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工程热力学的基本概念范文1
关键词：大学教学 热力学 基本概念 教学方法
热力学是一门具有专业技术的基础课程，但是它又包含了专业课程的特色，是进行后期深入研究学习的理论和基础，它还有很强的技术性和实用性。热力学相关的热力技术和节能环保问题日益凸显，所以需要在教学中深入教学创新，激发学生自主学习的热情。本文就如何在教学中引导学生掌握课本知识和应用作出了分析。
一、热力学的含义与其构架
热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质与其建立能量的关系，以及物质状态发生变化时与外界相互作用（包括能量传递和转换）的一门学科。因为能量转变的普遍性，所以热力研究的成果被运用于各个领域之中。
从宏观角度来看，热力学在其的发展过程中，针对其内容可以分为两个不同的结构体系，首先可以从它的基础理论来进行讲学，其次可以结合所学从实际出发进行应用教学；如果从热力学的教学体系来划分，却可以将其教学划分为三大点，首先是它的概念，然后是它的运动规律，最后是对它的性质和实际操作进行划分。
在教学中教师要保证学生对其意义有一定的认知，引导学生掌握热力学的基本概念，帮助他们重建热力学的知识构架，要做到这一点就必须要从以下几个方面入手，进行知识的梳理。
（一）对热力学的概念进行分析，包括它的公式和运动规律（热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律等）
（二）对热力学的中的基本热力（包括理想气体；实际气体；水蒸气；湿空气；制冷工质）性质进行研究分析。
（三）从热力学研究的实际操作过程中分析计算工质在设备中的数据变化，分析影响能量转换效率的因素，寻求转换效果更高的有效途径。
二、热力学教学方法
（一）结合实际教学
在教学中对日常生活中的一些热力学现象，用专业化的热力学知识进行分析，对其作出科学合理的解释。通过这样的教学让学生充分体会到课堂知识与平常的生活息息相关，促使他们对老师的教学产生浓厚的兴趣和学习热情，以此来达到提高教学效率的目的。如在教学中向学生提出与生活相关的问题：空调与冰箱的工作原理是否相同？等，在课堂上应该做到适时的穿插一些与生活有关的问题，培养学生自主思考的能力。还能在教学中介绍一些热力学在生活中应用的著名例子，如低温实验室的创始人卡末林・昂内斯利用范德华方程式创造出了液态气体，对人类科学的进步作出了巨大的推动，让学生在切身体会中感受化工热力学对实际生活中的指导作用。
（二）加强对基础理论的教学
热力学是一门非常严谨的课程，又可以说它是完美的学科，因为其理论和公式都是经过认真演算的，因此在教学中要着重对公式和理论进行论述，帮助学生掌握和理解热力学。
教师上课过程中对基本的概念、含义、公式中的相关数据要做出一定的分析和解释，让学生从根本上明白公式所要表达的意义，同时在引用理论和实际例子时，保证它的准确性和代表性，让学生对热力学的概念有一个清楚的认识。
公式的演算和推导也不需要将所有的数据都拿出来分析讲解，为了减少推导量，只需对影响推导结果的关键部分着重讲解就行，其他的推导过程可以简单略过，这样既保证了课堂进度还提高了课堂教学的效率。
学生必须具备合理运用热力学公式的能力，由上文可以看出，公式的运用对热力学的理解是密切联系的，因此教师在教学过程中一定要帮助学生深入理解公式内涵，引导他们在实践中应用。
（三）多样化教学
在教育中教师不仅仅是需要传授知识还需要引导他们自主去学习，“授人以鱼，不如授人以渔”就说明了这个道理，传统的教学多以“填鸭式”教育进行，仅仅依靠老师通过课本单方面的讲学已经无法满足现代教育的需求，学生在学习过程中需要有热情才有不断学习的内驱力，所以在教学中我们要充分的利用多媒体信息技术，做到在课堂外没有老师进行指导的情况下也能进行自主学习，根据自身的接受度选择热力学相关的资料进行学习，对课堂上老师讲授的知识进行一个扩充和完善，教师也能通过网络在线解答学生的问题，拉近师生之间的距离，在不是不觉中营造出了一种良好的教学氛围。
（四）结合实际教学
热力学虽然是一门具有很强理论性的专业性学科，但是在生活中，热力学其实离我们很近，因此教师在教授一些基本概念的时候，可以思考一下是否能举出与生活相结合的例子以此来帮助学生更好更快的理解和记忆，可以在介绍热力第二定律的时候，为了让学生明白热力传导的过程，举出生活中常见的例子，如高压锅，煮各种难以煮熟的食物的时候，通过加压的方法，让锅内温度超过100℃，加速高压锅的工作效率，还有热力过程具有方向性这一特点也能举出相关例子，如启动的汽车在没有外力的作用下，能将车胎转动的动能转换成热能停止下来，但反过来，汽车车轮不可能吸收空气中的热能将其转换成动能再旋转起来，通过这样的教学方式，在教授基本理论知识的同时又激发了学生的学习热情，促进学生的学习，通过实例帮助学生加深对热力学基本概念的掌握和应用。
（五）研讨式教学
确立学生为主体原则进行教学，充分了解学生原有的热力学知识基础水平，贴近生活的教学，在进行基本概念的讲说时，遵循由易到难、由简到繁的教学顺序，能够让学生更好的进入学习状态，充分调动他们的积极性，提高他们的学习兴趣，针对学生个体的差异，进行不同层次的教学。
热力学具有抽象性的特点，导致学生对其主要问题认识不够深刻，对它失去了学习的兴趣。
三、创新教学的具体内容
1、结合热点问题
在教学中教师应该结合当前热工领域的一些备受瞩目的问题进行讲学，如当前的热点，环境资源问题、降低能源消耗和日本核电站事故等问题，就此问题在课堂上开展讨论，充分调动学生的积极性。同时还能在课上给学生实验的机会，通过动手实验更深入的理解问题，分析问题，激励学生进行自我总结。
2、课堂活动与常规教学相结合
