时间：2023-03-24 15:25:32
关键词：能源与动力工程；网络教学平台；混合式教育
作者简介：代乾（1981-），男，河北沧州人，天津城市建设学院能源与安全工程学院，讲师；王泽生（1964-），男，天津人，天津城市建设学院能源与安全工程学院，教授。（天津 300384）
基金项目：本文系天津城市建设学院2012年度教育教学改革与研究项目（项目编号：JG-1207）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0074-02
2012年9月，教育部颁布实施新的《普通高等学校本科专业目录（2012年）》，热能与动力本科专业更名为能源与动力工程专业。由专业名称可见该专业的内涵更加广阔和深远，从而也说明随着能源动力科学技术的飞速发展和新问题地提出，社会对人才的培养提出了新的要求。目前，大约有170多所高校设置了热能与动力工程专业。[1]随着经济的发展，能源与环境逐渐成为世界各国所面临的重大科技和社会问题。培养高素质的具有创新意识的能源工程专业人才是本学科义不容辞的责任。而热工系列课程作为重要的专业基础课程，其重要性不言而喻。合理的课程体系是体现教育教学理念的重要载体，是实现专业培养目标、构建学生知识结构的中心环节，建立适应社会主义市场经济发展需要、体现热能动力技术学科内在规律、科学合理的课程体系极为重要。[2]为了使该课程适应新的要求，非常有必要对其进行一定的改革，以培养适应21世纪社会发展需要的人才，同时对推动我国可持续发展战略具有重要的意义。
一、实施混合式教育方式
开发混合式学习方案的关键因素在于确定适当的时机，使用适当的混合方式，为适当的学生施行教学。而教师想要运用适当的混合方式需要考虑学习地点的设置、信息传输技术及时间的安排、教学策略和绩效援助策略等。[3]混合式教学模式一般可分为以下几个阶段：[4-6]
1.前期分析
学生作为学习活动的主体是有认知、有情感的，学生本身的知识水平、学习能力和社会特征都对学习的信息加工过程产生影响，教师进行学生特征分析有助于了解学生的学习准备和学习风格，从而为后面的学习环境设计和媒体的选择提供依据。
2.混合式教学的组织与管理
教师应按照教学进度有针对性地选择和设计教学活动，同时要参照已经设计好的课程目标、课程内容及其呈现形式，将其与具体的章节知识点相关联。教学活动的作用在于为学生创造具体的学习情境，并加强师生、生生之间的交流互动，因此恰当的教学策略对于教学活动的顺利展开尤为重要。
3.网络教学平台及教学资源建设
网络的对于教学来说不应当只是教学内容，而更多的应该是支持教学交互、教学评价和教学管理，教学交互、教学评价和教学管理是保证教学质量的重要环节，这就需要有一个集教学内容与管理、课堂教学、在线教学交互、在线教学评价、基于项目的协作学习、发展性教学评价和教学管理等功能于一体的网络教学平台来支撑混合式教学。本校对“工程热力学”、“传热学”、“工程流体力学”原有的教学网站进行了全面改版，并于2010年先后投入运行。其中“工程热力学”课程教学网站主页如图1所示。网站按照省部级精品课程的要求制作，网上教学内容详实，包括课程的概况、教学文件、习题及答案、实验实践教学等各种资源。学生可通过浏览网站学习更多的知识，这对课堂教育来说是一个非常有益的补充，并有助于实现教与学的互动。
二、教学内容优化
“工程流体力学”是理解能源动力系统工质流动与流量、能量分配的基础。“工程热力学”是研究如何充分和有效利用能量的学科，其基本内容是热力学基本定律和工质热物性、热过程的研究，是理解能源动力系统中能量转换基本规律和提高系统能源利用效率的理论基础。“传热学”研究热量传递的基本规律，是理解和控制能源动力系统热量传递过程的理论基础。“热工学”集成了“工程热力学”、“传热学”的基本理论和核心内容，为能源动力类安全工程专业等提供必要和少量学时的热工理论基础教育，也是其他非能源动力类专业节能技术及应用的理论基础课程。“热工测量技术”和“流体热工基础实验”课程则是关于“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”的实验理论的技术基础课程，旨在揭示相关课程的实验研究目标、原理、方法以及应用。
1.热工系列课程间内容关联性分析
（1）“工程流体力学”与“工程热力学”在教学内容的关联性之处主要体现以下两个方面：“工程流体力学”中的一维无粘性重力流体流动能量方程（伯努利方程）与“工程热力学”中的热力学第一定律稳态稳流能量方程式具有相同的理论基础，后者是普遍适用的能量方程式，而后者是前者在一维无粘性重力流体条件下的特例和不同的表达方式；“工程流体力学”中的可压缩流体流动基础与“工程热力学”中的气体和蒸汽的流动研究对象及理论基础完全相同，只不过研究的侧重点不同，前者强调流动特性，后者注重能量传递与转换过程。
（2）“工程流体力学”与“传热学”课程在教学内容方面具有紧密的关联性和延续性，主要体现在“工程流体力学”中粘性流动方面与“传热学”中对流换热方面的相关内容，具体为：
1）研究对象均为传递现象，“工程流体力学”研究的是动量的传递，而“传热学”研究的则是热量的传递，其规律及分析方法具有类比性。首先，传递驱动力分别为速度差和温度差；其次，传递方式均为分子扩散和对流扩散，其中对于分子扩散基本规律两者具有类似的形式，即牛顿摩擦定律及傅里叶定律，也均有描述传递能力的物性参数，即运动粘度（m2/s）和热扩散系数（m2/s），而且流动边界层与热（温度）边界层具有相似的定义和相同的边界层结构；最后，描述传递现象的控制方程，即动量微分方程式（N-S方程）和能量微分方程，也具有相似的形式。这也是“传热学”中动热类比分析方法（类比律，即将阻力实验结果直接用于表面传热系数的计算）的理论基础。
2）如果粘性流体流经壁面且具有与壁面不同的温度时，就会同时发生动量传递和热量传递现象。此时“工程流体力学”与“传热学”研究的是同一现象的不同方面的特性，即阻力特性和传热特性。一般阻力特性是传热特性研究的基础，某些特殊情况（流动及对流换热具有耦合特征）下两者相互影响，如流体外掠平板的层流与紊流流动及对流换热、圆管内层流与紊流流动及对流换热、外掠圆柱的层流与紊流流动及对流换热、各类自由流动及对流换热等等。显然在此类教学内容中，“工程流体力学”是“传热学”的基础。
3）具有相同的分析、计算方法。正是由于动量方程和能量方程具有相似的形式，理论分析法（包括微分方程组求解及积分方程组求解）、模化实验方法（相似原理）、数值计算方法均可应用于阻力特性和传热特性的研究，甚至同一数值计算商业软件（如FLUENT、ANSYS、PHINICS等）可同时分析求解同一现象的阻力特性和传热特性。因此在研究方法上，“工程流体力学”与“传热学”是并行的或者说是相同的。
（3）“工程热力学”与“传热学”课程在教学内容具有关联性之处主要体现以下两个方面：“工程热力学”中有关热量传递只是讨论热力过程中热量传递的量，而“传热学”研究的是热量传递的机理、方式、影响因素、计算方法。在“热力学”中热量的单位是q（J/kg），而“传热学”中热量（热流密度）单位是q（W/m2），可见后者强调的是热量传递的速率及能力，而后者以前者的理论（即热力学第一定律—能量守恒规律）为基础；“工程热力学”中有关湿空气焓及含湿量变化规律与“传热学”中的热质交换有着内在联系。如电厂冷却塔中，“工程热力学”讨论了其工作原理及状态参数的变化，而“传热学”则讨论了其热湿交换的具体方式和传递速率。
2.热工系列课程教学内容体系优化原则
依据培养方案，流体热工系列课程时间安排顺序是“工程流体力学”—“工程热力学”—“传热学”（或“热工学”）—“热工测量技术”，“流体热工基础实验”课程与上述课程并行安排。因此，热工系列课程教学内容体系优化按照以下原则进行：
（1）安排在前的课程。教师除完成本课程教学内容外，须根据上述各课程之间知识点的关联性，有意识地为后续课程涉及的内容打下牢固的理论基础。“工程流体力学”课程的教师需要向“工程热力学”、“传热学”课程任课教师了解相关的内容，如一元绝热稳定流动的能量转换规律、相似原理等等，在“工程流体力学”的教学中兼顾这些内容的教学需求。
（2）安排在后的课程。教师依据上述各课程之间知识点的关联性分析，在相关内容的教学过程中，须了解前面课程任课教师的授课内容和方法，精选授课内容，避免不必要的重复，使该课程与前面课程有机衔接，且注意采取比较教学法，让学生更容易掌握课堂知识。
（3）“热工测量技术”和“流体热工基础实验”课程。课程任课教师应了解和引用其他理论课程相关教学内容，使实验教学与理论教学内容有机结合。如温度测量，教师除加强温度测量原理、仪表、标定及使用方法教学外，对于高速气流温度测量，需引用“工程热力学”中气流一维绝热流动能量方程以及滞止温度和气流温度的关系等相关理论知识，说明气流速度对温度测量误差的影响；而对于高温气流温度测量，需引用“传热学”的辐射换热相关理论，说明辐射对测温误差的影响以及消除误差的措施；而对于铠装热电偶或在加温度计套管情况下，还需引用“传热学”的通过肋壁导热的相关理论，说明套管的存在对温度测量误差的影响以及消除误差的措施。
三、结束语
经过一定时间的教学体验和学生的反馈表明，该教学模式使教学效果得到很大提高。笔者认为在以后的教学当中，要把这种模式继续深化并推广到其他课程的教学当中，热工系列课程的教学改革也必然会取得成功。
参考文献：
[1]宋文武，符杰，李庆刚，等.关于构建“热能与动力工程”大专业多方向课程体系的思考——基于培养复合型应用人才的视角[J].高等教育研究，2011，28（4）：44-48.
[2]战洪仁，张建伟，李雅侠，等.热能与动力工程专业人才培养模式及课程体系探讨[J].化工高等教育，2008，99（1）：19-21.
[3]Matt Donovan，Melissa Carter.Blended Learning：What Really Works[J].CLASTD，2004，（2）.
[4]Driscol1 M.Blended learning：Let’s get beyond the hype[J].learning and Training Innovations[R].2002.
关键词：核反应堆 热工水力 教学 探索
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0113-02
核反应堆热工本科专业是核工程与核技术的核心专业课之一。核反应堆热工是一门工程性较强的课程，它着重讲述了反应堆热工的基础理论和一些分析、计算方法，是核能科学与工程专业方向的一门专业主干课程。核反应堆热工课程实际上是一门较难的课程，因为它要求的课程基础较多，课程内容较为复杂抽象，能实践的内容较少。因此，各大开设核专业的高校对这么课程的教学都十分重视，如何能较好的开展核反应堆热工课程的教学已经成为高校教育中的一个难题。该文结合核反应堆热工课程的教学实践，通过教学内容的编排、教学模式的改善开展了一些教学的创新探索，收获了一定的效果。
1 核反应堆热工课程概况
核反应堆热工课程是核工程专业的必修课，其的性质和任务是分析燃料元件内的温度分布、冷却剂的流动和传热特性以及预测在各种运行工况下反应堆的热力参数，以及在各种瞬态和事故工况，压力、温度、流量等热力参数随时间变化的过程。要求学生前修课程包括反应堆物理分析、核反应堆工程原理、流体力学、传热学、高等数学、数值分析等。核反应堆热工课程的主要教学内容包括堆的热源及其分布、堆的传热过程、堆内流体的流动过程及水力分析、堆芯稳态热工分析及堆芯瞬态热工分析，此外还要求学生对传热学方面的知识非常了解。该课程40个学时，占2.5个学分，一般上课人数为40～50人。开设该课程的目的在于培养学生能够掌握反应堆领域热工水力学的基本分析方法，运用先修课程流体力学、传热学、工程热力学和反应堆物理中学到的基本概念、基本公式和基本结论，以压水堆堆芯为主要分析对象，达到既了解反应堆稳态工况下的工作情况以及在瞬态工况下的变化特点，又能训练和培养独立分析问题的技能和能力。通过该课程的学习为学生在毕业后从事核反应堆安全分析和设计运行等工作打下坚实的理论基础并提供有益的工程借鉴。
核反应堆热工课程的主要特点有以下几方面。
（1）课程基础多。热工课程不仅要求学生对核反应堆无力分析的知识非常了解，还需要掌握核反应堆工程的专业知识，在具体的知识点学习中，还需要了解传热学的知识。在进行具体的热工设计中，还需要流体力学方面的知识，进行计算时，高等数学、线性代数及数值分析等基础理论的知识也不少。因此，要求如此多的课程基础，少了任何一门都会使学生觉得此课程非常的有难度。
（2）课程内容抽象。从以上的介绍可以看出，课程中的许多内容涉及到很多基本概念和公式，在一一进行推导的时候十分的枯燥，难以引起学生的兴趣。而且，课程的内容一环套一环，如果刚开始的课程学生没有认真的学习，出现脱节现象，到后面的章节，学生学习起来难度将非常大。这也就导致学生在后面的学习失去了学习的热情和信心。
（3）实践的环节少。因为课程内容涉及到热工水力和反应堆，但无论是流体力学还是反应堆，学校都不具备进行实验的条件，这也就给本来枯燥、难度较大的教学内容带来了更打的困难。
针对以上核反应堆热工课程的特点，在教学过程中，我们采取了一些创新的教学探索，以期实现提高学生学习兴趣，改善教学效果的目的。
2 教学创新探索
针对核反应堆热工课程的特点，在教学过程中，通过以下几个方面展开了教学创新探索。
2.1 抓好绪论课的教学
绪论课是教学的起点，有非常确定的目标，具有非常强的导向性。教师只有对课程的理解、掌握和控制到达了一定程度，才能在绪论课上将学生对教材的学习起到引领、提示和导向等作用，可以启发学生对课程的兴趣。通过绪论课使学生对这门课程的整体框架建立一个初步感观，了解学习内容、明确学习方向、掌握学习方法、认识课程的前沿动态，进一步解决“为何学、学什么”和“如何学”三个问题，从而充分调动他们日后学习该课程的积极性。尽管每门课程的内容都不尽相同，但绪论课的主要的模式大致相同。绪论课的授课方式主要有以下几个特点：从整体上介绍本课程、绪论课的内容求全不求精以及绪论课授课形式以老师讲授为主。
