劉青榮 裘薇 段芮 張濤 朱群志

摘要：本文梳理了工程熱力學(xué)在電力行業(yè)類(lèi)高校的教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，結(jié)合課程的理論體系、教學(xué)目的和教學(xué)要求，提出了切實(shí)可行的教學(xué)應(yīng)對(duì)措施，并將其應(yīng)用在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，從而為提高教學(xué)質(zhì)量提供保障。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè)類(lèi)高校;工程熱力學(xué);教學(xué)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）42-0182-02

工程熱力學(xué)是研究能量轉(zhuǎn)換，特別是熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律和方法，以及提高能量轉(zhuǎn)化效率途徑的一門(mén)課程[1]。在基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課的培養(yǎng)體系中處于承上啟下地位。然而工程熱力學(xué)是一門(mén)邏輯性強(qiáng)，理論和概念多，內(nèi)容交叉滲透，且概念非常抽象深?yuàn)W的課程，會(huì)造成老師不易教、學(xué)生不易學(xué)，不易學(xué)深和學(xué)透的普遍現(xiàn)象。

上海電力學(xué)院是一所電力行業(yè)類(lèi)高校。本校能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)基本都是面向發(fā)電行業(yè)。而電廠本身就是一個(gè)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的熱能動(dòng)力裝置，因此在本校的能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)過(guò)程，工程熱力學(xué)的教學(xué)更要針對(duì)學(xué)生的就業(yè)方向和后續(xù)課程而展開(kāi)。

本課程組在教學(xué)過(guò)程中，針對(duì)教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題，提出應(yīng)對(duì)教學(xué)措施，為在電力行業(yè)類(lèi)高校中提高工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供保障。

一、教學(xué)中存在問(wèn)題

1.學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。工程熱力學(xué)概念多、抽象、內(nèi)容互相穿插滲透，學(xué)生在接觸該課程時(shí)，感覺(jué)不容易入門(mén)，不理解學(xué)習(xí)本課程的目的和意義，影響學(xué)生學(xué)好這門(mén)課的熱情和信心，因此學(xué)習(xí)積極性普遍不高。

2.理論體系不清。對(duì)初次接觸工程熱力學(xué)的學(xué)生，由于學(xué)習(xí)積極性不高，很難在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行及時(shí)的復(fù)習(xí)，因此學(xué)生很難從宏觀的角度建立本門(mén)課的整體理論體系框架，不利于課程的整體理解和學(xué)習(xí)，影響學(xué)習(xí)效果。

3.基本概念不清。工程熱力學(xué)的系統(tǒng)、工質(zhì)、理想氣體、實(shí)際氣體、過(guò)程、狀態(tài)參數(shù)、熵變、熵流、熵產(chǎn)等基本概念抽象，難以理解。例如很多學(xué)生會(huì)認(rèn)為可逆過(guò)程熵變?yōu)榱?、不可逆過(guò)程熵變大于零，這里混淆了熵變和熵產(chǎn)的概念;對(duì)于狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)的概念，不能夠引申理解狀態(tài)參數(shù)的變化只跟初終態(tài)有關(guān)而跟過(guò)程無(wú)關(guān)，并且在工質(zhì)經(jīng)過(guò)循環(huán)后狀態(tài)參數(shù)的變化量為零。

4.核心定律不理解。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是工程熱力學(xué)的核心定律。熱力學(xué)第二定律在人類(lèi)的能源利用過(guò)程中的地位非常重要，是課程最重要的核心理論，但是學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解不夠透徹和深入。很多同學(xué)無(wú)法理解熱力學(xué)第二定律揭示的過(guò)程方向性是能質(zhì)降低的過(guò)程;能質(zhì)的降低是由于熱力過(guò)程的不可逆性造成的，不可逆因素的存在產(chǎn)生了熵產(chǎn)，因此孤立系統(tǒng)在沒(méi)有質(zhì)量交換和熱量交換而產(chǎn)生的質(zhì)熵流和熱熵流的基礎(chǔ)之上，其孤立系統(tǒng)會(huì)由于不可逆因素的熵產(chǎn)而帶來(lái)熵變，因此孤立系統(tǒng)熵增原理也是熱力學(xué)第二定律的另外一種說(shuō)法。

