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“工程熱力學”課程緒論部分教學方法探討
“工程熱力學”課程緒論部分教學方法探討
武和全，朱英杰
（長沙理工大學汽車與機械工程學院，湖南長沙410114）
摘要：緒論是教材的先導與靈魂，通常包括本課程的重要性及任務、目的、主要內(nèi)容和學習方法等內(nèi)容。本文從“工程熱力學”課程緒論部分的重要性及現(xiàn)階段教學中常見問題出發(fā)，對如何完善緒論部分的教學方法進行了深入探討。
關(guān)鍵詞：緒論；探討；教學方法
基金項目：長沙理工大學教改課題項目作者簡介：武和全（1982-），男（漢族），湖北仙桃人，工學博士，講師，長沙理工大學汽車與機械工程學院，主要講授工程熱力學及傳熱學等課程。
緒論課是指每門課程正式教學前的前言課或者簡介課，是不可缺少的教學環(huán)節(jié)，主要內(nèi)容包括：課程的教學目的、內(nèi)容、要求、重點、學習方法和教學總體安排等。作為課程教學的第一節(jié)課，緒論課的教學好壞直接影響學生對整個課程學習的熱情和動力�！肮こ虩崃W”是眾多工程類專業(yè)的主要專業(yè)基礎課，對學生研究能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)十分重要，因此，其緒論課程的教學尤為重要。教師應力求在與學生的第一次交流中就使其明確學習“工程熱力學”的原因、目的、內(nèi)容和方法等幾個重要問題，以激發(fā)學生進一步學習“工程熱力學”及相關(guān)課程的興趣。
一、緒論部分教學內(nèi)容
“工程熱力學”課程的緒論總共包括四個部分，即：熱能的利用、熱力學的發(fā)展簡史、課程的研究對象和主要內(nèi)容以及熱力學的研究方法。
1. 熱能的利用。自然界中存在的能源主要有：風能、水能、太陽能、地熱能、燃料化學能、原子能等。在這些能源中，除風能和水能是以機械能的形式直接被利用外，其他各種能源只能直接或間接地（通過燃燒、核反應）提供熱能。據(jù)統(tǒng)計，有85%～90%的能源是轉(zhuǎn)換成熱能后再加以利用的。熱能利用的水平在一定程度上能夠反映社會生產(chǎn)力的發(fā)展水平。熱能的利用這部分一方面講述了能源的定義、主要存在形式以及在人類生活各個方面的重要作用，另一方面講述了能源中最常用的能源———熱能的利用方式：通過各種類型的發(fā)動機及發(fā)電機，使燃料熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能或者電能和熱能的直接利用。
2.熱力學的發(fā)展歷史。人們對熱的本質(zhì)及熱現(xiàn)象的認識，經(jīng)歷了一個漫長曲折的探索過程。在古代，人們就知道熱與冷的差別，能夠利用摩擦生熱、燃燒、傳熱、爆炸等熱現(xiàn)象來達到一定的目的。但在很長時間內(nèi)，人們只看到了熱的現(xiàn)象，認為熱是一種沒有形體的“熱素”，物體得之則熱，失之則冷。直到1850年，邁耶（Mayer）和焦耳（Joule）等人經(jīng)過艱苦實踐，才確立了熱能之間的當量關(guān)系，也就是確認了熱力學第一定律。1850—1851年間，克勞修斯（Clausius）和湯姆遜（Thomson）先后提出了關(guān)于熱能和機械能在轉(zhuǎn)換上存在著方向性問題，即熱力學第二定律的基本觀點。熱力學第一定律、第二定律是從無數(shù)實踐經(jīng)驗中總結(jié)出來的、公理性的定律，這兩個定律的確立奠定了熱力學的基礎。熱力學形成初期，主要是研究熱機中熱能和機械能的轉(zhuǎn)換。后來，隨著熱力學本身的不斷發(fā)展，除了指導熱機的發(fā)展外，又被廣泛應用到其他自然科學和生產(chǎn)部門中。熱力學不但與熱機、制冷、熱泵、空氣分離、空氣調(diào)節(jié)等傳統(tǒng)工程有關(guān)，還發(fā)展到宇宙航行、新能源探索等新技術(shù)領域中，并相應地發(fā)展了新的理論，形成了若干分支。工程熱力學就是熱力學的一個重要分支。