俗话说得好：“良好的开端是成功的一半”。结合多年的教学经验深刻体会到绪论课的重要性，可以说上好了绪论课，这个学期的教学就成功了一半。由于绪论课在整个课程内容中的特殊性，采取以上教学形式可以对学生进行有效引导，使学生快速地明白本课程的主旨和篇章结构，熟悉教材的知识系统，发挥主动学习课程的积极性，初步了解本课程的一般理论和研究方法[1-2]。但对于课程内容较为复杂、抽象和枯燥的课程，采取这种方式来组织绪论课的教学，未必能取得较好的效果。核反应堆热工这门课程主要涉及到传热学、热工水力、核反应堆物理分析等相关内容，各种物理原理、化学方法完全靠语言上的讲解十分的枯燥，完全采用老师讲授的方式，学生听起来费劲，效果也很差。因此，有必要重新考虑核反应堆热工绪论课的组织形式。通过认真的调研，本课程从重新编排绪论课的教学内容和调整绪论课的教学模式等方面对绪论课的教学进行了创新探索。
由于核反应堆热工课程的内容十分的庞杂，要想在短短的2个学时内，将这些内容面面俱到的一一介绍，有一定的难度，也没有必要。因此在本课程的编排上，必须对本课程的教学内容进行精简，重新编排教学内容的原则是以点带面。由于学生在前面的课程里已经上过一些专业课，对核反应堆物理分析的基础知识有了一定的了解，因此这部分的内容可以有一定的删减，既能对知识进行回顾，又要能引起学生们的兴趣，这是对这部分内容的编排要求。对于后面具体的课程专业知识介绍，则挑重点介绍，而不是一一涉及。这样重新编排绪论课的教学内容既继承了传统绪论课授课方式的优点，又在这个基础上有新的突破。学生们听起来既不会为庞杂而系统的知识感到厌倦，同时有兴趣的知识点的深入探讨又会引起他们足够的兴趣。虽然重新编排了教学内容，还是不能从根本上解决绪论课冗长的难题。因此，本课程也借鉴了研究型教学的模式。研究型教学是指在教学环节与过程中，有效促进教师主导地位与学生主体地位的双向互动、并有机融合课程大纲与内容、研究选题与实践、学生个性兴趣与专业发展的多维统一从而教学相长的新型教学方式与课改实践[3-4]。
2.2 使用好多媒体课件
多媒体课件是将文字、图形、声音、动画、影像等多种媒体融为一体，将其于教学中，可以节省教师板书、画图等大量的时间，在相同的时间单元，可以给学生提供更多更大的信息量，拓展了学生的视野和思维，是传统的“黑板+粉笔+教材”教学方法无法比拟的，而且显示出了巨大的优势。多媒体课件辅助教学在推动教育教学现代化、提高课堂教学效果等方面所起的积极作用是无可厚非[5]。在核反应对热工课程中，使用多媒体课件尤其是视频资料是非常适合的。因为在反应堆热工课程中，许多热工水力的原理及实验是暂时没有条件在现场或是实验室展示的，因此通过视频的方式来展现就变得尤为重要了，例如核电站核岛内一回路管道、二回路管道内流体流动以及温度分布等特点，通过讲述的方式难以理解，而如果引入视频的方式来展现就会变得特别直观，易于学生理解。但多媒体课件的使用也存在一些问题，例如课程中视频的时间不能过长，否则学生只看视频的话，虽然印象深刻，但对于原理性的内容的理解反而不容易。
2.3 做好课程设计
核反应堆热工课程内容非常多，需要检验学生对重点知识点的掌握和理解，以及是否有能力对这些知识加以综合运用，解决核反应堆热工中的问题。课程设计是一个非常好的选择，通过课程设计，可以使学生对课程的内容的理解更为深刻，同时也锻炼了他们的动手能力。例如，课程设计要求学生针对某压水堆燃料组件热工水力稳态特性进行分析计算，通过独立编程计算锻炼学生综合应用课本理论知识的能力和计算机编程能力，为学生毕业后从事核反应堆程序开发工作打下基础。例如，基于课程设计指导书内容，利用单通道模型思想对压水堆燃料组件的热工水力特性进行稳态分析计算，要求独立编程计算，给出计算结果图，并撰写课程设计总结报告。例如基于课程设计指导书内容，利用单通道模型思想对压水堆燃料组件的热工水力特性进行稳态分析计算，要求独立编程计算，给出计算结果图，并撰写课程设计总结报告。这些都是可以进行的课程设计内容。
3 教学实践
基于以上的讨论，我们展开了对核反应堆热工课程的教学实践。在教学实践的过程中，认真做好绪论课的教学工作。根据学生们反馈，明显能感觉到学生们对绪论课上教学内容的兴趣得到了明显的提高。在教学实践过程中，做好多媒体课件的使用工作。很多同学在观看多媒体课件时，尤其是播放核电站管道系统内流体流动的视频时，很多同学都非常仔细的观看。视频观看完毕后，有些同学立刻提出了自己的疑问，希望了解核电站内流体流动的具体情况。可见，在教师的引导下，学生们会自然而然的对核反应堆热工课程的内容产生了具体的兴趣。可见，多媒体课件特别是相关视频的播放，也对提高学生们的学习兴趣发挥巨大的作用。课程设计过程中，学生们展现的主观能动性给任课老师也留下了非常深刻的印象，他们不仅学习热情高，而且在课设过程中往往能有很多意想不到的创新性工作，使得这些课程设计在课程教学过程中发挥了巨大的作用。
4 结语
核反应堆热工课程具有一定的难度。该文结合了核反应堆热工课程的教学实践，讨论了在核反应堆热工课程中可以采取的创新教学模式。通过抓好绪论课的教学，多媒体课件的使用以及课程设计等手段，提高核反应堆热工课程的教学质量。实践结果表明，这些手段都能在核反应堆热工课程的教学过程中，发挥正面的作用，起到了良好的效果。
参考文献
[1] 仝卫卫，王彩虹.《高等数学》绪论课教学方法浅谈[J].中国西部科技，2015，14（1）：97-98.
[2] 杨燕霞.教师课堂的“首场秀”――浅谈关于“质量检验”绪论课的重要性[J].教育艺术，2015（5）：32.
[3] 张琳，王佳.高校学科基础课程研究型教学模式的实践探索[J].教育教学论坛，2015（18）：113-114.
[关键词] 热工 课程教学 问题
热工类课程包括《工程流体力学》、《工程热力学》与《传热学》等。该类课程是培养21世纪工科类学生,尤其是机械类专业学生的公共技术基础课。西安交通大学、浙江大学和长沙理工大学等许多院校在机械大类专业中都大课时量的设置了该类课程。我校从1999年设立“过程装备与控制工程”专业后,《工程热力学》、《传热学》与《工程流体力学》3门课程陆续开设。经过十来年的发展,目前该热工类课程已成为我校机械大类各专业的一门公共课。针对机械大类专业人才培养要求及热工类课程本身特点,结合近两年来我校热工类课程教学改革实践,本文拟对机械大类专业中热工类课程的理论教学、教学方法及实验教学等方面进行探索与思考。
一、存在的问题
目前,我校在机械大类专业中开设了5个专业方向,即过程装备与控制工程、机械设计制造及自动化、工业工程、物流工程和材料成型及模具。由于热工类课程内容知识点多、联系紧密、概念抽象、理论性较强等原因,我校开设该课程的过程中存在以下一些问题:(1)不同专业方向对热工知识需求的侧重点不同,该如何针对性地安排教学内容和课时量的多少是个不容易把握好的问题。(2)课程的实验项目单一,验证性实验居多,对有助于提高学生综合分析与解决问题能力以及实践创新能力的大型综合性实验(践)甚少;而且热流实验设备价格昂贵、台套数少,当学生人数多时,供需矛盾相当突出。(3)教学方法和教学手段单一,热工类课程开设之初采用的是教师在讲台上讲、学生在讲台下听的填鸭式教学。
二、探索与思考
1.适应我校机械大类各专业方向需求,建立分层次理论教学课程体系
由于课时数的限制,在机械大类专业中开设热工类课程不可能像在能源动力类专业中那样学习的内容知识点都面面俱到,只能结合机械大类下各专业方向的知识需求及其特点有所取舍。其基本思路是:以质量、能量和动量守恒为线索将传统的3门课程内容融会贯通,以形成有机的整体,构成较系统的一门课,以基本概念基本定律为主要知识点围绕这些内容展开,改变一般《热工基础》课中把《传热学》和《工程热力学》当作两个独立部分,而且与《工程流体力学》内容不相关联的做法。事实上,这3门课都是以“三个”守恒定律为基础的。另外,《工程热力学》中理想气体性质及其热力过程等有关理论是《工程流体力学》讲述气体动力学的基础,《工程流体力学》对粘性流体流动的分析正是《传热学》介绍对流换热的前提,等等。根据这一特点,我们构建起以“三个”守恒定律及其方程为基础、以《工程流体力学》为桥梁,使3学科知识有机结合的分层次新课程内容体系,在保证各学科自身特点的同时,综合学科间的相关知识,删除雷同内容,加强学科间的内在联系,使3学科教学更为系统、高效。当然,还需考虑的是要围绕各专业方向后续课程所需内容及学生将来工作应必备的专业知识来组织教学内容,使学生具备分析解决工作中所遇到的热基础方面实际问题的能力。
基于以上思路,为适应我校机械大类各专业方向的需求,我们建立了热工类课程分层次理论教学课程体系。它主要包括以下11个模块的内容:(1)流体静力学;(2)流体动力学基础;(3)气体动力学基础;(4)有旋流动和有势流动;(5)热能转换的基本概念和基本定律;(6)工质的热力性质和热力过程,(7)热传导;(8)对流换热;(9)辐射换热;(10)传热过程与应用;(11)热力循环与应用。对于“过程装备与控制工程”等专业,我们采用高级层次课程内容体系,即全部11个模块的内容都学习,开设约120个学时;对于“机械制造及自动化”等专业,我们采用中级层次课程内容体系,即选取其中8～9个模块的内容学习,开设约90个学时;对于“工业工程”等专业,我们采用初级层次课程内容体系,即选取其中6～7个模块的内容学习,开设约60个学时。
2.结合理论教学,建立科学的实践教学体系
(1)建立热工类课程基础实验平台
通过补充必要的演示实验,加强学生对内部机理、运动过程、系统整体的深入了解;改造和精炼验证型实验,加强其综合性,提高其精确性,使其实验结果的可靠性和实验效率得到改善;补充开设大型综合性(或设计性)实验,如复杂条件下工程传热系数测定、提高循环效率、强化传热等。形成分层次(基础实验、技术基础实验、专业实验)、多类型(演示型、验证型、设计型、研究型等)和多专业共享的热工类课程群实验教学平台。
(2)建立远程与虚拟实验中心
为解决学生人数多、实验设备价格昂贵、台套数少的问题,引入虚拟技术,改革传统实验中一些片面的、粗糙的、繁琐的、低效的实验方法,建成远程与虚拟实验中心,该中心是机械大类专业共享的实验技术通用平台。开发了一套虚拟实验系统,将真实实验过程和环境模拟到计算机内完成。通过学生在真实实验之前,首先在虚拟系统上进行虚拟实验,完成虚拟实验后,对实验过程和环境已非常熟悉,从而在真实实验中能熟练地高质量地在规定时间内完成实验,收到很好的效果。它集真实设备、虚拟技术、仿真技术、视频技术、多媒体技术为一体,可实现教学实验的可塑性、多样性、综合性和开放性。可解决学生人数多、实验台套数少的供需矛盾问题,使每个学生都能利用先进的实验技术和设备亲自动手开展实验,从教学方法上进一步提高了教学质量。
3.探索“教――研”型的教学模式
(1)改进教学方法和教学手段
为加强学生能力和素质的培养,必须对传统的教学方法与手段进行改革。课堂上,从过去传统的讲授为主变为讲、演、答等多样化形式,讲授部分以主要知识点为内容采取精讲多练的方法,重视理论联系实际,围绕专业及工程实际问题安排各教学环节;选用实景、动画等方式,制作图文结合,形象生动,充实工程实例、通俗易懂的多媒体课件,将学生缺乏的专业背景知识形象地演示出来,激发学生的学习兴趣和创新思维;采用启发式教学方法,互问互答,与学生交流讨论,营造即活泼又严谨的学习氛围,提高教学效率。
(2)组织研究型课外教学活动
利用我校开展的“创新教育项目”和“优秀生导师制”活动,结合课程教学内容和专业实践,先后进行了“大型车辆制动散热装置设计”、“大换热量厂房保暖系统分析”、“蒸汽喷射式真空泵内流体流动特性”、“带式干燥机节能”、“大型球罐胀型”等多个研究型课外教学活动,取得了良好的效果。研究型课外教学活动根据学生对知识的掌握情况进行优选,要求由知识掌握牢固、能力较强的学生来完成。
参考文献:
关键词：化工热力学；教学方法；教学改革；实践
化工热力学是化学工程与工艺专业一门重要的专业基础课，是化学工程学的一个重要分支。该课程把热力学原理应用于化学工程之中，要求学生掌握根据热力学原理求取化工基础数据和计算热量衡算的计算方法，分析和解决化工生产、工程设计和科学研究中有关的实际问题，为今后学习分离工程等后续课程打下坚实的理论基础[1-2]。通过化工热力学的学习，培养学生在化工生产、设计和科学研究中运用相应的的热力学理论知识[3]，提高分析能力和解决化工实际问题的能力，同时树立工程观念[4]。
1 《化工热力学》课程教学过程中存在的问题
虽然该课程起着承上启下的作用，但在教学过程中发现，学生的学习热情并不高，两级分化严重。学生普遍反映课程概念抽象难懂、推导公式多且复杂、内容杂乱，在实际环境中难以应用。其次是认为化工热力学里的的部分内容与物理化学的内容重复，是浪费时间。由于上述原因导致学习困难，有较大的畏难情绪。
化工热力学课程教学的特点是：内容抽象、逻辑性强、概念严谨、公式推导较难且较多地应用高等数学知识。例如气体逸度的求取，可用三种方法求取，分别是从实验数据、用状态方程和用对应态原理计算，每一类方法下面还可分别采用其它方法，如从实验数据求取下还可采用P-V-T数据和焓熵计算；用状态方程法当选用的状态方程不同时，公式结果不同，结果需要用试差和迭代法反复试算；对应态原理可有对比态双参数法和三参数法。这一部分内容看似不多，实际上是将前面所讲述的实际气体状态方程、逸度概念等相关内容都进行了串联。如果学生对前述知识没有熟练掌握，则会认为公式繁琐、各项内容相关性差，抓不住重点，造成学习困难，产生厌学情绪。导致这种现象的出现，主要是学生认为化工热力学知识与工业实际相差太远，实际中不会出现这样的问题，认为知识理论上的推导，从而失去学习兴趣。
课堂教学的主要任务是培养学生的理论思维能力，采用热力学严谨的逻辑思维方式去分析和解决化学工程中的实际问题，这就要求学生深入了解并掌握有关涉及理想系统的概念和模型，并能够去繁从简地建立实际模型。教师作为课堂教学的主体，主要擅长于理论教学，讲授大量抽象的概念和繁杂的公式，采用的是灌输式教学。从知识传授方向看是知识传授的单方向，缺乏互动。唯一的互动就是课堂提问和课后练习习题。这种方式还是以教师为主导，从理论到理论，被迫学习，激发不起学习的积极性[5-6]。
2 《化工热力学》课程教学改革采取的方法
作为教师，如何改变这种不利的教学状态，使学生能够明白学有所用的道理。就要求授课教师理顺教学思路、优化教学内容、改变授课方式，调动学生学习积极性。由注重基本理论、公式推导，转变为解决工程实际问题和综合素质的培养，转变为强调综合素质的提高、工程实际的训练和解决问题能力的提高。笔者结合多年的教学经验，并借鉴同行教学经验，对化工热力学进行了改革和实践。
2.1 注重绪论