信息技术的飞速发展，教师也应该在现有知识的基础上不断完善自我，主动吸收新知识，上网搜集相关信息，在课堂上对书本上的知识进行扩充，对课本材料进行详细的阅读，对其内容进行合理科学的规划，根据最近信息整合调整，将老旧之后的成本知识优化，通过多媒体教学课件为学生提供一个多样化、多视角的教学信息。
同时对课本中的重点难点要构建相应的练习题型，让学生在写作业的时候自主回顾重难点，多布置一些与和生活有关的问题，引导学生自主学习，上课前通过课前提问对旧的知识进行回顾，再导入相关新知识。
3、培养学生解决问题的能力
当代教育要求学生不光要学会学习还要有自主分析、解决、总结问题，在教导热力学课程的时候，让学生把这门课程当成需要解决的问题去对待，形成良好的学习习惯。
四、结束语
综上所述，热力学在教学中作为一个理论性较强的科目，但是由于它又与实际紧密结合，所以老师在讲授知识的时候可以举出实例，让学生更为直观的理解教师所讲授的知识，这就要求教师在教学中不断改进教学方法，培养学生的学习兴趣，运用创新的教学方法，不仅有利于学生形成自主行动、思考、分析问题的能力，还有利于在教学中培养学生的认知能力，所以要在课堂教学中将基础理论结合实际进行教学，让热力学的教学变得更为轻松有效，这样的教学方法不仅仅对热力学教学具有重大的意义，还能帮助学生学习其他课程。
参考文献：
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工程热力学的基本概念范文2
工程热力学是研究热能与机械能之间相互转换规律的一门学科[1]。它不仅是热能动力工程的专业基础课，而且还是油气储运工程、建筑环境与设备工程、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程等4个专业的专业基础课程。这些专业对工程热力学课程需求的侧重点不同，课程学时差别大。经过几次专业调整，现热能动力工程和建筑环境与设备工程的工程热力学课时为56学时，油气储运工程的热力学课时为48学时，过程装备与控制工程和材料成型及控制工程的热力学课时为32学时。如何在有限的课时内开展“工程热力学”的教学，并达到应有的教学效果是个值得考虑的问题。课程建设是提高教学质量的重要手段。课程建设一般包括有师资队伍建设、教材的选择、教学内容和教学手段选择、实验教学等方面的内容。以下对上述内容进行初步探讨，提高工程热力学的课程建设水平。
一、师资队伍建设
教师是完成教学的根本，因此建立一支稳定、有较高教学和学术水平的教师队伍是课程建设的关键。针对青年教师较多的实际情况，充分发挥骨干教师和具有丰富教学经验老教师的“传、帮、带”作用，让青年教师和老教师“师徒结对”。为了让“师徒”间的交流落到实处，学院专门出台了相关文件，对“师傅”和“徒弟”进行双向考核，促进青年教师的成长，提高他们的业务水平。在青年教师正式走上讲台前，还需要过“试讲关”。通过老教师和同行听课，对青年教师进行现场指导，进一步促进他们的成长。通过这些措施的实行，目前工程热力学教学团队共有5名成员，其中教授1人，副教授2人，讲师2人，成员中具有硕士学位的教师占100%，博士学位的教师占80%。教学团队所上的工程热力学课程受到同行和学生的一致好评。
二、教材的选择
工程热力学作为一门历史悠久的能源动力类专业基础课，教材的选择面较宽。目前可选用的教材有面向“二十一世纪”系列课程教材、“十一五”国家级规划教材等。面对众多的教材，如何选用适合教学对象的教材，是课程建设的重要内容。经过几十年的发展，目前可选用的教材有沈维道等人编写的《工程热力学》（第四版）“十一五”国家规划教材，曾丹苓等人编写的面向21世纪《工程热力学》课程教材、陶文铨等人编写的《工程热力学》面向21世纪课程教材、廉乐明等人编写《工程热力学》“十一五”国家规划教材、、鄂加强编写的《工程热力学》21世纪高等学校精品规划教材等。由于各种教材的侧重点不同，因此要根据各专业的不同的培养目标，选择适合学习对象的教材。热能动力工程和油气储运工程属于能源动力类专业，根据其培养目标，选择了沈维道等人编写的《工程热力学》作为其授课教材。建筑环境与设备工程属于土木与建筑学科，选择了中国建筑工业出版社出版、廉乐明等人编写的《工程热力学》作为教学用书。过程装备与控制工程和材料成型及控制工程专业属于机械类，选择了陶文铨等人编写的《工程热力学》作为其教学用书。
三、教学内容与教学手段
1.教学内容。确定好教材后，教学内容的选择成为课程建设的重要内容。根据各个专业特点，在保证教学内容基本完整的前提下，还需要对教学内容进行简化和补充。工程热力学内容可以分为两大部分。一部分是基本理论和基本概念，包括热力过程和热力参数，还有一部分是与实际相联系的综合应用。热能与动力工程的相当一部分学生毕业以后从事有关内燃机、燃气轮机的工作，还有部分学生在火力发电厂工作。因此在教学中要加强气体与蒸汽的流动、压气机的热力过程、气体动力循环和蒸汽动力循环等部分的教学，而对制冷循环、湿空气等内容可适当简化。但对于建筑环境与设备工程的学生情况就不同了，该专业毕业的学生大部分从事采暖、通风、制冷和空气调节等方面的工作，在教学中要加强制冷循环、湿空气及气体流动等部分的教学，而对于动力循环的内容可作适当简化。
