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摘要：“工程热力学”是一门概念性很强的专业基础课程，与工程联系紧密，由于学生工程实践经验欠缺，在课堂教学中学生常常对一些概念感到生涩并难于理解，进而造成学习积极性不高、考试成绩不理想等问题。结合自身教学实践，提出从引导积极的学习态度、加强工程背景和实践知识介绍、易混淆概念重点讲述和及时澄清模糊概念等四个方面着手，并渗透到日常课堂教学中。实践表明，在提高“工程热力学”课堂教学效果中起到了良好的作用。
关键词：工程热力学；课堂教学；探讨
作者简介：贾志海（1975-），男，河北唐山人，上海理工大学能源与动力工程学院，讲师。（上海 200093）
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）21-0161-02
“工程热力学”是热能与动力工程专业的主要专业基础课，是在阐述热力学普遍原理的基础上，研究这些原理技术应用的学科，它着重研究的是热能和其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及工程应用。[1]“工程热力学”课程内容和工程实践联系紧密，由于学生的工程背景知识相对缺乏，造成对许多概念的理解十分困难，进而产生畏难和厌学情绪，导致理解肤浅，考试成绩不理想。如何提高“工程热力学”的教学质量，是教师急需思考的问题。结合自身教学实践，笔者认为在以下几个方面进行强化可以收到良好的效果。
一、克服畏难情绪，引导学生积极的学习态度
工程热力学和工程联系紧密，课程前后知识关联度强，能够迅速入门显得十分重要。作为专业基础课，其本身理论性强，有些知识在实际生活中很难体会，所以刚开始教学时，教师应该调动学生学习的积极性。大多数高校开设这门课程是在大学二年级第一学期，此时学生还没有掌握基本的专业知识，因此开始授课后，马上就有学生反应听不懂，畏难情趣就此而生。如何由浅入深讲授，克服学生的畏难情绪是每个授课教师必须认真考虑的问题。
如何由浅入深进行讲授，笔者的做法是就生活中和热力学相关的物理现象举一些有趣的例子，如电是怎么来得？轿车内燃机如何工作带动车轮转动？空调和冰箱如何制冷等来引导学生对“工程热力学”的认识。每节课开始之前先从一个学生身边的例子入手引出问题，然后层层深入进行展开。例如在讲授蒸汽装置动力循环时，首先提出一个问题：“我们每天都在消耗电能，在我们国家大部分电能仍采用燃煤发电，你们知道每发一度电大约消耗多少煤吗？”此时，学生基本上都没有概念，答案五花八门，这时告诉学生我国目前超高压和亚临界机组大约发一度点耗煤约350g左右，那么对于一个每小时发电100万千瓦的超超临界机组，那么每小时要消耗多少煤？每天呢？每年呢？如果对我们国家的发电来说，计算出来是一个惊人的天文数字；那么，如果发一度点可以节约80g煤，即只需要270g的话，那么一年下来就能节省大量的煤，就可以少向空中排放很多的有害气体，空气就可以更干净，这样和节能以及环保也结合起来，学生就变得更有兴趣，然后，就势开始展开燃煤电厂是如何发电呢？需要那些设备？这些设备什么样子？如何工作？如何提高热效率？
那是这本质上是一个以学生为中心的教学设计问题，从学生感兴趣的身边事例入手，使学生更有身临其境的感觉，则更易于对知识的学习和掌握，而如果一开始就罗列蒸汽装置动力循环的设备和计算理论，学生就觉得很枯燥，好的教学设计可以激发学生学习兴趣，产生学习动力，使学生理解的更形象、更深刻。
二、加强工程背景和实践知识，为后续课程讲授奠定基础