一般情况下教师认为绪论是对整门课程的初步了解，只需要简单介绍发展过程和研究内容即可。但实践中发现学生即使有了初步了解，还是一头雾水，不明白所学的内容与化学工程直接的联系。一个好的绪论内容，可以使学生详细了解化工热力学的发展历程、热力学的体系和学科意义，从整体上把握课程的内容和特点。这就要求授课教师对热力学的发展和典型过程、事件和人物有较清楚的了解，对基础课程与热力学的衔接有深刻的认识，对课程中讲述的内容条理清晰。
在讲授过程中，应充分利用现代多媒体技术，将著名人物、实验过程和工艺流程以图片和动画的形式表现出来，让学生有直观的认识。讲清楚化工热力学的内容不是物理化学等课程的重复，而是在理想模型的基础上不断加入实际因素，不断得到与实际接近的模型，说明理想方程与实际方程的差别。例如实际气体状态方程的获取，首先有理想气体模型，才得到理想气体状态方程，而实际气体不具备理想气体的特性，对理想气体状态方程进行改进，得到范德华方程。状态方程的发展方向是普遍化，基础是对比态定律，又可得到多个如R-K等方程，分别有有各自的优缺点。通过该例子，说明化工热力学课程的研究特点、方法和课程的框架，采用由易到难、由简到繁的思路，理解从纯物质转换到利用混合规则求取混合物的热力学数据。从而让学生将后续的学习重点转移到更接近实际的系统上，明确目的是为解决工厂中的能量利用和平衡问题。此外还应介绍化工热力学研究的三大类：过程进行的可行性分析和能量有效利用、平衡问题和平衡状态下的热力学性质计算，使学生有一个系统总体的认识。
2.2 重视热力学概念教学和思路的引导
化工热力学中重要的基本概念很多，每一个概念都有其严格的定义和适用范围，这些概念对课程的学习极为重要，是推理和演绎的基础。讲清这些概念的背景、内涵和意义，多讲为什么和用途，对于理解化工热力学的基本内容，掌握其精华都极为重要。在教学过程中，对经验或半理论、半经验的公式可采取只讲解不推导的办法，避免重要的概念和从事被大量的推导所掩盖，防止学生本末倒置、眼花缭乱。例如在流体的P-V-T关系一章中，首先讲述三次方方程和多常数状态方程，讲清不同气体的特性可用临界状态参数进行描述，接着可直接讲述Z-pr图中，当pr=1、Tr=1时Z与pr曲线的斜率接近无穷，当pr有微小变化时Z难以准确确定，从而引出另一个比较容易测定的参数—偏心因子ω的概念，再讲述偏心因子的求取，然后顺理成章的直接给出Pitzer提出的三参数对应态方程。这样就使学生不至于感到偏心因子概念的引出过于唐突，认为不过是一个新概念的出现而已，被动吸收。这样可明显提高理论教学的效果，对学生搭建热力学知识框架十分有益。
引导学生思路对于教学效果有重要的影响。如讲解流体混合物的热力学性质时，先说明在实际的化工生产中极少有纯物质，大部分的工作都是在进行性物质的分离，当纯物质中添加摩尔某物质时则引起总体系热力学性质的变化，热力学性质与所添加物质的量的偏摩尔关系就可得到偏摩尔性质，如果计算出偏摩尔性质就可得到溶液的性质M。这样一步一步的深入，由纯物质引入到实际混合物的热力学性质，进而提出偏摩尔性质的计算，使学生感觉到内容的顺理成章，学习思路清晰。当然这样的方式还要在课堂教学中不断地给学生提示，理清思路，加深印象。
2.3结合例题，注重理论联系实际，与工程实际应用相结合
化工热力学是一门理论性很强的学科，如何让学生能够意识到化工热力学可以解决许多工程实际问题，是解决问题的有效工具，这要求教师结合各章节的特点，通过适当的工程应用举例加以说明。通过实例能够使学生加深对所学理论知识的理解消化，学会分析实际问题的方法，为将来在工作中解决问题打下良好的基础。
例如卡诺循环在朗肯循环中的应用。由于学生的工程实际经验少，如果不把二者结合起来讲清楚之间的关系和存在的问题，学生认为这是两个孤立的内容，没有直接关系，而且卡诺循环十分抽象，在工程中没有模型。授课教师应指出在实际中若采用卡诺循环，下述问题无法解决：（1）若在单相区，等温传热无法实现；（2）蒸汽比体积比水大上千倍，压缩的设备体积和功耗过大，生产成本不经济；（3）等熵膨胀末期，蒸汽湿度大，对高速运转的汽轮机不利；（4）在湿蒸汽区上限温度受限于临界温度，热效率不高。如何解决这些问题，可逐步讲解在实际中的改进，然后引出现在蒸汽动力循环所使用的模型—朗肯循环。这样就可帮助学生将抽象的问题转化为实际的问题。
此外，在教学过程中，经常采用的方式是由浅入深、从简单到复杂的处理问题模式[3]。化工热力学中存在着大量从一些简单现象出发，建立理想数据模型，然后对其修正，再解决复杂问题。例如在讲授透平机理想功和损失功的时候，往往只画出透平机的模型，使学生难以有直观的意识。但如果先介绍多种具体设备的内外部和外部结构，分析各部分对简化模型的影响、哪些因素是主要因素、为什么要采用可逆过程的概念，经过简化以后得到模型。理解这些理论和方法的来龙去脉， 使学生能够触类旁通、举一反三地学习其它知识，针对实际设备得到可进行计算并接近实际的模型，从而实现知识传授和能力培养的有机结合，解决“学无所用”的尴尬局面。
2.4 采用讨论启发式教学
在常规课堂教学中教师为主体，学生被动学习，教学效果差。采用讨论启发式教学方式，让学生参与教学过程，调动学生的积极性和主动性，积极思考，发表自己的见解，活跃课堂气氛。通过讨论，可以突出重点和难点，巩固和消化所学习的热力学知识，培养学生应用所学知识对新内容提出问题和见解，并解决问题。鉴于国内学生参与讨论意识差的问题，讨论可采用两种方式，一种是由教师带领学生讨论，教师在授课过程中，不断“抛出”问题，启发学生采用什么样的内容去解决问题。另一种方式还可采用学生在教学内容允许范围内自行设计问题，指定学生分成小组讨论，教师启发指出问题的关键所在，最后将结论进行比较。通过充分的讨论解答问题和教师进行指引、归纳总结，指出问题所在，可使学生从不同角度对自己设计的问题进行分析，最后得出结论。同时教师应根据学生提出的问题和讨论了解其对课程内容的理解和掌握等情况，不断调整思路，灵活改进教学过程中的不足之处，引导学生朝着积极的方向发展。
为了调动学生参与讨论的积极性，对参与讨论的同学和讨论内容正确的同学，应根据不同情况分别在最后考试成绩中占有一定比例，给予奖励。通过讨论启发式教学方式，可加深学生对前后化工热力学基本知识的综合运用，培养学生独立查找问题、分析问题和解决问题的能力。例如对逸度推导过程中，给出适用于理想气体的dGi=RTdlnp（等温），给学生提问如果该式用于真实气体，是否仍然是这种写法，继续使用压力p。引导学生回顾在真实气体状态方程中，p的概念。讨论p在理想气体中是指分子对器壁的撞击力，但对于真实气体由于多分子之间作用力的情况，对器壁的撞击力与理想气体的p肯定不相同，所以采用逸度fi代替压力p，看作是校正压力或有效压力，二者单位相同。通过讨论，学生就会理解为什么对于真实压力要采用逸度的原因，使学生能够很自然地转到逸度的学习内容上去。
2.5 适度引入多媒体教学，提高课堂教学效果
多媒体辅助教学，具有直观、生动、形象和及时的声像效果，能够吸引学生的注意力，将课堂上一些抽象、难以用图或板书形式表现出来的内容以直观地表现出来，激发学生的学习兴趣，获得较为深刻的感性认识，有利于理解和记忆所学内容。同时多媒体辅助教学还减轻了板书工作量，提高了教学效率。所以，许多高校都在大面积推广多媒体教学方式。但在实际应用中发现，多媒体辅助教学也有缺点，主要是房间昏暗和密闭，空气不流畅，学生易瞌睡；由于幻灯片的知识量丰富，画面切换过快导致学生无法及时记笔记，过慢又会影响教师的思路；对于化工热力学中大量的公式推导显得呆板，缺乏灵活性；如果学生课前不预习，课上就像看电影。正因为多媒体有这些不足之处，多媒体教学只能是辅助手段，不能成为教学的主体形式。
根据笔者的教学经验，对化工热力学中流体的P-V-T关系、化工过程能量分析和蒸汽动力循环与制冷循环等与实际生产联系紧密章节，可采用对媒体教学为主体，对气体的状态参数坐标图有很好地表现，用图片和动画形象生动地描述蒸汽动力循环和制冷循环的设备和工艺流程。对纯流体和流体混合物热力学性质、相平衡等大量推导公式的章节，要充分利用板书的灵活性，发挥教师推导公式的强项，在推导过程中根据课堂情况的需要，穿插一些额外的有助于理解或是即兴的内容。灵活地调动学生的积极性，让学生部分参与公式的推导。此时，多媒体是作为辅助教学手段，以弥补如对一些性能图、汽液平衡图等板书无法表现的不足之处。
再者，虽然多媒体课件的使用，能够提高课堂效率，但教师不应该把课件拷贝给学生，可把总结性的课件复制给学生。防止学生课上产生依赖和偷懒行为，课上不记笔记，上课就像看电影，强迫学生手脑并用，加强学习内容的理解和印象。所以，化工热力学应采用多媒体与板书相结合的方式，才能提高课堂教学的灵活性和学生的学习兴趣，更好地理解化工热力学的内容。
2.6 引入科研内容，激发学生学习兴趣
化工热力学课程的理论性和逻辑性比较强，当学生学习了一段时间后，会觉得这些理论无非就是一些推导公式的组合，在实践中难以应用。有些文献提出让学生参与教师科研中，但在实际中发现除非有极个别优秀的学生，领悟能力和自学能力较强，能够很好地深入到课题中，大部分人由于知识背景和个人的因素，仅仅是名义上的参加而已，达不到“学有所用”的目的。并且，就全班整体而言，参与课题的人只能是各别人，达不到以点带动面、大部分人受教育的结果，也达不到化工热力学教学改革的初衷。
故为了提高学生的学习兴趣，在适当的章节学习完后，从教师的科研项目中选择与教学相关内容引入课堂，让学生真正理解和掌握相关知识。例如在我院教师有关无机盐相图的国家自然科学基金项目工作中，选取二元和三元体系相图，结合生产实践，向学生介绍并展开讨论；引入我院超临界流体分离天然产物的研究项目内容，配合流体PVT关系的教学；结合我院教师有关太阳能空调的课题，丰富制冷部分的教学内容等。
2.7 循序渐进，加强外语教学
近些年随着国家经济的不断发展，化工企业在经济发展中占据越来越重要的地位。随着与技术先进国家交往的不断增加，我国科技和化学工程中外来成分越来越多。学生作为未来的科技主力军，在学习和工作中需要不断掌握来自国内外的新知识和新技术，专业英语是交流的主要工具，英语水平和能力对学生未来的发展具有重要的意义[7]。
经过调查发现，现在学生大部分学生都考有国家大学英语四六级证书，但若阅读专业英语文献还是有一定的困难，主要面临的是专业词汇缺乏。虽然在专业后续课程中有专业英语课程，但通过一学期的学习还是达不到满意的教学效果。作为英语的学习，是一个长期积累的过程，需要在平时课程学习中不断接触相应的专业词汇和简短文章，锻炼阅读能力。笔者曾在早期的班级中做过相应的试验，把整个学期大致分为三个时间段，在教学初期不断给出专业词汇的中英文对照，一是学生加强词汇量和加强印象；中期对已给出的词汇只写英文，对新出现的词汇仍然给出中英文对照；末期给出前面相关内容的小短文，并要求学生用英文计算相关的计算题，不断锻炼学生的读写能力。通过练习，学生反映阅读能力提高，在后续学习专业英语课程时能够较快地进行学习。目前在前期的基础上，实行平行班教学制，采取自愿报名的方式，形成汉语和双语两种类型的班级，错时授课，学生可以利用课余互相听课，经过不断的实践，每年报双语教学班的人数不断增加，总体反映效果良好。
但对于双语班，还采用了以下激励措施，鼓励学生更多地优先选择双语班：（1）对学生设立成绩奖励，在学院组织的一些活动中优先选拔；（2）学生成绩有平时成绩和期末成绩综合评定。平时成绩包括作业、提问、讨论发言等，用英语表达的同学视其完成的比例给予不同的奖励；（3）期末考试卷中除有一定难度的概念题用中文表达外，其余均采用英文出题；（3）采用英文答题的学生，根据答题程度的不同，给予奖励分数。
总之，化工热力学作为专业基础课在整个化工类课程体系中起着重要的作用。作为授课教师，只有在平时的教学工作中不断总结经验、开发出新的教学思路，把课程讲活、讲顺、讲精，才能更好地引导和促进学生积极地学习，培养出能力强、素质高、能适应现代化工业生产需要的科技人才。
[参考文献]
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关键词：热工系列课程；启发式教学；联想式教学
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）52-0160-02
一、引言
热工系列课程包括工程热力学与传热学。工程热力学是热力学最先发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用；传热学是研究热量传递规律的一门学科，传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补充热力学分析[1，2]。热工系列课程内涵丰富、概念抽象、公式数量多、联系工程实际范围广，是本校油气储运、石油工程、机械工程等工科专业一门非常重要的专业基础课。因此，针对本课程教学过程，必须定位在要保持学科基本理论的严密性和系统性基础上，考虑高新技术的应用和新型人才培养模式的要求，突出专业特点，使学生熟练掌握专业基础知识，提高他们的理论分析和解决工程问题的应用能力，为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。
然而，在多年从事该课程的教学工作过程中，学生普遍反映该课程是一门非常难于学习掌握的课程。究其原因，一方面是由课程本身特点决定的，工程热力学与传热学具有理论较难，基本概念和基本方程较多，对学生用高等数学知识处理和解决实际问题能力的要求较高等特点，学生认为该课程的学习过程非常困难；另一方面和教师“填鸭式”的教学方法有关，教师往往只是把知识一味灌输给学生，使学生觉得原本就枯燥的物理概念和数学方程更加索然无味，提不起学习兴趣。结合自己的教学经验，笔者认为，要提高热工系列课程的教学质量，关键在于激发学生的学习兴趣，而最有力的途径就是采用启发联想式的教学方法。
二、关于启发联想式教学的思考
启发式教学是中国的传统教育方式，在中华民族的发展过程中发挥着巨大的作用。孔子说：“不愤不启，不悱不发，举一隅，不以三隅反，则不复也”[3]。这是孔子论述启发式教学的重要名言，对后世影响非常深远。学生如果不经过思考并有所体会，想说却说不出来时，就不去开导他；如果不是经过冥思苦想而又想不通时，就不去启发他。“不愤不启，不悱不发”经常用来说明对学生要严格要求，先让学生积极思考，再进行适时启发。所谓“教”是为了“不教”，就是要学生提高创新能力，掌握适合自己的学习方法。只有这样，他们才离得开教师，甚至可以超越教师，最终成为适应经济高速发展现状的人才。这种教育方式对目前的高等教育有着巨大的指导意义。
