“工程热力学”课程改革的探索与实践

摘要：作为工科学生素质和能力培养的一门课程，热工课程的改革是一个长期的系统工程。

就“工程热力学”课程教学从课程定位、教学理念、团队建设、教学方法、实践教学以及课程评价等方面进行了深入的探索与实践。

关键词：工程热力学；课程改革；探索与实践作者简介：尤彦彦（1976-），女，河北石家庄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师；刘永启（1963-），男，山东枣庄人，山东理工大学交通与车辆工程学院，教授。

（山东淄博 255049）基金项目：本文系山东理工大学专业核心课程建设项目（项目编号：4003-111087）、2013年“课堂教学卓越计划”项目的研究成果。

中图分类号：g642.0 文献标识码：a 文章编号：1007-0079（2014）03-0080-03随着我国经济和科学技术的不断发展，热工课程的教学正从单纯地为专业课服务转变为工科学生素质、能力培养的一个重要组成部分。

[1，2]“工程热力学”是山东理工大学（以下简称“我校”）能源与动力工程专业、机械类创新实验班、机制自动化卓越班、农机能源方向的一门专业基础课，同时也是学生最早接触的一门专业基础课，在整个的知识获取中起着承前启后的作用。

由于其理论性强，内容抽象，又具有很强的工程应用背景，恰好该时期学生既缺少专业基础又缺乏工程实践，学习难度大大增加。

[3]于是笔者就“工程热力学”教学从教学定位、教学理念、团队建设、教学方法、实践教学以及课程评价体系等方面进行了深入而有益的探索，依托课程教学全方位培养学生的素质和能力。

一、先进的教学理念、优秀的教学团队“工程热力学”课程教学以培养学生的科学素养和科学思维方式，提高分析和解决问题的能力为理念，以课堂教学为主阵地，稳抓课堂，秉承“学生主体、教师主导”的原则，突出学生在教学中的重要地位，重视与学生的交流与互动，充分发挥学生的主观能动性和创造性，[4，5]通过“工程热力学”教学努力将学生培养成为素质高、能力强的符合社会发展的优秀人才。

先进理念的贯彻离不开优秀的教学团队，团队同时又是课程建设持续发展和课程不断向工科各专业扩大的保证和基础。

[6]我校“工程热力学”教学团队是一支学历层次高、教学水平良好、责任心强和年龄结构合理的团队。

团队注重学习，重视青年教师的培养，坚持教研相长，有计划地派青年教师到国内外进修，下企业锻炼，严格执行青年教师导师制和团队定期研讨制。

另外教改以来，团队成员承担了大量的纵、横向课题和教研课题，并能做到将鲜活的科研实例恰当引入到课堂教学中，为课程体系建设提供了“源头活水”，大大提高了学生的学习兴趣，且每年都有不少优秀的本科生加入到团队中来。

短短六年间，我校的“工程热力学”课程已由原来的能源与动力工程一个专业扩大到如今的四个专业。

今年又正式列为了全校大机类平台课，涉及的专业必将越来越多，团队传承教改经验，深化教学改革的作用也就越显重要。

二、多元化的教学方式，开放的实践环节为了实现课程的教学目的，培养有素质、能力强的能源动力人才，“工程热力学”采用多元化的教学方式，主要体现在以下几个方面：1.主线式教学[7]针对课程概念多且活，内容多，公式多，既重理论又具有较强实践性的特点，“工程热力学”采用主线式教学。

整个教学内容围绕热能和机械能相互转换规律以及如何提高转化效率这一主线展开，先介绍相关的概念，介绍能量转换所必须遵循的两大定律，再介绍能量转换所依靠的媒介物质，也就是工质的性质及状态变化过程。