工程热力学是一门工程性很强的学科，和工程联系紧密，课程讲授中会遇到很多种设备，学生在学习这门课程之前，由于没有接触到任何专业设备知识，因此对一些设备的认知还十分模糊，这给教学带来了很大的不便。例如在一次期中测验时，有一道题目是计算工业喷嘴的出口速度，结果有约40％的学生计算结果是十几米每秒，甚至还有几米每秒，而且不觉错误。最让人惊讶的是一个利用滞止参数计算飞机飞行速度的题目中，竟然有同学计算出每秒二十几米的“超低速”飞行的飞机。
因此，在讲授课程的同时，加强工程背景知识和实践锻炼，让学生对设备的结构和工作特点有一定的了解，对提高学生情趣以及理解和运用能力大有裨益。教学实践表明，对工程设备的介绍应注重以下几个方面：（1）设备基本结构和流程介绍。（2）工作原理；（3）使用目的；（4）设备经历的热力过程。如对工业锅炉的讲解应首先阐明锅炉的基本结构，配合结构图进行简要概括性说明，让学生对工业锅炉结构有一个大概了解，强调锅炉是把过冷水经过吸热成为过热蒸汽，并对锅炉进、出口水和蒸汽的温度、压力等参数进行介绍，这些是和后续的分析以及和燃气装置动力循环等热效率的比较有密切关系；此外，还需强调说明工质在锅炉内吸热时压力保持不变，经历的是一个定压吸热过程，这样和学生就知道如何在p－v和T－s图上进行表示了。
对工程背景和课堂讲授有机结合起来，既有助于提高学生兴趣，也有益于学生对知识的深层次理解和掌握。工程热力学是一门来源于实践的科学，许多知识都是从实践中得来，由于科学技术的进步和教科书知识更新的缓慢，许多先进的技术在实际中已经得到运用，而热力学教材中还没有提及，如内燃机涡轮增压技术在目前的家用轿车中已经得到广泛应用，学生很感兴趣但却不知道理论上的为什么能够实现增加比净功和节能？如果教学适当增加相关设备及原理的讲解，势必会使学生提高兴趣的同时，加深对课程内容的深刻。
三、易混淆内容的重点分析，提高学生的理解能力
“工程热力学”课程的一个重要特点是基本理论多且概念抽象。针对课程特点，课堂教学中把讲课重点放在基本理论和基本概念的理解与强化。例如热力系统、状态参数、稳定态、平衡态、可逆过程、热量、功量、热力学能、焓、熵、热力学第一定律、热力学第二定律、卡诺循环、卡诺定理、孤立系统熵增原理等等，对这些概念和理论的讲解务求准确、讲解清晰、分析透彻。尤其是对热力学第二定律的教学，因为该定律内容概念抽象，原理费解，又不能用实验来演示，所以，学生感觉学习非常困难。
由于概念很多，因此学生在学习时，常常对一些概念产生混淆。如平衡状态和稳定状态、准静态过程和可逆过程、状态参数和非状态参数，开口系和闭口系，理想气体和实际气体等，都非常容易造成混淆，据对一次期末考试的统计，有约10%的学生会用理想气体状态方程pv=RgT计算水蒸气的状态参数；有近20％的学生认为动力循环热效率ηt=wnet/q1只能用于可逆循环；有近30%的学生仍然对熵是状态参数仍缺乏深刻理解，认为工质经可逆循环后熵变为零，经不可逆循环后熵变会大于零；有近35%的学生认为公式wt = h1-h2的适用条件是任意工质，可逆过程；有超过40%左右的学生认为定熵过程必为可逆绝热过程。
由此，在讲授这些易混淆的概念时，应重点加以讲述，不仅对概念本身进行讲解，还要注重和易混淆概念的比较，使学生其区别和联系，这样学生就不容易犯错误。如讲解开口系时和闭口系相对性时，许多学生常常不能理解，发动机的例子则充分说明了这个问题，在某一时刻，发动机排气门关闭，进气门打开，气缸进气，这时由于对系统而言有物质的迁移，系统为开口系；在某一时刻，气缸进气门和排气门均关闭，活塞进行压缩，此时工质没有通过边界和外界有物质交换，则为开口系。这样讲解下来，学生就对闭口系和开口系的理解得到进一步深入。
