《工程热力学》课程建设初步探讨
时间：2022-11-14 来源：博通范文网 本文已影响 人 
摘要：针对工程热力学内容面广量大、概念抽象难懂的特点，以专业特点和培养目标为基础，从师资队伍建设、教材选择、教学内容和教学手段选择、实验教学等方面对工程热力学课程建设进行初步的探讨；希望该探讨能对工程热力学课程建设提供帮助。
工程热力学是研究热能与机械能之间相互转换规律的一门学科[1]。它不仅是热能动力工程的专业基础课，而且还是油气储运工程、建筑环境与设备工程、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程等4个专业的专业基础课程。这些专业对工程热力学课程需求的侧重点不同，课程学时差别大。经过几次专业调整，现热能动力工程和建筑环境与设备工程的工程热力学课时为56学时，油气储运工程的热力学课时为48学时，过程装备与控制工程和材料成型及控制工程的热力学课时为32学时。如何在有限的课时内开展“工程热力学”的教学，并达到应有的教学效果是个值得考虑的问题。课程建设是提高教学质量的重要手段。课程建设一般包括有师资队伍建设、教材的选择、教学内容和教学手段选择、实验教学等方面的内容。以下对上述内容进行初步探讨，提高工程热力学的课程建设水平。
一、师资队伍建设
教师是完成教学的根本，因此建立一支稳定、有较高教学和学术水平的教师队伍是课程建设的关键。针对青年教师较多的实际情况，充分发挥骨干教师和具有丰富教学经验老教师的“传、帮、带”作用，让青年教师和老教师“师徒结对”。为了让“师徒”间的交流落到实处，学院专门出台了相关文件，对“师傅”和“徒弟”进行双向考核，促进青年教师的成长，提高他们的业务水平。在青年教师正式走上讲台前，还需要过“试讲关”。通过老教师和同行听课，对青年教师进行现场指导，进一步促进他们的成长。通过这些措施的实行，目前工程热力学教学团队共有5名成员，其中教授1人，副教授2人，讲师2人，成员中具有硕士学位的教师占100%，博士学位的教师占80%。教学团队所上的工程热力学课程受到同行和学生的一致好评。
二、教材的选择
工程热力学作为一门历史悠久的能源动力类专业基础课，教材的选择面较宽。目前可选用的教材有面向“二十一世纪”系列课程教材、“十一五”国家级规划教材等。面对众多的教材，如何选用适合教学对象的教材，是课程建设的重要内容。经过几十年的发展，目前可选用的教材有沈维道等人编写的《工程热力学》（第四版）“十一五”国家规划教材，曾丹苓等人编写的面向21世纪《工程热力学》课程教材、陶文铨等人编写的《工程热力学》面向21世纪课程教材、廉乐明等人编写《工程热力学》“十一五”国家规划教材、、鄂加强编写的《工程热力学》21世纪高等学校精品规划教材等。由于各种教材的侧重点不同，因此要根据各专业的不同的培养目标，选择适合学习对象的教材。热能动力工程和油气储运工程属于能源动力类专业，根据其培养目标，选择了沈维道等人编写的《工程热力学》作为其授课教材。建筑环境与设备工程属于土木与建筑学科，选择了中国建筑工业出版社出版、廉乐明等人编写的《工程热力学》作为教学用书。过程装备与控制工程和材料成型及控制工程专业属于机械类，选择了陶文铨等人编写的《工程热力学》作为其教学用书。
三、教学内容与教学手段
1.教学内容。确定好教材后，教学内容的选择成为课程建设的重要内容。根据各个专业特点，在保证教学内容基本完整的前提下，还需要对教学内容进行简化和补充。工程热力学内容可以分为两大部分。一部分是基本理论和基本概念，包括热力过程和热力参数，还有一部分是与实际相联系的综合应用。热能与动力工程的相当一部分学生毕业以后从事有关内燃机、燃气轮机的工作，还有部分学生在火力发电厂工作。因此在教学中要加强气体与蒸汽的流动、压气机的热力过程、气体动力循环和蒸汽动力循环等部分的教学，而对制冷循环、湿空气等内容可适当简化。但对于建筑环境与设备工程的学生情况就不同了，该专业毕业的学生大部分从事采暖、通风、制冷和空气调节等方面的工作，在教学中要加强制冷循环、湿空气及气体流动等部分的教学，而对于动力循环的内容可作适当简化。
