破坏了物理定理的普遍性； 2，电荷所受的电

场力垂直于导体表面，而电荷分布浓度梯度沿导体表面存在，显然电场力不会影响沿表面的扩散。3，我读

过热力学方面的著作，我没有看到过有关用统计力学方法推倒静电平衡电荷分布的，热力学统计理论发展

了100多年，热学家没有去研究经常的事实，是一种疏忽吧。

如果用热力学的统计理论去推导静电平衡电荷分布，必然电荷分布是温度的函数，因为统计力学的形式为：

p=A*exp（-E/kT）

统计出的结论与温度大大有关。事实并不如此，只能表明静电平衡事实不能满足平衡态的统计理论，他不可

能达到热平衡态 。

在我看来，电荷是可以扩散的，扩散会影响电荷分布，扩散随温度的升高而变大，则30度的电荷分布与50度

的不同，而等势分布是唯一的，不能适应温度的变化，所以带电的导体上必然存在电势差；另一方面，单单

存在扩散电流必然导致电荷均匀分布，事实并不如此，证明存在一种矛盾的运动，带电的导体上存在电势差，

电势差引起传导电流可以与之“平衡” 。一般情况下，导体所带电荷相比于导体自身的正负电荷来说是太少

了。引起的电势差太小。等势之说只具有工程意义，不具有理论意义。静电平衡的电荷分布是一个未知数

进一步分析扩散存在表面，扩散的方向必然与电场力的方向相反（电势差引起传导电流可以与之“平衡”）

则电荷的动能会减少，温度降低，电势差不会只存在于表面，导体的内部存在传导电流（欧姆电流），温度

会上升。

读者听了一定会觉得太难令人置信，但是我们在前面已经说明了那么多的理论逻辑的问题，注意这里的导体

表面电荷存在远程相互作用，带电导体不会达到热平衡。

我们应该相信理论所确信的东西是真实的。现在所应该作的应该是实验证明。

2。2电荷布郎运动对导体的影响

图中容器内带电尘埃q，带电尘埃在空气中做布郎运动。容器附近有一导体。

导体处在激发的电场中，会发生静电感应，q的位置不断变化，静电感应（感应电流）不能停止。感应电荷分

布不可确定。实际上，空间的电场是在不断的变化，由前面的结论可知，这一体系不存在稳定态。

有两点与现有热力学不符：1感应电荷分布不可确定，意味着导体的宏观表现不是唯一的，现有热力学认为：

孤立体系的平衡态的宏观表现是唯一的，（容器，导体，q组成孤立体系）；2感应电流的本质是传导电流，

会产生热量，导体温升，能量来自于的布郎运动，容器温降，布郎运动不会停止，这种单向能量输送不会停

止，不需要温差的先决条件

---------------------

> |...................|

> |.........+.........| 容器

> |...................|

> |___________________|

> ..**************

> ****************** 导体

> ..**************

2。3为什么不能将热力学第二定理简单应用到宇宙，

19世纪，克劳修思将热力学第二定理运用到宇宙上，得出宇宙最终会达到热寂的状态。事实并不如此，宇宙

的有序运动没有减少的迹象。我们的课本上说，不能将有限时空中的规律运用到无限时空中，为什么不能，

书本没有说明。有的作者甚至说热寂说是唯心论，这西都没有用物理学自身的逻辑去说明问题，下面我将分

篇9

作者简介：陈明付（1964-），男，福建泉州人，福建电力职业技术学院机电工程系，副教授。（福建泉州362000）

中图分类号：G712     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）13-0061-02

高职高专的人才培养目标是为经济社会培养出适应生产、建设、管理、服务一线需要的、掌握“必需、够用”的专业理论知识、具有较强的高素质技能型人才。“热工理论及应用”是高职高专“电厂热能动力装置”和“火电厂集控运行”（以下简称热动、集控）等专业的一门必修的重要的职业技术基础课程，是福建电力职业技术学院（以下简称“我校”）热动、集控专业开设的第一门职业技术基础课程，安排在大一下学期开课。多年的教学座谈会反馈，该课程难教难学。那么如何在一学期内组织有效的教学，达到培养目标的要求，是摆在任课教师面前的一个重要课题。笔者在多年教学的经验上，总结了以下几点体会。