联想教学法是启发式教学方法的一种有效手段。所谓联想教学法，就是把首次接触的知识，通过连接点，将新颖的、有价值的东西与我们过去的见识、思考、观念，尽可能多地予以联系，被充分吸收后成为自己的思考、认识、判断与熟知的知识[4]。我们在教授一门新课程时，总是从基本的概念说起。要让学生学习、理解这些基本的概念，往往要通过举例来说明。举例，就是一种联想，就是将已知事物和新事物的本质特征，通过某些相同或相似之处的比较、参照，将彼此联系在一起。由此，学生就可以通过对已知事物的认识，去学习、理解未知的新事物。
三、启发联想式教学方法的实施
启发联想式教学并不是一种具体的教学方法，针对热工系列课程而言，参考和学习国内外的教学经验并总结自己的教学体会，笔者认为可以通过下面几个方面的解决措施来实施启发互动式教学方法。
1.要突出新旧知识间的联系与区别。学生在大学物理中的热学部分已经学习过本课程中的部分内容。当这些知识重新出现时，应先和学生一起复习，激发学生的回忆，然后再引出热工理论的定义，紧紧抓住新旧知识之间的联系与区别，引导学生在复习旧知识的基础上引出新知识，同时注意不是简单地重复旧知识，而是从工程应用的角度来论述并加以深化和推广。
在教学活动中，新知识的学习常常受到与其相类似的旧知识的干扰。例如，有些学生总是将工程热力学中压力的概念和单位与中学物理中压力的概念混淆起来。为克服这种干扰，需帮助学生找出二者之间的区别并划清两种类似知识的界限。例如说明工程热力学中的压力是一种应力的概念，是单位面积上的力，是气体分子撞击容器壁产生的效果，其国际单位是帕斯卡，而物理学中的压力是力的概念，其国际单位是牛顿。使学生对立地建立新知识中的概念，对新旧学习内容进行概括，找出其共同的本质。
2.通过有趣的比拟，启发学生对生僻易混概念的理解。热工系列课程的特点是概念多、逻辑性强。列宁说：自然科学的成果是概念。显然，没有力、速度、加速度等概念也就没有力学这个科学[5]。但是，热工课程中的各个概念是怎么引入的，不能只从定义出发给学生讲解。这样的教学效果往往是极差的，学生往往会对概念似是而非，无法正确把握各个概念，在该课程完成之后不久就轻而易举地忘掉了几乎所有的内容。为了避免这种教学现象的出现，对于概念的引入和讲解应符合人类的认知规律，即从具体到抽象的过程，也就是从感性认识到理性认识的过程。我们将热工现象和概念与生活中一些广为熟知的现象进行比拟，以此引入概念，学生往往能受到启发，从而从根本上掌握这些概念，并且做到学以致用。
例如在刚进入传热学的学习时，讲到热量传递规律，可将热量传递比拟为电流流动，学生们对于直流电路的欧姆定律I=■是非常熟悉的。将温差比拟为电压，将热阻比拟为电阻，由此学生们可以自然地将热流量与电流联想到一起，在这种教学方法下，学生们自然就可以很容易地记忆传热学非常重要的两组公式Q=■、Q=■。再如，在讲到对流换热系数的影响因素――流态时，针对层流和紊流，可以将流体的运动状态与学生排队郊游进行比拟。同学们行进的队伍非常整齐，每个队列的同学接踵摩肩，不同队列的同学互不影响即是“层流”的状态；而各个队列的同学打闹嬉戏，相互影响，使得行进的队列非常混乱，杂乱无章即是“紊流”的状态。这样的讲授既生动又形象，学生们容易接受，更能较好地把握这些难以理解、容易混淆的概念。
3.针对不同专业，通过热工课程在本专业的应用，激发学生的创新思维，培养有实践能力的高级专门人才。在讲授热工理论的过程中，对于涉及热工应用的部分，可以采用开放式的教学理念。在遵守课堂纪律的前提下，学生可以在课堂上随时提问题，大胆发表关于热工理论在本专业应用的见解。在教学内容的设计上，教师要注意设计符合学生实际的教学内容，符合学生的心理，以教师为主导，引领、启发和传递信息；以学生为主体，感受、感知和反馈信息；以问题为基础，设问、思考和分析探究；以能力、方法为主线，有计划培养学生的自学能力、分析能力、思维能力、观察和实践能力、应用知识解决实际问题的能力，激发学生的创新创造能力。
例如，在讲授“传热过程”一节，对于石油工程专业的学生，可以介绍热力采油的例子，让学生用热工理论描述注蒸汽采油的过程，描述每个传热环节，进而结合传热学的基本公式，提出提高热力采油效率的基本措施；在讲授“压缩机”及“换热器”一节，对于油气储运专业的学生，可以介绍天然气及石油管道输送工艺，结合管道工艺流程图，介绍泵站、加热站的作用，并对其进行讨论，由此可衍生出“蒸汽伴热”和“油气混输”等输油工艺，从而加深了对热工理论内容的理解。
4.要充分利用多媒体进行课堂教学和辅助教学。利用多媒体计算机具有的丰富的图、文、声等处理功能，使学生能在轻松的环境中达到对知识的理解、分析、记忆，掌握和运用知识，提高了教学效率，也为教学质量的稳定提供了保障。热工系列课程作为专业基础课程，与工程实践密切相连，需要很多工程问题作为背景，而课本中单调的文字叙述和简单的图形说明，往往不能准确形象地描述这些工程问题。在这种情况下，如果我们能借助多媒体手段，让学生能通过多媒体文件，让他们形象地认识知识，教学效果要好很多。例如在讲授压气机的工作过程时，用动画来表达，较之单纯用文字描述更加形象，学生也更容易接受。然而，多媒体教学容量大，画面丰富，多方位剌激学生的各种感官，容易造成学生注意力不集中，因此要根据课堂的实际和学生的接受能力，安排适当的讲解、提问、启发和点评，并留有学生思考问题的时间。对于热工系列课程的教学内容中方程和公式的讲解，其推导过程用板书的形式来讲授更加符合人们的逻辑思维习惯，更易于被学生接受，在写板书的过程中，学生会跟着教师的板书一同思考、琢磨和消化，更加有利于学生对所学理论的理解和掌握。所以教师应采用板书和多媒体相结合的教学手段，要“善用而不是滥用”多媒体教学。
总之，在热工系列课程的教学过程中实施启发联想式教学方法克服了传统教学方式的不足，调动了学生的积极性和主动参与性，通过该教学方法的实施，取得了良好的教学效果，它是大学教学改革的必然要求。
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关键词：《工程热力学》；改革探索；抽象形象；互动教学
中图分类号：G642.0?摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）33-0053-02
《工程热力学》、《传热学》和《流体力学》是建筑环境与设备工程专业的必修基础课，在这三门课的授课与学习中，《工程热力学》被反映既难教又难学。针对这个现象，我们进行了初步研究。
一、课程教学的现状及普遍的问题
1.学生对概念模糊，核心理论掌握的不透彻。课程的特点可用“概念抽象、公式多、内容复杂”加以概括。例如，就功的概念来讲，分为膨胀功、流动功、推动功、技术功、轴功和容积功等，每个相关概念都有计算公式，在不同的条件下又有着相互的联系，掌握起来极易混淆。同时，许多抽象概念，学生不易接受，很难深入理解。如“焓”、“熵”、“干空气”、“湿空气的含湿量”等。
2.公式繁多，不好记忆。由于与工程实际紧密结合，同时又有多种表达式，使一个公式在不同的使用工况下，就可以衍生出多个公式。仅热力学第一定律的开口系统能量方程，就分为非稳定流动的微分表达式、非稳定流动的过程表达式、稳定流动的微分表达式、稳定流动的过程的表达式、对于单位工质的稳定流动的微元表达式和对于单位工质的稳定流动的过程表达式。很难死记硬背来记住这些公式，更不能熟练的应用了。
3.内容较多，对理论知识的理解难以深入《工程热力学》主要内容大致可以分为两个方面：基本理论部分及基本理论应用部分。基本理论部分包括：工质的性质、热力学第一定律及热力学第二定律等内容。基本理论的应用部分主要是将热力学的基本理论应用于各种热力装置的工作过程并对气体和蒸汽循环、制冷循环、热泵循环、喷管及扩压管等进行热力分析及计算，探讨能量转换效果的因素以及提高转换效率的途径与方法等。
二、针对问题进行的尝试
1.合理选择教材和教材的重点，对教学内容优化。要针对学生的接受能力，及教材涉及的基本内容。选择科学性、先进性、启发性、实用性和对我国教学的适用性的教材。同时，对课堂教学内容进行整合与优化。在课堂的短时间内，主要讲授基本理论部分及基本理论应用部分中的水蒸汽、湿空气、制冷循环等内容。余下的内容选择介绍基本知识点，对于有兴趣的同学课下给予详细的点拨。
2.通过理论联系实际，使抽象的问题转化为形象的问题引起同学的兴趣。学生理解抽象思维的巨大作用，可以提起学生使用抽象思维的兴趣和习惯。抽象的思维永远是源于形象的实物的，因此介绍抽象思维时一定交代抽象的源头，进而阐明抽象的意义。比如湿空气的含湿量的概念是含有1千克干空气的湿空气中所含有的水蒸气的质量。实际1千克是一个定语，真正含有水蒸气的是干空气和水蒸气混合气体。含湿量之所以没有规定成为1千克湿空气含有的水蒸气的质量，理解清楚，便可以更好的应用在将来的湿空气的相关计算上。这正是用抽象思维来分析和解决问题的优势，进而使解决的问题简单直观。
3.合理安排和及时调整课堂进程和内容，增强课堂教学的逻辑性。首先，回顾学过的相关知识点，为本次课堂内容做铺垫。一般以提问结合总结的方式进行，时间控制在5~10分钟左右。其次，交代本次课程知识点能够解决的而以前没有解决的问题，简单介绍具有思维挑战的难点问题。这样学生会有目的的带着兴趣来参与到课堂的互动中。每节课上讲新课程的时间控制在25~30分钟，余下10分钟左右的时间让学生进行总结和问题讨论，使学生解决可以马上理解的实际问题和现象，进而使学生得到成就感。最后，抛出相关难点问题，激起学生在课下进一步学习的兴趣。
4.师生的互动，调动学生的积极性。课堂的主体是学生，中心是教师。教师可以使复杂的问题简单化；抽象的问题直观化；枯燥的问题生动化。这就需要吸引学生的注意力，吸引注意力的方法一种是教师的课堂强制力，一种是教师的授课魅力。课堂的强制力则需要进行课堂互动进行保障，紧紧抓住同学的注意力。当学生注意力被课堂内容深深吸引时，教师的课堂魅力自然就不断提升，并且良性循环。
5.有效的利用多媒体的授课手段。多媒体教学能提供丰富多彩的图文声像，可以将多种教材和参考书上的知识结合在一起，提高学生学习兴趣，集中课堂的注意力，培养学生分析解决实际工程问题的能力。例如，压气机的工作过程，做成动画进行演示，学生不但可以深刻理解压气机的工作过程由三个不同的过程组成，还可以在演示的同时看到气体状态在P-V图上的位置。演示使问题直观和简单，难点将不是难点。
6.提高学生快速掌握和运用图表解决问题的能力。图表的作用就是使复杂的问题简单化。本专业的学生参加工作后需要的一项重要技能就是应用图表。所以快速准确的认识、掌握和运用图表是本专业教师需要培养学生的一项重要技能。《工程热力学》中涉及的图有：理想气体的P-V图、T-S图；水蒸气的P-T图、P-V图、T-S图、H-S图；湿空气的H-D图；动力循环的P-V图、T-S图、H-S图；制冷循环的P-V图、T-S图、和P-V图lgP-H图等。其中图中的参数最多的可同时达到6种。这些复杂的内容靠死记硬背是不可能记住的，就更谈不上运用了。这需要同学对书里的知识点深刻理解并能联系成为有机的整体，进而理解图表的每个参数之间的关系，最终准确的应用。
7.引导学生严谨的表达。《工程热力学》课程的特点可用“概念抽象、公式多、内容复杂”加以概括。先解决基础的问题才能合理的利用到实际中去，解决基础的问题就需要要求学生科学的、详细的、清晰的书写解题的过程，使自己的思路以书面的形式严谨的表达。
对于《工程热力学》的课程，我们应该结合实际情况，适时更新和调整，使学生在课程中得到锻炼，逐渐学会抽象思维，喜爱抽象思维；学会联系地看待问题，联系地解决问题，提高理解和运用图表的能力；养成清晰的解题过程，严谨的做事习惯；最后，善于把复杂抽象的问题简单化。
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关键词：工程热力学与传热学；安全工程专业；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0041-03
“工程热力学与传热学”是一门与工程实际联系紧密、应用性很强的热科学基础课，它源于矿业、石油、冶金、化工、机械、环境、航空航天等工程领域中的实际工程问题，也发展、应用于解决实际工程问题，在理工科本科生教育中占有重要地位，为理工科专业技术课的学习提供重要的理论基础。近年来，随着人类社会的进步和科学技术水平的提高，实际工程领域所面临的热科学问题更加复杂，这使得“工程热力学与传热学”课程传统的教学模式及授课内容已面临社会发展和学科发展的严峻挑战，存在较多问题和不足。[1]作为中国矿业大学（北京）（以下简称“我校”）“工程热力学与传热学”课程的主讲团队，笔者结合近年来科研工作中关于热力学与传热学的问题和多年对该课程的教学经验，对该课程在安全工程专业本科教育中的课程改革和教学实践进行了一些探索，并得到了一些粗浅的体会和认识。
一、安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革的必要性
1.该课程对安全工程专业本科教育的重要性
安全工程专业是一个涉及理、工、文、法、管等学科的综合交叉工科专业，目前国内开办安全工程专业的高等院校的类型很多，有矿业、石油、化工、军工、土木、交通、环境、经济等。“工程热力学与传热学”是安全工程专业必修的一门专业基础课程，在安全工程专业的培养计划中有非常重要的地位。根据安全科学基本理论，事故是能量失去控制而意外释放所造成的，而“工程热力学与传热学”正是研究能量转化与传递过程的基本规律，由此可见该课程对安全工程专业本科生培养的重要性，其教学水平直接影响安全工程专业本科生的培养质量。
2.目前该课程教学中存在的问题和难点
（1）教学学时少，但教学内容多，造成教与学矛盾。随着21世纪国家人才培养战略逐渐向拓宽专业口径、培养复合型人才方向发展，安全工程专业本科教育的培养计划和培养目标也不断调整，更加重视大安全“通才”教育。为满足安全工程专业培养计划改革和课程体系设置需要，我国多数高校对“工程热力学与传热学”课程学时都进行了缩减。比如我校，由起初64学时调整为48学时，虽然学时减少，但主体教学内容并未删减，这导致教学进度不得不加快。然而热力学和传热学理论性、专业性强，因为教学进程加快，使得学生不能深入透彻理解重要知识点，造成教学效果较差，引起教与学的矛盾。
