提高“工程热力学”教学质量的方法漫谈

摘要:分析了“工程热力学”的课程特点和课程教学中普遍存在的问题,从提高学生的学习积极性和学习方法的角度总结探讨了提高“工程热力学”教学质量的方式方法。

关键词:工程热力学;教学质量;学习积极性;学习方法

作者简介:曾冬琪(1973-),女,广东湛江人,广东海洋大学工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:热能与动力工程;林小闹(1976-),男,广东湛江人,广东海洋大学工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:热能与动力工程。(广东 湛江 524025)

工程热力学主要研究热能与机械能相互转换规律,是门对热能进行有效利用的学科,是热能工程、建筑环境与设备、轮机工程等专业的重要专业基础课程之一。工程热力学在对系统、平衡、状态、过程、循环和工质等概念进行阐述的基础上,分析改进热机循环、制冷循环和热泵循环的途径和方法,从而提高热能利用和热效率。它不但与传统的热机、制冷机、热泵、空调等领域有关,而且渐渐发展到许多新的领域中。“工程热力学”课程的逻辑性很强,各部分内容交叉渗透,一环扣一环,而且概念抽象,是一门难教难学的课程,所以在教学过程中,需要注意教学的方法和学习技巧。

一、充分调动学生的学习积极性是教学中的关键

“工程热力学”是很多工科专业学生最早的专业基础课,这门课程的学习不但为后面的专业课打下坚实的理论基础,而且直接影响到学生对专业课学习的兴趣和信心,此课程内容较多而且理论性较强,概念较多而且抽象难理解,公式较多而且使用条件复杂,所以激发学生的学习热情和积极性显得十分重要。

1.在入门第一课绪论中教师应进行充足的准备,激发学生的学习兴趣

把人类使用能源的历史和形式、自然界中能量的转换和传递现象用幻灯片的形式展示出来,引导出常见的热工设备,可以将一些热工设备用多媒体的视频短片展示给学生,直观生动。适时提出问题,热工设备是如何工作的?从而自然地说出学习工程热力学的目的是为了提高设备的效率。然后再介绍本学科对解决能源问题的重要意义,我国经济快速发展,而能源浪费很大,环境污染严重,为了国家的可持续发展,节能减排工作迫在眉睫,本课程为节能工作提供了理论基础,唤起学生的责任感和求知欲。也可以把绪论课放在实验室进行,这样让学生对所学的内容有一个更加直观、更加生动的了解,效果要好得多,也可以为后续课程的学习打下基础。

强调该课程的重要性,从它对后续课程的基础作用谈起,说到该课程是热能专业学生考研、航海专业考证的主要考试课程,在以后走上社会,如在火电厂或制冷空调设备公司的工作中,经常会应用工程热力学的知识来解决工作中遇见的问题。所以不管学生以后走上社会工作还是继续深造,学好工程热力学都是很实用和十分必要的。

2.多联系实际生产和生活

介绍了书本的理论知识以后,多联系些日常生活和工业上的例子,让学生感到学到的知识可以解决和解释许多实际中的问题。如讲到理想气体混合过程,可以举商场的中央空调新风和回风混合的例子;讲到水蒸气的热力性质,联系发电厂的锅炉内水蒸气的定压发生过程;讲到蒸汽动力循环,可以举发电站的例子,讲到压气机,可以举冷冻厂活塞式压缩机的例子;讲到制冷循环,可以举分体式空调机、电冰箱的例子;讲到喷管时,可以举航天飞行器返回大气层的绝热滞止现象,导致飞行器的外表面将承受相当的高温等等。这样学生听起来印象深刻,才有效果。

3.采用多样化的教学方法

工程热力学的许多理论很抽象,通过图、文并茂的多媒体技术,同时发挥视听作用,十分直观,有利于学生认知能力的开发和对知识的理解。如可以将一些大型的热工设备通过多媒体用图形表现出来,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;可以在一个制冷设备前给学生引出制冷设备的组成、简单的工作过程、热力学定律等等;也可以将热力过程用生动的动画演示出来,使抽象的概念变得形象生动,易于理解。由于学时所限,不能进行太多的实践,可以将实验室的现有的资源拍摄成图片,在讲到相关内容时展示出来,对照实物进行讲解,利用实验室的开放时间,引导学生去参观学习。如热工实验室,冰箱、空调实验台,压缩机拆装实验室,小型制冷设备维修实验室,空调实验室,冷库实验室等,都是十分直观的学习场所。

充分利用广东海洋大学网络教学平台,将电子教案、习题和答案全部上网,以供学生查询;发布与课程相关信息和资料,进行网上答疑,同学之间也可以在此讨论。提供优秀的工程热力学网络课程的链接,扩宽学生的学习途径和丰富学生的学习思路。配合课堂教学,在网络课堂给学生提供国内外的相关学术报告和国际上最新的综述性文献,打开学生的眼界。

