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“工程熱力學(xué)”課程緒論部分教學(xué)方法探討
“工程熱力學(xué)”課程緒論部分教學(xué)方法探討
武和全，朱英杰
（長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車(chē)與機(jī)械工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410114）
摘要：緒論是教材的先導(dǎo)與靈魂，通常包括本課程的重要性及任務(wù)、目的、主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法等內(nèi)容。本文從“工程熱力學(xué)”課程緒論部分的重要性及現(xiàn)階段教學(xué)中常見(jiàn)問(wèn)題出發(fā)，對(duì)如何完善緒論部分的教學(xué)方法進(jìn)行了深入探討。
關(guān)鍵詞：緒論；探討；教學(xué)方法
基金項(xiàng)目：長(zhǎng)沙理工大學(xué)教改課題項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介：武和全（1982-），男（漢族），湖北仙桃人，工學(xué)博士，講師，長(zhǎng)沙理工大學(xué)汽車(chē)與機(jī)械工程學(xué)院，主要講授工程熱力學(xué)及傳熱學(xué)等課程。
緒論課是指每門(mén)課程正式教學(xué)前的前言課或者簡(jiǎn)介課，是不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)，主要內(nèi)容包括：課程的教學(xué)目的、內(nèi)容、要求、重點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法和教學(xué)總體安排等。作為課程教學(xué)的第一節(jié)課，緒論課的教學(xué)好壞直接影響學(xué)生對(duì)整個(gè)課程學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力�！肮こ虩崃W(xué)”是眾多工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生研究能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)十分重要，因此，其緒論課程的教學(xué)尤為重要。教師應(yīng)力求在與學(xué)生的第一次交流中就使其明確學(xué)習(xí)“工程熱力學(xué)”的原因、目的、內(nèi)容和方法等幾個(gè)重要問(wèn)題，以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)“工程熱力學(xué)”及相關(guān)課程的興趣。
一、緒論部分教學(xué)內(nèi)容
“工程熱力學(xué)”課程的緒論總共包括四個(gè)部分，即：熱能的利用、熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史、課程的研究對(duì)象和主要內(nèi)容以及熱力學(xué)的研究方法。
1. 熱能的利用。自然界中存在的能源主要有：風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、地?zé)崮�、燃料化學(xué)能、原子能等。在這些能源中，除風(fēng)能和水能是以機(jī)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(guò)燃燒、核反應(yīng)）提供熱能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(huì)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(lèi)生活各個(gè)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(guò)各種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)，使燃料熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或者電能和熱能的直接利用。
2.熱力學(xué)的發(fā)展歷史。人們對(duì)熱的本質(zhì)及熱現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)曲折的探索過(guò)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(lái)達(dá)到一定的目的。但在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，人們只看到了熱的現(xiàn)象，認(rèn)為熱是一種沒(méi)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(guò)艱苦實(shí)踐，才確立了熱能之間的當(dāng)量關(guān)系，也就是確認(rèn)了熱力學(xué)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(jī)械能在轉(zhuǎn)換上存在著方向性問(wèn)題，即熱力學(xué)第二定律的基本觀點(diǎn)。熱力學(xué)第一定律、第二定律是從無(wú)數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的、公理性的定律，這兩個(gè)定律的確立奠定了熱力學(xué)的基礎(chǔ)。熱力學(xué)形成初期，主要是研究熱機(jī)中熱能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。后來(lái)，隨著熱力學(xué)本身的不斷發(fā)展，除了指導(dǎo)熱機(jī)的發(fā)展外，又被廣泛應(yīng)用到其他自然科學(xué)和生產(chǎn)部門(mén)中。熱力學(xué)不但與熱機(jī)、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(lǐng)域中，并相應(yīng)地發(fā)展了新的理論，形成了若干分支。工程熱力學(xué)就是熱力學(xué)的一個(gè)重要分支。