（2）课程概念多、公式多、理论性强，降低了学生学习兴趣。“工程热力学与传热学”课程概念多、公式多、图表多，尽管有些概念和公式在“大学物理”和“物理化学”课程中学习接触过，但运用这些抽象概念和基本公式解释、推导热物理规律时，多数学生都会感觉到比较吃力，因为这要求学生具有扎实的数理基础和较强的抽象思维能力。另外，该课程中一些概念比较抽象且比较相近，容易发生混淆，比如可逆过程与准静态过程的联系与区别，技术功、轴功、容积功区别，导热系数、传热系数、导温系数的联系与区别等。同时，“工程热力学与传热学”中繁多的公式的关联性极强，推导过程复杂。上述理论性和专业性很强的概念、公式及其之间的复杂关系，大大地降低了学生学习的兴趣和动力。
（3）教学内容及参考教材安全专业应用案例较少，学生专业实践应用能力培养不足。随着科学技术的快速发展，热力学与传热学领域一些新的概念和理论不断涌现，目前多数新出版的“工程热力学与传热学”教材内容丰富，知识面力求新颖和广博，只配有少量简单应用案例。这对目前压缩学时的安全工程专业本科教学来说不合适，不利于学生在有限学时内深入学习和掌握重要热力学和传热学理论，而且不能使学生深入了解热力学和传热学理论在安全专业的应用，从而造成专业实践应用能力培养不足。因此，针对安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学，应有所侧重，补充该专业应用案例，强化学生学习兴趣和动力。
3.该课程教学内容和教学方法优化的必要性
随着经济的快速发展和社会的不断进步，人们对安全的要求越来越高，近几年来安全学科发展迅猛，“安全科学与工程”已成为工学门类下第37个一级学科，安全学科涉及面越来越广，已深入到矿业、石油、冶金、化工、环境、土木、交通等多个工程领域。“工程热力学与传热学”作为安全工程专业重要专业基础课，面临社会科技发展和安全科学发展的新形势，特别是教学学时压缩情况下，其传统的教学模式、授课内容、教学效果已充满挑战，存在较多问题和不足，其教学情况，在一定程度上影响安全专业人才在实际工程中解决相应问题的能力。因此，在有限学时内，对该课程教学内容和教学方法进行改进和优化是非常必要的。通过教学改革，提高该课程教学水平，才能使其充分发挥对安全专业技术课学习应起到的桥梁和铺垫作用，从而在一定程度上提高安全工程专业本科生的培养质量。[2]
二、安全工程专业“工程热力学与传热学”课程教学改革思路及实施
1.该课程教学内容调整和优化
（1）根据安全专业方向和学时分配，强化和弱化部分教学内容。为满足安全工程专业培养计划改革和课程体系设置需要，我校对“工程热力学与传热学”课程学时由起初64学时缩减为48学时。为在有限学时内完成教学计划和提高教学质量，笔者选用的参考教材为张学学教授主编的《热工基础》，该书基本内容由工程热力学和传热学两部分组成。[3]该书侧重于热力学和传热学基础，有助于学生对基本理论知识和方法的理解和掌握，但对于安全工程专业基础教育来说，其部分章节教学内容不重要，比如工程热力学篇的第六章内燃机和燃气轮机动力循环装置和第七章制冷装置循环等内容，因此在教学过程中对上述内容可以弱化。该书第五章中作为了解内容的湿空气性质及其热力学过程，是通风安全理论的基础，对安全工程专业来说就特别重要，因此在教学中对该部分内容应强化。总的来说，对该课程的教学应因材施教，根据安全工程专业方向和教学计划分配，灵活调整和优化教学内容和重点，使得学生能深入透彻理解重要知识点，避免引起教与学的矛盾。
（2）扩充传热学数值计算知识及应用算例，增强学生对基本公式及理论知识应用方面的理解，激发学生学习兴趣和动力。“工程热力学与传热学”课程概念多、公式多、图表多，通过实验教学可以加深学生对热力学与传热学理论知识的理解和掌握，但受于学时和实验条件限制，目前该课程实验教学课时还比较少。近年来随着计算机技术和数值计算方法的快速发展，数值计算（或称数值实验）为热力学和传热学研究开辟了一个新途径。目前“工程热力学与传热学”课程教学中，只在导热部分对数值计算基础进行了简要介绍，为了使学生能较系统地了解和掌握数值计算在传热学的应用，也需要对流换热部分的数值解算进行补充。考虑到本科生对数值计算涉及的数学推导和偏微分方程求解等知识的理解和掌握比较吃力，在课程教学中对MATLAB软件在传热学数值计算中应用进行介绍，并引入相关传热问题解算案例进行讲解。MATLAB是一套综合性的高性能数值计算和可视化软件，借助MATLAB软件不仅能使学生较快掌握传热学数值计算的应用，同时借助其强大的计算和绘图功能，也可以使学生对热力学和传热学中的许多公式和热物理规律推导进行图像化展示，这有助于学生对热力学和传热学基本理论知识的理解和掌握。[4]
（3）建立安全专业应用案例库，细化到具体章节教学内容中。“工程热力学与传热学”与工程实际联系紧密，应用性很强，它源于工程实际，并应用于解决实际工程问题。因此，若要提高“工程热力学与传热学”课程教学质量，在课程教学过程中应将实际工程案例作为教学素材，引导学生对特定的教学案例问题进行分析，并借助热力学和传热基本理论提出解决方案。针对安全工程专业说，工作中会遇到各种各样的危险情景，引入专业案例教学非常重要，比如应该补充讲授热力学能量传递、烟气对流和辐射复合传热方面的案例、热力学与传热学在事故演变分析中的应用案例。通过案例教学不仅可以使学生对热力学和传热学知识有深刻的理解和掌握，也有利于拓展学生的思维模式，激发学生的创新意识，更重要的是培养学生的专业应用和实践能力，对工作中危险情景问题应该怎样借助热力学和传热学理论来分析和解决会有较好的把握。因此，笔者近几年来特别重视对安全专业应用案例库的建设，对各个案例根据教学内容进行分类，基本贯穿于各个章节的教学中。
2.该课程教学方法改进和优化
近几年来随着国家对人才培养战略的调整以及工科类专业培养目标的改革，为了保证和进一步提升“工程热力学和传热学”课程教学质量，笔者对该课程教学方法进行了一些探索和改进。
（1）以科研与工作实践促进教学。大学教学不同于中学教学，大学是培养人才和创造知识的重要平台，在大学教学过程中要讲授传播高深前沿的专业技术知识。只有通过科研历练和工作实践，大学教师才可以逐步提高专业素养和综合素质，才能紧跟进而较好地把握本专业科技前沿。“工程热力学和传热学”课程作为工科类重要专业基础课，该课程任课教师更应立足于科技前沿，通过科研工作不断提高自身业务素质，并将科研成果转变为专业理论知识渗透到教学过程中，这样才能克服教材内容滞后于最新专业科技知识的不足，保证教学质量，同时通过“工程热力学和传热学”课程教学也能拓宽学生的科研视野和提升学生专业知识水平。为此，笔者在教学过程中穿插介绍了课题组在采空区自然发火、矿井降温等领域与热力学和传热学有关的研究成果。
（2）设立课程助教和网络讨论课堂，增强课程教学答疑和交流。为了及时解答学生学习过程中遇到的问题，在“工程热力学和传热学”课程教学过程中笔者安排了助教，助教一般由青年教师或高年级研究生担任，主要负责课程作业批改和答疑，并不定时开展相关专题讨论班，加强学生对重要章节的学习和理解。另外，在课外，笔者还充分利用网络资源，建立了网络讨论课堂（QQ群）。针对课程学习疑难问题、课程建设及改进建议等问题学生都可以在课程讨论群中提出，助教或任课教师基本每天都会登陆讨论群回答学生提出的问题。通过设立助教和建立网络讨论渠道，较大程度上增进了课堂教学以外老师和学生的交流，提升了该课程的学习质量。
（3）借助现代多媒体教育技术丰富教学手段。近年来，随着计算机科技和互联网技术的快速发展，多媒体技术成为教育教学过程中一个非常重要和便利的工具。“工程热力学和传热学”课程涉及的公式和图表非常多，采用多媒体技术可以显著节省教师对一些公式和图表的板书时间，不仅能提高教学效率，并且采用图文并茂的PPT可以形象具体地展示教学内容，利于学生理解。然而，对于比较重要的教学内容，比如导热微分方程、对流换热方程等数学描述的推导，笔者仍采用传统板书方式，详细分析和讲解重要定律和公式的提出和推导过程。另外，要充分利用多媒体技术的多种媒介形式，包括多种形态的文字、图片、动画、录像等。[5]目前笔者已经制作和收集了一些图片和视屏（热电偶等测温器件、肋片、换热器传热过程Flash、煤自燃实验录像等），在课堂教学实践中取得了较好的效果，大大激发了学生的学习兴趣和热情，也加深了学生对传热学在科技生产领域中应用的认识。
（4）改革和优化考核方式。“工程热力学和传热学”课程涉及的公式和准则特别多，有些公式较难记忆和推导，因此任课教师在闭卷考试命题时不得不压缩范围，这导致一些同学在考试复习时会忽略一些教学内容。为了使学生能对热力学和传热学基本理论知识有一个整体的把握和思考，特别是对该课程基本理论的应用有较深刻的认识和理解，笔者采用多元化考核方式。多元化成绩评定包括三部分：第一，课后习题作业、出勤、课堂表现、课下网络讨论表现情况；第二，专题大作业完成情况，专题大作业主要是基于热力学和传热学基本理论开展相关产品设计或数值模拟等；第三，闭卷考试成绩。采取这种多元化考核方式，不仅能促进学生对热力学和传热学理论知识的深入学习和掌握，也能提高学生的学习能动性，提升实践应用能力，有助于培养高素质人才。
3.学生实践应用能力培养引导
为了进一步提高学生的实践应用能力和培养学生的创新意识，笔者在“工程热力学和传热学”课程教学过程中通过多种形式对学生进行引导或提供多种实践渠道进行学习。
（1）设置热力学和传热学专题大作业。在教学过程中，笔者精心选取了多个与热力学和传热学密切相关的专业问题，让学生分组协作，首先对这些问题进行调研，然后开展实验设计和数值模拟分析，并写出相应的总结报告。最后，利用讨论课时间，组织各组以PPT形式进行汇报，通过提问和讨论意见进一步完善作业成果。专题大作业的成果作为期末考试总成绩评定的一部分。在课堂教学过程中增加学生参与的比重，使学生成为课程学习的主体，能为培养学生的实践创新能力创造有利条件。[6]
（2）利用大学生创新计划项目。目前，我校积极响应国家、北京市有关开展大学生创新训练的政策和工作安排，每年都组织设立大学生创新训练计划项目近300项，这为我校大学生参与科研工作、开展创新活动提供了重要的平台和良好的条件。我校“工程热力学和传热学”课程刚好在大学生创新训练项目立项这学期开课，在教学过程中，笔者鼓励学生应用热力学和传热学基本理论进行选题，并在开展研究工作过程中给予方法和技术指导。
（3）利用校外实践基地现场实习交流。为了提高学生的实际工作能力和教学质量，培养高素质复合型人才，以尽快适应社会发展的人才需求，和加强本科实践环节的教学，我校资源与安全工程学院积极开展校企合作实践教学，目前已建立了39个校外实习和实践教学基地。在“工程热力学和传热学”课程教学过程中，笔者穿插介绍了安全工程专业相关应用案例，同时，也经常给学生灌输实践学习的思想，鼓励学生好好利用实践基地这个很好的学习平台，到实践基地去实习或社会实践时现场观察、学习热力学和传热学的应用实例。通过现场学习能较大程度上拓展学生实践应用思维和激发学生创新意识。
三、结语
“工程热力学与传热学”课程在理工科本科生教育中占有重要地位，它源于工程实际问题，也发展、应用于解决实际工程问题。为能使热力学和传热学知识适应社会发展需要和满足现代社会对信息型、复合型人才的需求，“工程热力学与传热学”教学内容和教学方法需不断改进和优化。
本文以安全工程专业“工程热力学与传热学”教学为例，针对该课程教学内容、教学特点和目前教学中存在的典型问题和不足，提出了该课程教学改革和优化的思路和具体改进实施方案。该课程教学改革在安全工程专业教学中实践结果表明，新的人才培养目标和培养模式下“工程热力学与传热学”课程教学质量有较大改观，学生理论知识学习情况、分析解决问题能力、实践应用能力都得到较大提升。笔者对该课程在安全工程专业本科教育中的课程改革和教学实践，希望能为国内其他高校理工科“工程热力学与传热学”课程教学改革提供思路借鉴。
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关键词 工程热力学 教学方法 教学质量 实践
中图分类号：G420 文献标识码：A
Research and Practice of Teaching Method on "Engineering Thermodynamics"
ZHANG Yong, LIU Yiwen, FU Lijuan
(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)
Abstract Engineering thermodynamics the basic course is to train engineering students' scientific quality in the 21st century, but also important technology-based course of heat and power engineering and related fields. Articles with "thick foundation, wide caliber" of education reform ideas, the teaching practice, from the curriculum, teaching content, teaching methods and means of performance evaluation, etc., made a number of reform ideas and methods. Teaching should be a clear learning objective, integration of knowledge structure, and update course content to highlight and to grasp the dynamic interdisciplinary research, focusing on integrating theory with practice, to strengthen the practice of teaching, in order to facilitate a comprehensive evaluation of teaching quality.
