工程热力学概念范文

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一、前言

工程材料及热处理课程就是机械工程的必修课程，对于培养机械人才具有重要的意义。但是工程材料及热处理课程具有课程教学量大、课程内容复杂等缺点，教学效果无法满足教学目标的要求。CDIO模式是现在工程教学领域教学的代表性方法之一，对于培养学生的学习能力与创新能力具有重要的意义。我国职业教学的主要目标是以就业为导向，将CDIO教学模式引入工程材料及热处理课程教学中，能够将课程的理论教学与实践教学相结合，按照工程教学的认知进行教学培养，建立符合学生认知习惯的工程材料及热处理课程教学方式，提升教学效果。

二、CDIO教学模式

CDIO工程教学模式是麻省理工大学等四大世界顶尖工程院校提出的一种工程教育模式，包括构思、设计、实现与运行四个部分。在教学过程中，CDIO教学模式是针对某项产品设计的构思、研发、运行等全过程，从而让学生能够直观的了解工程的相关内容，获得构建产品、系统学习的能力。

（一）CDIO大纲

CDIO的大纲主要包括技术知识和推理、能力和素质、个人能力、职业能力与态度、人际交往能力等现代工程人才必须的能力，并且从构思、设计、实现与运行四个方面探讨工程建设的系统内容，为培养工程人才提供指导，对于人才培养具有重要的意义。

（二）CDIO标准

CDIO的标准主要有12条，通过对教学环境、人才培养与教师师质三个方面进行研究，确定工程人才培养的方式方法，CDIO标准具体如下：（1）背景环境指标，主要包括材料教学的环境，以课程目标为基础，探讨教育背景；（2）教学目标指标，主要是以课程大纲而形成的目标，包括个人能力、人际能力和对产品等方面的构建能力等进行检验，分析学生的能力和技术相关的水平；（3）一体化课程计划，主要包括个人能力、人际交往能力和对系统的构建能力的了解程度，以及相关能力与系统的构建的课程方法；（4）设计实现经验指标，主要包括课内外活动中学生参与与学习的机会；（5）工程实践场所指标，主要对工程环境中的时间场所以及企业学习环境进行学习，包括课外的研究所、实验室相关的时间场所，为了提升教学质量，需要构建以学生为中心的教学实践场所；（6）一体化学习经验指标，包括产品设计一体化等相关的学科知识与相关的能力；（7）主动学习，包括学生主动学习的积极性与能力，包括学生独立思考与解决问题的能力；（8）教师工程实践能力，主要是对学生相关的教学进行分析，包括教师的教学态度、工程技能等方面的能力；（9）教师教学能力提高指标，主要是对教师对新知识的能力进行评价；（10）学习考核指标，包括学生的个人能力、人际交往能力以及理论基础知识的学习等多方面的学习能力；（11）学习考核，主要对学生的学习能力与学习技能进行考核；（12）专业评估，对学生的专业能力进行评估。

三、基于CDIO理念的工程材料及热处理课程教学模式

基于CDIO理念的工程材料及热处理课程教学模式是以CDIO的大纲与标准构建课程体系，对于课程中的基础知识、教学实践进行有效分析，从而建立一体化学科课程体系。

（一）完善课程教学体系，构建新型教学模式评价体系

在教学中，做好理论教学，采用多媒体动画、视频、现场演示等方式进行启发引导。多媒体教学具有直观的优点，在教学过程中，运用多种教学手段，采用多媒体对于工程材料及热处理的相关知识进行研究，激发学生的学习积极性，确保学生能够有效的把握工程材料及热处理课程相关理论知识。将多媒体教学与其他教学方式相结合，使学生能够全面的掌握课程知识，比如在讲授“热加工与冷加工”的教学过程中，将实际生活中冷热加工产品的生产过程情景作为教学导入，向学生提出问题，促进学生的思考。

（二）搭建实践教学模式平台，成立CDIO工程教学模式培训基地

构建基于CDIO工程实践教学模式对于机械人才的培养具有重要的意义，通过搭建实践教学模式平台，能够让学生了解工程实践的内容，将理论与实践相结合，从而使学生了解工程的内容。在实践教学模式平台应该具备多种机械工程内容，同时按照CDIO的要求及时调整，比如在普通热处理与表面热处理的实践教学环节中，先提出某些机械零件的具体性能要求，引导学生根据理论知识选择合理的热处理方式，然后对这些机械零件进行相应的热处理后，增加热处理制件的硬度与强度等检测内容，让学生能够将相关的知识与具体的零件构建过程相结合，从而提升学生的实际工作能力。

四、结语

将CDIO引入工程材料及热处理课程教学中，符合学生学习的习惯，对于培养机械人才具有重要的意义。基于CDIO的工程材料及热处理课程体系，以CDIO的课程标准开展教学管理，将社会对机械人才的需求与课程教学相结合，让学生具有亲身实践的机会，培养学生的综合能力，培养适应社会需求的机械人才。

基金项目：湖南涉外经济学院教学改革研究项目“基于CDI0理念的工程材料及热处理课程教学改革研究”（湘外经院教字[2014]61号）

参考文献：

[1]康全礼，陆小华，熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008，31（4）.

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[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）21-0110-02

课程建设是促进教学的有效手段，也是提高教学质量的有效措施。一般来说，课程建设包括教材选用、教学内容选择、实验教学和教学方法等方面。笔者从上述几个方面对材料热力学课程建设进行一些初步探索。

一、精选教材

心理学和教学经验反复证明这样两条原则：第一，凡是过浅过易的教学内容，会降低学生的学习兴趣；第二，凡是过深过难的教学内容，也会降低学生的学习兴趣。材料热力学作为材料科学与工程专业的基础课程，有多个版本的教材，可选择的范围较广。笔者在材料热力学的教学过程中体会到徐祖耀等人编写的《材料热力学》和郝士明等人编写的《材料热力学》比较适合本科生深层次的学习或作为研究生的教材，相比之下，江伯鸿编写的《材料热力学》要浅一些，考虑到我校材料科学与工程专业学生的学习基础，因此我这几年一直使用江伯鸿编写的《材料热力学》作为教材，使用李洪晓等人编写的《材料热力学习题与解答》作为教学参考书。

二、调整教学内容

（一）侧重典型例题的讲解

教材选择后，教学内容的选取与优化成为课程建设的关键。材料科学与工程专业是研究材料制备、组成、组织结构与性能之间关系以及材料应用的学科，因此相变是材料科学与工程专业学生学习的重点。《材料热力学》前半部分主要讲述热力学的基本概念原理，后半部分主要讲述热力学原理在相图和相平衡、表面和界面等领域的应用。学生在学习材料热力学以前已经学习过物理化学，热力学的基本概念原理在物理化学课中都已经讲过，但是考虑学生对物理化学的知识掌握得不太好，我在材料热力学前面几次课中安排热力学的基本概念和原理的复习内容，重点讲述热力学基本原理在材料科学中的应用，比如：选择熔化和凝固过程的热量计算以说明热力学第一定律在计算相变热效应的应用，选择熔化和凝固过程的熵变或自由能变化计算以说明热力学第二定律在判断相变方向的应用等。我将教学重点放在热力学原理在相图和相平衡、表面和界面等领域的应用，主要包括相律及其应用、单元系的相平衡、二元系的相平衡、曲面热力学和表面吸附等方面内容。

笔者在材料热力学的教学过程中一直以热力学基本原理在材料科学中的应用作为教学重点，因此在课堂上我一般只对构成材料热力学理论框架的重要定理和公式进行简单地推导，对于其他定理和公式，我一般简单分析一下它们的内涵和适用范围，不做详细的推导，而把教学重点放在这些定理和公式应用上。我从李洪晓等人编写的《材料热力学习题与解答》中精选出一些与材料科学密切相关的典型例题作为课堂讲解的内容或者作为学生课后的作业，从科研项目和企业生产实践中精选出一些与实践密切相关的案例补充到授课内容中，以培养学生运用理论知识解决实际问题的能力。

（二）增加与实践相关的内容

材料热力学向来是以抽象的理论、复杂的推导和繁琐的计算为特点，若在课堂讲授中从理论到理论，只注意基本概念的讲解、数学推导及计算，学生会感到枯燥无味，产生厌学情绪。我在材料热力学教学中，引入很多实践环节的内容，使得枯燥的理论和鲜活的实践相结合，激发学生的求知欲。笔者经常将科研内容融入教学内容中。有一些学生参加过钛基激光熔覆层方面的大学生创新研究，我在讲解自由能判据这部分内容时会引入钛基激光熔覆层中原位合成TiB和TiC增强相这部分科研内容，说明自由能判据在复合材料中原位合成增强相方面的应用。我的一个科研项目是有关无铅滑动轴承材料制备工艺的。在这个项目中，我使用碳纤维替代铅青铜涂层中的铅组元以提高滑动轴承材料的耐磨减摩性能。我将这部分科研内容引入表面和界面这一章中，向同学们讲授为什么粉末冶金法制备碳纤维/铜基复合涂层时要使用表面预镀铜的碳纤维为原料。笔者也经常将企业生产实际融入教学内容中。在讲解封闭体系的热力学基本方程时，我会举金刚石工业生产的例子以说明公式（αG/αT）P=-S和（αG/αT）T=V的应用。我曾经做过一个有关特种粉末的产业化生产项目，为了节约水资源和满足政府的环保要求，我采用反渗透将生产过程中产生的氯化铵废水进行纯化，循环使用。在讲解渗透压这部分内容时，我引用这个例子来说明如何根据废水中离子的浓度计算出渗透压，进而为反渗透设备中泵的选型提供依据。

（三）引入实验教学内容

在高等教育中，实验教学在学生综合能力和创新能力培养中，起着理论教学无法替代的特殊作用，如学生通过实验课学习多方面的实际知识技能，在他们毕业走向社会后，这些知识和技能与所学到的理论知识一样重要，有的则比理论知识更早、更快地发挥作用；通过实验教学可以开拓学生的思路，激发探索精神，培养学生分析问题、解决问题的能力和归纳综合能力；通过实验教学可以训练学生从事科学研究的能力；实验教学使学生在不同程度上接触与科学技术相关联的，使他们能正确对待和解决与科学技术的关系，这对学生走出校门后能较快地适应社会形势的要求有积极的作用；同时实验教学也可以消除或减轻学生对科学研究的幻想，使学生对科技事业的艰苦性和平凡性有一定的思想准备。江伯鸿编写的《材料热力学》这本教材中没有实验方面的内容，为了弥补这一缺陷，我增加了“差示扫描量热法测量材料的比热容”和“计算机用于相图计算”两部分实验内容。