2.教学手段。工程热力学是一个有机的整体，在工程热力学的教学过程中要抓住热力学第一定律和第二定律这两条主线，把它们贯彻到实际应用中去。（1）在教学中，要采用“启发式”的教学手段。启发式提问，重在“善诱”，贵在启发学生心志，培养其思维，既不能“一语道破天机”，也不能让人“望尘莫及”，所以还要讲究合理设问[2]。如热力学第二定律的开尔文说法和理想气体定温膨胀的区别，还有“耗散掉的功”和“做功能力损失”这两个概念的区别。引导学生综合利用所学的概念和原理，对所提问题展开思辨。所提问题既不过于简单，也不太难，给予学生一点思考的空间。另外，再如：“定熵过程和可逆绝热过程是否等价呢？”在实际教学中笔者发现有相当一部分的同学认为两者等价，即定熵一定是可逆绝热，可逆绝热也一定为定熵。事实上，定熵和可逆绝热这两个概念并不等价。可逆绝热一定为定熵，这个说法是正确的。因为绝热意味着系统与外界的换热量为零，可逆过程保证能取等号，那么把绝热过程的带入等式可得熵变为零，即等熵过程。但定熵一定是可逆绝热这个说法是错误的，闭口系统熵方程中熵变主要由两个因素决定，其一为熵流，它与系统是否吸、放热有关，热力学中规定吸热熵流为正，放热熵流为负，绝热熵流为零。其二为熵产，熵产是由于不可逆过程中，由于耗散效应把一部分机械能耗散成为热，该热又被工质吸收，引起熵的增加。因此，熵产是非负的。当过程是可逆时，熵产取为零。只要系统放热，使熵产正好和负的熵流相加为零，就可以是等熵过程，但由于有熵产，因此不是可逆绝热过程。在提出问题后，让学生讨论，教师最后作总结，给出正确答案。（2）工程热力学中概念相当多，也比较抽象，还可以利用对比启发式的教学手段。以内燃机、燃气轮机和蒸汽动力装置为例，尽管它们构造不同，工作特性不同，但吸热、膨胀做功、排热对任何一种热能动力装置都是共同的，也是本质性的，这样就透过现象抓住了本质性的东西。还有“功”的比较。工程热力学中有体积变化功，技术功，内部功，流动功、推动功等。通过对比，不仅使教学由纵向向横向展开而纵横交错，还可增强教学的关联性和生动性。如熵增原理与孤立系统的熵增原理比较。熵增原理的知名度很高，但是要注意，热力学中熵不一定是增加的。在一个闭口系统中，总熵变为熵流加熵产。系统只要向外界多放热，使得负熵流大于熵产，那么这时总熵变就是负的，熵变小了。只有加上的定语“孤立系统”，熵才是增加的，孤立系统中系统与外界的换热量为零，也即熵流为零，熵产非负，当然总熵不可能变小。熵增原理和孤立系统的熵增原理是不相同的，故条件“孤立系统”非常重要。再如，把准静态过程和可逆过程这两个概念进行对比，它们的区别是什么？首先定义不同，准静态过程是一系列平衡态所组成的过程，而可逆过程是如果系统完成某一热力过程后，再沿原路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化的过程。其次，要求条件不同，可逆过程要求系统与外界随时保持力平衡和热平衡，且不存在任何耗散损失，在过程中没有任何能量的不可逆损失；静准态过程的条件仅限于系统内部的力平衡和热平衡，在进行中系统与外界可以有不平衡势差，也可能有耗散效应的发生，只要系统内部能及时恢复平衡，其状态变化还是准静态的。再次，可逆过程是针对过程中所引起的外部效果而言的，准静态过程是针对系统内部状态变化而言的，因此可逆过程一定是准静态过程，而准静态过程不一定是可逆过程。实际过程总是在温差、压差作用下变化的，实际过程是偏离可逆过程的准静态过程。学生对概念必须全面理解，切不可断章取义，一知半解。（3）开展以“网络课堂”为补充的教学手段。由于学生个体的学习能力存在差异，部分“尖子生”希望老师的教学内容再深入一些，而部分基础较差的学生希望把基本内容再复习、巩固。利用网络课堂，不仅可以很好地兼顾各类学生的需要，而且可以在网络上跟老师进行交流。利用网络课堂可以方便地进行网上答疑，网上讨论。如“经过一不可逆循环后，熵变大还是变小？”，这个问题许多学生搞不清楚。教师在网上答疑时，要讲清楚两点：其一，循环的概念；其二，熵是状态参数。通过网上讲解，网络课堂架起了学生和老师沟通的“桥梁”。
四、实验教学
实验教学是课程建设的重要组成部分，是课堂教学的应用、补充和实践，同时它还有助于提高学生的动手能力。工程热力学课程有“二氧化碳P-V-T关系测定”和“气流通过喷管的实验”两个实验。通过实验，学生不仅锻炼了动手能力，而且加深理解了课堂所学知识。同时还建立了开放实验室。实验室对学生完全开放，学生可以在实验室做课程中规定的实验，也可以根据自己的想法去实施自己感兴趣的实验。
工程热力学课程建设是一项综合性工程，需要持之以恒，不断探索。它涉及到师资队伍建设、教材的选择、教学内容和教学手段的选择、实验教学等方方面面。对于不同的专业，工程热力学教学的侧重点不同。我们将始终以提高教学质量为目标，把握好课程特点，进行针对性的探索，以期望把工程热力学的课程建设提高到更高水平。
参考文献：
工程热力学的基本概念范文3
关键词 热力学第一定律 热力学第一定律 卡诺定理
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.04.039
Teaching of the First Law of Thermodynamics and
the Second Law of Thermodynamics
WU Hequan， XIE Wenhong
（College of Automative and Mechanical Engineering，
Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hu'nan 410114）
Abstract Details of the emergence and development of the first law of thermodynamics， the second law of thermodynamics and the linkages between them. Further understanding of the process of teaching the knowledge of thermodynamics has played a good role in promoting， improving the quality of teaching.