二、教學(xué)措施

1.講好緒論引導(dǎo)學(xué)習(xí)興趣。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門(mén)課的興趣，作為課程教學(xué)的第一課，緒論就顯得尤為重要，緒論課要達(dá)到如下目的：幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)工程熱力學(xué)的重要性，激發(fā)學(xué)生對(duì)新課程的向往和學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，從而主動(dòng)學(xué)習(xí)。因此在緒論課中結(jié)合我校能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)多面向電力行業(yè)為引子，讓學(xué)生思考熱電廠的工作過(guò)程，引入課程的教學(xué)內(nèi)容，指出其是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)理論。

2.搭建知識(shí)結(jié)構(gòu)。本課程內(nèi)容多，各部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。如果課程的理論框架不理解，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)分散，無(wú)法統(tǒng)籌理解和學(xué)習(xí)，從而達(dá)不到較好的教學(xué)效果。為此課程組參考相關(guān)教材和論文將工程熱力學(xué)的理論體系進(jìn)行梳理，整理如圖1[2]。本圖點(diǎn)明了課程主要內(nèi)容之間的聯(lián)系和作用。首先熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換需遵守的定律;而實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換需要通過(guò)工質(zhì)在裝置中完成循環(huán)，并在循環(huán)中發(fā)生狀態(tài)變化過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即循環(huán)是由不同的熱力過(guò)程組成;同時(shí)由于借助工質(zhì)完成能量轉(zhuǎn)換，則工質(zhì)的熱力性質(zhì)也是本課程的重要組成部分。

3.應(yīng)用實(shí)例，加強(qiáng)概念和基本定律的理解。為了便于學(xué)生理解課程的概念，課程組在涉及到概念的講述時(shí)盡量避免對(duì)概念的平鋪直敘，而是注重對(duì)概念物理意義的解釋?zhuān)霉こ虒?shí)踐和日常生活中發(fā)生的現(xiàn)象來(lái)引出問(wèn)題，分析問(wèn)題，解析概念，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。如在講授狀態(tài)參數(shù)時(shí)，以熱力發(fā)電廠的工質(zhì)經(jīng)過(guò)在鍋爐里吸熱，汽輪機(jī)做功，凝汽器放熱和給水泵升壓后完成一個(gè)循環(huán)又恢復(fù)到初始狀態(tài)，工質(zhì)本身沒(méi)有任何變化，來(lái)讓學(xué)生理解狀態(tài)參數(shù)沿閉合路徑積分為零的概念;針對(duì)熱力學(xué)第二定律，舉熱力發(fā)電廠的例子。如單從熱力學(xué)第一定律的角度理解，電廠中最大的能量損失發(fā)生在凝汽器中水蒸汽凝結(jié)而被循環(huán)冷卻水帶走的熱量上。然而如從熱力學(xué)第二定律的角度來(lái)分析，循環(huán)冷卻水所帶走的熱量由于其溫度品位很低，其可用能損失非常小;鍋爐中爐膛溫度和水的平均吸熱溫度之間傳熱溫差很大，溫差越大，同樣的熱量在發(fā)生交換后可用能的損失越大的角度來(lái)分析出實(shí)際熱力發(fā)電廠的最大能量損失是發(fā)生在工質(zhì)的吸熱過(guò)程中。這就解釋了不可逆因素是造成能質(zhì)降低，產(chǎn)生熵產(chǎn)的原因。此外舉例熱力發(fā)電廠中必定有凝汽器的存在，從而工質(zhì)需要將一部分熱量放給低溫?zé)嵩磥?lái)說(shuō)明將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能質(zhì)提高過(guò)程必需由放熱這樣的能質(zhì)降低的過(guò)程做補(bǔ)償。