三、改革教学方法

（一）应用讨论式教学，提高学生的参与度

讨论式教学法强调在教师的精心准备和指导下，为实现一定的教学目标，通过预先的设计与组织，启发学生就特定问题发表自己的见解，以培养学生的独立思考能力和创新精神。我在材料热力学的授课过程中非常重视讨论式教学方法的应用。我会结合刚讲授过的材料热力学知识，设计一些与科研和工程密切相关的问题，让学生以小组的形式相互讨论共同完成。在下次上课时，我会让某个或某几个小组推举同学上台讲解，其他同学提问，最后老师点评和总结，以培养学生自主解决问题的能力。

（二）采用板书和多媒体相结合的教学方式

笔者在讲授材料热力学时，通常采用板书的形式，因为我觉得板书能将公式的推导和例题的计算一步一步清晰地展现出来，让学生们能清楚地了解老师的解题思路。采用多媒体教学能提供形象、生动、直观的画面和视频，增加信息量，节约教师板书和画图的时间，提高讲课效率，我曾经尝试过使用多媒体来展示解题过程，但学生们反映多媒体讲课速度较快，跟不上教师的解题思路，影响师生之间的交流。近年来，我倾向于以板书为主，多媒体为辅的教学方法。我一般将课堂要讲述的主干内容用板书简单、扼要、清晰地列在黑板上，使同学跟上老师的讲课思路，对于一些抽象难懂的概念，我经常找一些图片和视频，使讲授的知识更直观、形象和生动。

四、改进考试方法

考试是知识水平的鉴定方法，大学阶段的考试成绩与学生评优、毕业甚至就业直接相关。学生的学习过程大多围绕考试这根指挥棒转，因此如何用好考试这根指挥棒，对提高教学效果至关重要。由于材料热力学的概念多、公式多且难以记忆，因此采用闭卷考试学生要花费较多的时间和精力去背概念和记公式，难免与运用热力学基本概念和基本原理解决材料科学问题的教学目标相违背。我倾向材料热力学采用开卷考试的考核方式，在试题的设计上，避免出一些填空和名词解释等一些死记硬背的题目，而出一些判断题和选择题等灵活运用热力学基本概念和基本原理解决问题的题目，问答题和计算题都是与材料科学具体问题相关联的，必须掌握热力学基本概念和基本原理以及实际应用才能正确解答。我希望通过这种考核方式，改变学生在应试教育下形成的学习方式，明确学习目的，提高自身运用知识解决实际问题的能力，养成独立思考的习惯。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈慧，梁宝臣，吴锦国.物理化学教学中学生自学和创新能力的培养[J].天津理工学院学报，2000（6）：90-91.

[2] 刘鸿，肖立川.工程热力学课程教学方法探讨[J].江苏工业学院学报，2007（3）：103-105.

[3] 郭平生，唐贤健.热力学教学内容革新的思考[J].广西物理，2008（4）：51-54.

[4] 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].集美大学学报，2002（3）：88-92.

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0097-02

一、前言

《工程热力学》是能源动力、化学工程、航空航天等众多工程类专业的一门重要专业基础课，是培养在涉及能源特别是与热能相关的各领域中具有创新能力人才的基础。该门课程学习的好坏将直接影响到后续专业课的学习效果，从而最终影响学生的专业综合水平。与其他课程相比较，《工程热力学》课程具有公式较多、逻辑性和理论性较强、概念多而抽象、应用条件较复杂等特点，因而很多学生反映这是一门较难学的课程。甚至有些学生在刚接触这门课时便感觉学习困难，产生了抵触情绪。

二、《工程热力学》课程的研究内容及目前教学现状

《工程热力学》主要研究与热能工程相关的热能和机械能相互转换的规律，它着重应用热力学两个基本定律分析热能过程中有关的各种热力过程及热力循环，从理论上研究提高热能和机械能转换有效程度的途径。其内容包括热力学的基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力学能等基本参数的计算、理想气体的热力过程、热力学第二定律、气体的流动、压气机的压气过程、气体动力循环、制冷循环等，其主要特点是理论分析、实验研究和工程实际应用紧密结合，分析推理的结果具有高度的可靠性，条理清楚，逻辑性强[1]。《工程热力学》课程具有的特点使得学生反映难学，教师反映难教，最终导致教学效果不佳，学生对知识点掌握不够，考试不及格率较高。传统的教学以理论传授为主，但对于一些以应用型培养为定位的新建本科院校来说，更重要的是要培养工程背景下学生利用所学理论知识去分析、解决实际工程问题的能力，因此深入开展《工程热力学》的教学研究显得十分必要。

三、《工程热力学》课程的教学措施

1.上好绪论课。很多学生误认为绪论课中没有涉及到具体的、重要的知识点，而且也不属于课程的主要考试内容，因此觉得它不重要，上课也不认真听讲和记笔记。事实上，绪论课作为《工程热力学》课程的第一课，在教学中具有特殊的教学地位和重要意义[2]。绪论课中教师可以讲授热能动力工程的重要地位，介绍一些典型的能量转换装置工作过程（例如蒸气动力装置、内燃机、燃气轮机装置以及蒸气压缩制冷装置等）、《工程热力学》的研究对象及研究方法（宏观法和微观法）等内容。通过绪论课，教师不仅可以让学生初步建立起《工程热力学》的基本概念，使学生掌握本课程的思维方式和基本理论体系，而且能使学生明白本专业为什么要开设《工程热力学》、《工程热力学》的主要学习内容、学习方法以及学好这门课的注意事项，从而激发学生学习《工程热力学》课程的兴趣和爱好，坚定学习该门课程的决心。

2.充分调动学生的主动性和积极性。由于《工程热力学》课程公式多、概念多，计算复杂，学生学习起来有一定难度，有些学生在刚开始接触这门课时就有抵触情绪，这就需要充分调动学生的主动性和积极性。首先，必须要求教师课前充分备好课，合理组织教学过程，恰当运用有效的教学方法；做到教学内容精炼充实，重难点突出，逻辑严密，使学生易于接受讲解的知识点。学生只有在听懂课的前提下才会对课程产生兴趣，从而调动他们的主动性和积极性，激发他们的潜能。其次，在上课过程中可以适当引入一些生活中常见的实例，通过对这些实例进行分析，把枯燥乏味的理论知识运用到具体的实际问题中，并采用启发式教学培养学生独立思考问题的能力，提高他们学习的主动性。第三，教师应结合当前工程热力学领域的相关热点问题[3]，如提高热机效率、节能降耗、低碳环保以及核电事故等，开展课堂讨论和专题研讨，通过这些热点问题培养他们对《工程热力学》的兴趣。

3.在知识难点上完善教学方法。以热力学第一定律为例[4]，在学习该定律时，不少同学对热力学第一定律的两套符号的掌握有困难，经常混淆教材提供的两个公式。这种情况下，教师就应在课本的基础上，进一步完善教学方法。例如授课时可以在教材提供的知识点的基础上进一步延伸，将热力学第一定律在形式上概括总结成：体系内能的增加等于体系增加的能量（Q）减去体系消耗的能量（W）。当假设体系从环境吸入热量时，公式中的Q自然就为正；而当环境从体系吸入热量时，Q自然就为负；同理，体系对环境做功，W为正，环境对体系做功，W为负。关于Q和W数值的正负号选取时只要注意下列原则即可：实际发生的情况和定义一致则取正，和定义相反则取负。例如当W定义为环境对体系做功时，若环境确实是对体系做功，则W的数值取正，否则W取负值；Q在数值上的正负号取法同W。这样一来就避免了学生对公式中Q和W的正负号以及Q和W数值的正负号不能很好把握的问题，可以帮助学生更好地掌握并运用热力学第一定律。

4.正确对待公式的记忆与推导。《工程热力学》课程的公式比较多，学生反映记不住，而且有的公式在形式上相类似，很容易记混淆。其实要让学生记住所有的公式一是不现实，二是也没必要，这就需要在教学过程中理清哪些公式需要记忆，哪些可以根据记忆的公式现场推导。例如闭口系统能量方程的四个式子可以要求记忆，一是比较简单，二是这四个式子非常重要，讲解后面的知识点时需要用到。但理想气体的各种过程（包括定容、定压、定温）中比熵的变化就不需要记忆，完全可以根据比熵的原始定义再结合闭口系统能量方程直接推导而得到，如果同学对基本概念和基本公式的掌握足够熟练，对这些推导会形成条件反射，不需要借助草稿纸直接在脑海中就可完成整个推导过程。这样无形之中就减少了很多公式的记忆，但需要用到的时候又能立刻得到。

5.采用现代化教学手段。随着现代信息技术的发展，多媒体教学越来越广泛地应用于教学领域。利用多媒体教学中图像、动画、声音等元素的优势，既进一步丰富了教学内容，又使教学过程更加形象生动，加深学生对知识点的理解，便于学生接受。例如在讲解活塞式压气机的压气过程时，如果利用板书在黑板上讲解压气过程，学生会感觉比较抽象，但如果利用flash制作的动画来演示时，学生对压气机的压气过程就会一目了然，感觉更直观，更加便于理解和接受。另外在讲解压缩过程、平衡态等一些相对抽象的过程和概念时，如果借助于多媒体技术也会起到事半功倍的效果。

6.注重学生工程意识的培养。全日制大学生一般对工程常识较缺乏[5]，针对这一特点，教师授课时可以以课程为载体，适时向学生介绍所学理论知识在实际热工设备中的应用。例如授课时可以多举一些例如锅炉、热水器、散热器、涡轮机、压气机、喷管等典型热工设备的例子，分析这些设备在实际工作工程中消耗的轴功、系统和外界交换的热量、能量转换关系等。通过分析这些实际工程设备的工作工程，能够使学生掌握不同设备的能量转换关系和特点，并了解在哪些情况下，可以将工程实际问题进行简化，从而建立他们的工程意识。

《工程热力学》作为众多工程类专业的一门重要专业基础课，学生接触较早，对他们后续学好其他专业课会产生一定的影响。如何上好这门课，是每一位《工程热力学》教师应仔细思考的问题。只有在教学实践中不断丰富和调整教学内容，不断改革和探索教学方法和教学手段，才能达到较好的教学效果。

参考文献：

[1]印洪浩.基于建构主义理论的工程热力学教学研究与实践[J].航海教育研究，2007，（2）：53-55.