3“。 工程熱力學(xué)”課程的研究對(duì)象和主要內(nèi)容。工程熱力學(xué)是研究熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的一門(mén)學(xué)科。它的主要內(nèi)容包括三部分：（1）介紹構(gòu)成工程熱力學(xué)理論基礎(chǔ)的兩個(gè)基本定律———熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)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(xué)的基本定律，結(jié)合工質(zhì)的熱力性質(zhì)，分析計(jì)算實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的各種熱力過(guò)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(xué)的研究方法。熱力學(xué)的研究有兩種途徑：一是現(xiàn)象或經(jīng)典熱力學(xué)；二是統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)。經(jīng)典熱力學(xué)完全由宏觀現(xiàn)象出發(fā)，以實(shí)踐為基礎(chǔ)來(lái)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(lái)描述物質(zhì)所處的狀況，并且根據(jù)兩個(gè)基本定律，導(dǎo)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(xué)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只要利用幾個(gè)基本概念就能進(jìn)行熱力學(xué)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(jì)熱力學(xué)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(yīng)用力學(xué)規(guī)律說(shuō)明分子的運(yùn)動(dòng)，并用統(tǒng)計(jì)的方法說(shuō)明大量分子紊亂運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均性質(zhì)，因而它能夠從物質(zhì)內(nèi)部的微觀運(yùn)動(dòng)機(jī)理，更好地說(shuō)明宏觀熱現(xiàn)象的物理實(shí)質(zhì)。但它的分析過(guò)程較為復(fù)雜，不像宏觀理論那樣直觀、簡(jiǎn)單，故主要用于理論研究工作。本科階段的“工程熱力學(xué)”課程主要采用宏觀方法進(jìn)行討論。
二、緒論部分的教學(xué)應(yīng)該解決的問(wèn)題
1.明確學(xué)習(xí)目的，解決為什么要學(xué)的問(wèn)題�！肮こ虩崃W(xué)”的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)，概念多且抽象；公式推導(dǎo)多，應(yīng)用條件復(fù)雜，學(xué)生感覺(jué)課程的內(nèi)容繁多，難以抓住重點(diǎn)，容易陷入復(fù)雜的公式推導(dǎo)中，造成學(xué)習(xí)困難，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。并且，現(xiàn)實(shí)情況中，有一部分學(xué)生只是為了考試而學(xué)習(xí)。對(duì)于必修課重視程度高，愿意花費(fèi)精力學(xué)習(xí)，而對(duì)于選修課，則多以應(yīng)付的態(tài)度草草了事。因此，緒論部分的教學(xué)就更加重要。緒論是“工程熱力學(xué)”課程的第一節(jié)課，對(duì)于一門(mén)新的課程，學(xué)生一般都存在著一種好奇，如果能在第一節(jié)課將學(xué)生的這種好奇轉(zhuǎn)變?yōu)榕d趣，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本門(mén)課程的動(dòng)力，則意味著本門(mén)課程的教學(xué)已經(jīng)成功了一半，在接下來(lái)的教學(xué)過(guò)程中也將會(huì)取到事半功倍的效果。
2.明確學(xué)習(xí)內(nèi)容以及各內(nèi)容之間的聯(lián)系，解決學(xué)什么的問(wèn)題。在現(xiàn)在的大學(xué)生中，普遍存在著這樣一種疑惑———學(xué)習(xí)一門(mén)知識(shí)不知道到底該學(xué)習(xí)什么，又有什么用處，有些大學(xué)生甚至認(rèn)為書(shū)本上學(xué)習(xí)的知識(shí)在工作以后完全用不到，久而久之便影響了學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的積極性。同時(shí)，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，往往只是孤立的學(xué)習(xí)，缺乏對(duì)知識(shí)點(diǎn)橫向、縱向的延伸，沒(méi)有形成一個(gè)完整的知識(shí)體系，這樣又造成了學(xué)生記憶困難，導(dǎo)致學(xué)生失去了學(xué)習(xí)本門(mén)課程的興趣。學(xué)習(xí)一門(mén)課程要在頭腦中建立該課程的知識(shí)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(xué)生解決這個(gè)問(wèn)題，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)各個(gè)章節(jié)內(nèi)容時(shí)目的性就會(huì)更加明確，更清楚為什么學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，也就能較好的避免陷入公式推導(dǎo)和記憶中，避免只抓住個(gè)別的知識(shí)點(diǎn)而偏離了課程的主線。