3“。 工程熱力學”課程的研究對象和主要內(nèi)容。工程熱力學是研究熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的一門學科。它的主要內(nèi)容包括三部分：（1）介紹構(gòu)成工程熱力學理論基礎的兩個基本定律———熱力學第一定律和熱力學第二定律。（2）介紹常用工質(zhì)的熱力性質(zhì)。（3）根據(jù)熱力學的基本定律，結(jié)合工質(zhì)的熱力性質(zhì)，分析計算實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的各種熱力過程和熱力循環(huán)，闡明提高轉(zhuǎn)換效率的正確途徑。
4.熱力學的研究方法。熱力學的研究有兩種途徑：一是現(xiàn)象或經(jīng)典熱力學；二是統(tǒng)計熱力學。經(jīng)典熱力學完全由宏觀現(xiàn)象出發(fā)，以實踐為基礎來描述客觀規(guī)律，把由大量分子組成的物質(zhì)看成是連續(xù)均勻的整體，采用一些宏觀物理量來描述物質(zhì)所處的狀況，并且根據(jù)兩個基本定律，導出這些物理量之間的普遍關(guān)系，因此具有高度的普遍性和可靠性。經(jīng)典熱力學的結(jié)構(gòu)比較簡單，只要利用幾個基本概念就能進行熱力學定律的推演，而這些基本概念較為直觀，易于理解，涉及的變量也少。統(tǒng)計熱力學是研究熱現(xiàn)象的微觀理論，它從物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，應用力學規(guī)律說明分子的運動，并用統(tǒng)計的方法說明大量分子紊亂運動的統(tǒng)計平均性質(zhì)，因而它能夠從物質(zhì)內(nèi)部的微觀運動機理，更好地說明宏觀熱現(xiàn)象的物理實質(zhì)。但它的分析過程較為復雜，不像宏觀理論那樣直觀、簡單，故主要用于理論研究工作。本科階段的“工程熱力學”課程主要采用宏觀方法進行討論。
二、緒論部分的教學應該解決的問題
1.明確學習目的，解決為什么要學的問題�！肮こ虩崃W”的特點是理論性強，概念多且抽象；公式推導多，應用條件復雜，學生感覺課程的內(nèi)容繁多，難以抓住重點，容易陷入復雜的公式推導中，造成學習困難，從而產(chǎn)生厭學情緒。并且，現(xiàn)實情況中，有一部分學生只是為了考試而學習。對于必修課重視程度高，愿意花費精力學習，而對于選修課，則多以應付的態(tài)度草草了事。因此，緒論部分的教學就更加重要。緒論是“工程熱力學”課程的第一節(jié)課，對于一門新的課程，學生一般都存在著一種好奇，如果能在第一節(jié)課將學生的這種好奇轉(zhuǎn)變?yōu)榕d趣，進而激發(fā)學生學習本門課程的動力，則意味著本門課程的教學已經(jīng)成功了一半，在接下來的教學過程中也將會取到事半功倍的效果。
2.明確學習內(nèi)容以及各內(nèi)容之間的聯(lián)系，解決學什么的問題。在現(xiàn)在的大學生中，普遍存在著這樣一種疑惑———學習一門知識不知道到底該學習什么，又有什么用處，有些大學生甚至認為書本上學習的知識在工作以后完全用不到，久而久之便影響了學生學習理論知識的積極性。同時，部分學生在學習一個新的知識點的時候，往往只是孤立的學習，缺乏對知識點橫向、縱向的延伸，沒有形成一個完整的知識體系，這樣又造成了學生記憶困難，導致學生失去了學習本門課程的興趣。學習一門課程要在頭腦中建立該課程的知識體系，梳理清楚各部分內(nèi)容之間的相互關(guān)系。