[2]王志军，高保彬，宋文婷.工程热力学绪论课的重要作用及其课堂教学设计[J].教育教学论坛，2012，（9）：237-238.

[3]耿凡，王迎超.工程热力学课程的研讨式教学改革[J].中国电力教育，2013，（5）：76-77.

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工程热力学是动力、热工等工科专业重要的技术基础课，而且是能够直接用于工程实际的技术学科。通过本课程的学习，可以开发学生的智力，培养学生敏锐的观察能力、丰富的想象能力、科学的思维能力，并为后续专业课程的学习和解决工程实际问题提供基本理论和方法。

在工程热力学课程中，很多基本概念、原理和方法都是通过实际的形象物体经抽象化或再加数学演绎而建立的。许多基本理论都是经过实践而又被实际所验证的客观真理，所以该课程实践性较强。

大量的练习、有比较熟练的教学经验的教师是工程热力学学习的基本要求。深化教育改革要求加强实践教育，大幅度压缩课堂教学时数，对课程教学方法提出了新的要求。工程热力学教学网站将为此做一些探索。

基于.NET的工程热力学教学网站是以B/S模式为工作方式，利用校园网传输的辅助网络教育系统。网站集成了工程热力学各种教学资源，实现了教学信息网页化，在线考试，人机交互，在线讨论、答疑等功能。本系统旨在成为教与学时间和空间上的延伸，借助网络优势，帮助学生更好地学习工程热力学。

2网站设计

2.1设计目标

工程热力学对学生的素质培养和知识结构具有重要的作用，也是学生普遍反映较难学且枯燥的一门学科。随着现代信息技术的发展及其在教学领域的运用，采用网络技术改进工程热力学教学，成为工程热力学这门学科教学改革的重要课题。

工程热力学学习网站设计目标是利用计算机网络实现工程热力学课堂辅助教学，建立一个基于WEB的网络教学环境，充分发挥网络技术优势和多媒体先进的表现手段，实现信息资源共享，体现工程热力学网络教育的仿真性、交互性和实践性，营造良好的学习环境和气氛。具体而言，是以学习网站为平台，建立一个工程热力学的学习园地，使学生通过网络掌握工程热力学基础知识；开发一个在线考试系统，由系统按照要求自动组题，制作动态网页实现网上模拟测试，能及时给出测试分数，能使学生自我评估，实现梯度教学，满足学生不同的学习要求，激发学习动力；制作课件，调动学生学习的自主性、积极性，发挥网络教育的优势。每章节附有详细的解题帮助，可适时获得解题指导；学生可与教师交换信息，相互留言，建立远程教学的沟通渠道；教师可以通过网站建库、组题、扩充和修改题库资源，可调阅试卷进行教学讲评，可以查阅学生对各类问题的访问情况，了解练习中的热题、难题，获取教学的反馈信息。系统数据库可作为习题课、讨论课的丰富资源。

2.2整体设计

工程热力学教学网站将实践性、交互性、操作性、仿真性应用于网络教学，力求运用多媒体计算机技术和网络技术，充分利用在线学习交互性强的特点，帮助学生顺利完成课程的学习。

2.2.1教学设计

教学设计以分析教学需求为基础，确立解决教学问题的步骤，对教学内容确定教学方法。首先通过“步进教程”准确掌握基本概念的基本定义，明白这一概念说的是什么，然后通过“专题讲解”进一步了解这些基本概念的实质。用比较的方法，分析与某一基本概念易混淆的其他概念和说法。澄清或纠正自己过去模糊或错误的概念。通过“辅导和答疑”中的思考题、讨论题及习题训练，加深对概念的理解。最后能用自己的语言准确叙述概念的定义及实质。

工程热力学教学内容参考高职高专规划教材,主要包括以下内容：热力学系统、热力学第一、二定律、基本热力学关系、理想气体性质、四种基本热力过程、多变过程、压气机工作原理、卡诺循环、往复式内燃机理想循环等。

网络教育模式中，调动学习者的学习主动性和积极性至关重要。要求选择合适的教学媒体，创设具有吸引力的教学环境，具有科学性和趣味性，给学生以极大的吸引力，激发学生学习的热情。

2.2.2开发环境

2.3.1网站首页

根据工程热力学的教学特点和功能模块的设计要求，设计出如图1所示的网站首页。

2.3.2主要模块功能

（1）学员管理模块：主要提供老师给学员设定登录帐号和密码及访问权限，通过查看学员登录日志，可以了解学生访问网站的情况如图2。同时也提供各学员修改访问密码的功能。

（2）步进教程模块：是主要教学模块，介绍了课程的基本概念和主要知识点。基本内容以章节目录编组，实现教材的电子化和多媒体化。内容以文字、动画和图形形象直观地讲解基本知识，指导和帮助学生克服学习的困难，提高分析问题和解决问题的能力。

（3）专题讲解模块：选择教材中的重点和难点进行强化讲解。主要方法是制作大量完善的flas以及教师授课实况视频。对教材中的重点难点分析提炼，细致讲解，并用flas演示解题思路，给出分析提示。有针对性地突出重点，分散难点，深入浅出，生动形象，为学生释疑解难。实验是工程热力学不可缺少的重要组成部分，对部分实验制作了flash模拟动画、3DMAX实体。通过文字、图片、动画等手段展现实验内容，加深学生对实验原理的理解，为学生在实验室亲自动手提供初步认识。

（4）辅导答疑模块：辅导是针对学生不易理解，容易出错之处，特别对课程要求的计算试题类型重点介绍，突出重点，层层指点，帮助学生理解和掌握，为学生有的放矢地复习并顺利通过考试创造条件；答疑是针对学生学习过程中的提出疑问，通过即时消息和留言板的形式实现教师和学生、学生和学生之间的实时信息交流。教师可以当即一一回答问题，对于一些具有代表性的问题，也可以集中回答，同时学生可以查询、检索，避免了教师的重复性劳动。

（5）知识博览模块：是书本知识的扩充，提供大量的相关内容，以提高学生学习的兴趣和增加学生的知识面，从而落实素质教育的要求。

（6）习题训练模块：依据书本章节，为每一章节内容编制了适量的习题，使学生通过练习来巩固所学的知识。每一练习都有答案及详细讲解。#p#分页标题#e#

（7）在线考试模块：为学生提供一个进行学习效果测试的平台，同时通过测试结果的实时反馈，协助学生对所学知识的程度进行自我检查，提高学习的效果。使用SQLServer2000开发试题数据库，制作动态网页实现网上模拟测试，能及时给出测试分数，实现自我评估功能。

2.4安全性设计

工程热力学学习网站设计目的是辅助教学和学生自主学习，为减少任课教师工作量，暂时只对开课班级学生开放。由教师给学生分配帐号和密码，设定权限，只有合法用户才可以登录系统浏览相应页面。

用SQLServer2000设计了一个学生信息表，用来存放学生帐号、密码及基本情况见图3。用户只有在登录页输入正确的用户名和密码才能登录，登录页面如图4。

3系统实现

工程热力学学习网站以B/S体系结构作为基本框架，由客户机、WEB服务器、数据库三个层次组成如图5。动态网页通过技术制作，用C#语言编写后台代码，利用访问后台数据库。

.NET是微软公司提出的一种分布式运算的框架，以XML为基础，以Web服务为核心，辅以其他各种技术实现，意在利用Internet上强大的计算资源和丰富的带宽资源，提高工作效率。.NET框架提取出微软组件对象模型COM的精华，将它们与松散耦合计算的精华有机地结合在一起，生成了强大、高效的Web组件系统：简化程序员的“管道”操作，深入地集成了安全性，引进了基于互联网的操作系统，极大地改善了应用程序的可靠性和可扩展性。.NET框架由三个主要部分组成：通用语言运行库CLR(CommonLanguageRuntime)、.NET架构类库FCL(FrameworkClassLibrary)和。

3.1.1通用语言运行库CLR

它是.NET的核心，负责提供执行环境，管理代码的执行并提供各种服务。在组件运行时，运行库负责管理内存分配、启动或者中止线程和进程、强化安全系数，同时还调整任何该组件涉及到的其他组件的附件配置。

架构类库FCL

它是一套可以使用的统一的面向对象、异步和层次结构的可扩展类库，可以与通用语言运行库紧密集成在一起。FCL由一个提供类、结构、接口、枚举和的层状命名空间组成。通过创建一套跨编程语言的通用API,.NET框架可以实现跨语言继承、纠错处理以及程序调试。实际上，从VisualBasic到C++的所有编程语言，对于.NET框架都是相互等同的，开发人员可以自由地选择他们想使用的任何语言。

它是创建基于Web的应用程序的模型，该模型由一组控件和一个基本结构组成。其中，控件集中封装了公共的、用于超文本标识语言(HTML)用户界面的各种小组件(诸如文本框、下拉选单等等)。有了,Web应用程序的构建变得非常容易。

数据库连接

是Microsoft推出的以.NET框架为基础的数据操作模型。并不是ADO的下一个版本，而是提供了一种新的基于离线数据和XML的数据操作方法。

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中图分类号：TK122 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2012）33-0095-02

工程热力学与传热学课程主要包括工程热力学和传热学两部分内容，主要向学生介绍热功相互转换规律及热传递规律的基本概念、基本原理以及在热能工程问题上的应用，是轮机工程专业的基础课程，也是后续专业课程学习的基础平台。一般说来，工程热力学和传热学是能源动力类的主要专业基础课，两门课程单独开设，教学课时较多。而整合成工程热力学与传热学课程之后，两部分内容仍是以独立的篇幅出现，学时却大大缩减。

对于轮机工程专业的学生来说，长期以来因概念抽象、难点多、计算关联式多，且学生缺乏相应的工程概念和工程背景，而使这门课程一直被认为既难教也难学，学过之后又很难将学到的理论知识和相关的工程实际结合起来，初次接触该课的学生往往较难入门，对该课程的学习产生畏惧心理。针对如何使该课程化繁为简，化难为易，化抽象为具体，本文结合轮机工程专业工程热力学与传热学课程的教学实践进行初步探讨。