四、及时澄清模糊概念，让学生清晰地学习后续知识
工程热力学的概念性非常强，学习过程中学生往往对一些概念理解模糊，如对热力学第二定律的理解，很多学生觉得很困难，这给后续的学习和问题分析往往带来困惑。对概念模糊的表现主要体现在两个方面：一是对概念的随意发挥，想当然。如在学习绝热过程时学生懂得了可逆绝热过程为定熵过程，因此想当然地认为，定熵过程一定是可逆绝热过程。对概念和理论的理解肤浅则是造成模糊的另一原因。如有一道题目说：在蒸汽装置动力循环中能否将汽轮机做功后的乏汽不放热直接接入到锅炉中，这样可以减小锅炉的进出口温差，不可逆损失减小，从而提高热效率，是否可行？几乎所有的同学都认为不可以，但是却不能正确分析，有超过70％的同学认为不可行的原因是因为这样导致了平均放热温度降低，热效率降低了所以不可行，而不是因为由于乏汽不放热导致缺乏冷源从而违背了热力学第二定律。
如何及时澄清学生的模糊概念？笔者的做法是每节课开始前先用几分钟时间对上次课的重点易混淆内容进行提问，了解学生的掌握情况；然而这种方法只能兼顾到少数同学，于是笔者的另一个做法是“递纸条”，即每一章讲完后要求学生认真看书，然后让所有同学把这章内容中理解模糊、有疑问的地方写在纸条上，通过对这些问题的解答，全面了解学生的学习动态，哪些概念掌握的好，哪些概念掌握的还比较模糊，对比较集中的问题进行课上有针对性的讲解，及时消除学生的理解模糊和错误之处，使学生能够清晰地学习后续知识。
参考文献：
[1]沈维道,蒋智敏,童钧耕.工程热力学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2001.
[2]童钧耕.工程热力学课程教学改革的几点看法[J].中国电力教育,2002,(4):70-72.
[3]吴吁生,邢改兰.工程热力学课程教学改革[J].化工高等教育,2007,(5):18-20.
[4]任晓利,陈小砖.提高“工程热力学”课程教学效果的几点体会[J].中国电力教育,2009,(7):49-50.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：工程热力学；课堂教学；探讨
作者简介：贾志海（1975-），男，河北唐山人，上海理工大学能源与动力工程学院，讲师。（上海 200093）
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）21-0161-02
“工程热力学”是热能与动力工程专业的主要专业基础课，是在阐述热力学普遍原理的基础上，研究这些原理技术应用的学科，它着重研究的是热能和其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及工程应用。[1]“工程热力学”课程内容和工程实践联系紧密，由于学生的工程背景知识相对缺乏，造成对许多概念的理解十分困难，进而产生畏难和厌学情绪，导致理解肤浅，考试成绩不理想。如何提高“工程热力学”的教学质量，是教师急需思考的问题。结合自身教学实践，笔者认为在以下几个方面进行强化可以收到良好的效果。
一、克服畏难情绪，引导学生积极的学习态度
工程热力学和工程联系紧密，课程前后知识关联度强，能够迅速入门显得十分重要。作为专业基础课，其本身理论性强，有些知识在实际生活中很难体会，所以刚开始教学时，教师应该调动学生学习的积极性。大多数高校开设这门课程是在大学二年级第一学期，此时学生还没有掌握基本的专业知识，因此开始授课后，马上就有学生反应听不懂，畏难情趣就此而生。如何由浅入深讲授，克服学生的畏难情绪是每个授课教师必须认真考虑的问题。