4.加强实践环节的教学

理论知识最终都要和实际相结合,实践包括课前课后思考、课后作业、实验等。重视课前课后的思考和习题,只有通过这些训练,才能知道如何使用学过的知识去解决实际的问题,否则学生往往会觉得,理论知识已经熟悉,但是遇到问题却无从下手,这就需要通过习题的锻炼培养解决问题的思维方法和方式。教师在教学时通过布置适当的习题作业,讲解典型的例题,使学生明白公式的使用条件、注意问题、公式中各项的意义等,教师通过批改作业发现问题并及时给予指正,也是掌握学生学习情况,及时解决学生学习中存在的问题的好途径。

实验课是课程的重要部分,它从实际出发,弥补了理论的不足,不但为学生提供了一个实际动手的机会,提高了学生的动手能力,而且使学生在实验中体会到理论知识的严谨,实际问题中会遇到什么样的问题,操作中应当注意什么,不注意会引起什么后果等等,启发学生的思维。课程的实验包括水蒸气饱和压力和温度关系,二氧化碳pvt关系测定,喷管实验等。总之,积极开展实践环节,理论联系实际,对提高教学质量大有裨益。

二、“工程热力学”的学习方法和技巧

任何一门课程都要注重学习方法和技巧。良好的学习方法和习惯的培养,能达到事半功倍的学习效果。教学只有教师的单方面的努力是不够的,还要学生们的努力,才能显出教学的最终效果。所以,教师应当在教学方法上不断改进外,还要积极引导学生如何正确的进行学习。笔者在多年来与学生的交流与教学中,总结出“工程热力学”学习中应当注意的几个问题。

1.重点理解概念和定律

突出对基本概念和定律的学习,为深入学习打下坚实的基础。万丈高楼平地起,概念和定律对全书的内容起着纲领性的作用,在掌握这些概念和定律的基础上,对全书的联系就会有一个清晰的认识。在教学当中教师可做适当的引导,强调每次课的主要概念和定律,如在课堂让学生回答上节课的主要概念,课后布置思考问题的方式,刺激学生课后复习和课前预习,从而也培养了学生自己翻书自学的好习惯。

2.对一些抽象的概念,不妨先记住,继续学习,再在学习中逐渐理解其含义

比如焓的定义为h=u+pv,熵的定义ds=(δq/T)可逆,克劳修斯不等式等,都是比较抽象和难懂的概念,如果被其意义卡住,就会影响后面的内容的学习,从而影响课程进度。在不断地接触学习中,这些概念频繁出现,通过学习,其意义会渐渐清晰和明朗。

3.在对比中学习和掌握公式和定律

工程热力学除了有许多抽象的概念外,还有许多公式,而且公式的使用条件复杂。为了更好地学习这些公式,要引导学生在对比中进行学习,如理想气体的可逆绝热过程和多变过程的公式很接近,只是指数k和n不同。理想气体内能的变化du=cvdT,焓的变化dh=cpdT,公式中比热不同。热力学第一定律中,闭口系统方程dq=du+δw,开口系统方程dq=dh+δwt,将这个方程中的δwt=δws+1/2dc2+gdz展开就得到公式dq=dh+δws+1/2dc2+gdz。其中,可逆过程的容积功δw=pdv,可逆过程的技术功δwt=-vdp等。

4.掌握基本的公式的推导

工程热力学的公式繁多,然而并不是所有的公式都要死记硬背,掌握公式的推导,能使学习变得轻松有趣。在讲述公式推导中,不用全盘进行讲解,可以以一个公式为例在课堂上进行推导,余下的公式让学生自己课后去进行推导,或者以提问的方式让学生上黑板推导,自己做了一遍后,印象会深刻。如讲到理想气体热力过程时,可推导可逆绝热过程、多变过程,让学生推导定容过程、定压过程、定温过程。又如讲述稳定流动开口系统的能量平衡方程式时,该方程式在实际当中的应用可让学生自行推导。在掌握公式的前提下,对实际的生产生活才能灵活应用。

5.熟悉工质热力性质的规律,会灵活利用图表分析具体问题

工质是热力过程和循环中工作的物质,它的热力性质直接影响过程和循环的效果。而图、表的应用对以后的专业学习来说,是使用得最多的。如湿空气的焓湿图(h-d图),对建筑环境与设备工程专业很重要,湿空气的热湿处理过程、风量热量的计算,都离不开它。蒸汽动力循环的p-v、T-s图,对热能与动力专业很重要,发电厂如何节能,如何运作,它是基础。制冷循环的LgP-h图,对制冷空调专业很重要,例如如何进行热力计算,从而进行设备的选择等。这些图为以后的专业课程打下了基础,直接影响了后续专业课程的学习。

三、结束语

“工程热力学”是一门对专业十分重要的基础课程,要教好和让学生学好这门课程,教师要付出很多的努力,要做很多的工作。笔者在多年的从教过程中,从提高学生的学习积极性和学习方法两方面进行了总结,希望能有助于该课程的教学和学习。

参考文献:

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[2]朱明善.工程热力学[M].北京:清华大学出版社,1995.

[3]李敏,李湛.工程热力学与传热学多媒体应用分析[J].理工高教研究,2004,(2):101-102.

[4]张国磊,杨龙滨,李晓明.提高“工程热力学”课程教学质量的方法探讨[J].中国电力教育,2008,(11):39-40.

(责任编辑:刘辉)

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