1 根据专业特点调整课程教学体系，提倡教学内容弹性化

由于轮机工程专业开设的专业课程较多，因此将工程热力学和传热学两门课的课时数适当删减，合并为一门68学时的工程热力学与传热学。但是由于教学内容并未减少，这就造成课程进度快，章节小结和习题课的课时压缩量大，处理不好反而使学生产生畏难心理，感觉本课程很难学。

针对这一问题，在实际的授课过程中提倡教学内容弹性化，该措施可以给学生创造自由发展的更大空间，提高学生掌握知识和解决工程实际问题的能力。教师要灵活驾驭教材，科学设计教学内容，在学生认知规律的基础上，删去或从略处理学生通过自学就可以了解的内容，尽量突出最主要、最本质的教学内容。该门课中含有大量的数学推导内容，教师在讲解时可以删去，或者仅在课堂上点一下，详细的推导或其他细节则留给学生课后自学[1-2]。教学内容弹性化一定程度上可能会给学生增加课外的压力，但是对培养学生独立工作的能力大有好处。

在教学实践中发现，轮机专业的学生由于尚未接触专业知识，因此对船上的有关机械等内容充满好奇。为调动学生学习的积极性，为以后的专业学习做铺垫，尽可能地在每章节的讲解中联系船舶工程实例。比如在讲到气体和蒸汽流动时，可以将喷管和扩压管在柴油机涡轮增压系统中的实际应用作为例子，将原本抽象的概念具体化。通过加强工程热力学与传热学及后续专业课的联系，来激发学生的学习热情，从而增强教学效果。另外，时代的发展使得教材内容有所滞后，所以在教学中需要补充丰富的具有时代气息的学习材料来激发学生学习的积极性，尤其是跟轮机工程专业有联系的工程应用实例[3]。将许多来源于大量热工技术的知识融于教材，使学生能用工程热力学与传热学的知识分析和专业相关的实际问题。突出这些知识在轮机工程专业中的应用，有助于培养学生理解和分析问题、解决问题的能力。

2 采用启发式教学、师生互动，营造宽松愉悦的学习环境

结合以往的教学经验，针对以往学生反映的工程热力学与传热学知识抽象和难理解的情况，教师在讲解各章节时，应尽量联系生活和工程中遇到的热力现象，合理设置问题情景，启发学生积极思维，使抽象的理论具体化，可以大大增强教学效果[4]。

在讲授章节新内容时，教师可以先通过日常生活或工程实际中的典型事例引出，学生会觉得这些事例就在自己身边或非常实用，这样就能一下子抓住他们的注意力。比如在讲解肋片的稳态导热这一章节内容时，首先以一杯热腾腾的咖啡图片吸引学生注意，然后抛出问题：“同学们在喝咖啡时要接触杯子的哪部分把咖啡端起？杯身还是杯把手？为什么？”经过一系列的问答，通常可以调动学生的热情，学生感到热工学就在自己身边，工程热力学与传热学理论并不是深不可测的，一定程度上消除畏难心理。但是值得注意的是，在设计问题时教师要注意问题的难易程度，问题太难或过于简单，都会使学生失去学习的兴趣。

授课后注意提出有一定深度的问题让学生思考。比如在讲解完肋片稳态导热这一部分内容后，可以设置“如何提高热电偶测温的精度？套管材料用铜还是钢”以及“从传热学角度解释为什么耳朵大的人冬天更容易生冻疮”这两个问题，让学生利用本节课刚学过的知识内容进行分析，不仅可以巩固课堂上所学知识，还可激发学生的思维能力，同时可以作为本堂课的教学反馈环节，了解学生知识掌握的程度如何。

3 传统教学与图像、文字、动画并茂的多媒体技术结合，增强教学效果

现代信息技术的发展为改进和丰富教学手段提供了有力的保证。但在多年的工程热力学与传热学教学中，多媒体教学也暴露出诸多不足之处。目前，课程组主要采取传统教学手段和多媒体教学相结合的方式，充分发挥二者的优势，将课堂教学提高到新的层次上，促进学生学习的积极性，从而增强课堂教学效果。

在课堂讲授中，通常将纯理论推导的部分以传统讲授（板书）方式为主，使公式推导条理化，通过教师边板书边讲解的过程，学生掌握较容易，在记笔记的同时加深印象[5-6]。同时，本着将知识以易于接受的最佳方式传授给学生的原则，辅以多媒体课件，多媒体以生动、活泼的语言将抽象的东西具体化，通过引进国内工程热力学和传热学国家精品课程的课件、教学录像以及动画等素材，把抽象的概念和热力装置的工作原理、热力过程形象、生动、直观地呈现出来，并将鲜活的科研和工程实例引入课堂，将文字、图形、图像、视频、动画等多种媒体信息在不同的界面上进行有机的整合，来丰富完善现有的多媒体教学课件，使抽象的教学内容变得直观、形象和生动，一方面降低授课难度，另一方面增加知识的信息量，可以激发学生的学习兴趣。

4 利用网络技术手段，建立互动式网络课堂，引导学生自主学习

在教学实践过程中，课题组建立工程热力学与传热学课程网站，实现教学资料的上网。网络课堂改变了传统的教师单一授课的教学方式，实现了以学生为主体的现代教学模式。网络课堂的开设，使得学生可以不受时间、地点的限制，按照学生自身的条件安排课程的学习，也可以根据个人的掌握情况选择自己的学习内容，直到掌握为主。同时充分利用校园网络优势，开发网上答疑系统，实现全天候答疑，方便教师和学生随时互动地教与学。使学生通过视、听手段增加学习兴趣，及时地了解自己的知识欠缺部分，并且可以按要求不断调整学习，极大地提高学习效率。同时不定期地公布最新教学动态，更新网络课程，反映最新学术动态。

在网络课堂模块中增设思维导图模块。由于这门课程概念太多，学生较难了解课程的整体框架，理不清各章之间、各节之间以及章节内部知识点的关系。因此，将思维导图引入工程热力学与传热学教学中，思维导图加强了教学的条理性、逻辑性。思维导图将整门课的条理脉络给学生列出来，让学生在学习之前就对这门课有一个整体的把握。比如从工程热力学的几个定义拓展开来，让学生认识整个工程热力学研究的内容。另外，要在条理性的基础上进一步强调各个项目的逻辑关联，促使学生从整体上把握知识，避免平铺直叙，使学习效果达到知识点由点及线到面的程度。

另外增设网络测验模块，评价形式不仅包括客观题和问题简答型的主观题，同时增加基于案例的题目，考查学生分析和解决实际问题的能力。网络测验巩固了课堂知识，增强了学生的综合分析能力，使课堂讲授达到比较好的教学效果。

5 结论

工程热力学与传热学是一门应用性极强的专业基础课程，与各工程领域、各专业关系密切，通过上述教学实践活动探讨，使教学过程趋于完善，一定程度上提高了教学质量，使学生奠定了坚实的理论基础。同时，工程热力学与传热学课的讲授中也将传统教学与多媒体技术相结合，形象化地阐释理论和描述热力设备的工作过程，丰富了教学内容。另外提供网络课程、网络讨论、网络测验等，不定期地公布最新教学动态，安排网上辅导答疑，方便教师和学生随时互动地教与学。

参考文献

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[2]陶文铨，何雅玲.关于编写传热学和工程热力学教材的浅见[J].中国大学教学，2003（10）：43-44.

[3]赵国文.提高轮机专业“热工基础”教学效果的思考[J].航海教育研究，2008（2）：56-57.

篇6

二、改进课堂教学PPT，增加工程实例

工程热力学作为一门专业基础课，与工程实际密切相关。在教学过程中，需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示，并不能满足课堂学生学习的需要。为了提高学生学习热力学的兴趣及深入掌握热力学知识，迫切需要在传统课件中加入工程实例，利用多媒体技术全面展示热力学的工程应用，使学生在工程案例的演示中发现并体会工程热力学的重要性及美感。通过工程案例的学习，使课堂教学内容图文并茂，声像结合，使学生在多方位、立体化地形成认知并达到对热力学知识的理解、分析、记忆、掌握和应用。对于热力学工程案例，我们选取了真空做功、制冷循环，内燃机等工程机械作为实例，进行详细分析和讲授。工程案例的引入，将实际生活中与热力学相关的问题引入到教学中，用所学知识来解释工程问题，在讲解中让学生明白热力学知识可以解决本专业涉及的实际专业问题，从而实现“从理论中来，到实践中去”，实现对创新型人才的培养。

三、将工程热力学的学习融入大学生创新项目中

在创新型人才培养中，需要提升学生运用基础理论进行学术研究的能力和具有工程应用背景的有关开发、设计的能力。大学生创新项目的实施，有利于促进高校培养具有创新意识和能力的新型人才，促进高校探索并建立以科研活动为中心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革，充分调动学生主动学习的积极性、创新思维和创新意识，同时在项目实施中使学生逐渐掌握思考问题、解决问题的能力。结合大学生创新项目，结合建筑环境与能源应用工程的专业特点，在指导学生大创项目时，将热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺定律应用其中，使学生明白能源利用的守恒性，以及如何提高热力循环的效率，减少不可逆损失，这些都成为学生应用所学知识来解决实际问题的一种锻炼。学生在科研项目中，深化了对热力学知识的认识，同时提高了自己思考问题、解决问题的能力。同时，鼓励学生积极参加各类挑战杯、建筑节能比赛、机械创新设计大赛等，通过这些竞赛活动进一步提升自己的创新能力。

四、改进课后作业完成形式，增加分析报告

工程热力学课程是一门实践性很强的课程，其中很多理论已用于工业过程。因此，在课后作业中，需要对传统布置练习题来检验教学成果的方式进行改进，增加一些实际工业循环的实例，让学生通过分析其所应用的原理，提交分析报告，并指出该工业过程效率提高的方式和途径，以这样的方式来激发学生学习的兴趣，提高学生理论联系实际的能力。同时，精选一些课后习题，通过详解的方式，激发学生的创新意识和解决问题的能力，进一步促进创新型人才的培养。创新是实现社会持续不断向前发展的原动力，也是培养和造就一大批素质过硬、勇于创新的新世纪人才，保证国家高速发展的有力保障。创新能力的培养来自于理论和课堂，更在于理论和课堂之外的亲身体会和具体的实践操作。

本文从工程热力学教学与工程实例结合，与科研活动结合，改进课堂教学组织模式和课后作业完成形式等方面，探讨了以培养创新型人才为目标下的工程热力学教学改革与实践，希望能够进一步提高工程热力学的教学质量和效果。

作者:高蓬辉 张东海 王义江 黄 炜 单位:中国矿业大学力学与建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系

参考文献：

[1]岳丹婷,吕欣荣,李青.深化热工教学改革加强学生创新能力培养[J].2002,(4):86-88.