如何由浅入深进行讲授，笔者的做法是就生活中和热力学相关的物理现象举一些有趣的例子，如电是怎么来得？轿车内燃机如何工作带动车轮转动？空调和冰箱如何制冷等来引导学生对“工程热力学”的认识。每节课开始之前先从一个学生身边的例子入手引出问题，然后层层深入进行展开。例如在讲授蒸汽装置动力循环时，首先提出一个问题：“我们每天都在消耗电能，在我们国家大部分电能仍采用燃煤发电，你们知道每发一度电大约消耗多少煤吗？”此时，学生基本上都没有概念，答案五花八门，这时告诉学生我国目前超高压和亚临界机组大约发一度点耗煤约350g左右，那么对于一个每小时发电100万千瓦的超超临界机组，那么每小时要消耗多少煤？每天呢？每年呢？如果对我们国家的发电来说，计算出来是一个惊人的天文数字；那么，如果发一度点可以节约80g煤，即只需要270g的话，那么一年下来就能节省大量的煤，就可以少向空中排放很多的有害气体，空气就可以更干净，这样和节能以及环保也结合起来，学生就变得更有兴趣，然后，就势开始展开燃煤电厂是如何发电呢？需要那些设备？这些设备什么样子？如何工作？如何提高热效率？
那是这本质上是一个以学生为中心的教学设计问题，从学生感兴趣的身边事例入手，使学生更有身临其境的感觉，则更易于对知识的学习和掌握，而如果一开始就罗列蒸汽装置动力循环的设备和计算理论，学生就觉得很枯燥，好的教学设计可以激发学生学习兴趣，产生学习动力，使学生理解的更形象、更深刻。
二、加强工程背景和实践知识，为后续课程讲授奠定基础
工程热力学是一门工程性很强的学科，和工程联系紧密，课程讲授中会遇到很多种设备，学生在学习这门课程之前，由于没有接触到任何专业设备知识，因此对一些设备的认知还十分模糊，这给教学带来了很大的不便。例如在一次期中测验时，有一道题目是计算工业喷嘴的出口速度，结果有约40％的学生计算结果是十几米每秒，甚至还有几米每秒，而且不觉错误。最让人惊讶的是一个利用滞止参数计算飞机飞行速度的题目中，竟然有同学计算出每秒二十几米的“超低速”飞行的飞机。
因此，在讲授课程的同时，加强工程背景知识和实践锻炼，让学生对设备的结构和工作特点有一定的了解，对提高学生情趣以及理解和运用能力大有裨益。教学实践表明，对工程设备的介绍应注重以下几个方面：（1）设备基本结构和流程介绍。（2）工作原理；（3）使用目的；（4）设备经历的热力过程。如对工业锅炉的讲解应首先阐明锅炉的基本结构，配合结构图进行简要概括性说明，让学生对工业锅炉结构有一个大概了解，强调锅炉是把过冷水经过吸热成为过热蒸汽，并对锅炉进、出口水和蒸汽的温度、压力等参数进行介绍，这些是和后续的分析以及和燃气装置动力循环等热效率的比较有密切关系；此外，还需强调说明工质在锅炉内吸热时压力保持不变，经历的是一个定压吸热过程，这样和学生就知道如何在p－v和T－s图上进行表示了。
对工程背景和课堂讲授有机结合起来，既有助于提高学生兴趣，也有益于学生对知识的深层次理解和掌握。工程热力学是一门来源于实践的科学，许多知识都是从实践中得来，由于科学技术的进步和教科书知识更新的缓慢，许多先进的技术在实际中已经得到运用，而热力学教材中还没有提及，如内燃机涡轮增压技术在目前的家用轿车中已经得到广泛应用，学生很感兴趣但却不知道理论上的为什么能够实现增加比净功和节能？如果教学适当增加相关设备及原理的讲解，势必会使学生提高兴趣的同时，加深对课程内容的深刻。
三、易混淆内容的重点分析，提高学生的理解能力