一、了解学生

1.文化基础总体比较薄弱，学习积极性不高

高职高专学生的录取批次是普通高校的最后一批，文化基础较本科高校的学生要差一些。同时不少学生由于高考成绩的限制，无法进入自己喜欢的学校或专业就读，学习缺乏动力；加上部分学生不适应老师的教学方法，或某些知识点听不懂，又未得到及时解决等原因，造成学生对所学专业或某课程缺乏热情，学习动力不足，影响了学习的积极性。

2.注重动手能力和专业技能

高职高专学生的学习情绪化较强，对于内容枯燥的理论性太强的内容，学习兴趣不高，学习效果不好；而对于实用的实践教学环节，他们的学习兴趣明显高于理论课程的学习，学习的积极性和主动性较高。

二、熟悉教材

1.课程的内容和教学目标

我校选用的教材，是由武汉电力职业技术学院景朝晖主编的《热工理论及应用》（第二版）。该教材包括工程热力学和传热学两部分的内容，其中工程热力学部分是研究热能和机械能相互转换的规律，以及在火电厂中的应用；传热学部分是研究热能传递的规律，以及在火电厂中的应用。[1]

学生通过学习，应掌握热力学和传热学的基本理论，能正确运用热力学知识定性分析和定量计算基本热力过程和蒸汽动力循环的技能，运用传热学知识定性分析和定量计算传热过程的技能，为后续的如锅炉、汽轮机、热力发电厂等职业技术课程的学习奠定基础，并为今后从事相关工作提供重要的基础理论。

2.课程的特点

工程热力学部分内容的特点是：内容多而且理论性较强、概念多而且抽象难理解、公式较多而且应用条件复杂。[2]传热学部分内容的特点是：三种传热方式有不同的传热机理、表现，自成体系，所以内容连贯性和系统性较差，但又有一定的规律可循。[3]

三、讲究教学方法、注重教学手段

1.培养学生的学习兴趣

笔者安排在学院的仿真机教室上第一次课，通过投影简介火电厂的生产过程和各种热工设备在火电厂中的应用、作用及所处的地位，让学生初步了解该课程所介绍的热工设备都是电厂生产中实实在在的东西，这些设备运行得正常与否，会直接影响到电厂生产的安全性和经济性；再提出一些诸如冬天用手分别触摸同一环境中的木块和铁块，为何感到铁块很凉，是因为铁块温度比木块温度低吗，[4]夏天吹电风扇为何感到凉快等生活中的实例。这些是生活中的常识，但又无法完全地解释清楚，这样学生就会带着好奇心去学习，于是就激发了学生的学习动机，培养了学生的学习兴趣。

第一次课，就给学生简介该课程的内容、特点和教学目标，让学生对该课程的总体情况有所了解，以便做好心理准备。另外，第一次课就给学生交代清楚该课程的学业成绩评价方法，并非仅仅通过期末闭卷考试来确定的，而是采用综合的评价方法，并且非常注重学习过程的成绩，使学生重视该课程的各个教学环节。

2.重组教学内容

在有限的课时里，紧紧围绕技能型人才的培养目标，根据“按需施教、学以致用”的原则，重组教学内容。“精讲”重点内容，比如对工程热力学部分，精讲压力、功、热量、焓、熵、可逆过程等基本概念和性质，理想气体的四个基本热力过程，热力学第一、二定律的涵义和在电厂中的应用，以及水蒸气的性质，状态和状态参数的确定和蒸汽的动力循环等，特别是蒸汽的动力循环；传热学部分，精讲三种传热方式的基本规律和传热器在电厂中应用的传热实例分析，传热的增强与削弱等，特别是传热器在电厂中应用的传热实例分析。