篇7

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0039-02

“工程热力学”是能源与动力工程专业的一门重要专业基础课，其教学与研究的主要对象是热能与其他形式能之间的转换关系、转换规律及应用。它不仅是相关专业课的基础，而且是在涉及能源、化工和冶金等领域，特别是能源转换与利用的各领域中深入研究、开发和创新的基础。该课程的概念性比较强，涉及的理论也较为抽象，同时与生产实际又有十分密切的联系。在教学过程中，对该课程老师和学生都有“难教难学”的感受。如何提高“工程热力学”课程的课堂教学质量，一直是相关专业教师长期探索的目标。

案例教学法是由哈佛法学院院长朗代尔于1870年最先采用的，在法学教育中发挥了极大的作用，并被推广至医学、管理学等实践性和应用性较强的学科的教学中普遍应用。科研案例教学法在案例教学法的基础上，从分析课程特点及课程教学现状入手，在教学内容上尝试选用专业任课教师及课题组已完成的应用到该课程基础知识的科研项目，将其设计、组织并呈现于课堂，使学生在“工程热力学”课程中通过对具体科研案例的讨论、分析、表达等活动，让学生在具体的科研案例中牢固掌握该课程的理论知识，形成理论结合实际的教学方法。在此基础上促使学生积极思考，主动探索，提高自主学习能力、实践能力和创新能力，并能够将“工程热力学”这门课程灵活应用到今后的专业学习和实际工作中。

一、“工程热力学”教学改革研究现状

目前，“工程热力学”教学改革研究主要集中在以下几个方面：第一，教学内容的设置和优化，主要以课程的设置、教学内容的侧重点和更新点作为重点改革内容。[1]第二，实验课教学的改革，主要对实验课的比重、实验教学的方式、实验考核方式以及实验课与科研相结合的教学方式进行了探讨。[2]第三，新方法新技术在“工程热力学”教学中的应用。随着现代技术的发展，多媒体技术、网络技术、视频技术等也被引入“工程热力学”教学中，成为教学改革研究的方向之一。[3-5]

案例教学法在“工程热力学”教学中已有应用，[6，7]但科研案例教学法在工科生“工程热力学”教学中却鲜有报道。在“工程热力学”教学中，授课老师往往采用最多的是“举例”，“举例”虽然有助于理论知识的形象化，但其局限性是仅仅解决了某个独立的知识点，而对知识的整合性较差。而科研案例教学法不同于“举例”的最大区别在于侧重了知识面的涵盖，在具体应用时设定了比“举例”更为复杂的科研案例情境，应用专业术语将不同章节知识点加以整合，形成系统且相对完整的案例，贴近实际，应用性更强。科研案例教学法利用任课老师的科研课题，将已成熟的科研案例设计组织后呈现给学生，能够更好地为学生的专业学习和“工程热力学”课程培养目标服务。

二、科研案例教学法意义及应用价值

将科研案例教学法应用在工科生“工程热力学”课程教学中的意义主要有：一是通过具体的科研案例，增强学生对理论课程的兴趣，培养学生在思考中掌握此学科的基本概念和理论知识。二是通过科研案例教学，可在一定程度上代替部分实验教学，解决经费及设备不足造成的实验难以开展的问题。三是通过针对性强且典型的的科研案例，引导学生思考，加深对知识的理解和记忆，培养学生的自主学习能力、实践能力、创新能力、分析问题和解决问题的能力，为其获得终身学习的能力奠定基础。四是通过科研案例教学，使得科研为教学服务的同时，为学生进一步掌握专业技能和提高实践能力打下坚实基础。五是通过科研案例教学，引导和促进教学老师积累科研案例，从事科研工作，起到科研促进教学，教学促进科研的双重作用。六是通过科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程中的应用，进一步完善了工科生“工程热力学”教学方法的改革。

三、科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程教学中的应用

1.科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程实践教学中的应用

“工程热力学”课程教学的目的就是培养学生掌握热力学基本概念及其基本定律，理想气体的热力性质（包括实际气体），研究热能与机械能之间的相互转换，分析各种热力循环过程、计算与应用热力循环，培养学生独立解决实际热力工程问题的能力。

例如在动力装置循环一章中，通过对蒸汽动力装置循环的过程及效率的学习，研究提高循环效率的方法。那如何让学生更有效地掌握这些方法呢？科研案例教学法应是一个较好的尝试。授课老师通过讲解课题组承担的电厂锅炉改造及其烟气余热回收利用的科研项目，将其问题提出，结合本章基础知识分析解决问题的方法，将完整过程呈现给学生，增强学生对本章知识点的兴趣，同时引导学生自己提出解决方法，教师加以点评，使之在思考中加深对基本概念和理论知识的理解，从而提高其分析问题和解决问题的能力，进而加强科研能力的培养，充分将教学和科研有机地结合起来。

2.科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程理论教学中的应用

由于“工程热力学”课程基本概念及基本定律较多，对于学生来说，如此广泛的知识体系难以在短时间内掌握，学生对于“工程热力学”课程的理论知识感觉枯燥，导致教学效果不理想。所以设想在工科生“工程热力学”的教学过程中如果通过典型且含有问题的科研案例，使得抽象的理论变得生动具体，又与实践相结合，既提高了学生的积极性，又使得知识点容易被理解。在讲解热力学第二定律时，介绍了状态参数――熵。同学们对这个参数觉得很难理解，为此引入了课题组承担的住宅中节能技术应用的问题研究。介绍利用熵权理论来确定住宅节能技术评价中各个影响指标的权重，并在此基础上对方案进行优化，从而更直观准确地判断和选择住宅节能方案。因而科研案例不仅有助于实践教学，又有助于理论教学的实施。

3.科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程其他方面的应用

此外，工科生“工程热力学”教育中还存在实验难以开展等问题。而科研案例教学法的开展将在很大程度上解决这些问题。科研案例教学中引入实际问题，存在实验过程和实验方案设计。该教学法突出了工科生“工程热力学”的专业特点，突破了教材的局限，使学生紧紧围绕教学重点，通过选择针对性强且典型的科研案例，突出工科生“工程热力学”的专业特点，还可解决因经费及设备不足等造成的工科生“工程热力学”实验难以开展等问题。

四、科研案例教学法在工科生“工程热力学”课程的实施

1.开课前问卷调查

设计课前问卷，问卷涉及项目可行性、案例选择的依据、案例选择侧重的专业方向、案例呈现的方式以及教学效果评价方法等等。

2.收集科研案例

教师收集教研室历年来承接或参与的科研项目，以及文献资料中可用于工科生“工程热力学”课程教学的科研案例（收集的科研案例其内容是公开的，或经课题负责人同意，可用于教学）。

3.科研案例的选择和组织

根据教学内容和学生的兴趣特点，对案例进行精心的概括、组织。案例的设计一是要紧扣教学大纲的知识点，将知识点融入到案例的呈现过程中；二是要具有代表性、针对性、可讨论性。授课章节需选择代表本章重点的科研案例，并针对专业特点做重点选择；三是要具有综合性，是指案例的设计可以在实例基础上进行加工或整合，较全面地向学生展现知识点。同时，案例的选择还需考虑学生的兴趣点，让学生在兴趣盎然的学习过程中，不仅掌握知识，还锻炼科研思维能力。

4.案例呈现和讨论

教师可以通过将文字描述、多媒体手段、图表等多种手段呈现案例，或者将几种手段相结合，引入教学案例。教师呈现案例后，要根据教学目标来一步步地、循序渐进地启发、引导学生积极思考，展开师生之间的对话，充分的沟通能够丰富学生的见识，开拓学生的视野。学生可以分小组合作对案例中的各种问题进行分析和讨论，碰撞思维的火花，发现和探索解决案例问题的方法，体验理论如何应用于实践，实践中如何提炼出理论。

5.案例总结

案例总结是科研案例教学中的最后一个环节，也是最重要的一个环节。在这个环节，教师要将讨论中碰撞出的各种观点和看法进行系统的总结，将案例背后蕴含的理论知识进行归纳。在对工科生“工程热力学”课程科研案例的总结中，不仅巩固了案例讨论的成果，也扩充了学生的实践知识和理论知识体系，加深了学生对于理论知识的理解，促进学生理论联系实际能力的发展。此外，教师还要对本次案例教学进行反思――对案例的有效性反思，对教学的过程反思，对教学的效果反思，不断完善对于科研案例教学法的掌握和运用。

6.教学效果评价

主要采用考试和问卷调查的形式进行教学效果评价。通过与以往教学方式后的考试成绩进行比较，同时，采用课前、课后问卷调查的形式共同分析学生学习效果和教师的教学效果。

工科生“工程热力学”课程一般由各工科院校能源与动力工程专业承担，因能源与动力工程专业每年承接或参与多项科研项目，其中大多是国家级和省级科研项目，具有较高的科研水平和参考价值。科研案例教学在工科生“工程热力学”教学中的应用，一定程度上完善了当前工科生“工程热力学”教学中存在的不足，将科研工作的积累服务于教学，使学生在学好这门课的同时，为其进一步掌握专业技能和提高实践能力打下坚实基础。同时还可提升教师的教学水平、科研能力和综合素质，做到真正意义上的教研相长。

教学有一定的规律，但没有固定的模式。合理采用多种教学手段，激发学生的学习热情，培养学生理论联系实际的作风和创新意识，将是工科生“工程热力学”教学改革的长远目标。

参考文献：

[1]代乾，王泽生，杨俊兰.能源与动力工程专业热工系列课程改革实践[J].中国电力教育，2013，（5）：74-75.

[2]于兵川，吴红特.实验教学与科研有机结合培养学生创新意识和能力[J].实验室研究与探索，2010，29（2）：76-78.