Key words engineering thermodynamics; teaching methods; teaching quality; practice
工程热力学是一门以热力学普遍原理为基础，讲述热能与其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及其工程应用的基础学科，是动力、能源、机械、材料、航空航天、生物（医学）、化学以及环境工程等专业的重要技术基础课，也是培养21世纪工科学生科学素质的公共基础课。
然而长期以来，由于工程热力学的概念抽象、理论深奥，对知识的理解和掌握有一定的难度，造成教师不易教，学生也不易学。学生对很多概念似懂非懂，缺乏学习兴趣，教学效果欠佳。显然，如何教好“工程热力学”，使学生掌握热力学基本原理及其工程应用，已成为该课程教学的关键。
1 课程特点及学习中存在的问题
工程热力学是以热力学普遍原理为基础，针对具体问题采用抽象、概括、简化和理想化的方法，建立分析模型，推导出一系列有用的公式，得到若干重要结论，并用这些公式和结论指导和解决工程实际问题。其显著特点如下：
1.1 概念多且抽象难懂
工程热力学不但概念多，并且概念的物理意义在不同使用条件下又有不同的引申，学习中很容易混淆。例如，功的概念，有体积变化功、有用功、排斥大气功、推动功、流动功和技术功等等。热容的概念，既可从定义出发分为质量热容、摩尔热容、体积热容；又可按热力过程的不同分为比定压热容和比定容热容；还可以根据热量计算方法的不同分为真实比热容、平均比热容和定值比热容等。热力系统的概念、热力过程的概念和循环的概念等也是如此。
工程热力学的概念、定律和分析过程较为抽象，都不涉及物质的具体结构，初学者很难深入领会。而且工程热力学的很多概念和结论都是用数学公式来表达的，且推导过程并没有结合具体的物理过程，而仅仅是通过数学关系式间的变换得出其物理结论。例如，从熵的定义式来看，熵应该与换热量和系统温度有关，但定义式又是怎样反映热过程进行的方向、限度和条件呢？由于学生以前很少接触用数学语言描述物理概念的方法，普遍感觉热力学的概念抽象难懂。
1.2 内容相互交叉且难理解
工程热力学的研究内容也很多，主要包括热力系统、状态参数等基本概念，热力学第一、第二定律等基本定律，常用工质的性质，过程和循环的分析及计算方法，化学热力学等等。有些章节的内容还可以单独成为一门学科方向，如研究燃气动力循环的内燃机学，研究气体流动的空气动力学等。
可见，这些具体的研究内容，即与热力学的基本原理相关联，又引伸出许多复杂的公式和结论，还有自己相对独立的结构体系。在学习过程中，学生普遍感觉课程的内容繁多，应付不暇，难于理解，顾此失彼。
1.3 公式应用条件复杂且难记忆
工程热力学与工程实际问题联系密切，涉及面广，公式很多。即使同一个公式，在不同的应用条件下，也有很多不同的表达形式。例如，热力学第一定律对于闭口系和开口系有两种不同的表达式；对于可逆过程也有不同的表达形式；对于理想气体的可逆过程还有不同的表达形式。这么多不同形式的公式，许多学生很难吃透公式的物理意义和具体的应用条件，在遇到热工实际问题时，往往无法确定选用哪一个公式，灵活应用就更不用说了。
2 明确学习目的，激发学习兴趣
兴趣是学习的动力源泉之一，教学成功的关键是培养学生的学习兴趣。教师可以从多个方面激发学生学习的兴趣，但最重要的就是在第一堂课上让学生明确学习的目的。教师除了要对工程热力学的发展历史，主要研究对象、内容和方法作一个常规的介绍外，还应对课程的开设情况、课程的实用价值和重要作用进行深入细致的阐述。首先，热现象几乎是每一个工程领域中都会碰到的物理现象，能量的有效与合理的利用几乎是每一个工程师都需要解决的问题。在一些领域中，热现象的规律还是制约技术发展的瓶颈问题。所以，在境内外的高等工程教育中，传热学、热力学与流体力学课程的开设相当普遍。其次，无论从工业生产过程来看，还是从节约能源消耗来看，理工科学生都应该具备合理节能、用能的意识，并懂得其基本的应用技术。而热工类课程的内容就是合理用能及节能理论中的最基础与最核心的部分。最后，还应结合生产和生活中的实例，让学生明白学到的热力学知识可以解决和解释很多实际问题，特别要强调专业与课程的联系，和实际问题在课程中的理论基础。这样，才能使学生明确学习《工程热力学》的专业目的性，对学习该门课程充满期待。
3 教学方法的改革与实践
实践证明，提高课程教学质量的关键是改进教学方法。针对工程热力学课程的特点，经过探索发现，实行启发式教育，在课堂上加强互动，就一两个中心问题展开讨论，让学生在思考中吸收新知识。先进的教学方法既可活跃学生的学术思想，激发学生的创新精神，又可显着提高本课程的教学质量。
3.1 整合知识结构，优化课程体系
调整后的新专业所牵涉的知识结构比以前广泛的多，要求学生掌握的知识面也比以前更宽。从培养复合型人才考虑，在不增加学时数的基础上，应对课程体系进行优化和整合。
教学内容应提高起点、后移重点，简化大学物理热学中已涉及的部分内容，并略去繁琐的公式推导。强调课程体系中理论与应用的有机结合和相互渗透，注意培养学生工程应用的观念。同时，适当地介绍新型制冷循环、新型节能材料的工质热物性等，本学科的最新研究成果及其应用，以扩大学生的知识面，启发学生的创造性思维。另外，注意与其它课程之间的协调，上挂高等数学、理论和材料力学等基础课程，下挂内燃机原理、锅炉原理、供热工程、制冷工程等专业课程，保证其作为技术基础课程能为后续课程的学习、今后的工作和进一步的研究奠定扎实的理论基础。
3.2 突出重点，精讲多练
在课堂教学中，根据工程热力学的特点和教学改革的要求，应采用精讲多练的教学方法。这是因为，课程的内容多而课时少，教学中也不可能做到面面俱到，而某些原理在后续专业课程的学习中还会应用，授课时应有所侧重，实行“精讲”；课程有诸多应用条件复杂的公式，只有通过多做练习，才能深入理解公式的物理意义、变换规律及具体应用条件，做到融会贯通，灵活的应用它们来分析解决工程实际问题。
3.3 正确应用图表，化抽象为形象
图表具有直观、形象、方便的特点，在工程热力学中有其特殊的作用，应用也是经常性的。因为有些热力过程或循环十分复杂，一般的分析计算根本不可能，只能凭借各类绘制的图表进行计算；借助图表还可利用计算机进行数值计算和模拟。所以，引导学生正确使用图表是工程热力学教学中应该特别重视的。
在刚开始接触简单的P-V图、T-S图时，为了给理解水蒸气和湿空气的图表奠定基础，就应提醒学生注意图表的作用和细节，如怎样在图上区分吸热、放热，对内、对外作功；怎样在图上表示热过程的方向等等。在介绍水蒸气的h-s图和湿空气的h-d图时，应重点说明它们的构图原理，并通过各种等值线簇的绘制，讲解各参数的变化规律。另外，为了让学生掌握各种图表的使用方法，还应安排一定数量的、通过图表进行热力计算的习题。
3.4 利用计算机辅助教学，促进师生互动
工程热力学课程内容含有许多抽象的工作原理图、系统循环图。常规的板书教学浪费时间效果也不太理想。如果把这部分内容制作成集声、光、色、图、文于一体的多媒体课件，既直观形象，又新颖生动。不但可加强授课的生动性，激发学生的学习兴趣，还可加大教学信息量，增加单位时间内授课内容的深度和广度，有利于学生理解和记忆课程内容。例如，我们可以用多媒体课件演示各种热过程曲线的生成，还可以利用计算机绘制水蒸气的各种图线，免除查图、查表的麻烦。
总之，在课堂上进行形象直观的教学，充分利用计算机辅助教学，发挥多媒体的作用，可以帮助教师有效地提高教学效果和教学效率，也可以改变学生死记硬背和被动接受知识的学习方式。
3.5 加强实践教学，理论联系实际
工程热力学有较强的工程应用背景，在加强基础理论教学时，还要注意紧密联系工程实际，吸收当今热工科技的新成果，培养学生的创新能力。
实验教学具有直观性强的特点，可以很好地配合课堂教学。除了开设“空气绝热指数的测定”、“饱和蒸汽P-T曲线关系的测定”等验证性试验外，还开设了综合设计性试验，要求学生根据试验目的，自己设计试验方案，写出详细的试验，并选择试验设备和用具，经教师审查合格后，方可开始试验，最后还要进行实验误差分析。通过试验，一方面加深了学生对热力学基本原理的理解和认识，另一方面也锻炼了学生的动手能力和独立分析问题、解决问题的能力。
在课堂教学中，还应注重理论联系实际，把抽象的理论知识与生动的工程实际问题相结合，用热力学理论剖析自然现象，做到学以致用。一方面，可以采用案例教学法。例如，用相对湿度的概念来解释为什么阴雨天晾衣服不易干，而晴天易干；用热效率的概念来解释为什么用电炉取暖比用电驱动热泵取暖浪费等等。另一方面，结合具体教学内容适时地向学生介绍学科的最新研究成果及其应用。例如，在讲解动力循环时，可以选择介绍目前内燃机利用兰金循环回收废热能量，提高整机效率的方法。实践证明，把教学内容与工程实际问题密切联系的教学方法，可以加强课堂教学的前瞻性和趣味性，能有效调动学生的求知欲，使其由“被动接受学习”转变为“主动研究学习”，对提高教学效果大有帮助。
4 强化考试对教学的推动作用
考试作为检验学生对课程内容掌握程度的标尺，关系到教学质量和效果。为了使考试成绩能科学、客观、公平地反映学生对工程热力学知识的掌握和应用能力，同时调动学生学习的主动性和积极性，可采用学生普遍认可的综合评定成绩的方式，即平时成绩占10%、考勤占10%、实验占10%、期末考试占70%。
为了有效避免学生死记硬背概念、定律和公式，教师应综合运用选择题、判断改错题、计算题和综合分析题编制试卷，灵活考察热力学的基本原理及应用。这是因为实际问题往往非常复杂，需要学生灵活应用多方面的理论知识才能做出正确解答。对于那些基础知识不扎实的学生，只是简单记住了书本上概念、定律和公式，面对各种似是而非的叙述也会举棋不定，做出错误判断也不足为奇。
5 结束语
工程热力学是一门充满生机的经典学科，大量的经典内容仍是现代学子为培养创新能力必须掌握的重要基础。由于课程具有概念多且抽象、知识点多且相互交叉、公式多且应用条件复杂的特点，教师要把这门课讲得精彩很不容易。因此，如何有效的提高“工程热力学”的教学质量、解决学生难学、教师难讲的问题，是值得长期研究的课题。
针对我校热能与动力工程专业课程体系的教学改革，并结合自己的教学实践，通过以上的尝试，有重点、有目的的讲解，取得了一定的效果，希望能对提高本课程的教学质量有所贡献。
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关键词：高职;热能动力;电厂认识实习
中图分类号：G646 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）21-0219-02
从人才类型看，高等职业教育的目标之一是以培养技术应用型人才为主，还有一部分技能型或操作型的高技能型人才[1]。因此，实践性教学是高等职业教育一个非常重要的教学环节，是实现人才培养目标的重要途径。实践性教学包括校内的实训，校外的专业认识实习、生产综合实习和毕业顶岗实习[2]。按专业人才培养方案，学生在开始学专业课之前，都要安排一定时间进行电厂认识实习。火力发电厂是一个十分复杂的系统工程，设备数量多，系统繁杂，因此火力发电厂对其从业人员职业素质要求高，要求学生必须具有良好的专业知识基础、较宽的知识面和一定的实践经验。实践经验的获得必须通过多次的实践，而通过电厂认识实习是获取实践经验的重要一环，是将理论知识应用于电厂实践的桥梁，是提升职业素质和能力的有效手段。电厂认识实习是培养学生熟练掌握火电厂热力设备及系统工艺流程知识的技能课。学生通过实习熟悉电力生产管理的有关安全规程和工作制度，将在学校学到的理论知识和技能与生产实践相联系，进一步熟悉热力设备的作用、结构、工作原理和生产工艺，培养遵守纪律、热爱劳动、吃苦耐劳的作风，为将来在企业工作打下良好基础。本文作者担任过多年专业基础课教学和电厂认识实习的实践指导，积累了一些教学经验，以电厂化学专业为例，对如何提高电厂认识实习效果，寻找有效措施，作进一步探讨，提供参考。
一、高职院校电厂认识实习存在的主要问题
1.企业不愿意接收实习。在当今条件下，企业把安全生产和效益放在首位，接收学生实习是属于经济效益差和安全责任重的工作，企业大多不愿意接收学生实习。
2.对实习教学改革的深度和广度抓得不够，实习效果不佳。实习目标不够清晰，内容设计不合理，质量监控不到位。学生一般是听讲座，参观电厂，大多只能走马观花，很难做到对复杂的生产工艺过程建立起整体印象和感性认识，实习质量难以保证。
二、提高电厂认识实习质量的措施
1.建立稳定的校外实习基地。为响应国家关于加强学校与企业合作的号召，充分利用校企双方的优势，为大力发展高等职业技术教育，积极推行校企合作、工学结合的人才培养模式，为社会培养高素质的高技能人才，本着互利共赢的原则，2006年7月我院与广西柳州发电有限责任公司共同成立了柳州教育教学区兼学生实习基地。为了能满足学生学习和实习，柳州发电有限责任公司除了提供发电厂生产实习场地条件外，还提供了同时能满足150多人学习的多个教室、住宿和篮球场、足球场和羽毛球馆等场所，给学生在校外的学习、实习、生活和体育活动提供了良好的条件。
2.改革课程目标。在认识实习过程中，学生在企业专业技术人员和实习指导教师的现场教学下，将所学理论知识和实践内容加以证实，并对一些实际问题加以分析和讨论，使学生对所学专业的基本知识有一个良好的感性认识，了解专业概况，为后续专业理论知识的学习奠定一个良好的基础，同时，使学生对本行业的工作性质有一个初步的了解，培养学生对本专业的热爱，强化学生的事业心和责任感，巩固专业思想，期望达到一定的能力和知识目标。（1）能力目标。通过认识实习，能进一步熟悉火力发电厂的生产过程，对发电厂主要发电设备、主要辅助设备和主要系统建立完整认识，为学生掌握职业技能，提高全面素质，从事职业工作打下一定的基础;能提高阅读工程图纸和工程技术资料的能力;能掌握机组在正常运行时控制热力参数的操作以及热力参数的规定变化范围;会分析锅炉、汽轮机、电气运行间的相互关系和影响;掌握相关运行岗位的岗位职责、业务范围;掌握理论联系实际的实习方法，培养独立观察客观事物，独立分析问题和解决问题的能力，培养吃苦耐劳的精神。（2）知识目标。了解电力生产管理的有关法规、厂规、安全规程及机组运行规程;了解实习电厂各热力设备的技术参数、结构特点、主要设备的工作原理及运行基本知识;了解电力生产过程中的主要热力设备系统图及运行基本知识。
3.改革课程安排和课程内容。电厂化学专业的专业基础课开设有热工理论及应用、发电厂动力设备及系统，前者主要是学习工程热力学和传热学两大模块内容。工程热力学要求掌握工质的六个状态参数（温度、压力、比体积、热力学能、焓和熵）、水蒸汽定压下的形成过程、发电厂水蒸汽动力循环，为提高电厂热力循环的热效率，应该采取哪些具体的措施和途径等;传热学则是要求掌握热量传递的三种方式（导热、对流换热、辐射换热）的本质，热量传递过程，如何增加传热或削弱传热量等。后者要求是在一定的时间内掌握与电厂化学工作相关的发电厂动力设备及系统，如了解电厂锅炉系统、汽轮机系统设备结构、作用和工作的过程。可以看出，认识实习与专业基础课的内容有着紧密的联系，是相辅相成的，电厂认识实习正是学生亲自到电厂现场了解和验证理论是否跟实际相符。
