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解析行業(yè)類高校工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量提高方法論文
工程熱力學(xué)是研究能量轉(zhuǎn)換，特別是熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律和方法，以及提高能量轉(zhuǎn)化效率途徑的一門課程。在基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的培養(yǎng)體系中處于承上啟下地位。然而工程熱力學(xué)是一門邏輯性強(qiáng)，理論和概念多，內(nèi)容交叉滲透，且概念非常抽象深?yuàn)W的課程，會(huì)造成老師不易教、學(xué)生不易學(xué)，不易學(xué)深和學(xué)透的普遍現(xiàn)象。
上海電力學(xué)院是一所電力行業(yè)類高校。本校能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)基本都是面向發(fā)電行業(yè)。而電廠本身就是一個(gè)將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的熱能動(dòng)力裝置，因此在本校的能源與動(dòng)力工程專業(yè)培養(yǎng)過程，工程熱力學(xué)的教學(xué)更要針對(duì)學(xué)生的就業(yè)方向和后續(xù)課程而展開。
本課程組在教學(xué)過程中，針對(duì)教學(xué)中普遍存在的問題，提出應(yīng)對(duì)教學(xué)措施，為在電力行業(yè)類高校中提高工程熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供保障。
一、教學(xué)中存在問題
1. 學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。工程熱力學(xué)概念多、抽象、內(nèi)容互相穿插滲透，學(xué)生在接觸該課程時(shí)，感覺不容易入門，不理解學(xué)習(xí)本課程的目的和意義，影響學(xué)生學(xué)好這門課的熱情和信心，因此學(xué)習(xí)積極性普遍不高。
2.理論體系不清。對(duì)初次接觸工程熱力學(xué)的學(xué)生，由于學(xué)習(xí)積極性不高，很難在課程學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行及時(shí)的復(fù)習(xí)，因此學(xué)生很難從宏觀的角度建立本門課的整體理論體系框架，不利于課程的整體理解和學(xué)習(xí)，影響學(xué)習(xí)效果。
3.基本概念不清。工程熱力學(xué)的系統(tǒng)、工質(zhì)、理想氣體、實(shí)際氣體、過程、狀態(tài)參數(shù)、熵變、熵流、熵產(chǎn)等基本概念抽象，難以理解。例如很多學(xué)生會(huì)認(rèn)為可逆過程熵變?yōu)榱恪⒉豢赡孢^程熵變大于零，這里混淆了熵變和熵產(chǎn)的概念;對(duì)于狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)的概念，不能夠引申理解狀態(tài)參數(shù)的變化只跟初終態(tài)有關(guān)而跟過程無關(guān)，并且在工質(zhì)經(jīng)過循環(huán)后狀態(tài)參數(shù)的變化量為零。
4.核心定律不理解。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是工程熱力學(xué)的核心定律。熱力學(xué)第二定律在人類的能源利用過程中的地位非常重要，是課程最重要的核心理論，但是學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解不夠透徹和深入。很多同學(xué)無法理解熱力學(xué)第二定律揭示的過程方向性是能質(zhì)降低的過程;能質(zhì)的降低是由于熱力過程的不可逆性造成的，不可逆因素的存在產(chǎn)生了熵產(chǎn)，因此孤立系統(tǒng)在沒有質(zhì)量交換和熱量交換而產(chǎn)生的質(zhì)熵流和熱熵流的基礎(chǔ)之上，其孤立系統(tǒng)會(huì)由于不可逆因素的熵產(chǎn)而帶來熵變，因此孤立系統(tǒng)熵增原理也是熱力學(xué)第二定律的另外一種說法。
二、教學(xué)措施
1.講好緒論引導(dǎo)學(xué)習(xí)興趣
為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課的興趣，作為課程教學(xué)的第一課，緒論就顯得尤為重要，緒論課要達(dá)到如下目的：幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)工程熱力學(xué)的重要性，激發(fā)學(xué)生對(duì)新課程的向往和學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，從而主動(dòng)學(xué)習(xí)。因此在緒論課中結(jié)合我校能源與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生就業(yè)多面向電力行業(yè)為引子，讓學(xué)生思考熱電廠的工作過程，引入課程的教學(xué)內(nèi)容，指出其是后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)理論。
2.搭建知識(shí)結(jié)構(gòu)
本課程內(nèi)容多，各部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。如果課程的理論框架不理解，在學(xué)習(xí)的過程中就會(huì)出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)分散，無法統(tǒng)籌理解和學(xué)習(xí)，從而達(dá)不到較好的教學(xué)效果。為此課程組參考關(guān)教材和論文將工程熱力學(xué)的理論體系進(jìn)行梳理，整理。點(diǎn)明了課程主要內(nèi)容之間的聯(lián)系和作用。首先熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律是熱能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換需遵守的定律;而實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換需要通過工質(zhì)在裝置中完成循環(huán)，并在循環(huán)中發(fā)生狀態(tài)變化過程來實(shí)現(xiàn)的，即循環(huán)是由不同的熱力過程組成;同時(shí)由于借助工質(zhì)完成能量轉(zhuǎn)換，則工質(zhì)的熱力性質(zhì)也是本課程的重要組成部分。