[3]高蓬辉，张东海，冯伟，等.将基础数学物理知识融入“工程热力学”教学中的探索[J].中国电力教育，2013，（22）：87-88.

[4]蒋亚龙.工程热力学课程教学研究初探[J].教育教学论坛，2014，

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篇8

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.04.039

Teaching of the First Law of Thermodynamics and

the Second Law of Thermodynamics

WU Hequan， XIE Wenhong

（College of Automative and Mechanical Engineering，

Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract Details of the emergence and development of the first law of thermodynamics， the second law of thermodynamics and the linkages between them. Further understanding of the process of teaching the knowledge of thermodynamics has played a good role in promoting， improving the quality of teaching.

Key words First Law of Thermodynamics; Second Law of Thermodynamics; Carnot theorem

0 引言

“工程热力学及传热学”课程是主要研究热能与机械能互相转换以及热量传递规律的一门学科。“工程热力学及传热学”围绕能量转换与传递这一主线，是对工程热力学及传热学两个研究方向的综合。其特点是涉及内容广，知识点多，主要包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力过程计算、传热学的基本概念、换热器热计算等。它在社会生活中的应用是非常广泛的，在很多领域包括现代工业、农业、交通运输和国防建设等。虽然热机发展一百多年，已经非常完善，很多热力学理论已经在实践中得到了应用。但是在面对如今国际社会能源短缺、环境污染等问题中，推进热力学的研究，提高能源的利用效率是解决这些问题的一个关键。而热力学第一和第二定律是热力学基础，学好并掌握这些基本理论，才能更好地研究热能传递和转换的规律并把它转化成实际成果应用到社会生产生活之中。

1 热力学第一定律概述

热力学第一定律实质是能量守恒定律在热现象上的应用。能量守恒定律可以表示为：自然界的一切物质都具有能量，能量有多种不同的表现形式，可以从一种形式转化为另外一种形式，也可以从一个物体传递给另外的物体，在转化和传递过程能量保持不变。热力学第一定律则可以表述为：热可以变为功，功也可以变为热;当一定量的热消失时，必产生等量的功;消耗一定量的功时，必产生与之相应数量的热。表达式为： = +。热力学第一定律否认了能量的无中生有，正因为如此那种不需要任何动力和燃料就能持续做功的第一类永动机只能是幻想。

能量转换与守恒定律首先是从力学中以“活力守恒”的形式提出来的。系统吸热，内能应增加;外界对系统做功，内能也增加。若系统既吸热，外界又对系统做功，则内能增加等于这两者之和。热力学第一定律就是能量转化和守恒定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。著名物理学笛卡尔在1644年就提出了“运动守恒”的概念，随后德国数学家莱布尼兹引入了“活力”的概念，意大利物理学家伽利略研究斜面问题和摆的运动，斯蒂芬研究杠杆定理。伯努利的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律，1834年爱尔兰物理学家哈密顿《论动力学的普遍方法》，提出了哈密顿原理。至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容，为能量守恒定律的建立准备了条件。1841～1843年，德国科学家迈克尔和英文物理学家焦耳提出了热能与机械能相互转换的观点，为热力学第一定律的建立奠定了基础。

热力学第一定律的确立，突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种物质运动形式之间相互转换的可能性，说明运动形式相互转换的能力也是不灭的，是物质本身固有的。

2 热力学第二定律

热力学第一定律说明了热能是可以转换的，可以由热能转换成机械能，也可以由机械能转换成热能，而且能量不会消失。但是如果仅仅只是这样，那有很多现象是解释不了的。比如一辆小车给它一定动能，让它在路上行驶，走了一段路程后，由于小车和路面有摩擦，小车速度逐渐减小，最后停止。原来的动能全部转化为摩擦产生的热能，然而反过来，这些热能能还给小车，再重新让它动起来吗？再比如一个烧红了的锻件，放在空气中便会慢慢冷却。显然，热能从锻件散发到周围环境中了;周围环境获得的能量等于锻件放出的热量。反过来，这个已经冷却了的锻件能从周围环境中收回那部分散失的热量，重新赤热起来吗？这样的过程都不违反热力学第一定律。然而，经验告诉我们，这是不可能的。

所以在热能转换为机械能这一问题中，除了要遵循热力学第一定律，还要满足其它约束条件。这就是热力学第二定律的研究内容。热力学第二定律的实质就是指出了一切自然过程的不可逆性，也就是说自然界中的过程具有方向性。过程总是自发地朝着一定的方向进行。机械能总是自发地转变为热能;热量总是自发地从高温物体传向低温物体等等。这些自发过程的反向过程（称为非自发过程）是不会自发进行的。这种不可逆的过程可以用熵来描述。自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的。只有可逆过程，系统的熵保持不变。这就是熵增原理，这是热力学第二定律的其中一种表述方式。

在热力学第二定律告诉我们能量转化具有方向性。即机械能可以百分之百的转化为热能，但热能转化为机械能的效率不可能达到百分之百。那么热机的效率最高能达到多少呢？1824年，法国工程师卡诺提出了一种热效率最高的循环――卡诺循环。它包括两个等温过程和两个绝热过程。如果把高温热源的温度记为，低温热源的温度记为，通过热力学计算可以得到卡诺循环的热效率表达式 = /。当高温热源的温度足够高，而低温热源的温度足够低的时候，卡诺循环的热效率理论上可以无限的接近1，因此可以说卡诺循环的热效率最高。从中可以得出以下结论：（1）卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度，也就是工质吸热和放热时的温度;（2）增大，减少，可以提高卡诺循环的热效率;（3）卡诺循环的热效率只能小于1，不能可能等于1。因高温热源的温度不能等于无穷大，低温热源的温度也不可能等于零。这就表明热能不可能全部转变为机械能;（4）当 = 时，卡诺循环的热效率为零。这表明，在没有温差存在的热力系统中，热能不可能转变为机械能。或者说，单热源的热机，即第二类永动机是不可能造成的。

在卡诺定理的基础上，人们总结出了热力学第二定律的两种主要表述方式。克劳修斯说法：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文说法：不可能从单一热源取热使之完全变成有用功而不产生其它任何他影响。它们都说明了自发过程的不可逆性，可以证明这两种表述方式是等价的。那种设想把海洋或空气当作单一热源，从中吸收热量并完全转化为有用功的第二类永动机是不可能实现的。

热力学第二定律的意义实际已经远远超出了热机热效率的范畴，它指出了自然过程进行的方向性，说明了能量品质的高低。

3 结语

热力学第一定律和热力学第二定律是人们在日常社会生产实践中总结出来的普遍规律，它们被许多实验和具体实践证明是正确的。热力学第一定律和热力学第二定律的建立，奠定了工程热力学与传热学的理论基础，也彻底了永动机的幻想。大学生在学习热力学第一定律和热力学第二定律时应该理解它的内容，实质，掌握它的重点和难点。了解热力学第一定律和热力学第二定律的发展过程，要学会自我归纳总结，做到独立思考。教师应该把精力放在提高热力学第一定律和热力学第二定律的教学深度以及加强实践应用上。热力学第一定律和热力学第二定律是自然界的普遍法则，蕴含了大道理，验证了辩证唯物主义思想，所以教师应该把事物发展的科学道理在这一章充分展现出来。热力学第一定律和热力学第二定律是“工程热力学及传热学”课程的重要内容，也是理工科学生必须掌握的基本知识，因此对它们进行深入研究有利于提高课程的教学质量。相信对热力学第一定律和热力学第二定律的研究一定会推动社会的进一步发展。

基金项目：长沙理工大学教改课题项目

参考文献

[1] 李岳林，刘志强，武和全.工程热力学与传热学[M].北京：人民交通出版社，2013.

篇9

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0179-03

一、引言

学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题，物性数据的计算是本课程的重要内容，因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。从容易测量的性质推算如U、H、S等难测量的性质；从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据；等等。这些都有重要的理论与实际意义。

由经典热力学原理能方便地建立起不同性质之间的联系（即普遍化关系式），为实现不同性质之间的推算提供依据。但要推算出具体系统的性质数据，还必须引入反映系统特征的模型，如状态方程等。

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中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）27-0116-02

绪论课是指每门课程正式教学前的前言课或者简介课，是不可缺少的教学环节，主要内容包括：课程的教学目的、内容、要求、重点、学习方法和教学总体安排等。作为课程教学的第一节课，绪论课的教学好坏直接影响学生对整个课程学习的热情和动力。“工程热力学”是众多工程类专业的主要专业基础课，对学生研究能力和解决实际问题能力的培养十分重要，因此，其绪论课程的教学尤为重要。教师应力求在与学生的第一次交流中就使其明确学习“工程热力学”的原因、目的、内容和方法等几个重要问题，以激发学生进一步学习“工程热力学”及相关课程的兴趣。

一、绪论部分教学内容

“工程热力学”课程的绪论总共包括四个部分，即：热能的利用、热力学的发展简史、课程的研究对象和主要内容以及热力学的研究方法。

1.热能的利用。自然界中存在的能源主要有：风能、水能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等。在这些能源中，除风能和水能是以机械能的形式直接被利用外，其他各种能源只能直接或间接地（通过燃烧、核反应）提供热能。据统计，有85%～90%的能源是转换成热能后再加以利用的。热能利用的水平在一定程度上能够反映社会生产力的发展水平。热能的利用这部分一方面讲述了能源的定义、主要存在形式以及在人类生活各个方面的重要作用，另一方面讲述了能源中最常用的能源――热能的利用方式：通过各种类型的发动机及发电机，使燃料热能转变为机械能或者电能和热能的直接利用。

2.热力学的发展历史。人们对热的本质及热现象的认识，经历了一个漫长曲折的探索过程。在古代，人们就知道热与冷的差别，能够利用摩擦生热、燃烧、传热、爆炸等热现象来达到一定的目的。但在很长时间内，人们只看到了热的现象，认为热是一种没有形体的“热素”，物体得之则热，失之则冷。直到1850年，迈耶（Mayer）和焦耳（Joule）等人经过艰苦实践，才确立了热能之间的当量关系，也就是确认了热力学第一定律。1850―1851年间，克劳修斯（Clausius）和汤姆逊（Thomson）先后提出了关于热能和机械能在转换上存在着方向性问题，即热力学第二定律的基本观点。热力学第一定律、第二定律是从无数实践经验中总结出来的、公理性的定律，这两个定律的确立奠定了热力学的基础。热力学形成初期，主要是研究热机中热能和机械能的转换。后来，随着热力学本身的不断发展，除了指导热机的发展外，又被广泛应用到其他自然科学和生产部门中。热力学不但与热机、制冷、热泵、空气分离、空气调节等传统工程有关，还发展到宇宙航行、新能源探索等新技术领域中，并相应地发展了新的理论，形成了若干分支。工程热力学就是热力学的一个重要分支。

