“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