Key words First Law of Thermodynamics; Second Law of Thermodynamics; Carnot theorem
0 引言
“工程热力学及传热学”课程是主要研究热能与机械能互相转换以及热量传递规律的一门学科。“工程热力学及传热学”围绕能量转换与传递这一主线，是对工程热力学及传热学两个研究方向的综合。其特点是涉及内容广，知识点多，主要包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力过程计算、传热学的基本概念、换热器热计算等。它在社会生活中的应用是非常广泛的，在很多领域包括现代工业、农业、交通运输和国防建设等。虽然热机发展一百多年，已经非常完善，很多热力学理论已经在实践中得到了应用。但是在面对如今国际社会能源短缺、环境污染等问题中，推进热力学的研究，提高能源的利用效率是解决这些问题的一个关键。而热力学第一和第二定律是热力学基础，学好并掌握这些基本理论，才能更好地研究热能传递和转换的规律并把它转化成实际成果应用到社会生产生活之中。
1 热力学第一定律概述
热力学第一定律实质是能量守恒定律在热现象上的应用。能量守恒定律可以表示为：自然界的一切物质都具有能量，能量有多种不同的表现形式，可以从一种形式转化为另外一种形式，也可以从一个物体传递给另外的物体，在转化和传递过程能量保持不变。热力学第一定律则可以表述为：热可以变为功，功也可以变为热;当一定量的热消失时，必产生等量的功;消耗一定量的功时，必产生与之相应数量的热。表达式为： = +。热力学第一定律否认了能量的无中生有，正因为如此那种不需要任何动力和燃料就能持续做功的第一类永动机只能是幻想。
能量转换与守恒定律首先是从力学中以“活力守恒”的形式提出来的。系统吸热，内能应增加;外界对系统做功，内能也增加。若系统既吸热，外界又对系统做功，则内能增加等于这两者之和。热力学第一定律就是能量转化和守恒定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。著名物理学笛卡尔在1644年就提出了“运动守恒”的概念，随后德国数学家莱布尼兹引入了“活力”的概念，意大利物理学家伽利略研究斜面问题和摆的运动，斯蒂芬研究杠杆定理。伯努利的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律，1834年爱尔兰物理学家哈密顿《论动力学的普遍方法》，提出了哈密顿原理。至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容，为能量守恒定律的建立准备了条件。1841～1843年，德国科学家迈克尔和英文物理学家焦耳提出了热能与机械能相互转换的观点，为热力学第一定律的建立奠定了基础。
热力学第一定律的确立，突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种物质运动形式之间相互转换的可能性，说明运动形式相互转换的能力也是不灭的，是物质本身固有的。
2 热力学第二定律
热力学第一定律说明了热能是可以转换的，可以由热能转换成机械能，也可以由机械能转换成热能，而且能量不会消失。但是如果仅仅只是这样，那有很多现象是解释不了的。比如一辆小车给它一定动能，让它在路上行驶，走了一段路程后，由于小车和路面有摩擦，小车速度逐渐减小，最后停止。原来的动能全部转化为摩擦产生的热能，然而反过来，这些热能能还给小车，再重新让它动起来吗？再比如一个烧红了的锻件，放在空气中便会慢慢冷却。显然，热能从锻件散发到周围环境中了;周围环境获得的能量等于锻件放出的热量。反过来，这个已经冷却了的锻件能从周围环境中收回那部分散失的热量，重新赤热起来吗？这样的过程都不违反热力学第一定律。然而，经验告诉我们，这是不可能的。
所以在热能转换为机械能这一问题中，除了要遵循热力学第一定律，还要满足其它约束条件。这就是热力学第二定律的研究内容。热力学第二定律的实质就是指出了一切自然过程的不可逆性，也就是说自然界中的过程具有方向性。过程总是自发地朝着一定的方向进行。机械能总是自发地转变为热能;热量总是自发地从高温物体传向低温物体等等。这些自发过程的反向过程（称为非自发过程）是不会自发进行的。这种不可逆的过程可以用熵来描述。自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的。只有可逆过程，系统的熵保持不变。这就是熵增原理，这是热力学第二定律的其中一种表述方式。
在热力学第二定律告诉我们能量转化具有方向性。即机械能可以百分之百的转化为热能，但热能转化为机械能的效率不可能达到百分之百。那么热机的效率最高能达到多少呢？1824年，法国工程师卡诺提出了一种热效率最高的循环――卡诺循环。它包括两个等温过程和两个绝热过程。如果把高温热源的温度记为，低温热源的温度记为，通过热力学计算可以得到卡诺循环的热效率表达式 = /。当高温热源的温度足够高，而低温热源的温度足够低的时候，卡诺循环的热效率理论上可以无限的接近1，因此可以说卡诺循环的热效率最高。从中可以得出以下结论：（1）卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度，也就是工质吸热和放热时的温度;（2）增大，减少，可以提高卡诺循环的热效率;（3）卡诺循环的热效率只能小于1，不能可能等于1。因高温热源的温度不能等于无穷大，低温热源的温度也不可能等于零。这就表明热能不可能全部转变为机械能;（4）当 = 时，卡诺循环的热效率为零。这表明，在没有温差存在的热力系统中，热能不可能转变为机械能。或者说，单热源的热机，即第二类永动机是不可能造成的。
在卡诺定理的基础上，人们总结出了热力学第二定律的两种主要表述方式。克劳修斯说法：热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文说法：不可能从单一热源取热使之完全变成有用功而不产生其它任何他影响。它们都说明了自发过程的不可逆性，可以证明这两种表述方式是等价的。那种设想把海洋或空气当作单一热源，从中吸收热量并完全转化为有用功的第二类永动机是不可能实现的。
热力学第二定律的意义实际已经远远超出了热机热效率的范畴，它指出了自然过程进行的方向性，说明了能量品质的高低。
3 结语
热力学第一定律和热力学第二定律是人们在日常社会生产实践中总结出来的普遍规律，它们被许多实验和具体实践证明是正确的。热力学第一定律和热力学第二定律的建立，奠定了工程热力学与传热学的理论基础，也彻底了永动机的幻想。大学生在学习热力学第一定律和热力学第二定律时应该理解它的内容，实质，掌握它的重点和难点。了解热力学第一定律和热力学第二定律的发展过程，要学会自我归纳总结，做到独立思考。教师应该把精力放在提高热力学第一定律和热力学第二定律的教学深度以及加强实践应用上。热力学第一定律和热力学第二定律是自然界的普遍法则，蕴含了大道理，验证了辩证唯物主义思想，所以教师应该把事物发展的科学道理在这一章充分展现出来。热力学第一定律和热力学第二定律是“工程热力学及传热学”课程的重要内容，也是理工科学生必须掌握的基本知识，因此对它们进行深入研究有利于提高课程的教学质量。相信对热力学第一定律和热力学第二定律的研究一定会推动社会的进一步发展。
基金项目：长沙理工大学教改课题项目
参考文献
[1] 李岳林，刘志强，武和全.工程热力学与传热学[M].北京：人民交通出版社，2013.