“工程热力学”课程的一个重要特点是基本理论多且概念抽象。针对课程特点，课堂教学中把讲课重点放在基本理论和基本概念的理解与强化。例如热力系统、状态参数、稳定态、平衡态、可逆过程、热量、功量、热力学能、焓、熵、热力学第一定律、热力学第二定律、卡诺循环、卡诺定理、孤立系统熵增原理等等，对这些概念和理论的讲解务求准确、讲解清晰、分析透彻。尤其是对热力学第二定律的教学，因为该定律内容概念抽象，原理费解，又不能用实验来演示，所以，学生感觉学习非常困难。
由于概念很多，因此学生在学习时，常常对一些概念产生混淆。如平衡状态和稳定状态、准静态过程和可逆过程、状态参数和非状态参数，开口系和闭口系，理想气体和实际气体等，都非常容易造成混淆，据对一次期末考试的统计，有约10%的学生会用理想气体状态方程pv=RgT计算水蒸气的状态参数；有近20％的学生认为动力循环热效率ηt=wnet/q1只能用于可逆循环；有近30%的学生仍然对熵是状态参数仍缺乏深刻理解，认为工质经可逆循环后熵变为零，经不可逆循环后熵变会大于零；有近35%的学生认为公式wt = h1-h2的适用条件是任意工质，可逆过程；有超过40%左右的学生认为定熵过程必为可逆绝热过程。
由此，在讲授这些易混淆的概念时，应重点加以讲述，不仅对概念本身进行讲解，还要注重和易混淆概念的比较，使学生其区别和联系，这样学生就不容易犯错误。如讲解开口系时和闭口系相对性时，许多学生常常不能理解，发动机的例子则充分说明了这个问题，在某一时刻，发动机排气门关闭，进气门打开，气缸进气，这时由于对系统而言有物质的迁移，系统为开口系；在某一时刻，气缸进气门和排气门均关闭，活塞进行压缩，此时工质没有通过边界和外界有物质交换，则为开口系。这样讲解下来，学生就对闭口系和开口系的理解得到进一步深入。
四、及时澄清模糊概念，让学生清晰地学习后续知识
工程热力学的概念性非常强，学习过程中学生往往对一些概念理解模糊，如对热力学第二定律的理解，很多学生觉得很困难，这给后续的学习和问题分析往往带来困惑。对概念模糊的表现主要体现在两个方面：一是对概念的随意发挥，想当然。如在学习绝热过程时学生懂得了可逆绝热过程为定熵过程，因此想当然地认为，定熵过程一定是可逆绝热过程。对概念和理论的理解肤浅则是造成模糊的另一原因。如有一道题目说：在蒸汽装置动力循环中能否将汽轮机做功后的乏汽不放热直接接入到锅炉中，这样可以减小锅炉的进出口温差，不可逆损失减小，从而提高热效率，是否可行？几乎所有的同学都认为不可以，但是却不能正确分析，有超过70％的同学认为不可行的原因是因为这样导致了平均放热温度降低，热效率降低了所以不可行，而不是因为由于乏汽不放热导致缺乏冷源从而违背了热力学第二定律。
如何及时澄清学生的模糊概念？笔者的做法是每节课开始前先用几分钟时间对上次课的重点易混淆内容进行提问，了解学生的掌握情况；然而这种方法只能兼顾到少数同学，于是笔者的另一个做法是“递纸条”，即每一章讲完后要求学生认真看书，然后让所有同学把这章内容中理解模糊、有疑问的地方写在纸条上，通过对这些问题的解答，全面了解学生的学习动态，哪些概念掌握的好，哪些概念掌握的还比较模糊，对比较集中的问题进行课上有针对性的讲解，及时消除学生的理解模糊和错误之处，使学生能够清晰地学习后续知识。
参考文献：
[1]沈维道,蒋智敏,童钧耕.工程热力学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,2001.
[2]童钧耕.工程热力学课程教学改革的几点看法[J].中国电力教育,2002,(4):70-72.
[3]吴吁生,邢改兰.工程热力学课程教学改革[J].化工高等教育,2007,(5):18-20.
[4]任晓利,陈小砖.提高“工程热力学”课程教学效果的几点体会[J].中国电力教育,2009,(7):49-50.
（责任编辑：麻剑飞）