同时，上每一次课之前都要先给学生说明教学目标和重点、难点，这样就不会让学生感到盲目和主次不分。

3.灵活多样的教学方法

在教学中，教师可实行启发式、讨论式、互动式等教学方法，采用归纳法进行讲授，鼓励学生在自学的基础上提出问题、相互探讨、独立思考，然后由教师进行分析、总结，使学生不仅知其然，也知其所以然，能够建立自己的知识体系。[5]对一些有区别又有联系，而且难以理解的内容，教师通过上述教学方式，再列表归纳比较，可帮助学生加深理解。例如工程热力学部分：开口系稳定流动能量方程式的四个简化式；体积功、技术功、轴功、流动净功的涵义、表达式；理想气体四个基本热力过程的方程、比热、内能和焓的变化以及功和热量交换的表达式；朗肯循环、再热循环、回热循环、热电合供循环的汽耗率、热效率的表达式；传热学部分导热、对流、辐射三种传热方式的机理、表达式等内容，都可通过多种方法来组织教学，充分发挥学生的潜能，活跃课堂气氛，以此提高教学效果。在讲授传热学中用到的热阻和网络图时，将其与电工学中的电阻和电路图联系起来，学生就很容易理解并掌握了。

在讲授各知识点的时候，应时刻牢记高职高专的培养目标是培养第一线技能型的人才，因此应尽量讲该知识在电厂生产实际中的应用。

4.精选例题

由于受时间的限制，为了加深对重要公式的理解，必须精选有关本专业方向的、紧密联系电厂生产实际的例题，例如开口系稳定流动的能量方程的应用，朗肯循环、再热循环、回热循环和热电合供循环的经济指标的计算，导热、对流、辐射及换热器的传热计算等。

5.采用现代化的教学手段

高职高专教育是要培养高素质技能型人才，其特点是强化理论联系实际，因此在教学方法方面要强调工程实践性。在教学中，组织学生看幻灯片、动画展示，到学院模型室参观锅炉、汽轮机、回热加热器、空气预热器等模型，到学院实训中心参观水泵、风机等实物的办法，来分析它们构造、工作原理，以提高学生的感性认识，增强直观教学效果。但在推导一些简单的公式和讲解例题时，要用传统的板书方法，以展示分析和计算的过程。同时为了弥补多媒体教学进度太快的不足，教师可让学生把课件拷贝回去复习。

同时，为了理论联系实际，我校安排了下厂参观、认识实习、运行或检修实习（实训）等实践教学环节，让学生亲身感受电厂实际的工作氛围，缩小学校与电厂的距离。

6.培养获取信息的能力

工程热力学部分的内容已建成院级精品课程，一些相关的教学资料，如教师电子教案、课件、习题解答、实验指导书、学习指导书、参考文献目录、授课录像等均已上网络，任课教师应指导学生上网查阅，方便了学生自主学习。同时，我校还开通了教学论坛，便于师生课外交流、探讨。传热学部分的教学内容还未建成和上网，这样就告诉学生上其他兄弟院校的精品课程网站。

随着经济全球化的不断深入及知识、信息技术等的不断普及和火电厂新设备、新技术、新工艺的不断应用，高职高专学生需要培养创新精神和开拓能力，因此教师要在教学中训练学生利用Internet 获取相关信息的能力。

7.适时开展第二课堂，提高学生实践能力[6]

学院从设备、场地和资金上给予大力支持，选派教师跟踪指导、组织学生开展各类竞赛活动，如专业论文评奖、专业知识竞赛，适时结合实验、参观毕业班学生火电厂仿真系统的操作技能竞赛和就业应聘现场模拟会等活动，将课堂教学与课外活动有机结合起来，让学生感受职业氛围，培养严谨的工作作风，进一步激发学生的专业兴趣，提高学生职业素质和专业实践能力。

8.采用综合的学业成绩评价方式

改革一门课程、一份试卷、一个成绩的传统的学生学业成绩评价方式，采用综合评价，注重学习过程。此外，还应考虑学生的独特见解方面的成绩，且所占比例不应该小。如通过课外作业、课堂提问、课后辅导等途径加以收集，列成表格，建立《学生学业成绩登记表》，如表1。

四、结束语

为了使毕业生符合高素质技能型人才的要求，笔者通过分析高职高专学生的特点、培养学生的学习兴趣、重组教学内容、适时开展第二课堂、综合评价学生的学业成绩等教学方法和手段等方面进行了改革与创新，创造一个良好的学习氛围，培养了学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力，提高了教学效果。

参考文献：

[1]景朝晖.热工理论及应用(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2]曾冬琪,林小闹.提高“工程热力学”教学质量的方法漫谈[J].中国电力教育,2010,(16).