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工程热力学的基本概念范文4
关键词：工程热力学 课程建设 教学质量
中图分类号：G642 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.093
《工程热力学》是研究与热能工程有关的热能和其他形式能量（特别是机械能）相互转换规律以及提高能量转换效率的一门学科[1]，作为我校飞行器系统与工程专业的主干课程之一，为学好专业核心课程《导弹发动机原理》打下必备的理论基础。该专业最终目标是培养适应科技发展和军队建设需要、能胜任初级专业技术职务岗位工作的导弹发动机工程类干部，因此，与军内外同类课程相比，《工程热力学》具有明显的工程使用特色。
课程建设作为高校可持续发展的生命线，是最基本的教学建设，也是提高教学质量、抓好专业与学科建设的关键。工程热力学课程组以深化教育改革、切实提高教学质量[2，3]、突出专业应用特色、激发学生学习兴趣、培养高素质人才为目的，有计划、有步骤地从师资队伍、教学条件、教学内容及教学实施等方面进行了建设，效果明显。
1 加强师资队伍建设，提高教师业务水平
建立一支高水平和稳定的师资队伍是各项教学工作开展的基本保证。为满足教学要求，形成了一支年龄、职称、学历和学缘结构相对合理，人员相对稳定的高水平课程教学梯队[4]。从课程建设开始，教研室通过调研摸底，根据每个人的专业方向，选择表达能力和逻辑思维能力强的教师作为一线授课教师，组成包括1名正高、2名副高和2名讲师（4名博士、1名硕士）的教学梯队，年龄从28岁到45岁，毕业院校包括国防科技大学、第二炮兵工程学院和西北工业大学。
实行主讲教师负责制。为提高教学质量，主讲教师必须严过教案关、试讲关和课堂质量督导检查关，针对主讲教师的自身特点，根据专家教授的建议，听课检查落实教师业务素质和授课水平的提高情况。
加强交流学习，提高业务水平。选送部分教师到部队锻炼，了解部队实际需求，在授课过程中能够进行针对性教学；派送任课教师到具有相应精品课程的地方高校进行教学观摩和进修学习，以提高授课质量。
2 改善教学条件，保障教学顺利开展
2.1 精心选用教材
为了切合火箭发动机的专业特点和部队建设的实际需要，经过任课教师的精心挑选，选取了内容和难度适中、华自强编写的第四版《工程热力学》作为授课教材，该教材融合了化学热力学的基础内容，使教学内容体系更加完善合理。辅导教材则选择美国M.C.波特尔编著的《Engineering Thermodynamics》，学生反响良好，认为该书英文通俗易懂，既提供了一个阅读外文文献的实践锻炼平台，又能从中学习了解国外学者表述热工知识的思维方式。
2.2 制作多媒体课件
利用现代教学手段，提高教学效果。以二维FLASH动画技术制作了内容生动的《工程热力学》典型动力装置和典型热力过程的动画演示软件，包括35种不同理论模型的动画。利用多媒体教室播放不同理论模型的动画、结合教师理论讲解，学生可以较好理解实际工程中热能和机械能相互转换的抽象过程，增强学生的感性认识。
2.3 开发网络教学平台
充分利用校园网络优势实现教学资料的上网，开发网上答疑系统进行在线讨论，让网络教学作为辅助教学手段提高教学质量。制作渐缩喷管和状态参数测定的虚拟实验，学生可以在开放的网络平台上进行交互的虚拟实验。按照教学大纲开发课程练习题库，为学生提供一种通过习题强化加深对所学知识理解的手段。题库包括5种题型共1000余道试题，系统随机组题，学生可以进行在线测试。
2.4 搭建《工程热力学》实验平台
结合现有实验条件，编著适合我校实际的《工程热力学实验指导书》，通过与西安重点院校的交流协商，搭建了在西安交通大学开展《工程热力学》实验的教学平台，开展了喷管内气体流动的热力过程与性能参数测定实验，使学生深刻理解了喷管设计和环境压力对喷管流动影响中涉及的理论知识。
3 优化教学内容，体现专业特色
考虑到专业特色，将传统的热力学理论列为重点内容讲述的同时，把火箭发动机工作过程中涉及的化学热力学理论列为重点内容讲述。在内容安排上，结合二炮院校的专业特点和部队实际需求，增加火箭发动机的动力循环知识点和导弹测试时用到的湿空气相关内容。并且把湿空气的性质安排在理想气体混合物的性质之后，这样可以把湿空气当做理想气体混合物的一个特例加以介绍，使学生能够从抽象到具体、从一般到特殊，既能理解理想气体混合物和湿空气理论知识，又能在发动机相关操作中学以致用。
4 激发学生学习兴趣，强化创新能力
在本课程学习中，主要从两方面激发学生兴趣、促进创新能力发展。
一是善于设疑提问，促其思考。在绪论介绍中强调“热”与人类文明进步的联系，热能的利用渗透在社会的方方面面。怎样描述热能与其他形式能量的转换？怎样做到节能减排、提高能量转化效率？工程热力学基本理论、定律是如何体现在我们日常生活当中？通过上述启发式提问，极大地启迪学生的思维，激发他们学习工程热力学的兴趣。