如果在緒論課上能幫助學生解決這個問題，那么學生在學習各個章節(jié)內(nèi)容時目的性就會更加明確，更清楚為什么學習這部分內(nèi)容，也就能較好的避免陷入公式推導和記憶中，避免只抓住個別的知識點而偏離了課程的主線。緒論課的內(nèi)容豐富而分配的課時卻不多，一般只有1～2個課時，學生也往往認為不屬于課程主要考試內(nèi)容不予重視。因此，教師要在設計教學內(nèi)容上多下工夫，通過各種方法讓學生學會自主查找相關(guān)知識。例如，熱力學的任務是要讓學生明白熱能與機械能之間相互傳遞、轉(zhuǎn)換的關(guān)系和規(guī)律，而在我們?nèi)粘Ｉ钪械姆椒矫婷娑即嬖谥鵁崮艿睦�，教師可以讓學生自己舉例說明我們生活中熱能的利用。再例如，緒論的第二部分講述的是熱力學的發(fā)展歷史，教師可以采用多媒體，用視頻的形式向?qū)W生介紹歷史，將枯燥的文字轉(zhuǎn)換為生動的圖片，一方面可以集中學生的注意力，提高學習興趣；另一方面，也可以讓學生的腦海中形成動態(tài)的圖像記憶，將歷史知識記得更加牢固。
三、緒論部分的教學方法
1.運用案例，理論結(jié)合實際。教師在課堂上多舉一些日常生活及工業(yè)上運用工程熱力學的例子，引導學生將枯燥的理論與實際的運用結(jié)合，學以致用，讓學生明白學到的知識可以解釋和解決許多實際中的問題，以增加課程對學生的吸引力。比如在講授第一部分熱能的利用時，就可以舉例具體說明，或者讓學生自己舉例說明，引發(fā)學生之間的討論。
2“。 多管齊下”，圖文并茂。通過圖文并茂的多媒體技術(shù)，讓學生通過多個感官同時接收信息，增強課堂的生動性和直觀性，加深學生對所學知識的理解。比如緒論的第二部分熱力學的發(fā)展簡史，由于學生學習歷史的熱情普遍不高，認為歷史只有枯燥的文字和難以記憶的年代，這部分的教學就可以通過多媒體將歷史知識用視頻的形式播放出來，既能讓學生觀看，增加趣味性，又將學生置身于那個年代，增強記憶性。此外，一些大型熱工設備可以通過多媒體以圖形展現(xiàn)，其熱力過程以Flash動畫展現(xiàn)。如此一來，汽輪機，內(nèi)燃機、燃氣輪機等設備的工作原理就能生動的表達出來，學生對這些機械的工作原理也就有了更加直觀的認識。通過老師講解、多媒體播放等教學手段多管齊下，學生能留下更加深刻的印象。
3.設置問題，激發(fā)討論。讀萬卷書不如行萬里路，學生在學習的過程中，通常會遇到老師講的時候都會，自己想的時候就一片空白的狀況。一味的聽老師講課，學生不學會自己思考，也只能是左耳進，右耳出。進行課堂講授時，教師可以提出一個個與所講內(nèi)容相關(guān)的問題，這樣不僅可以引起學生的注意，使其集中精力聽課，而且可以激發(fā)學生主動思考、積極討論，達到由此及彼、舉一反三的目的，從而提高學生學習工程熱力學的興趣。
4.掌握特點，突出重點。緒論課的教學內(nèi)容具有抽象性、簡單性、枯燥性和濃縮性的特點�；谶@些特點，教師在教學的過程中要注意積累經(jīng)驗，逐漸形成自己的一種教學體系，教學時懂得如何更好的突出內(nèi)容重點和學習特點，避免學生出現(xiàn)不知道學習內(nèi)容、分不清學習重點，全部內(nèi)容一概而論的現(xiàn)象，引導學生明確什么該掌握、什么該了解，有目的、有方法的去學。
總之，要做好緒論課的教學工作，教師需要在清楚緒論課程教學基本內(nèi)容的基礎上，充分認識到它的重要性，注重教學的靈活性，不斷地反復總結(jié)經(jīng)驗，進行教學實踐，完善緒論教學。
參考文獻：
[1]李岳林，劉志強，武和全。工程熱力學與傳熱學[M].第二版。北京：人民交通出版社，2013.
[2]邵士權(quán)。我國高等學校教學方法創(chuàng)新研究[D].武漢：華中師范大學，2011.
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