[3]吴怡,雒婧.“传热学”教学方法探讨[J].中国电力教育,2011,(7).

篇10

中图分类号：TU832文献标识码： A

一、引言

根据不可逆过程热力学，换热器的不可逆性用熵产率来度量。前人普遍认为换热器的总熵产率包括两个部分，一部分是冷、热流体间有限温差传热产生的熵产率，另一部分是粘性流体有摩阻流动产生的熵产率。熵产率最小对应于换热设备最优，这一优化准则被称为换热过程（设备）优化的最小熵产原理，也被称为热力学优化。

二、换热器散热场

针对以导热或对流方式冷却电子器件的散热通道网络，给出了散热通道网络的等效热阻和等效流阻的定义，并把它们作为散热通道网络导热和流动不可逆性的度量。以等效热阻或等效流阻最小为目标优化了散热通道网络的结构参数。以下是网络优化常用数学模型：

多股流温差场均匀性因子为：

该多股流换热器温差场均匀性因子，考虑多股流温差性造成的均匀性因子与换热性能的不统一性，而将冷热流体间的不同温度采用了无量纲温差。通过对多股流换热器温差场均匀性因子的温度无量纲形式，使得冷热流体间的温差都处于0~1的范围内。该因子能够有效地反映热交换流体沿程(换热器纵向)的温度均匀分布特性，而不会将不同组(换热器横向)温差不均匀造成的影响误差引入，更能较为有效的反映多股流换热器的热交换性能。

三、散热网络优化

针对网络多流的换热器综合与优化，在两股流网络换热器综合与优化的概念中，本文提出了多股流网络换热器优化与综合的方案，这种方法可以直接使用常规的两股流换热器网络综合及优化的理论成果。具体研究方案为：

四、多股流优化方案

获得整体网络初始优化构型，再依据合并法则将多个两股流换热器进行有机组合成换热器的多股流，得到换热器多股流的伊始出入口温差和其它相关匹配数据。换热器的多股流形成以后，从多股流换热器的绝对优选设计着手，利用多股流换热器温差场的均匀性因子作为评价主要目标和指标函数，在特定数据的优化多股流换热器条件下，得到多股流换热器本身的最佳流体结构和并行通道排组列方式。

多股流换热器的设计方案多是在某一局部的工况下进行的，并且采用入口参数在其柔性变化范围内不会对多股流换热器性能产生影响。在换热器多股流优化网络中，可加入多股流换热器的柔性方案，将换热器多股流的进口区间处进行优化变量约束，即在寻求多股流换热器的最佳进口温度的柔性区间范围内。以上概述相应的推导过程：

对平均配置冷却流体的网络流动通道规定它的流阻等效为网络流动通道的耗散率粘性除以流量总体积的二次方。以流阻等效最小值做为网络流动通道的优化方向，讨论了其对影响最优网络流动通道结构的三个因素，第一因素是结构维数（又分为一维、二维和三维），第二因素是通道直径分布（可以是不规则或规则），以及第三因素的几何限制因素（散热表面积一定或两者均一定、散热通道总体积一定）。可以总结三个因素的影响为：随节点数目的增长，流阻等效最小的网络结构通道会向单维（几字形）向二维（并行通道）、进而向多维（多分道）转变。

在平均配置的前提下，散热率均分可表示为：即将打造某一通道网络采取耗费某种限制的“源泉”，则最先的通道网络则会使单位“源”所发出的散热率在整个网络通道上呈现均匀。

五、方案的实例应用

针对发动机内舱散热场区域，如发动机本身、车轮内径、车身内柱、变速箱传动面等表面形状十分复杂，采用平均配置结构化并行生成网络流动通道；对于发动机舱外部网络流动通道，以及在车体表面附近的网络流动通道计算区域，也可采用多股流优化生成流场网格；同时，在距离汽车较远的流场计算区域，采用结构化多股流。因此，对于整个流场计算区域，生成了结构化、多股流优化等组成的网格，全流场流体单元网络得到有效整合。