二是注重学以致用，在创新中深化知识的理解和运用。在课程学习中，引导学生运用《工程热力学》基本理论去指导专业应用。拟定课题“温度、湿度对固体火箭发动机气密性检查的影响分析”，要求从理论上分析环境温度和气体湿度变化可能对阵地测试项目造成的影响。该课题紧密结合部队实际，学生兴趣大，研究热情高，成为历届学生本科毕业设计的选题热门。在研究过程中，大大加深学生对《工程热力学》知识的理解，在此基础上指导教师与学生共同撰写并发表了相关学术论文。既强化了学生的创新能力，又促进了教师科研学术水平的提高。
5 重视教学全过程，提高教学质量
课程组监管教学全过程，旨在全方位提高工程热力学教学质量。①教学准备：在教研室的指导和帮评下，主讲教师认真备课、撰写教案，进行课前实讲。②课堂教学：教学采用理论授课、讨论、观看工程及实验录像、动手实验等多种教学形式，灵活采用研讨式、启发式等多种教学方法，按基本概念、理论分析、工程应用的顺序进行。教研室组织听课帮评加强对教学过程的监控管理和全程评价。③课后总结：在课堂授课后及时将本次授课的经验得失进行总结。④课程考核：采取平时学习表现与期终考试相结合的考核方法。⑤问卷调查：对学生进行不记名问卷调查，对调查结果进行总结分析，对照反思，有针对性地改进，力求本课程的教学水平达到新高。
6 结束语
《工程热力学》经过近五年的建设，课堂教学质量和教师教学水平得到明显提高，在学校有很高的教学评价。工程热力学先后在学校第五批重点课程建设和第二炮兵首批优质课程建设中评为优秀。
针对我校没有工程热力学实验室的现状，在学校领导和课程组的共同努力下，“2110”三期建设规划在今年正式启动热工基础实验室的新建工作，热工基础实验室建成及投入使用必将为学生提供《工程热力学》实验平台，缩短抽象概念和具体工程应用之间的距离；为学生提供实践和自主创新的场所，使工程热力学的教学质量再上一个新的台阶。
参考文献：
[1]华自强，张忠进，高青等编.工程热力学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.
[2]周丽萍，蔡康旭.关于《工程热力学》课程教学改革之浅见[J].时代教育（教育教学版），2009，（1）：191.
[3]李文杰，余晓平，彭宣伟.工程热力学课程教学现状与改革思考――以重庆科技学院工程热力学课程为例[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2012，（13）：350.
[4]艾春安.《工程热力学与传热学》第二炮兵优质课程建设评审材料（内部资料）[Z].2011.
作者简介：李红霞（1979-），女，博士，讲师，主要从事工程热力学教学工作，研究方向为含能材料合成、性能分析和模拟计算，第二炮兵工程大学601室，陕西西安 710025
艾春安，第二炮兵工程大学601室，陕西西安 710025
工程热力学的基本概念范文5
对于复合材料与工程专业而言，物理化学是一门非常重要的基础化学课程，与专业理论知识紧密联系，学好物理化学是学好复合材料专业知识的前提，但在实际教学中物理化学这门课程在本专业学习中存在一些问题，以下分别阐明现有问题及课改意见。
一、合理安排教学内容及课时
物理化学是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性很强的学科，涉及的公式多，应用条件严格，比较抽象，是学生学习过程中普遍感到难度较大的一门课。在本专业的培养计划中只安排了一学期的课程学习，因此选用高等教育出版社的《物理化学简明教程》作为学习教材。这本教材简明扼要地阐述了物理化学学科的主要内容及材料类学生所需的基础知识，是一本符合本专业实际教学目标的好教材。但由于本专业物理化学的课时较少，最终只能摘取部分章节学习。例如在2010级的教学方案中，只教学了化学反应热力学部分内容（热力学第一定律、热力学第二定律、化学势、多相平衡等章节）及表面现象与分散系统章节，电化学及化学反应动力学两个重要章节都未学习，这无疑会对物理化学课程学习的系统性产生不小的损害。面对这一实际情况，我们完全可以从整个专业的培养计划出发，筛选出多门课程的重叠内容，选排重叠知识在哪门课需要重点学习，在哪门课可以了解。如在物理化学这门课程中多相平衡章节就和材料科学基础课程里相关相图的章节有所重复，对于复合材料与工程专业而言，材料科学基础里的相图知识更重要，因此在物理化学教学中完全可以减少多相平衡的教学任务，简要介绍一些基本概念和原理即可，主要学习可在材料科学基础课程中完成。同时，物理化学中的表面化学章节也与学习材料表界面课程知识重复，在材料表界面课程中更系统丰富地阐述了表面化学，因此在物理化学课程也可以酌情减少教学任务。此外，像胶体化学此类比较简单的内容也可以安排学生自学，如果担心学生的自觉性，就可以一些代表性问题作为作业，让学生完成。
此外，如果有可能就应尽量合理制订培养计划，空出一些课时，把物理化学这门分为两学期学习，因为只有系统、透彻地学习才能让学生真正走进物理化学的世界。
二、改进教学方法
物理化学这门比较让学生学起来吃力的课程，应该积极采取有效的教学方法，改变这一现状。