緒論課的內(nèi)容豐富而分配的課時(shí)卻不多，一般只有1～2個(gè)課時(shí)，學(xué)生也往往認(rèn)為不屬于課程主要考試內(nèi)容不予重視。因此，教師要在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容上多下工夫，通過(guò)各種方法讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主查找相關(guān)知識(shí)。例如，熱力學(xué)的任務(wù)是要讓學(xué)生明白熱能與機(jī)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(xué)生自己舉例說(shuō)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(xué)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(dòng)的圖片，一方面可以集中學(xué)生的注意力，提高學(xué)習(xí)興趣；另一方面，也可以讓學(xué)生的腦海中形成動(dòng)態(tài)的圖像記憶，將歷史知識(shí)記得更加牢固。
三、緒論部分的教學(xué)方法
1.運(yùn)用案例，理論結(jié)合實(shí)際。教師在課堂上多舉一些日常生活及工業(yè)上運(yùn)用工程熱力學(xué)的例子，引導(dǎo)學(xué)生將枯燥的理論與實(shí)際的運(yùn)用結(jié)合，學(xué)以致用，讓學(xué)生明白學(xué)到的知識(shí)可以解釋和解決許多實(shí)際中的問(wèn)題，以增加課程對(duì)學(xué)生的吸引力。比如在講授第一部分熱能的利用時(shí)，就可以舉例具體說(shuō)明，或者讓學(xué)生自己舉例說(shuō)明，引發(fā)學(xué)生之間的討論。
2“。 多管齊下”，圖文并茂。通過(guò)圖文并茂的多媒體技術(shù)，讓學(xué)生通過(guò)多個(gè)感官同時(shí)接收信息，增強(qiáng)課堂的生動(dòng)性和直觀性，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。比如緒論的第二部分熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史，由于學(xué)生學(xué)習(xí)歷史的熱情普遍不高，認(rèn)為歷史只有枯燥的文字和難以記憶的年代，這部分的教學(xué)就可以通過(guò)多媒體將歷史知識(shí)用視頻的形式播放出來(lái)，既能讓學(xué)生觀看，增加趣味性，又將學(xué)生置身于那個(gè)年代，增強(qiáng)記憶性。此外，一些大型熱工設(shè)備可以通過(guò)多媒體以圖形展現(xiàn)，其熱力過(guò)程以Flash動(dòng)畫(huà)展現(xiàn)。如此一來(lái)，汽輪機(jī)，內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備的工作原理就能生動(dòng)的表達(dá)出來(lái)，學(xué)生對(duì)這些機(jī)械的工作原理也就有了更加直觀的認(rèn)識(shí)。通過(guò)老師講解、多媒體播放等教學(xué)手段多管齊下，學(xué)生能留下更加深刻的印象。
3.設(shè)置問(wèn)題，激發(fā)討論。讀萬(wàn)卷書(shū)不如行萬(wàn)里路，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，通常會(huì)遇到老師講的時(shí)候都會(huì)，自己想的時(shí)候就一片空白的狀況。一味的聽(tīng)老師講課，學(xué)生不學(xué)會(huì)自己思考，也只能是左耳進(jìn)，右耳出。進(jìn)行課堂講授時(shí)，教師可以提出一個(gè)個(gè)與所講內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，這樣不僅可以引起學(xué)生的注意，使其集中精力聽(tīng)課，而且可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考、積極討論，達(dá)到由此及彼、舉一反三的目的，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)工程熱力學(xué)的興趣。
4.掌握特點(diǎn)，突出重點(diǎn)。緒論課的教學(xué)內(nèi)容具有抽象性、簡(jiǎn)單性、枯燥性和濃縮性的特點(diǎn)�；谶@些特點(diǎn)，教師在教學(xué)的過(guò)程中要注意積累經(jīng)驗(yàn)，逐漸形成自己的一種教學(xué)體系，教學(xué)時(shí)懂得如何更好的突出內(nèi)容重點(diǎn)和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，避免學(xué)生出現(xiàn)不知道學(xué)習(xí)內(nèi)容、分不清學(xué)習(xí)重點(diǎn)，全部?jī)?nèi)容一概而論的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生明確什么該掌握、什么該了解，有目的、有方法的去學(xué)。
總之，要做好緒論課的教學(xué)工作，教師需要在清楚緒論課程教學(xué)基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，充分認(rèn)識(shí)到它的重要性，注重教學(xué)的靈活性，不斷地反復(fù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，完善緒論教學(xué)。
參考文獻(xiàn)：
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