多股流换热器也可应用于低温情况，但是低温纵向温度呈现与热负荷分布情况具有其独特性，这也是因为换热器中多元并行工做介质组分及系统运行高低压等热力学因素、多股流换热器本身换热性能以及混合工质沿程不均匀的相变传热特性共同决定的。需要注意多股流作用下的特殊条件，其他的均相同即可。

五、结论

在网络换热器两股流基础上，对优化网络换热器多股流的综合方案可以直接采用还算捷径的常规网络流换热器两股优化与综合的技术，在换热器多股流的引导下，较为方便的简化网络优化资源配置。

六、参考文献

[1] 过增元，胡桅林，张朝民，变分原理在叉流换热器优化中的应用，高等学校第三届工程热物理全国学术会议论文集，1990

[2陆 贞. 多股流换热器网络衍生约束法研究及应用，石油机械

[3] 柳雄斌，换热器及散热通道网络热性能的火积分析，航空航天学院

[4] 崔国民,陆 贞,张 勤等.多股流换热器网络及其衍生约束法综合优化研究1见:中国工程热物理学会传热传质学术会议论文集.南京： 2006，编号063176:：1

604~1 607 [5]Landau，H.G.andHlinka，J.W.，SteadyState Temperature Distributionina Counterflow Heat Exehanger Including Longitudinal Conductioninhte Wall，ASMEPaper，1960

篇11

物理化学是从研究物理变化和化学变化的联系入手，探求化学变化的基本规律的一门科学。其内容除涉及无机化学、有机化学、分析化学的知识外，还与物理学、高等数学和生物化学等知识密切相关，是医学检验、药学、药剂、制药工程专业基础课程和专业课程之间的桥梁和纽带［1］，对于学生科学思维、综合专业素质的培养与提高起着至关重要的作用。但对医学院校的学生来讲，物理化学具有理论性逻辑性强、内容抽象、公式多且推导过程繁杂等特点［2］，加之教学改革引起课程调整后，课时少、内容多的矛盾比较突出，因此在教学过程中学生往往觉得枯燥、难学，缺乏学习兴趣，教学质量难以提高。为改变现状，我就增强学习效果、提高教学质量进行了深入思考，并在物理化学课程的教学实践中加以尝试，取得了较好的教学效果。

1.理论联系实际，持续激发学生学习热情

物理化学理论抽象、概念和公式较多，如果在授课时仅仅教会学生如何应用概念、公式去解题，学生往往就会感到既难学又没有实际应用价值，缺乏学习热情。因此，要提高学生学习物理化学课程的积极性，在教学中就应注重理论联系实际，将抽象的物理化学原理与专业知识结合起来，特别是通过一些精选的案例来说明学好物理化学对搞好专业学习的重要性，以此激发学生学习兴趣，提高学习热情。如：在热力学章节中，介绍可应用化学热力学的知识来确定药物合成的反应路线，判断和分析反应的可能性；在相平衡章节中，介绍可以利用熔点来检测药物的纯度，根据低共熔相图固体分散物知识来改良剂型提高药物在体内的吸收［3］；在电化学章节中，介绍可应用电化学知识进行药物的合成和杂质分析；在化学动力学章节中，介绍化学动力学在药物吸收、代谢等，以及药物的贮存期和稳定性等方面的广泛应用［4］；在表面现象章节中，介绍开发治疗胆结石的新药研究；在胶体章节中，介绍利用胶体粒子带电的特性通过电泳方法分离体液来判断人体的某个器官是否病变等。