4.多種教學(xué)手段的運(yùn)用。（1）多媒體教學(xué)的引入。“工程熱力學(xué)”的基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多，涉及的公式、圖表也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書(shū)”的教學(xué)手段不能夠很好地展示相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和信息。近些年計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以使我們的教學(xué)內(nèi)容更具有生動(dòng)性、直觀性和簡(jiǎn)明性。而且很多教學(xué)改革和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)類(lèi)文章也指明了多媒體教學(xué)的重要性和直觀性[3]。為此課程組以教材為藍(lán)本制作了多媒體電子課件。完成的電子課件具有以下特點(diǎn)：教學(xué)內(nèi)容詳盡，重要的知識(shí)點(diǎn)和推導(dǎo)過(guò)程全覆蓋，有利于學(xué)生對(duì)內(nèi)容的深入理解;穿插各種演示圖片，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程熱力學(xué)有關(guān)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí);遞進(jìn)性的電子課件播放，教師講到哪里，內(nèi)容顯示到哪里，使學(xué)生能夠緊跟教師的講課思路。（2）加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。課程實(shí)驗(yàn)是課程教學(xué)的重要部分，在課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中利用實(shí)驗(yàn)鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題的分析能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容深化理解的目的。課程的實(shí)驗(yàn)包括水蒸氣飽和壓力和溫度關(guān)系，噴管實(shí)驗(yàn)等，同時(shí)計(jì)劃引入二氧化碳pvt關(guān)系測(cè)定和空氣比熱測(cè)定的實(shí)驗(yàn)。（3）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。對(duì)于工程熱力學(xué)這樣的內(nèi)容多，難以理解的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，僅依靠課堂教學(xué)，學(xué)生通常不能很好地掌握，需要學(xué)生課后反復(fù)復(fù)習(xí)、勤學(xué)勤練。但通常書(shū)本內(nèi)容枯燥無(wú)味，無(wú)人輔導(dǎo)，學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)的阻力較大?；诖耍矛F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)信息的便利性和學(xué)生的喜聞樂(lè)見(jiàn)性，課程組引入網(wǎng)上教學(xué)作為日常教學(xué)的重要補(bǔ)充與延伸，建立了本課程教學(xué)網(wǎng)頁(yè)。網(wǎng)頁(yè)信息主要包括：課程介紹、師資隊(duì)伍、教學(xué)文件、教學(xué)課件、教學(xué)錄像和互動(dòng)交流等板塊。教學(xué)文件中包含教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表和課堂教學(xué)教案，使學(xué)生了解課程學(xué)習(xí)的要求、難點(diǎn)重點(diǎn)以及課程學(xué)習(xí)的時(shí)間安排。教學(xué)課件為上課中使用的多媒體電子課件，使學(xué)生在課后可利用課件回顧和復(fù)習(xí)課堂內(nèi)容;互動(dòng)交流為老師和學(xué)生提供課后學(xué)習(xí)交流平臺(tái)，學(xué)生遇到疑問(wèn)可以在交流平臺(tái)上提出，老師和學(xué)生均可參與討論和解答，加深內(nèi)容的理解。

三、總結(jié)

課程組在多年的針對(duì)電力行業(yè)類(lèi)高校的“工程熱力學(xué)”教學(xué)過(guò)程中存在的普遍問(wèn)題進(jìn)行了剖析和總結(jié)，并就主要教學(xué)問(wèn)題通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐提出了相應(yīng)的教學(xué)措施。筆者希望通過(guò)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和教學(xué)措施的實(shí)施，不斷提高教學(xué)能力，緊跟行業(yè)發(fā)展前沿，使“工程熱力學(xué)”在電力行業(yè)類(lèi)高校的能源與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)效果上更上一層樓。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2007.

[2]侯少波，曾冬琪.“工程熱力學(xué)”本科教材體系的設(shè)想與教學(xué)實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2011，（5）.

[3]裘薇，朱群志，沈坤全，張莉，劉青榮，段芮，李琦芬.“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)改革研究[J].中國(guó)電力教育，2012，（21）.

Discussion on the Measures of Improving the Teaching Quality of "Engineering Thermodynamics" in the Industry University

LIU Qing-rong，QIU Wei，DUAN Rui，ZHANG Tao，ZHU Qun-zhi

（Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

Abstract：Firstly，the main problems of "engineering thermodynamics" in the teaching of energy and power engineering major in industry university of electric power are summarized. Then，according to the theoretical system，teaching objectives and teaching requirements of this course，this paper puts forward feasible measures to deal with these problems，and apply these measures to the actual teaching process，so as to improve the quality of teaching.

Key words：Industry university of electric power;Engineering Thermodynamics;Teaching measures