3.“工程热力学”课程的研究对象和主要内容。工程热力学是研究热能与机械能相互转换的一门学科。它的主要内容包括三部分：（1）介绍构成工程热力学理论基础的两个基本定律――热力学第一定律和热力学第二定律。（2）介绍常用工质的热力性质。（3）根据热力学的基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径。

4.热力学的研究方法。热力学的研究有两种途径：一是现象或经典热力学；二是统计热力学。经典热力学完全由宏观现象出发，以实践为基础来描述客观规律，把由大量分子组成的物质看成是连续均匀的整体，采用一些宏观物理量来描述物质所处的状况，并且根据两个基本定律，导出这些物理量之间的普遍关系，因此具有高度的普遍性和可靠性。经典热力学的结构比较简单，只要利用几个基本概念就能进行热力学定律的推演，而这些基本概念较为直观，易于理解，涉及的变量也少。统计热力学是研究热现象的微观理论，它从物质内部的微观结构出发，应用力学规律说明分子的运动，并用统计的方法说明大量分子紊乱运动的统计平均性质，因而它能够从物质内部的微观运动机理，更好地说明宏观热现象的物理实质。但它的分析过程较为复杂，不像宏观理论那样直观、简单，故主要用于理论研究工作。本科阶段的“工程热力学”课程主要采用宏观方法进行讨论。

二、绪论部分的教学应该解决的问题

1.明确学习目的，解决为什么要学的问题。“工程热力学”的特点是理论性强，概念多且抽象；公式推导多，应用条件复杂，学生感觉课程的内容繁多，难以抓住重点，容易陷入复杂的公式推导中，造成学习困难，从而产生厌学情绪。并且，现实情况中，有一部分学生只是为了考试而学习。对于必修课重视程度高，愿意花费精力学习，而对于选修课，则多以应付的态度草草了事。因此，绪论部分的教学就更加重要。绪论是“工程热力学”课程的第一节课，对于一门新的课程，学生一般都存在着一种好奇，如果能在第一节课将学生的这种好奇转变为兴趣，进而激发学生学习本门课程的动力，则意味着本门课程的教学已经成功了一半，在接下来的教学过程中也将会取到事半功倍的效果。

2.明确学习内容以及各内容之间的联系，解决学什么的问题。在现在的大学生中，普遍存在着这样一种疑惑――学习一门知识不知道到底该学习什么，又有什么用处，有些大学生甚至认为书本上学习的知识在工作以后完全用不到，久而久之便影响了学生学习理论知识的积极性。同时，部分学生在学习一个新的知识点的时候，往往只是孤立的学习，缺乏对知识点横向、纵向的延伸，没有形成一个完整的知识体系，这样又造成了学生记忆困难，导致学生失去了学习本门课程的兴趣。学习一门课程要在头脑中建立该课程的知识体系，梳理清楚各部分内容之间的相互关系。如果在绪论课上能帮助学生解决这个问题，那么学生在学习各个章节内容时目的性就会更加明确，更清楚为什么学习这部分内容，也就能较好的避免陷入公式推导和记忆中，避免只抓住个别的知识点而偏离了课程的主线。绪论课的内容丰富而分配的课时却不多，一般只有1～2个课时，学生也往往认为不属于课程主要考试内容不予重视。因此，教师要在设计教学内容上多下工夫，通过各种方法让学生学会自主查找相关知识。例如，热力学的任务是要让学生明白热能与机械能之间相互传递、转换的关系和规律，而在我们日常生活中的方方面面都存在着热能的利用，教师可以让学生自己举例说明我们生活中热能的利用。再例如，绪论的第二部分讲述的是热力学的发展历史，教师可以采用多媒体，用视频的形式向学生介绍历史，将枯燥的文字转换为生动的图片，一方面可以集中学生的注意力，提高学习兴趣；另一方面，也可以让学生的脑海中形成动态的图像记忆，将历史知识记得更加牢固。

三、绪论部分的教学方法

1.运用案例，理论结合实际。教师在课堂上多举一些日常生活及工业上运用工程热力学的例子，引导学生将枯燥的理论与实际的运用结合，学以致用，让学生明白学到的知识可以解释和解决许多实际中的问题，以增加课程对学生的吸引力。比如在讲授第一部分热能的利用时，就可以举例具体说明，或者让学生自己举例说明，引发学生之间的讨论。

2.“多管齐下”，图文并茂。通过图文并茂的多媒体技术，让学生通过多个感官同时接收信息，增强课堂的生动性和直观性，加深学生对所学知识的理解。比如绪论的第二部分热力学的发展简史，由于学生学习历史的热情普遍不高，认为历史只有枯燥的文字和难以记忆的年代，这部分的教学就可以通过多媒体将历史知识用视频的形式播放出来，既能让学生观看，增加趣味性，又将学生置身于那个年代，增强记忆性。此外，一些大型热工设备可以通过多媒体以图形展现，其热力过程以Flas展现。如此一来，汽轮机，内燃机、燃气轮机等设备的工作原理就能生动的表达出来，学生对这些机械的工作原理也就有了更加直观的认识。通过老师讲解、多媒体播放等教学手段多管齐下，学生能留下更加深刻的印象。

3.设置问题，激发讨论。读万卷书不如行万里路，学生在学习的过程中，通常会遇到老师讲的时候都会，自己想的时候就一片空白的状况。一味的听老师讲课，学生不学会自己思考，也只能是左耳进，右耳出。进行课堂讲授时，教师可以提出一个个与所讲内容相关的问题，这样不仅可以引起学生的注意，使其集中精力听课，而且可以激发学生主动思考、积极讨论，达到由此及彼、举一反三的目的，从而提高学生学习工程热力学的兴趣。

4.掌握特点，突出重点。绪论课的教学内容具有抽象性、简单性、枯燥性和浓缩性的特点。基于这些特点，教师在教学的过程中要注意积累经验，逐渐形成自己的一种教学体系，教学时懂得如何更好的突出内容重点和学习特点，避免学生出现不知道学习内容、分不清学习重点，全部内容一概而论的现象，引导学生明确什么该掌握、什么该了解，有目的、有方法的去学。

总之，要做好绪论课的教学工作，教师需要在清楚绪论课程教学基本内容的基础上，充分认识到它的重要性，注重教学的灵活性，不断地反复总结经验，进行教学实践，完善绪论教学。

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中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.059

近年来，我国参照有关《华盛顿协议》成员国的做法，开展了面向我国本科教育专业进行工程教育专业认证工作。“卓越工程师教育培养计划”旨在全面提高我国工程人才培养质量，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质各类型工程技术人才。我校的化学工艺专业于1998年获原化工部高等学校重点学科，同年获得硕士学位授予权。2004获湖北省教育厅“有突出成就创新学科”，2006年为湖北省第四批立项建设的拟增列二级学科博士学位点。化工热力学课程在化工类人才培养中起着承前启后的作用，是基础课和专业课之间不可缺少的“桥梁与纽带”。同时，化工热力学又是应用性很强的课程，它的内容是后续分离工程、化学反应工程等课程的重要基础，其核心任务在于培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生将热力学基本原理应用于化工技术领域能力的目的。为更好地推进“卓越工程师教育培养计划”，仅仅将书本中的知识讲解给学生是远远不够的。化工热力学课程教学改革需要在激发学生兴趣的基础上将理论知识和实际运用结合，公式概念和现代化设计软件结合，根据自己学校本身化工专业的特色和优势，开展相应的化工热力学教学工作。本课题将以我校化工与制药学院化学工程与工艺专业的本科生为研究对象，围绕我校化工专业认证与卓越工程师培养背景下化工热力学课程教学中贯彻工程实践能力培养的教学方法改革与实践，提出一些建议和思考。

1 加强师资队伍建设，提升整体素质

事业要发展，关键在人才，基础在教育。基础教学工作需要强大的师资力量作为后盾，只有完善的教学系统，才能定制出一套帮助学生学习的好方法。化工热力学是化学工程的基础学科，具有很强的理论性和应用性，书中有大量的公式和定律，不乏较多的难点，这些对教师如何很好地提升教学效果，让学生听得懂，用得到，有很大的挑战。目前，学院一些教师对书本上的理论知识熟悉，但工程经验以及理论教学和实际运用之间的相互转换相对薄弱，这让学生在学习的过程中或因理论知识过于枯燥而影响学习积极性，这不仅阻碍了教学效果，也不利于适应经济社会发展需要的高质量人才的培养。针对这些问题，学校应该采取措施，建设一支以“卓越计划”为根本的高水平的师资队伍。（1）注重优秀教师的引进，优先聘请既有化工生产实践经历，又懂得化工热力学基础教学的优秀老师；（2）学院要加大校企合作力度，让老师有更多的机会深入实践，在实践中切实感受理论与实际生产之间的差别和联系，在以后的教学工作中能更好、更全面地将化工热力学中的理论知识与工程实践结合起来。（3）教师之间定期开展教学工作会议，反馈近期教学中遇到的问题，对那些教学过程中学生普遍存在的疑问和教学难点要集中讨论，给出解决方案，动态教学提升教学质量。（4）学校应与其他院校建立学科教学网络，共享教学成果与心得，从中汲取好的教学方法和新的教学思维，提升学科的教学质量。