大一两个学期除了开设一些公共课程外，还开设了一些专业基础必修课程，如基础化学、分析化学实验、热工理论及应用等。大二第三学期是按专业人才培养计划，本专业开设必修课程发电厂动力设备及系统和电厂认识实习安排在同一学期内完成，这两门课程如何安排，也即发电厂动力设备及系统课程先安排在校内完成后再安排电厂认识实习到实习基地进行，还是同时把这两门课程同时安排到实习基地进行，不同的排课学习地点对学生获得知识就有不同的效果。
过去电厂认识实习安排，一般是在校内学习完专业技术基础课以后、开始学习专业课之前，才安排一定时间到电厂认识实习。这样安排的缺点是学生学习专业基础知识中对有关电厂设备与系统时就感觉比较模糊和抽象，没见过的东西要学习起来比较难以掌握，如果把相关的专业基础课和电厂认识实习安排在一起，如电厂化学专业的发电厂动力设备及系统课程与电厂认识实习课程同时安排到实训基地教学，学生对这两门课得到的收获应该更多。就以上述两门课作为例子分析学生得到的收获。发电厂动力设备及系统是电厂化学专业的必修课，主要是要求学习和掌握与电厂化学工作相关的火力发电厂的锅炉设备系统以及发电厂的汽轮机设备及系统的基本理论和基础知识，而电厂认识实习是理论与实际相结合，真正在现场教学，学生亲自目睹电厂锅炉、汽轮机、发电机等主要系统设备，这样更容易了解设备的结构、作用及系统工作流程，加深学生在发电厂动力设备及系统课程中所学的内容理解和记忆。眼见为实，在课堂上百说不如现场一见。
三、实习效果
授课的时间、地点应该合理的安排。发电厂动力设备及系统理论课每天安排在上午的基地教室授课，老师给学生讲解发电厂动力设备的理论基础知识，结合电厂讲解热力系统图。电厂认识实习安排在每天的下午时间，到现场由厂方专业人员进行现场教学，要求学生拿着电厂系统图听厂方专业人员讲解，认真做好现场记录。真正让学生在学习到了理论知识的同时，又能从现场中获得实际知识，在学习发电厂动力设备及系统内容时感觉比较容易理解，不再是抽象的东西了，这两门课有机结合在一起，在课堂上安排合理的时间让学生讨论，每个学生都说说在现场所看到的系统设备的作用和系统的工作流程，这样学生的学习积极性提高了，理论知识和实际知识也容易掌握了，正如一个学生在认识实结中写到：到实习基地学习，让我们真正看到了电厂很多热力系统和设备，回到教室看书中内容感觉容易理解多了，也能看懂了书中的热力系统图，在实习基地的时间里，在学习上、生活上都感到很充实，收获多多。
四、结束语
高等职业教育以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线来设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案。实习是一种实践，是理论联系实际，应用和巩固所学专业知识的一项重要环节，是培养能力和技能的一个重要手段[3]。认识实习有区别于生产运行实习，认识实习主要是了解发电厂各种热力设备的生产过程，了解各系统设备的结构、工作原理、作用及设备功率、设备工作环境和运行控制参数，结合课本内容客观增加对发电厂生产系统及设备的感性认识。通过认识实习，了解本专业方面相关的实践知识，为专业课学习打下坚实的基础。本文作者认为，电厂化学专业的专业基础课与电厂认识实习课都应同时安排到实习基地进行教学，教学时间上应交叉进行，在教室教师传授专业理论知识，到了现场让企业工程技术人员讲解现场实际知识，在规定的时间内同时完成两门课程的教学，有利于学生掌握理论知识和实际知识，会起到事半功倍的效果。
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关键词：工程热力学；教学研究；教学措施
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0097-02
一、前言
《工程热力学》是能源动力、化学工程、航空航天等众多工程类专业的一门重要专业基础课，是培养在涉及能源特别是与热能相关的各领域中具有创新能力人才的基础。该门课程学习的好坏将直接影响到后续专业课的学习效果，从而最终影响学生的专业综合水平。与其他课程相比较，《工程热力学》课程具有公式较多、逻辑性和理论性较强、概念多而抽象、应用条件较复杂等特点，因而很多学生反映这是一门较难学的课程。甚至有些学生在刚接触这门课时便感觉学习困难，产生了抵触情绪。
二、《工程热力学》课程的研究内容及目前教学现状
《工程热力学》主要研究与热能工程相关的热能和机械能相互转换的规律，它着重应用热力学两个基本定律分析热能过程中有关的各种热力过程及热力循环，从理论上研究提高热能和机械能转换有效程度的途径。其内容包括热力学的基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力学能等基本参数的计算、理想气体的热力过程、热力学第二定律、气体的流动、压气机的压气过程、气体动力循环、制冷循环等，其主要特点是理论分析、实验研究和工程实际应用紧密结合，分析推理的结果具有高度的可靠性，条理清楚，逻辑性强[1]。《工程热力学》课程具有的特点使得学生反映难学，教师反映难教，最终导致教学效果不佳，学生对知识点掌握不够，考试不及格率较高。传统的教学以理论传授为主，但对于一些以应用型培养为定位的新建本科院校来说，更重要的是要培养工程背景下学生利用所学理论知识去分析、解决实际工程问题的能力，因此深入开展《工程热力学》的教学研究显得十分必要。
三、《工程热力学》课程的教学措施
1.上好绪论课。很多学生误认为绪论课中没有涉及到具体的、重要的知识点，而且也不属于课程的主要考试内容，因此觉得它不重要，上课也不认真听讲和记笔记。事实上，绪论课作为《工程热力学》课程的第一课，在教学中具有特殊的教学地位和重要意义[2]。绪论课中教师可以讲授热能动力工程的重要地位，介绍一些典型的能量转换装置工作过程（例如蒸气动力装置、内燃机、燃气轮机装置以及蒸气压缩制冷装置等）、《工程热力学》的研究对象及研究方法（宏观法和微观法）等内容。通过绪论课，教师不仅可以让学生初步建立起《工程热力学》的基本概念，使学生掌握本课程的思维方式和基本理论体系，而且能使学生明白本专业为什么要开设《工程热力学》、《工程热力学》的主要学习内容、学习方法以及学好这门课的注意事项，从而激发学生学习《工程热力学》课程的兴趣和爱好，坚定学习该门课程的决心。
2.充分调动学生的主动性和积极性。由于《工程热力学》课程公式多、概念多，计算复杂，学生学习起来有一定难度，有些学生在刚开始接触这门课时就有抵触情绪，这就需要充分调动学生的主动性和积极性。首先，必须要求教师课前充分备好课，合理组织教学过程，恰当运用有效的教学方法；做到教学内容精炼充实，重难点突出，逻辑严密，使学生易于接受讲解的知识点。学生只有在听懂课的前提下才会对课程产生兴趣，从而调动他们的主动性和积极性，激发他们的潜能。其次，在上课过程中可以适当引入一些生活中常见的实例，通过对这些实例进行分析，把枯燥乏味的理论知识运用到具体的实际问题中，并采用启发式教学培养学生独立思考问题的能力，提高他们学习的主动性。第三，教师应结合当前工程热力学领域的相关热点问题[3]，如提高热机效率、节能降耗、低碳环保以及核电事故等，开展课堂讨论和专题研讨，通过这些热点问题培养他们对《工程热力学》的兴趣。
3.在知识难点上完善教学方法。以热力学第一定律为例[4]，在学习该定律时，不少同学对热力学第一定律的两套符号的掌握有困难，经常混淆教材提供的两个公式。这种情况下，教师就应在课本的基础上，进一步完善教学方法。例如授课时可以在教材提供的知识点的基础上进一步延伸，将热力学第一定律在形式上概括总结成：体系内能的增加等于体系增加的能量（Q）减去体系消耗的能量（W）。当假设体系从环境吸入热量时，公式中的Q自然就为正；而当环境从体系吸入热量时，Q自然就为负；同理，体系对环境做功，W为正，环境对体系做功，W为负。关于Q和W数值的正负号选取时只要注意下列原则即可：实际发生的情况和定义一致则取正，和定义相反则取负。例如当W定义为环境对体系做功时，若环境确实是对体系做功，则W的数值取正，否则W取负值；Q在数值上的正负号取法同W。这样一来就避免了学生对公式中Q和W的正负号以及Q和W数值的正负号不能很好把握的问题，可以帮助学生更好地掌握并运用热力学第一定律。
4.正确对待公式的记忆与推导。《工程热力学》课程的公式比较多，学生反映记不住，而且有的公式在形式上相类似，很容易记混淆。其实要让学生记住所有的公式一是不现实，二是也没必要，这就需要在教学过程中理清哪些公式需要记忆，哪些可以根据记忆的公式现场推导。例如闭口系统能量方程的四个式子可以要求记忆，一是比较简单，二是这四个式子非常重要，讲解后面的知识点时需要用到。但理想气体的各种过程（包括定容、定压、定温）中比熵的变化就不需要记忆，完全可以根据比熵的原始定义再结合闭口系统能量方程直接推导而得到，如果同学对基本概念和基本公式的掌握足够熟练，对这些推导会形成条件反射，不需要借助草稿纸直接在脑海中就可完成整个推导过程。这样无形之中就减少了很多公式的记忆，但需要用到的时候又能立刻得到。
5.采用现代化教学手段。随着现代信息技术的发展，多媒体教学越来越广泛地应用于教学领域。利用多媒体教学中图像、动画、声音等元素的优势，既进一步丰富了教学内容，又使教学过程更加形象生动，加深学生对知识点的理解，便于学生接受。例如在讲解活塞式压气机的压气过程时，如果利用板书在黑板上讲解压气过程，学生会感觉比较抽象，但如果利用flash制作的动画来演示时，学生对压气机的压气过程就会一目了然，感觉更直观，更加便于理解和接受。另外在讲解压缩过程、平衡态等一些相对抽象的过程和概念时，如果借助于多媒体技术也会起到事半功倍的效果。
6.注重学生工程意识的培养。全日制大学生一般对工程常识较缺乏[5]，针对这一特点，教师授课时可以以课程为载体，适时向学生介绍所学理论知识在实际热工设备中的应用。例如授课时可以多举一些例如锅炉、热水器、散热器、涡轮机、压气机、喷管等典型热工设备的例子，分析这些设备在实际工作工程中消耗的轴功、系统和外界交换的热量、能量转换关系等。通过分析这些实际工程设备的工作工程，能够使学生掌握不同设备的能量转换关系和特点，并了解在哪些情况下，可以将工程实际问题进行简化，从而建立他们的工程意识。
《工程热力学》作为众多工程类专业的一门重要专业基础课，学生接触较早，对他们后续学好其他专业课会产生一定的影响。如何上好这门课，是每一位《工程热力学》教师应仔细思考的问题。只有在教学实践中不断丰富和调整教学内容，不断改革和探索教学方法和教学手段，才能达到较好的教学效果。
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[关键词] 专业基础课；创新型人才；教学方法；实验教学；考试改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2011)06-0074-03
根据“厚基础、重实践、强能力”的人才培养战略，华北电力大学制订了热能动力工程专业2008版本科专业人才培养方案，确定了“培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高，具有一定创新能力、较强实践能力和良好发展潜力的高级专门人才”的培养目标。教学计划中突出了创新型人才的培养，要求明确各课程及其教学环节在人才培养中的地位，进一步发挥其培养创新型人才的作用。
专业基础课程作为提高人才培养质量和培养创新型人才的基础环节，起着举足轻重的地位[1]。其教学目的是要求学生掌握课程的基本理论、基本方法和基本实验技能，培养学生分析和解决实际问题的能力，通过知识的不断积累和融合，为后续课程的学习打下扎实的基础。教学过程涉及教学目的、教学内容、教学方法、实验教学和考试方法等多个环节。目前，各教学环节均存在可深层次挖掘的潜力，尚未充分发挥在人才培养、尤其是创新型人才培养中的作用。这表现在教学方法上仍为“师授生录”的传统模式、学生主体作用不突出；教学内容上为重理论、轻实践的“一手硬、一手软”现象；实验内容多为验证性实验，深层次和边缘性的实验现象未被重视和挖掘；考试方法多为理论内容，忽视实验教学内容等诸多方面。教学实践中，如能对上述各环节进行深入研究和探讨，充分挖掘其深层次内涵，并在实践中加以实施，必能有效提高人才培养质量。
本文以华北电力大学热能动力工程专业的专业基础课工程热力学、流体力学和传热学为研究对象，旨在通过深入研究各教学环节在人才培养，尤其是创新型人才培养中的地位和作用，达到全面提高教学效果的目的，将培养目标真正落到实处。
1 明确教学目的
教学目的是培养创新型人才的指南和方向。热能动力工程专业设置有电厂热能动力工程、电厂集控运行、制冷与空调工程等三个专业方向。三个方向虽有不同，但其专业基础课均为工程热力学、流体力学和传热学，是学习各后续专业课的前提和基础。这三门课程既相互独立，又相互衔接，如流体力学的学习需要工程热力学的知识，传热学的学习又以工程热力学和流体力学的内容为基础，因此开课顺序依次为工程热力学、流体力学和传热学。
三门专业基础课程教学目的又各具特色。工程热力学的教学目的是通过学习工程热力学的基本理论和基本知识，重点掌握热力学基本概念，热力学第一、第二定律，水和水蒸气性质，动力装置循环和制冷循环等。流体力学要求学生掌握流体力学基本概念和基本理论，重点掌握流体的平衡和运动规律、势流理论、边界层理论、相似原理和气体动力学基础等。传热学的目的是使学生掌握有关热量传递的基本理论知识（热传导、对流换热、辐射换热和换热器），具备分析和计算传热学问题的能力。同时，各专业基础课均要求掌握一定的实验技术和实验操作技能。
热能动力工程专业中的诸多实际现象或科学问题，可能需要其中一门或多门课程的知识，或者可以从不同方向进行分析，进而达到全面认识的目的。因此，上述三门课程的学习不可偏废，而且只有明确了各专业基础的教学目的和要求，才能达到人才培养的基本要求。
2 优化教学内容
教学内容是培养创新型人才的核心。教师应根据课程教学大纲的要求，明确教学内容中的基本要求和核心要求。在此基础上，适当拓宽、拓展教学内容，同时密切关注、跟踪本专业不断涌现的新的发展方向，不断将与课程相关的新问题、新现象和新理论补充进来，通过丰富和优化教学内容，从而激发学生的学习兴趣和动力。
如工程热力学中，对于复杂动力装置的分析以往多从热I律（焓）角度进行研究，而目前文献多从热II律（焓和熵）角度出发，以找到节能降耗的薄弱环节和实现能量的梯级利用；又如流体力学和传热学近年来涌现了大量新问题，如微纳尺度内流体的流动与传热，活性剂溶液铺展过程的指进现象，负压状态下液滴的雾化过程等，以及新技术的应用，如高速摄像技术、PIV测速技术等等。在这些方面，教师可结合相关领域的研究和应用现状，或自身的科研进展和兴趣，将新的科学现象、科研成果融入本科教学，在拓宽知识面和提高学生科研兴趣时，逐渐培养和发现创新型人才，并使部分有想法的同学提前进入预研状态。
3 改进教学方法