首先要提高学生的学习兴趣，比如在学习热力学的过程中可以从历史背景及名人轶事出发引出热力学定律，又如在电化学中可以介绍锂电的研究前景、新能源汽车的发展现状等。兴趣始终是学习的最好动力，培养学生的学习兴趣是最大挑战也是最有效的教学方法。
其次采取案例法[3]、类比法[4]等总结所学知识与生活的联系及知识之间的关联对比，加深学生印象，帮助学生更好地理解所学知识。对于案例法，我们可以从工业生产的角度选取一种产品总结其中涉及的化学反应热力学、化学反应动力学等知识，这样可以使学生产生直观的学习感受，应用更好的学习方式。物理化学中有很多知识是可以用类比法学习的，如可逆电池与不可逆电池、理想气体与非理想气体等。这些类比不应由老师直接给出，而应让学生先独自完成这些类比，最后再对学生的类比结果进行查缺补漏，这样不但可以加深学生的学习印象，更可以锻炼学生的自主学习能力。
传统的“满堂灌”教学方法培养出来的学生，最明显的弱点是思维呆板，缺乏创新能力和发散思维[5]。因此，我们可以设置专门的讨论课，在相互交流中使学生的思维活跃起来，对于一些重要概念如热力学部分的焓、熵等，让学生通过独立思考提出见解，得到教师和其他同学的帮助和启发。讨论课不仅能激发学生的学习兴趣，而且能形成良好的相互探讨和交流的学习风气，有利于发散思维及创新能力的发展。
工程热力学的基本概念范文6
关键词：高职高专；热工理论及应用；教学手段
作者简介：陈明付（1964-），男，福建泉州人，福建电力职业技术学院机电工程系，副教授。（福建泉州362000）
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）13-0061-02
高职高专的人才培养目标是为经济社会培养出适应生产、建设、管理、服务一线需要的、掌握“必需、够用”的专业理论知识、具有较强的高素质技能型人才。“热工理论及应用”是高职高专“电厂热能动力装置”和“火电厂集控运行”（以下简称热动、集控）等专业的一门必修的重要的职业技术基础课程，是福建电力职业技术学院（以下简称“我校”）热动、集控专业开设的第一门职业技术基础课程，安排在大一下学期开课。多年的教学座谈会反馈，该课程难教难学。那么如何在一学期内组织有效的教学，达到培养目标的要求，是摆在任课教师面前的一个重要课题。笔者在多年教学的经验上，总结了以下几点体会。
一、了解学生
1.文化基础总体比较薄弱，学习积极性不高
高职高专学生的录取批次是普通高校的最后一批，文化基础较本科高校的学生要差一些。同时不少学生由于高考成绩的限制，无法进入自己喜欢的学校或专业就读，学习缺乏动力；加上部分学生不适应老师的教学方法，或某些知识点听不懂，又未得到及时解决等原因，造成学生对所学专业或某课程缺乏热情，学习动力不足，影响了学习的积极性。
2.注重动手能力和专业技能
高职高专学生的学习情绪化较强，对于内容枯燥的理论性太强的内容，学习兴趣不高，学习效果不好；而对于实用的实践教学环节，他们的学习兴趣明显高于理论课程的学习，学习的积极性和主动性较高。
二、熟悉教材
1.课程的内容和教学目标
我校选用的教材，是由武汉电力职业技术学院景朝晖主编的《热工理论及应用》（第二版）。该教材包括工程热力学和传热学两部分的内容，其中工程热力学部分是研究热能和机械能相互转换的规律，以及在火电厂中的应用；传热学部分是研究热能传递的规律，以及在火电厂中的应用。[1]
学生通过学习，应掌握热力学和传热学的基本理论，能正确运用热力学知识定性分析和定量计算基本热力过程和蒸汽动力循环的技能，运用传热学知识定性分析和定量计算传热过程的技能，为后续的如锅炉、汽轮机、热力发电厂等职业技术课程的学习奠定基础，并为今后从事相关工作提供重要的基础理论。
2.课程的特点
工程热力学部分内容的特点是：内容多而且理论性较强、概念多而且抽象难理解、公式较多而且应用条件复杂。[2]传热学部分内容的特点是：三种传热方式有不同的传热机理、表现，自成体系，所以内容连贯性和系统性较差，但又有一定的规律可循。[3]
三、讲究教学方法、注重教学手段
1.培养学生的学习兴趣
笔者安排在学院的仿真机教室上第一次课，通过投影简介火电厂的生产过程和各种热工设备在火电厂中的应用、作用及所处的地位，让学生初步了解该课程所介绍的热工设备都是电厂生产中实实在在的东西，这些设备运行得正常与否，会直接影响到电厂生产的安全性和经济性；再提出一些诸如冬天用手分别触摸同一环境中的木块和铁块，为何感到铁块很凉，是因为铁块温度比木块温度低吗，[4]夏天吹电风扇为何感到凉快等生活中的实例。这些是生活中的常识，但又无法完全地解释清楚，这样学生就会带着好奇心去学习，于是就激发了学生的学习动机，培养了学生的学习兴趣。
第一次课，就给学生简介该课程的内容、特点和教学目标，让学生对该课程的总体情况有所了解，以便做好心理准备。另外，第一次课就给学生交代清楚该课程的学业成绩评价方法，并非仅仅通过期末闭卷考试来确定的，而是采用综合的评价方法，并且非常注重学习过程的成绩，使学生重视该课程的各个教学环节。
2.重组教学内容
