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“工程热力学”课程绪论部分教学方法探讨
“工程热力学”课程绪论部分教学方法探讨
武和全，朱英杰
（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙410114）
摘要：绪论是教材的先导与灵魂，通常包括本课程的重要性及任务、目的、主要内容和学习方法等内容。本文从“工程热力学”课程绪论部分的重要性及现阶段教学中常见问题出发，对如何完善绪论部分的教学方法进行了深入探讨。
关键词：绪论；探讨；教学方法
基金项目：长沙理工大学教改课题项目作者简介：武和全（1982-），男（汉族），湖北仙桃人，工学博士，讲师，长沙理工大学汽车与机械工程学院，主要讲授工程热力学及传热学等课程。
绪论课是指每门课程正式教学前的前言课或者简介课，是不可缺少的教学环节，主要内容包括：课程的教学目的、内容、要求、重点、学习方法和教学总体安排等。作为课程教学的第一节课，绪论课的教学好坏直接影响学生对整个课程学习的热情和动力。“工程热力学”是众多工程类专业的主要专业基础课，对学生研究能力和解决实际问题能力的培养十分重要，因此，其绪论课程的教学尤为重要。教师应力求在与学生的第一次交流中就使其明确学习“工程热力学”的原因、目的、内容和方法等几个重要问题，以激发学生进一步学习“工程热力学”及相关课程的兴趣。
一、绪论部分教学内容
“工程热力学”课程的绪论总共包括四个部分，即：热能的利用、热力学的发展简史、课程的研究对象和主要内容以及热力学的研究方法。
1. 热能的利用。自然界中存在的能源主要有：风能、水能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等。在这些能源中，除风能和水能是以机械能的形式直接被利用外，其他各种能源只能直接或间接地（通过燃烧、核反应）提供热能。据统计，有85%～90%的能源是转换成热能后再加以利用的。热能利用的水平在一定程度上能够反映社会生产力的发展水平。热能的利用这部分一方面讲述了能源的定义、主要存在形式以及在人类生活各个方面的重要作用，另一方面讲述了能源中最常用的能源———热能的利用方式：通过各种类型的发动机及发电机，使燃料热能转变为机械能或者电能和热能的直接利用。
2.热力学的发展历史。人们对热的本质及热现象的认识，经历了一个漫长曲折的探索过程。在古代，人们就知道热与冷的差别，能够利用摩擦生热、燃烧、传热、爆炸等热现象来达到一定的目的。但在很长时间内，人们只看到了热的现象，认为热是一种没有形体的“热素”，物体得之则热，失之则冷。直到1850年，迈耶（Mayer）和焦耳（Joule）等人经过艰苦实践，才确立了热能之间的当量关系，也就是确认了热力学第一定律。1850—1851年间，克劳修斯（Clausius）和汤姆逊（Thomson）先后提出了关于热能和机械能在转换上存在着方向性问题，即热力学第二定律的基本观点。热力学第一定律、第二定律是从无数实践经验中总结出来的、公理性的定律，这两个定律的确立奠定了热力学的基础。热力学形成初期，主要是研究热机中热能和机械能的转换。后来，随着热力学本身的不断发展，除了指导热机的发展外，又被广泛应用到其他自然科学和生产部门中。热力学不但与热机、制冷、热泵、空气分离、空气调节等传统工程有关，还发展到宇宙航行、新能源探索等新技术领域中，并相应地发展了新的理论，形成了若干分支。工程热力学就是热力学的一个重要分支。
3“。 工程热力学”课程的研究对象和主要内容。工程热力学是研究热能与机械能相互转换的一门学科。它的主要内容包括三部分：（1）介绍构成工程热力学理论基础的两个基本定律———热力学第一定律和热力学第二定律。（2）介绍常用工质的热力性质。（3）根据热力学的基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径。
4.热力学的研究方法。热力学的研究有两种途径：一是现象或经典热力学；二是统计热力学。经典热力学完全由宏观现象出发，以实践为基础来描述客观规律，把由大量分子组成的物质看成是连续均匀的整体，采用一些宏观物理量来描述物质所处的状况，并且根据两个基本定律，导出这些物理量之间的普遍关系，因此具有高度的普遍性和可靠性。经典热力学的结构比较简单，只要利用几个基本概念就能进行热力学定律的推演，而这些基本概念较为直观，易于理解，涉及的变量也少。统计热力学是研究热现象的微观理论，它从物质内部的微观结构出发，应用力学规律说明分子的运动，并用统计的方法说明大量分子紊乱运动的统计平均性质，因而它能够从物质内部的微观运动机理，更好地说明宏观热现象的物理实质。但它的分析过程较为复杂，不像宏观理论那样直观、简单，故主要用于理论研究工作。本科阶段的“工程热力学”课程主要采用宏观方法进行讨论。