2.结合专业特点，不断优化教学内容

物理化学作为药学等专业的重要基础课程，教学改革后课时少、内容多的矛盾尤为突出。因此，在授课中应根据教学对象的专业特点，按照“实用为先，够用为度”的原则对教学内容进行调整优化。一是避免教学内容重复。在教学实践中，在不影响知识系统性的前提下，将无机化学所讲授的与物理化学内容相同的部分略讲或不讲［5］。比如体系与环境、热和功、反应速率与反应级数等概念，以及盖斯定律的应用、平衡常数与浓度计算、能斯特方程等基本计算，两门课程中的这些内容基本相同，因此物理化学的讲授应注重以上知识的理论依据而不是理论的应用，这样既避免了重复教学又使学生明确了学习重点，用较少的课时取得了较好的教学效果。二是降低理论深度。如化学热力学部分，不讲述热力学函数之间的关系，强调热力学的研究方法，注重宏观的始终态的变化和理想化的研究；多组分体系的热力学函数关系突出实际应用中一加一不等于二的现象，并作为难点进行讲授；相平衡部分主要涉及单组分、双组分、三组分的液相体系研究；化学动力学部分教学重点在于简单级数反应的速率方程的特点及温度对反应速率常数的影响，复杂反应和催化反应则略讲，反应速率理论不做讲授；电化学部分主要集中在溶液理论及应用，对化学电池则可简单介绍热力学函数与电池电动势的关系。表面现象侧重于溶液体系，双电层理论不做要求；大分子溶液主要掌握一些概念和应用。三是革新实验内容。长期以来在物理化学实验教学中，大部分实验为注重训练学生实验操作和学习有关数据处理方法等方面能力的实验，与学生所学专业联系不紧密。因此，要真正增强物理化学教学总体效果，就必须对实验教学内容进行大胆的改革。一方面精简一些内容重复的实验。如在测定反应速率常数的实验中，可舍去乙酸乙酯皂化反应和H2O2分解反应速率常数的测定，而只做旋光法测定蔗糖转化反应速率常数实验［6］。另一方面改进一些与专业联系不紧密的实验。如利用凝固点降低法测量萘的分子量的实验可改为测量葡萄糖的分子量，同时还可利用该实验的原理和方法测定中药注射液的渗透压等［7］。

3.紧贴教学实际，不断改进教学方式方法

教学中，要结合不同的教学内容和学生实际，适当采用不同的教学方式或方法，增强教学效果、提高教学质量。一是深入剖析基本概念和重要定律。在课堂讲授中，应对一些重要的基本概念和定律首先给出准确的概念，然后由浅入深、由表及里逐步展开，使学生理解透彻。如在讲热力学能时，首先明确给出热力学能的定义，其次讲述热力学能的性质及决定热力学能的因素，最后总结出正确理解热力学能要注意的几个方面。二是将理论深、逻辑强、抽象难懂的内容直观化、实用化和简单化。根据学生的思维特点、接受能力及培养目标，将一些抽象、理论性逻辑性较强的概念、定律及公式用文字、图、表等方式形象、直观地表现出来，降低难度和深度，并加以对比、归纳和总结，将学生注意力转移到公式、定律的适用条件、应用范围及相关物理意义上来，帮助他们掌握理解、融会贯通、加深记忆。三是合理使用现代化教学手段增强教学效果。传统的板书加讲授的教学模式，对于物理化学课程中理论和公式的教学效果较好，学生能跟上讲课节奏，理解深入、记忆深刻。但是物理化学是一门实验性学科，有些教学内容用传统教学方式很难表达或无法生动直观地显示出来。而多媒体作为一种现代化的教学手段具有利用图、文、声、像来创设生动教学情境，使抽象的教学内容具体化清晰化的特点，能有效克服传统教学方式的弊端，大大增加课堂信息量，从而提高教学效率，增强教学效果。因此授课中要结合教学内容，合理运用多媒体和传统教学手段，充分利用其优点增强教学效果、提高教学质量。

参考文献：

［1］田青平，丁红，邢桂琴.物理化学在药学中的作用［J］.山西医科大学学报（基础医学教育版），2003，5（4）：360-361.

［2］赵小菁，华瑞年，张树彪等.非化工专业物理化学教学方法改革的探索［J］.化学世界，2009，（12）：755-757.

［3］崔福德.药剂学（第五版）［M］.北京：人民卫生出版社，2006：66-80.

［4］Whittaker，A.G.Mount，A.R.Heal，M.R.Physical Chemistry［M］.Guildford UK Springer，2000：180-196.

［5］黄宏妙，程世贤，戴航等.药学专业物理化学课程教学体会［J］.Journal of Guangxi Traditional Chinese Medical University，2008，11（2）：108.

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