在有限的课时里，紧紧围绕技能型人才的培养目标，根据“按需施教、学以致用”的原则，重组教学内容。“精讲”重点内容，比如对工程热力学部分，精讲压力、功、热量、焓、熵、可逆过程等基本概念和性质，理想气体的四个基本热力过程，热力学第一、二定律的涵义和在电厂中的应用，以及水蒸气的性质，状态和状态参数的确定和蒸汽的动力循环等，特别是蒸汽的动力循环；传热学部分，精讲三种传热方式的基本规律和传热器在电厂中应用的传热实例分析，传热的增强与削弱等，特别是传热器在电厂中应用的传热实例分析。
同时，上每一次课之前都要先给学生说明教学目标和重点、难点，这样就不会让学生感到盲目和主次不分。
3.灵活多样的教学方法
在教学中，教师可实行启发式、讨论式、互动式等教学方法，采用归纳法进行讲授，鼓励学生在自学的基础上提出问题、相互探讨、独立思考，然后由教师进行分析、总结，使学生不仅知其然，也知其所以然，能够建立自己的知识体系。[5]对一些有区别又有联系，而且难以理解的内容，教师通过上述教学方式，再列表归纳比较，可帮助学生加深理解。例如工程热力学部分：开口系稳定流动能量方程式的四个简化式；体积功、技术功、轴功、流动净功的涵义、表达式；理想气体四个基本热力过程的方程、比热、内能和焓的变化以及功和热量交换的表达式；朗肯循环、再热循环、回热循环、热电合供循环的汽耗率、热效率的表达式；传热学部分导热、对流、辐射三种传热方式的机理、表达式等内容，都可通过多种方法来组织教学，充分发挥学生的潜能，活跃课堂气氛，以此提高教学效果。在讲授传热学中用到的热阻和网络图时，将其与电工学中的电阻和电路图联系起来，学生就很容易理解并掌握了。
在讲授各知识点的时候，应时刻牢记高职高专的培养目标是培养第一线技能型的人才，因此应尽量讲该知识在电厂生产实际中的应用。
4.精选例题
由于受时间的限制，为了加深对重要公式的理解，必须精选有关本专业方向的、紧密联系电厂生产实际的例题，例如开口系稳定流动的能量方程的应用，朗肯循环、再热循环、回热循环和热电合供循环的经济指标的计算，导热、对流、辐射及换热器的传热计算等。
5.采用现代化的教学手段
高职高专教育是要培养高素质技能型人才，其特点是强化理论联系实际，因此在教学方法方面要强调工程实践性。在教学中，组织学生看幻灯片、动画展示，到学院模型室参观锅炉、汽轮机、回热加热器、空气预热器等模型，到学院实训中心参观水泵、风机等实物的办法，来分析它们构造、工作原理，以提高学生的感性认识，增强直观教学效果。但在推导一些简单的公式和讲解例题时，要用传统的板书方法，以展示分析和计算的过程。同时为了弥补多媒体教学进度太快的不足，教师可让学生把课件拷贝回去复习。
同时，为了理论联系实际，我校安排了下厂参观、认识实习、运行或检修实习（实训）等实践教学环节，让学生亲身感受电厂实际的工作氛围，缩小学校与电厂的距离。
6.培养获取信息的能力
工程热力学部分的内容已建成院级精品课程，一些相关的教学资料，如教师电子教案、课件、习题解答、实验指导书、学习指导书、参考文献目录、授课录像等均已上网络，任课教师应指导学生上网查阅，方便了学生自主学习。同时，我校还开通了教学论坛，便于师生课外交流、探讨。传热学部分的教学内容还未建成和上网，这样就告诉学生上其他兄弟院校的精品课程网站。
随着经济全球化的不断深入及知识、信息技术等的不断普及和火电厂新设备、新技术、新工艺的不断应用，高职高专学生需要培养创新精神和开拓能力，因此教师要在教学中训练学生利用Internet 获取相关信息的能力。
7.适时开展第二课堂，提高学生实践能力[6]
学院从设备、场地和资金上给予大力支持，选派教师跟踪指导、组织学生开展各类竞赛活动，如专业论文评奖、专业知识竞赛，适时结合实验、参观毕业班学生火电厂仿真系统的操作技能竞赛和就业应聘现场模拟会等活动，将课堂教学与课外活动有机结合起来，让学生感受职业氛围，培养严谨的工作作风，进一步激发学生的专业兴趣，提高学生职业素质和专业实践能力。
8.采用综合的学业成绩评价方式
改革一门课程、一份试卷、一个成绩的传统的学生学业成绩评价方式，采用综合评价，注重学习过程。此外，还应考虑学生的独特见解方面的成绩，且所占比例不应该小。如通过课外作业、课堂提问、课后辅导等途径加以收集，列成表格，建立《学生学业成绩登记表》，如表1。
四、结束语
为了使毕业生符合高素质技能型人才的要求，笔者通过分析高职高专学生的特点、培养学生的学习兴趣、重组教学内容、适时开展第二课堂、综合评价学生的学业成绩等教学方法和手段等方面进行了改革与创新，创造一个良好的学习氛围，培养了学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力，提高了教学效果。
参考文献：
[1]景朝晖.热工理论及应用(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2009.
[2]曾冬琪,林小闹.提高“工程热力学”教学质量的方法漫谈[J].中国电力教育,2010,(16).
[3]吴怡,雒婧.“传热学”教学方法探讨[J].中国电力教育,2011,(7).
[4]宋长华,张友利.热工基础学习指导与习题集[M].北京:中国电力出版社,2008.