二、绪论部分的教学应该解决的问题
1.明确学习目的，解决为什么要学的问题。“工程热力学”的特点是理论性强，概念多且抽象；公式推导多，应用条件复杂，学生感觉课程的内容繁多，难以抓住重点，容易陷入复杂的公式推导中，造成学习困难，从而产生厌学情绪。并且，现实情况中，有一部分学生只是为了考试而学习。对于必修课重视程度高，愿意花费精力学习，而对于选修课，则多以应付的态度草草了事。因此，绪论部分的教学就更加重要。绪论是“工程热力学”课程的第一节课，对于一门新的课程，学生一般都存在着一种好奇，如果能在第一节课将学生的这种好奇转变为兴趣，进而激发学生学习本门课程的动力，则意味着本门课程的教学已经成功了一半，在接下来的教学过程中也将会取到事半功倍的效果。
2.明确学习内容以及各内容之间的联系，解决学什么的问题。在现在的大学生中，普遍存在着这样一种疑惑———学习一门知识不知道到底该学习什么，又有什么用处，有些大学生甚至认为书本上学习的知识在工作以后完全用不到，久而久之便影响了学生学习理论知识的积极性。同时，部分学生在学习一个新的知识点的时候，往往只是孤立的学习，缺乏对知识点横向、纵向的延伸，没有形成一个完整的知识体系，这样又造成了学生记忆困难，导致学生失去了学习本门课程的兴趣。学习一门课程要在头脑中建立该课程的知识体系，梳理清楚各部分内容之间的相互关系。如果在绪论课上能帮助学生解决这个问题，那么学生在学习各个章节内容时目的性就会更加明确，更清楚为什么学习这部分内容，也就能较好的避免陷入公式推导和记忆中，避免只抓住个别的知识点而偏离了课程的主线。绪论课的内容丰富而分配的课时却不多，一般只有1～2个课时，学生也往往认为不属于课程主要考试内容不予重视。因此，教师要在设计教学内容上多下工夫，通过各种方法让学生学会自主查找相关知识。例如，热力学的任务是要让学生明白热能与机械能之间相互传递、转换的关系和规律，而在我们日常生活中的方方面面都存在着热能的利用，教师可以让学生自己举例说明我们生活中热能的利用。再例如，绪论的第二部分讲述的是热力学的发展历史，教师可以采用多媒体，用视频的形式向学生介绍历史，将枯燥的文字转换为生动的图片，一方面可以集中学生的注意力，提高学习兴趣；另一方面，也可以让学生的脑海中形成动态的图像记忆，将历史知识记得更加牢固。
三、绪论部分的教学方法
1.运用案例，理论结合实际。教师在课堂上多举一些日常生活及工业上运用工程热力学的例子，引导学生将枯燥的理论与实际的运用结合，学以致用，让学生明白学到的知识可以解释和解决许多实际中的问题，以增加课程对学生的吸引力。比如在讲授第一部分热能的利用时，就可以举例具体说明，或者让学生自己举例说明，引发学生之间的讨论。
2“。 多管齐下”，图文并茂。通过图文并茂的多媒体技术，让学生通过多个感官同时接收信息，增强课堂的生动性和直观性，加深学生对所学知识的理解。比如绪论的第二部分热力学的发展简史，由于学生学习历史的热情普遍不高，认为历史只有枯燥的文字和难以记忆的年代，这部分的教学就可以通过多媒体将历史知识用视频的形式播放出来，既能让学生观看，增加趣味性，又将学生置身于那个年代，增强记忆性。此外，一些大型热工设备可以通过多媒体以图形展现，其热力过程以Flash动画展现。如此一来，汽轮机，内燃机、燃气轮机等设备的工作原理就能生动的表达出来，学生对这些机械的工作原理也就有了更加直观的认识。通过老师讲解、多媒体播放等教学手段多管齐下，学生能留下更加深刻的印象。
3.设置问题，激发讨论。读万卷书不如行万里路，学生在学习的过程中，通常会遇到老师讲的时候都会，自己想的时候就一片空白的状况。一味的听老师讲课，学生不学会自己思考，也只能是左耳进，右耳出。进行课堂讲授时，教师可以提出一个个与所讲内容相关的问题，这样不仅可以引起学生的注意，使其集中精力听课，而且可以激发学生主动思考、积极讨论，达到由此及彼、举一反三的目的，从而提高学生学习工程热力学的兴趣。
4.掌握特点，突出重点。绪论课的教学内容具有抽象性、简单性、枯燥性和浓缩性的特点。基于这些特点，教师在教学的过程中要注意积累经验，逐渐形成自己的一种教学体系，教学时懂得如何更好的突出内容重点和学习特点，避免学生出现不知道学习内容、分不清学习重点，全部内容一概而论的现象，引导学生明确什么该掌握、什么该了解，有目的、有方法的去学。
总之，要做好绪论课的教学工作，教师需要在清楚绪论课程教学基本内容的基础上，充分认识到它的重要性，注重教学的灵活性，不断地反复总结经验，进行教学实践，完善绪论教学。
参考文献：
[1]李岳林，刘志强，武和全。工程热力学与传热学[M].第二版。北京：人民交通出版社，2013.
[2]邵士权。我国高等学校教学方法创新研究[D].武汉：华中师范大学，2011.
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