因为工质的性质及其状态变化过程会直接影响到能量转换效果，最后介绍能够将热能和机械能持续不断转换的几种热力循环，即热力学应用部分，这样一来内容更具条理性。

另外学生也只有把握好学科主线才能够站在学科高度上看待具体问题，从整体上把握课程内容，有利于培养科学的学习方法。

2.突出学科发展的教学内容，不可忽视的课程参考书“工程热力学”同时也是一门不断发展的理论科学，是节能的理论基础。

所涉及的前沿领域广阔，目前应用范围越来越广泛，也越来越普遍，为了突出学科发展，课程将ex（可用能）的相关内容，像热量ex、冷量ex、系统ex、ex平衡和ex效率等补充进来，将合理用能和能量综合利用的理念及实例补充进来，像燃气-蒸汽联合循环、热电冷三联产、余热利用、新能源发电技术、新型环保制冷剂、新型热泵技术等节能项目。

力争通过课程的学习使学生理解节能的实质是节约可用能的问题，将能量有数量和品质之分的性质作为学生应具备的科学素质去要求。

另外“工程热力学”作为工科各专业尤其是能源动力类专业的一门重要的技术基础课，教材以外的几本参考书是必不可少的，包括教师在内对于教材也不能太过迷信。

参考书各有特点，有的分析问题的方法独特，对定理定律的把握更精准，批判性的逻辑思维更突出；有的对典型问题的阐述更系统，有的则关于能源与环境、气候变化及能源有效利用的非传统经典内容阐述比较多，有助于创新性思维和学习兴趣的培养。

比如清华朱明善老师编著的热力学中运用构建大系统（孤立系）的方法分析ex，u和ex，h，就“热寂说”推出热力学第二定律的应用范畴；[8]哈工大严家禄老师编著的热力学中较系统地阐述像充放气问题、定容混合和流动混合等典型问题；美国yunus a.cengel教授和michael boles教授合著的《thermodynamics：an engineering approach）一书则关于能源与环境、气候变化及能源有效利用内容阐述较多。

[9]因此鼓励大家至少要看两本参考书，当然也可通过众多精品课程的网站去学习，学习知识、学习方法、形成素质，更好地把握课程的同时能够把方法用于实践及其他课程中去，提高获取知识的效率。

3.重视知识的发现，强调思路与方法无论什么学科，学生对知识发现过程的了解更有利于培养他们的科学素养，为此把热力学史的部分内容融入到了课程教学中。

特别是针对一些重要定理定律的形成，有哪些人分别在什么时间做了哪些重要的贡献，思想的灵感渊源何在，同时又存在哪些局限性。

一方面使学生认识到热力学一个定理定律的产生或整个学科的形成，不仅仅是哪个科学家的贡献，而是由许多国家的一些科学家各自从不同的方面做出了贡献，而最终完成了一项国际性的成果。

比如热力学第一定律，是由迈尔、焦耳、赫尔姆霍兹、朗肯、开尔文等多人共同努力的结果。

他们有的侧重理论，有的侧重实验，有的则在概念概括和表达方面做出了相应贡献。

另一方面使学生认识到科学的头脑非常重要，比如卡诺循环提出的背景、卡诺定理的错误证明，以及整个热机发展过程等等，这些都会激发学生很大的学习兴趣，同时使学生从根本上弄清学科发展的科学背景。

另外课程的讲授还特别重视思路和方法的培养。

课堂教学中有意识地引导学生关注研究人员是如何处理和解决问题的。

例如：讲解对比态原理时，启发学生在研究中可以采用无量纲的研究方法避开一些复杂因素；讲解动力循环各因素对热效率影响规律时提醒学生，此方法也是科研人员常用到的一种研究方法等。