2.教学手段。工程热力学是一个有机的整体，在工程热力学的教学过程中要抓住热力学第一定律和第二定律这两条主线，把它们贯彻到实际应用中去。（1）在教学中，要采用“启发式”的教学手段。启发式提问，重在“善诱”，贵在启发学生心志，培养其思维，既不能“一语道破天机”，也不能让人“望尘莫及”，所以还要讲究合理设问[2]。如热力学第二定律的开尔文说法和理想气体定温膨胀的区别，还有“耗散掉的功”和“做功能力损失”这两个概念的区别。引导学生综合利用所学的概念和原理，对所提问题展开思辨。所提问题既不过于简单，也不太难，给予学生一点思考的空间。另外，再如：“定熵过程和可逆绝热过程是否等价呢？”在实际教学中笔者发现有相当一部分的同学认为两者等价，即定熵一定是可逆绝热，可逆绝热也一定为定熵。事实上，定熵和可逆绝热这两个概念并不等价。可逆绝热一定为定熵，这个说法是正确的。因为绝热意味着系统与外界的换热量为零，可逆过程保证能取等号，那么把绝热过程的带入等式可得熵变为零，即等熵过程。但定熵一定是可逆绝热这个说法是错误的，闭口系统熵方程中熵变主要由两个因素决定，其一为熵流，它与系统是否吸、放热有关，热力学中规定吸热熵流为正，放热熵流为负，绝热熵流为零。其二为熵产，熵产是由于不可逆过程中，由于耗散效应把一部分机械能耗散成为热，该热又被工质吸收，引起熵的增加。因此，熵产是非负的。当过程是可逆时，熵产取为零。只要系统放热，使熵产正好和负的熵流相加为零，就可以是等熵过程，但由于有熵产，因此不是可逆绝热过程。在提出问题后，让学生讨论，教师最后作总结，给出正确答案。（2）工程热力学中概念相当多，也比较抽象，还可以利用对比启发式的教学手段。以内燃机、燃气轮机和蒸汽动力装置为例，尽管它们构造不同，工作特性不同，但吸热、膨胀做功、排热对任何一种热能动力装置都是共同的，也是本质性的，这样就透过现象抓住了本质性的东西。还有“功”的比较。工程热力学中有体积变化功，技术功，内部功，流动功、推动功等。通过对比，不仅使教学由纵向向横向展开而纵横交错，还可增强教学的关联性和生动性。如熵增原理与孤立系统的熵增原理比较。熵增原理的知名度很高，但是要注意，热力学中熵不一定是增加的。在一个闭口系统中，总熵变为熵流加熵产。系统只要向外界多放热，使得负熵流大于熵产，那么这时总熵变就是负的，熵变小了。只有加上的定语“孤立系统”，熵才是增加的，孤立系统中系统与外界的换热量为零，也即熵流为零，熵产非负，当然总熵不可能变小。熵增原理和孤立系统的熵增原理是不相同的，故条件“孤立系统”非常重要。再如，把准静态过程和可逆过程这两个概念进行对比，它们的区别是什么？首先定义不同，准静态过程是一系列平衡态所组成的过程，而可逆过程是如果系统完成某一热力过程后，再沿原路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化的过程。其次，要求条件不同，可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和热平衡，且不存在任何耗散损失，在过程中没有任何能量的不可逆损失；静准态过程的条件仅限于系统内部的力平衡和热平衡，在进行中系统与外界可以有不平衡势差，也可能有耗散效应的发生，只要系统内部能及时恢复平衡，其状态变化还是准静态的。再次，可逆过程是针对过程中所引起的外部效果而言的，准静态过程是针对系统内部状态变化而言的，因此可逆过程一定是准静态过程，而准静态过程不一定是可逆过程。实际过程总是在温差、压差作用下变化的，实际过程是偏离可逆过程的准静态过程。学生对概念必须全面理解，切不可断章取义，一知半解。（3）开展以“网络课堂”为补充的教学手段。由于学生个体的学习能力存在差异，部分“尖子生”希望老师的教学内容再深入一些，而部分基础较差的学生希望把基本内容再复习、巩固。利用网络课堂，不仅可以很好地兼顾各类学生的需要，而且可以在网络上跟老师进行交流。利用网络课堂可以方便地进行网上答疑，网上讨论。如“经过一不可逆循环后，熵变大还是变小？”，这个问题许多学生搞不清楚。教师在网上答疑时，要讲清楚两点：其一，循环的概念；其二，熵是状态参数。通过网上讲解，网络课堂架起了学生和老师沟通的“桥梁”。
四、实验教学
实验教学是课程建设的重要组成部分，是课堂教学的应用、补充和实践，同时它还有助于提高学生的动手能力。工程热力学课程有“二氧化碳P-V-T关系测定”和“气流通过喷管的实验”两个实验。通过实验，学生不仅锻炼了动手能力，而且加深理解了课堂所学知识。同时还建立了开放实验室。实验室对学生完全开放，学生可以在实验室做课程中规定的实验，也可以根据自己的想法去实施自己感兴趣的实验。
工程热力学课程建设是一项综合性工程，需要持之以恒，不断探索。它涉及到师资队伍建设、教材的选择、教学内容和教学手段的选择、实验教学等方方面面。对于不同的专业，工程热力学教学的侧重点不同。我们将始终以提高教学质量为目标，把握好课程特点，进行针对性的探索，以期望把工程热力学的课程建设提高到更高水平。
参考文献：
[1]沈维道，童鈞耕.工程热力学[M].第四版.北京：高等教育出版社，2007.
[2]刘鸿.工程热力学课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2015，6（23）：90-91.