2 优化课本内容，重视化工热力学课程学习的应用性

“理论与实际结合，原理与应用并重”应该是化工热力学教学内容的优先考虑条件。化工专业认证和卓越工程师培养背景下化工热力学课程的教学应该旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，课程的教学既要有专业性，又要有社会实用性。对于化工热力学书本内容上的教学提出以下几点建议。（1）根据专业认证与卓越工程师培养的要求，根据学校教学计划的调整，课时的缩减，重构符合工程认证与卓越工程师培养计划的化工热力学课程教学内容体系；（2）根据化工热力学基本概念多、公式多、推导多，难点多的特点，重视化工热力学学习内容的联系性，例如从流体的P-V-T关系及热力学性质出发，到流体的相平衡和化学反应平衡，最后与传质、分离，反应工程相联系，将基础内容联系起来，对于复杂问题的解决很有帮助；（3）提出“从生活中来到生产中去”教改思路，启发学生在日常生活中用热力学的原理去分析问题。比如冰箱的工作原理与空调是否相同？打开冰箱门能起到降温的效果吗？通过这些生活例子引入讲解制冷循环与热泵循环的原理，可以使学生的理解和掌握这类循环的应用；（4）收集化工生产中化工热力学的应用实例，在教学中注意与工程实践相结合，以生动的例子来讲解热力学原理的应用。如“液化气成分的选择”、“以压缩天然气为燃料的出租车的里程问题”以及“低温热管降服青藏铁路冻土‘多动症’”、“化工热力学与遏制全球变暖的关系”等科学前沿成果等这些与教材和生活紧密结合的化工生产实例都可以运用到化工热力学的教学中。

3 加强现代化软件的应用

当前，计算机技术已经广泛应用到化工科研，设计和生产等各个领域，大部分工程设计和实验研究都需要借助强大的化工软件。热力学性质计算和化工过程模拟分析都可以借助化工软件来实现。在化工热力学课程教学的过程中，应该加强现代化软件的应用，将专业知识和计算机软件应用相结合，让学生能运用已学的现代化化工软件来解决课本和生活中的实际问题，模拟和分析简单的化工过程。对于流体P-V-T的教学时，可以引入Math-ematica软件求解立方型状态方程的根，也可以采用Newton-Raphson迭代法数值求解。讲解相平衡时，将工程上常用的Aspen Plus软件引入到气液相平衡计算中，模拟精馏分离甲醇-水混合物的过程。对于数据计算类，包括实验数据处理、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计计算和经济评价等，可以运用Matlab，Visual Basic等常用软件。现代化工软件的学习不仅可以培养学生的学习兴趣提升综合实力，也为后续的化工分离工程等学科的学习打下基础，增强了工程意识，适应了化工专业认证与卓越工程师培养的要求。

4 将教学与本校专业特色建设相结合

学校专业特色建设是提高办学质量的关键所在。近十多年来，高校超常发展带来一个负面化问题是同质化严重，学校特色淡化。我校的特色学科化学工程与技术为地区经济提供了巨大的帮助，是中南地区唯一培养化工矿山相关专业人才的本科院校，在磷资源开发利用方面，学术水平居于全国领先地位。湖北省磷化工中心就设在学校。除了在磷资源开发方面，石油炼制，精细化工等都是学校的特色专业。学校在化工方面有自己的特色和发展，化工热力学也是大化工方向的基础课程，可以将本课程的学习与学校化工特色专业相结合，这样既有先进的思想做指导又可以为我校特色专业的发展培育人才，为国家走新型工业化发展道路，建设创新型国家和人才强国战略服务，符合卓业工程师教育培养计划的初衷。学校的超临界流体萃取新技术可以运用化工热力学中的气液平衡和气固平衡来解释，书本上所介绍的直接式热泵精馏、间接式热泵精馏、闪蒸再沸式热泵精馏、蒸汽喷气式热泵精馏和吸收式热泵精馏过程，如果是仅仅依赖教师课堂上的讲授，学生只能简单地了解这些技术，讲到这些技术时可以将学生带到学校的精细化工中试车间，让学生直观地感受这些工程技术，然后辅助热力学上的知识讲解，可以让学生更好地掌握这些知识。利用学校化工特色专业现有的资源，开展更多这样生产实践活动，对化工热力学的教学工作有很大帮助。

5 结语

针对化工热力学课程的教学，国内许多高等学校都进行了一些富有意义的探索，如开展化工热力学精品课程建设、双语教学研究等方面的尝试。但迄今为止，基于化学工艺专业认证背景，结合卓越工程师培养的化工热力学课程工程实践教学的探讨，还亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技术和制造行业，化工热力学课程的教学需要更为科学、深度的改革。始终本着以培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量为目的，深化对化工热力学课程教学的改革。

*通讯作者：金士威

武汉工程大学教学研究项目（X2013010）资助

参考文献

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[3] 刘英杰，杨基和，徐淑玲.基于卓越工程师的化工工程设计课程改革及实践[J].化工高等教育，2014（2）：52-55.

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中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0237-02

作为一门专业基础课程，《工程热力学》是很多工科专业学生最早接触的专业基础课，一般在大二学年开设，能否学好这门课程不但直接影响到后续专业课的学习效果，更重要的是关系到学生对上好专业课的兴趣和信心。《工程热力学》内容较多而且理论性、逻辑性较强，概念较多而且抽象难理解，公式较多而且使用条件复杂，所以被很多教师和学生认为是一门难教难学的课程，尤其是刚接触该课程时，不容易入门，对学生学好这门课程的热情和信心有很大影响。

一、工程热力学绪论课的重要性

作为课程教学的第一课，绪论对于《工程热力学》课程来说显得尤为重要，主要表现在以下四个方面：（1）绪论课要帮助学生认识《工程热力学》课程的重要性。（2）绪论课是激发学生学习热情的第一把火，要激发学生对新课程的向往，调动学生的学习热情，使学生产生学习的动力，从而主动去学习。（3）古人云：“授之以鱼不如授之以渔”，绪论课要教会学生学习的方法。（4）绪论课是树立教师形象的最佳时机，教师要充分利用好绪论课，树立好教师的威信和地位，给学生留下良好的第一印象。

二、工程热力学绪论课教学方案

1.以节能作为切入点，使学生明确课程的重要性与学习目的。《工程热力学》的研究目的最终可归结为节能。节能减排是近年来我国的基本国策，以节能作为切入点，介绍当前面临的能源问题，说明热能在能源利用中的重要作用，进而说明提高能量利用率是节能的一种途径。当前，我国经济快速发展，但能源浪费巨大，为实现经济的可持续发展，节能工作大有可为，而《工程热力学》主要研究提高转化效率的途径，显然，《工程热力学》为节能提供了理论基础，强调学习本课程对解决能源问题所具有的意义，这样使学生明确了课程的重要性及学习目的，同时使学生建立起强烈的责任感和求知欲望。

2.运用案例教学法，理论联系实际，增强理性认识。多举工业及生活中的工程应用实例，让学生从感性上升到理性，学以致用，让学生明白学到的知识可以解释和解决许多实际中的问题，这样才对学生有吸引力。比如讲述热能的重要作用时，可以将火力发电、煤层气发电、汽轮机、内燃机、燃气轮机等作为案例，这些都是平时常见且与我们息息相关的事物，学生对它们比较关注而且有很大的好奇心，通过讲解这些热力装置的工作原理，不仅可加深学生对基础知识的理解，还可提高学生学习的兴趣和积极性，增强课程对学生的吸引力。

3.合理设置问题，启发学生思考，增加与学生的互动。根据所要讲授的内容，可以适当增加一些难度适中的学科领域的热、难点问题，或者把要讲的内容概括成几个问题，通过向学生提问，启发学生思考。学生通过思考得出结论，在真正理解的基础上掌握教学内容，主动参与教学活动，增强学习的质量与效果，同时培养其思维能力。例如在解释“热力学”中的“热”时，可以提出“热能与热量的区别与联系”这一问题让学生思考，接着可以补充说明物理上“做功与机械能关系”与热力学中“热能与热量关系”是相同的，这样引导学生利用旧的、已知的知识去探求对他们而言是新的、未知的知识，鼓励他们用新的方法、新的思路去获取这些知识，创造性地解决问题，可以培养他们独立思考的能力和创新能力。

4.采用多种教学手段，吸引学生注意力，激发学习兴趣。通过图文并茂的多媒体技术，可以使视觉和听觉同时发挥作用，增强直观性，有利于学生认知能力的开发和对教学内容的理解。比如通过视频或幻灯片播放人类的用能历史和自然界中常见的能量转化与转移现象，这些现象人们往往习以为常，熟视无睹，但其中包含着科学真理。如果我们结合教学内容，利用这些贴近学生生活的现象导入新课，就可以激发学生的学习兴趣。为弥补学生实践的不足，可以将一些大型的热工设备通过多媒体用图形表现出来，其热力过程用Flas表现出来。比如汽轮机、内燃机、燃气轮机、压缩机等，可以将实物图片和原理图同时展示出来，能让学生身临其境，如同看到实物一样。比如火力发电、内燃机、燃气轮机等，可以用Flas将其工作过程演示出来，使抽象的概念变得形象生动，易于理解。综合运用上述表现方法使得课堂讲授直观形象，新颖生动，能够直接作用于学生的多种感官，激发学生的学习兴趣。

5.结合热动力装置的工作原理引出主要内容，使学生明确课程的结构框架。绪论课既要说明课程的研究内容及其条理性，同时还应该讲明各部分内容之间的逻辑关系。在条理性的基础上进一步强调各部分之间的逻辑关联，学生能够从整体上把握知识，从而避免平铺直叙，使学习效果达到知识点由点及线到面的程度。例如：通过讲解热动力装置（如火力发电、内燃机、燃气轮机等）的工作过程及原理，使学生明确实现连续工作需要的条件有四个：热源与冷源、工质、膨胀做功、循环，这四个条件也就是热力学的主要内容。接着详细讲解这四个条件涉及到的相关内容，结合课程目录可以引出热力学的主要内容及其知识框架，这样能够使学生对热力学的知识框架和条理脉络有个清晰的认识，确保他们在学习之前就对这门课有一个整体的把握。

总之，绪论课在《工程热力学》教学中具有特殊的教学地位和重要意义，教师必须充分认识上好绪论课的重要性，认真研究和分析绪论课的教学特点和方法，上好绪论课。如何把绪论讲好是一个很复杂的问题，需要教师在授课内容、授课方式、授课方法上不断进行改革和创新，让学生不仅建立起基本的工程热力学概念，掌握工程热力学的基本理论体系以及工程热力学的思维方式，同时能激发学生学习本门及相关课程的兴趣和信心，从而使教学能够顺利开展并达到预期的效果。

参考文献：

[1]廉乐明，谭羽飞，吴家正，等.工程热力学（第五版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]张文慧，吴学红.利用绪论课激发学习工程热力学的兴趣[J].科技信息，2009，（29）：215.