这样，学生不仅学到了内容，还学会了科学的研究方法，为以后从事相关工作打下良好的基础。

4.合理的教学手段随着信息技术的飞速发展，多媒体在课堂教学中的应用越来越普遍。

但是无论如何，它也与粉笔、黑板一样只是一种教学辅助工具。

教学中教师的主导地位永远不可变更，况且传统的黑板、粉笔始终使人处于一种积极和放松的状态，有利于思考和联想。

同时通过传统的教学还可将教师与学生情感的交流发挥到极致，教师榜样的力量得到很好的传承。

故尤其是要从思想上鼓励青年老师千万克服对多媒体的依赖，充分吸收各种教学媒体的优点，努力做到扬长避短，多方面照顾学生这个主体的情绪。

既要充分发挥多媒体直观形象的特点，又要避免节奏太快致使学生被动接受，还要用好板书在归纳整理、理清思路和提问讨论方面的妙处。

另外，还要根据课程特点针对不同教学内容恰当选择教学手段，像绪论、热力学应用中各种循环的讲解、专题拓展内容等尤其需要用到多媒体进行形象演示，而基本热力过程的讲解，采用板书则更合理一些。

因各过程研究步骤完全一致，板书方便对比，且板书可做到各过程并行展开，这样尽管公式多，学生反而感觉思路清晰，基本没什么难度，而如果用多媒体，但就分屏显示这一点也常会把内容搞得极凌乱，更别说翻页不留痕了。

另外对于此类内容，还可以采取部分讲解部分自学的方式，留下部分问题学生自己去解决，既参与了教学又锻炼了自学能力。

5.网络教学平台的应用历经几年建设，“工程热力学”网络教学平台也日趋完善，资源齐备且更新及时。

通过网络教学平台学生可以事先了解课程的教学大纲、实验大纲、授课计划、课程描述、使用教材以及对这门课程的教学要求、考核方式、成绩评定等。

教学过程中还可以通过网络教学平台反馈教学有关的信息，同时又是一个很好的互动平台。

平台齐备的教学资源像教学课件、实验指导书、虚拟实验、重点难点解析、考研题库等方便学生下载自学、预习、复习和随堂做笔记等。

网络教学平台的运用使学生在教学过程中掌握了很大的主动权，上课自然也是有备而来，学生的主体地位得到了很好的体现，提高了主动性，同时也创造了较好的自学环境。

6.锻炼能力的小论文为了使学生真正掌握热力学的分析方法，培养解决实际问题的能力，“工程热力学”课程增加了小论文环节，要求学生结合给定的题目或自行选定的主题，从调研查资料入手，利用所学知识综合考虑实际问题，进行可行性分析、设计计算、结果讨论等，最终形成小论文。

比如针对太阳能发电、地热利用、地源水源热泵的热力学分析、沼气增压发动机的热力学分析、中低温热源的热电冷三联供分析、可再生能源利用现状调研、日常生活节能方案等等，内容丰富多样。

另外，小论文完成之后还设计了答辩环节，学生自愿参加，主要运用ppt进行论文汇报。

从开始查阅文献到最后答辩结束，整个过程都大大调动了学生学习的主动性和学习热情，在巩固所学知识的基础上，充分发挥了学生的创新能力。

记得09级有名同学，由于自家小区正好用的是水源热泵，因此特别感兴趣，论文和答辩都完成得相当出色。

如此小论文环节实施三年来教学效果明显，大大调动了学生的积极性。

然而针对个别少学时的专业，课程小论文的要求会灵活一些，比如对于32学时的“工程热力学”，要求学生至少弄明白一篇热力学分析的相关文献，或者写综述性的能源利用形势、日常生活节能方案小报告等，效果也非常好。

7.开放的实践环节及有效的考评机制实践教学在加强学生对理论知识理解，提高学生实践能力的作用方面越来越受到重视。

随着教改的进行“工程热力学”的实验学时也在不断加大，实验项目相应增加，我校“工程热力学”一共可开出6个实验项目，其中2个综合性实验项目，4个验证性实验项目。

3个必做，3个选做，累计8学时。

为了弥补实验场地和人均实验资源的不足，努力创建开放性的实践教学环境，团队教师利用大学生研究与创新（srit）计划组织本专业高年级创新实验小组历经两年时间开发了与实际实验项目相匹配的6个“工程热力学”虚拟实验台。