教学方法是培养创新人才的关键环节，教学方法不同其教学效果也会有所不同。对于专业基础课，教学内容多为经典的理论内容或方程推导，并由此展开实际应用的讨论，目前这类课程多采用以教师为主的讲授式方法。授课中，以教师为主体，学生基本处于被动位置，学生在课堂上很少主动提问或敢于就不同见解与教师商榷[2,3]。实践表明，这种传统的教学模式不仅不能发挥学生的主动性，也不利于创新型人才的培养。因此，转变教学观念、改进教学方法，逐步形成研究型教学的现代教育理念就成为培养创新型人才的迫切需要。当然，不同的教学内容应选择恰当的教学模式，切不可盲目“一刀切”。对于基础性和原理性的内容，仍以教师讲授为主；在此前提下，针对课程有关内容（如持不同观点），通过合理运用启发式教学、讨论式教学、准研讨式教学[4]等形式，鼓励学生广开思路，敢于“于不疑处有疑”，在积极主动的教学活动中促进学生创新意识的培养。
发挥学生主体作用是培养创新人才的催化剂。为此，教师应逐步树立教师主导、学生主体的教学理念[5]。教学中，积极创造良好的课堂氛围，充分调动学生的主观能动性，激发其学习动机和兴趣，使其逐步成为教学活动的主角，从而将知识转化为能力、将兴趣转化为动力、将质疑和问题转化为研究课题。例如流体力学中，机翼理论中关于机翼升力的形成过程，又如关于边界层分离现象中的分离位置，这些内容在不同教材有着不同的观点，同学可自行查阅书籍和文献，进而展开讨论；传热学中，如何正确理解外掠圆管换热局部换热系数在不同雷诺数下的回升现象与边界层发展和分离的关系，以及各种新型高效换热器的型式和机理，而且同学均充分发挥想象力，从理论上提出新型换热器。另外，有些拓展性内容也可让学生讲解，如流体力学讲到超声速流动及其现象时，对于音障现象及其对飞机的影响，可由1名同学来讲，既拓展了知识面，又激发了学习兴趣。
教学之外，针对学生对知识的求知欲、对新问题和未知现象的探索精神，充分发挥其主观能动性和独立思考的能力，鼓励学生敢于想象，大胆提出自己的设想和观点，逐步达到学以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前，部分学生在专业教师指导下，利用动力系实验基地，积极参与全国和学校大学生创新计划、数学建模比赛、大学生挑战杯和大学生节能大赛等科技活动，以及教师的一些纵、横向科研项目中。通过主持或参与具体的科研项目，不断发现和解决新问题，逐步提高了自身的创新能力，同时也锻炼了组织能力，培养了团队精神，综合能力得到明显提升。通过上述实践活动，目前已涌现出一些具有一定创新意识和创新能力的学生，或发表了学术论文，或授权了实用新型专利。而且也作为保送研究生的优选条件之一，也进一步促进了学生的参与热情和科研积极性。
4 挖掘实验教学内容
实验教学是培养创新人才的有力手段。实验教学不仅是对理论内容的实际验证，更重要的是培养学生实验技能和分析能力的重要措施[6]，也是发挥学生主体作用的最有效的实践环节之一。专业基础课实验分为验证性和综合性实验，验证性实验侧重对基本原理的验证和再现，综合性实验则侧重于较复杂现象的分析，二者侧重点各有不同。实验中，若能充分发挥学生的主体作用和探究精神，通过深挖实验教学内容的内涵，鼓励对有关边缘性现象的观察和深层次问题的探索，势必能在很大程度上提高培养学生的创新意识和能力。因此，实验中，强调学生亲自动手操作实验、主动分析实验现象、独立思考问题和解释问题。
验证性实验也能在很大程度上提高学习效果。如流动演示实验中，在突然扩大的流动通道内，可清晰地观察到突扩前的截面上其流线为接近于平行直线，这也是为何在理论分析中可以把该截面近似作为缓变流截面的原因所在，若不通过实验现象，仅靠想象既不直观又缺乏说服力，而且可通过改变流速，进一步验证这一假设是否始终成立。又如流体力学中的伯努利方程实验，该实验再现了各测点处的总水头和静水头在不同流量下沿流动方向的变化规律，若脱离实验过程，也可以从能量守恒和能量转换的角度得出上述规律，这当然需要扎实的理论基础和分析能力，但理论和实验教学的有机结合，可起到事半功倍的效果。
综合实验更能全面考察学生的学习效果和运用知识的能力。如换热器综合实验中，为何对于相同的换热器结构，逆流情形下的传热系数要小于顺流情形；并联管路特性及流量分配实验中，为何具有相同结构的各并联管道其流量不同，压力损失也不同；离心泵并联及工况调节实验中，在不同负荷下，采用共用阀和非共用阀进行调节其经济性为何不同；边缘性现象，如泵性能实验中的汽蚀特征及噪声特性也值得进一步研究。
另外，对于实验数据的处理，坐标系选用线性坐标还是对数坐标，参数是以有量纲还是无量纲形式进行整理，实验数据坏点的正确剔除和有效数据的保留等，都有充分发挥的余地，也是培养学生科学思考问题和获得正确结果的关键之处。
5 改革考试方法和内容
考试作为教学活动的最后一环，是教学成效和学习效果的综合反映，教学过程的各个环节，尤其是薄弱环节都可以从成绩分布上反映出来。因此，考试方法和内容是否能够有效地反映了教和学的全过程，将在一定程度上影响创新型人才的培养。为此，笔者一改过去单纯采用闭卷考试的方法，从内容到形式上进行了多方面尝试，探讨了多种教学环节有机结合的考试方法，力求实现对教学效果的全过程评价。
目前，在考试内容方面，一是在符合教学大纲要求的前提下，将实验教学内容纳入考核范围，分值为150%，内容包括实验现象和参数变化的分析、仪器的测量原理和用途等。实践表明，此项措施的实施在很大程度促进了对实验教学全过程的重视，取得了预期的效果。二是增加了理论联系实际较强的题目，或综合性题目或拓展性题目，分值为10%，进一步提高提炼科学问题或全面综合运用知识的能力，也有助于发现创新型的学生。在考试方法方面，采取了包括开卷考试、期中+期末考试、实验成绩+期末考试、平时测评+期末考试等在内的多种方式。无论是开卷还是闭卷，均将复杂必要的公式附在试卷上或给出相关提示，将考核重点放在知识的应用能力和分析能力上面。期中+期末和平时+期末这两种方式通过强调平时的知识积累和复习，做到及时发现问题、及时解决问题。
总之，以专业基础课为载体，通过深挖和细化教学活动各环节的深层次潜力，将创新型人才的培养贯穿于教学的全过程，可促进教学效果和人才质量的全面提高。
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关键词 热处理；多媒体教学；启发式教学方法
中图分类号：G642.4 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）03-0112-02
Discussion on Teaching Strategy of Course of Principle and Process of Heat-treatment//Duan Yuanpei， Zhang Haitao， Li Chuanrui， Liu Minglang
Abstract Principle and Process of Heat-treatment is an important professional basic course for the specialty of material forming and control engineering. In order to improve the thirst for knowledge and learning effect of students， the “fun” was using as the main line and the teaching contents were innovated. Multimedia teaching， heuristic， discussion teaching method and strengthening practice teaching mode were also used in the teaching process.
Key words heat-treatment； multimedia teaching； heuristic teaching method
热处理原理及工艺课程是安徽工程大学材料成型及控制工程专业一门重要的专业基础课，教学内容分为热处理原理和热处理工艺两部分。其中，热处理原理介绍奥氏体转变、马氏体转变等钢在加热及冷却过程中发生的组织及性能转变规律；热处理工艺介绍退火、正火等热处理方法。通过对这门课的学习，可以让学生在掌握热处理原理的基础上合理地制订热处理工艺路线。
从教学内容上看，热处理原理部分理论性强，内容抽象，热处理工艺部分又与实际生产联系紧密，如果不注意教学策略，学生在难于理解运用的同时就会觉得枯燥无味，很难产生学习兴趣，教学效果也较差。然而，该课程的教学目标要求学生既要具备坚实的基础理论知识，还要具备一定的分析解决实际问题的能力。那么，怎样实现这一目标呢？针对教学内容的特点，笔者尝试采用以下策略进行教学实践，收到良好的教学效果。
1 以“趣”为主线
孔子说过：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”可见，“兴趣”才是最好的老师。因此，在热处理原理及工艺课程的教学过程中，可深入挖掘教材内容，通过举例子讲故事、从现象出发引导学生思考等方法，有目的地设计“兴奋点”以激发学生兴趣，培养学生的学习思考能力，以适当的案例启发学生的思维，探究现象的本质，找出规律。
如在教学热处理这章内容时，先设计些观察思考题，例如：“两段直径为1 mm的钢丝，同时放在酒精灯上加热到赤红色，而后一段放在水中冷却，另一段在空气中自然冷却。当钢丝完全冷却后进行折弯，发现在水中冷却的钢丝很容易折断，而放在空气中冷却的钢丝不易断裂，甚至可以卷成圆圈。加热温度相同，由于冷却方式的不同导致同种材料性能的差异，为什么？”“敲击学生金工实习作品小锤子的锤头，一锤头工作面出现凹凸不平，而另一个经热处理的锤头工作面仍然非常平整。两铁榔头为同种材料所制，为何热处理后工作面敲击后仍平整如初？是什么原因导致锤头性能的差异呢？”通过这些思考题的提出，好奇的学生就会把兴趣转移到热处理课程枯燥、抽象的内容上。
2 教学内容改革
热处理原理及工艺课程的教学内容包含热处理原理和热处理工艺两部分：第一部分“热处理原理”概念多，理论性强，内容抽象，且与材料科学基础等基础课程内容联系密切；第二部分“热处理工艺”部分与实际生产联系紧密。第一部分内容是第二部分的理论基础，而第二部分内容是第一部分的应用。因此在教学过程中，教师应抓住主线，突出重点，注重理论联系实际，并且强化实验教学环节。
随着科学技术的迅速发展，热处理领域新工艺、新理论不断出现。因此，处理好传统内容与现代内容的关系，适当压缩、简化经典内容，充实当前热处理领域的最新研究成果。如增加激光热处理、真空热处理等现代化的热处理方法等内容，使学生及时了解热处理原理及工艺的最新研究和发展动态。
3 采用多媒体教学
与“一块黑板、一支粉笔、一本教材、一张嘴”的传统教学方式相比，多媒体教学的优势在于其是图、文、声、像、动画、视频的有机结合体。在热处理原理及工艺课程上的教学工作中，采用多媒体教学手段，可将抽象的概念转化为图文并茂的画面，将复杂的工艺过程转化为直观的视频，使学生能够充分利用视觉和听觉来获取新知识，教学内容直观易懂，课堂气氛生动活泼，易于被学生理解。并且采用多媒体教学方式，节省了大量的粉笔板书时间，使教师能够有更多精力对学生课堂进行管理和引导，提高了教学效率。
例如，对于与实践联系紧密的“钢的热处理工艺：淬火、正火、退火、回火等”内容，学生很难想象热处理的工艺过程。采用多媒体教学方法，将热处理工艺制作成为动画或录像放给学生观看，使他们有身临其境的感觉，对热处理工艺过程有了直观的了解，给课堂增添了更多趣味，极大地调动了学生的兴趣，增强了学习效果。目前已连续几届采用自制的多媒体课件进行教学，受到学生的广泛欢迎，增强了教学效果。
4 采用启发式、讨论式教学方法
热处理原理及工艺课程知识系统性较强，且原理和工艺部分联系紧密。因此，在教学过程中应注意有关概念之间的内部联系，注重其本质特点的讲解，从而进行它们异同的比较。并且，针对特定内容进行启发诱导，激发学生的求知欲望，使学生不但活跃了思维，而且接受了新知识，巩固了旧知识。但要想做好启发教学，教师必须下功夫深入研究教材，通过多种途径来调动学生学习的积极主动性，启发学生进行独立思考。
在每节课的教学过程中，教师不与学生进行互动，不仅使课堂气氛沉重，学生失去学习兴趣，而且教师也不了解学生对知识点的理解掌握程度。在教学过程中，可以采用课堂提问、组织讨论等方式，与学生进行互动和交流。采用讨论式教学方式不仅活跃课堂气氛，调动学生学习的积极性，而且能培养学生独立思考和积极思考的能力，实现教学质量的良好反馈。但要想组织好课堂讨论，教师首先要针对具体内容设计讨论主题，并且在讨论过程中应注重引导学生联系所学理论知识。
例如，对于零件的淬火热处理工艺而言，淬火工艺的合理选择有利于零件减少变形和开裂的倾向。因此，在“钢的淬火热处理工艺”这部分内容的讲解过程中，可以进行分组讨论，并且在讨论过程中教师加以引导。这样，大多数学生对淬火热处理工艺有了更深的理解，针对具体零件可以正确选择热处理工艺路线。
5 强化实践教学
热处理原理及工艺课程的教学目标之一即让学生灵活运用热处理工艺来解决实际问题，那么怎样提高学生理论与实际联系的能力呢？实验教学是解决这一问题很好的途径，通过实验教学环节，既可以培养学生理论联系实际的思维方式，提高学生的实践能力，反过来又可以促进理论教学效果的增强。
因此，为了培养学生理论联系实际独立解决问题的能力，在学时紧的情况下，仍安排实验8学时，实验学时占总课时的17%。并且，为了提高学生的积极主动性，将部分实验由演示性实验改为设计性实验，由学生自己动手完成实验的全过程。例如，钢的淬透性测定实验，原来为演示性实验，即材料的热处理过程由实验教师完成，仅由学生进行硬度测试并绘制硬度随深度变化曲线，确定硬化层深度，比较不同材料的淬透性。现在该实验为综合设计性实验，学生根据给定材料的化学成分，根据学习的理论知识，首先合理制定淬火工艺路线，然后在实验室独立完成热处理工艺操作，这一环节结束后再进行硬度测试、不同材料淬透性比较等过程。新方式能更好地调动学生学习的主动性，强化了学生对理论知识的理解。
另外，还可通过认识实习、生产实习等实践教学环节来弥补学校教学条件的不足，让学生走进企业，亲身感受实际生产环境，体验实际生产过程。并且在学生参观过程中，经验丰富的车间技术人员针对生产内容进行细致解说，引导学生把所学理论知识与实际生产过程进行结合，使学习的知识不断深化，从而大大提高该课程的教学质量。
6 结论
在热处理原理及工艺的教学中，应针对课程内容特点，通过以“趣”为主线，对教学内容进行改革，采用多媒体教学，启发式、讨论式教学方法及强化实践教学等方式，以激发学生学习的积极性和主动性，使学生更好地理解知识、掌握知识、灵活运用知识。
参考文献
[1]陆兴.热处理工程基础[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]李传瑞，丁丽，王银凤.热处理原理及工艺课程教学的改革与实践[J].时代教育：教育教学版，2009（10）：27.