3.應(yīng)用實(shí)例，加強(qiáng)概念和基本定律的理解
為了便于學(xué)生理解課程的概念，課程組在涉及到概念的講述時(shí)盡量避免對(duì)概念的平鋪直敘，而是注重對(duì)概念物理意義的解釋，引用工程實(shí)踐和日常生活中發(fā)生的現(xiàn)象來引出問題，分析問題，解析概念，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。如在講授狀態(tài)參數(shù)時(shí)，以熱力發(fā)電廠的工質(zhì)經(jīng)過在鍋爐里吸熱，汽輪機(jī)做功，凝汽器放熱和給水泵升壓后完成一個(gè)循環(huán)又恢復(fù)到初始狀態(tài)，工質(zhì)本身沒有任何變化，來讓學(xué)生理解狀態(tài)參數(shù)沿閉合路徑積分為零的概念;針對(duì)熱力學(xué)第二定律，舉熱力發(fā)電廠的例子。如單從熱力學(xué)第一定律的角度理解，電廠中最大的能量損失發(fā)生在凝汽器中水蒸汽凝結(jié)而被循環(huán)冷卻水帶走的熱量上。然而如從熱力學(xué)第二定律的角度來分析，循環(huán)冷卻水所帶走的熱量由于其溫度品位很低，其可用能損失非常小;鍋爐中爐膛溫度和水的平均吸熱溫度之間傳熱溫差很大，溫差越大，同樣的熱量在發(fā)生交換后可用能的損失越大的角度來分析出實(shí)際熱力發(fā)電廠的最大能量損失是發(fā)生在工質(zhì)的吸熱過程中。這就解釋了不可逆因素是造成能質(zhì)降低，產(chǎn)生熵產(chǎn)的原因。此外舉例熱力發(fā)電廠中必定有凝汽器的存在，從而工質(zhì)需要將一部分熱量放給低溫?zé)嵩磥碚f明將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的能質(zhì)提高過程必需由放熱這樣的能質(zhì)降低的過程做補(bǔ)償。
4.多種教學(xué)手段的運(yùn)用
(1)多媒體教學(xué)的引入�！肮こ虩崃W(xué)”的基本概念和基礎(chǔ)理論部分內(nèi)容較多，涉及的公式、圖表也比較多，傳統(tǒng)的“黑板板書”的教學(xué)手段不能夠很好地展示相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和信息。近些年計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以使我們的教學(xué)內(nèi)容更具有生動(dòng)性、直觀性和簡(jiǎn)明性。而且很多教學(xué)改革和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)類文章也指明了多媒體教學(xué)的重要性和直觀性。為此課程組以教材為藍(lán)本制作了多媒體電子課件。完成的電子課件具有以下特點(diǎn)：教學(xué)內(nèi)容詳盡，重要的知識(shí)點(diǎn)和推導(dǎo)過程全覆蓋，有利于學(xué)生對(duì)內(nèi)容的深入理解;穿插各種演示圖片，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程熱力學(xué)有關(guān)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí);遞進(jìn)性的電子課件播放，教師講到哪里，內(nèi)容顯示到哪里，使學(xué)生能夠緊跟教師的講課思路。
(2)加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。課程實(shí)驗(yàn)是課程教學(xué)的重要部分，在課程的學(xué)習(xí)過程中利用實(shí)驗(yàn)鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際問題的分析能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容深化理解的目的。課程的實(shí)驗(yàn)包括水蒸氣飽和壓力和溫度關(guān)系，噴管實(shí)驗(yàn)等，同時(shí)計(jì)劃引入二氧化碳pvt關(guān)系測(cè)定和空氣比熱測(cè)定的實(shí)驗(yàn)。
(3)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。對(duì)于工程熱力學(xué)這樣的內(nèi)容多，難以理解的專業(yè)基礎(chǔ)課程，僅依靠課堂教學(xué)，學(xué)生通常不能很好地掌握，需要學(xué)生課后反復(fù)復(fù)習(xí)、勤學(xué)勤練。但通常書本內(nèi)容枯燥無味，無人輔導(dǎo)，學(xué)生開展學(xué)習(xí)的阻力較大�；诖耍矛F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)信息的便利性和學(xué)生的喜聞樂見性，課程組引入網(wǎng)上教學(xué)作為日常教學(xué)的重要補(bǔ)充與延伸，建立了本課程教學(xué)網(wǎng)頁。網(wǎng)頁信息主要包括：課程介紹、師資隊(duì)伍、教學(xué)文件、教學(xué)課件、教學(xué)錄像和互動(dòng)交流等板塊。教學(xué)文件中包含教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表和課堂教學(xué)教案，使學(xué)生了解課程學(xué)習(xí)的要求、難點(diǎn)重點(diǎn)以及課程學(xué)習(xí)的時(shí)間安排。教學(xué)課件為上課中使用的多媒體電子課件，使學(xué)生在課后可利用課件回顧和復(fù)習(xí)課堂內(nèi)容;互動(dòng)交流為老師和學(xué)生提供課后學(xué)習(xí)交流平臺(tái)，學(xué)生遇到疑問可以在交流平臺(tái)上提出，老師和學(xué)生均可參與討論和解答，加深內(nèi)容的理解。
三、總結(jié)
課程組在多年的針對(duì)電力行業(yè)類高校的“工程熱力學(xué)”教學(xué)過程中存在的普遍問題進(jìn)行了剖析和總結(jié)，并就主要教學(xué)問題通過多年的教學(xué)實(shí)踐提出了相應(yīng)的教學(xué)措施。筆者希望通過教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和教學(xué)措施的實(shí)施，不斷提高教學(xué)能力，緊跟行業(yè)發(fā)展前沿，使“工程熱力學(xué)”在電力行業(yè)類高校的能源與動(dòng)力工程專業(yè)的教學(xué)效果上更上一層樓。
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