热力学教学范文

导语：如何才能写好一篇热力学教学，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：Aspen；化工热力学教学；均相性质推算；PR状态方程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0179-03

一、引言

学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题，物性数据的计算是本课程的重要内容，因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。从容易测量的性质推算如U、H、S等难测量的性质；从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据；等等。这些都有重要的理论与实际意义。

由经典热力学原理能方便地建立起不同性质之间的联系（即普遍化关系式），为实现不同性质之间的推算提供依据。但要推算出具体系统的性质数据，还必须引入反映系统特征的模型，如状态方程等。

化工热力学的研究对象更接近实际过程，实际过程所涉及的系统如此复杂，温度、压力范围如此宽广，化学工程师们不能再依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性了，而是需要适用范围更广、准确性更好、复杂性更高的模型，如PR等状态方程，借助商业化的化工流程模拟软件Aspen来促进化工热力学教学是一个很好的选择，对促进学生掌握概念、强化基础、提高应用能力具有重要作用，同时对后续的化工设计、化工计算等课程的教学十分有益。化工热力学教学中引入Aspen具有如下优点：（1）Aspen软件中物性计算原理与本课程热力学性质的计算原理是一致的，用该软件辅助热力学教学能提高教学效率，简化计算过程，激发学生的学习兴趣。另一方面，也能使学生掌握Aspen软件物性计算原理的内核，了解更多的基础数据来源，提高应用能力，不至于再像从前那样，只知计算结果，不知计算原理，不明所用的模型，不能分析结果，真正掌握物性推算的“核心技术”。（2）国内许多高校的后续课程，如化工设计、化工计算等教学中也开始采用Aspen辅助教学，化工热力学作为这些课程的基础，采用Aspen进行热力学性质计算，无疑会使后续课程的基础更加扎实。

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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。

参考文献：

[1]毛前军.对《工程热力学》课堂教学的几点看法[J].制冷与空调，2007，（2）：124-125.

[2]何宏舟，邹峥，丁小映.提高《工程热力学》课程教学质量的方法研究[J].中国电力教育，2002，（4）：65-69.

[3]邵丽颖，李昌平，蒋东霖.《工程热力学》教学方法初探[J].吉林省教育学院学报，2009，6（25）：151-152.

[4]廉乐明，谭羽非，吴家正，等.工程热力学[M].第五版.北京：中国建筑出版社，2007.

[5]段雪涛，刘春梅，王学涛.工程热力学课程教学改革探讨[J].制冷与空调，2009，23（3）：103-105.

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通过归纳、对比、总结“物理化学”课程在我校的教学经验及历年来学生的学习反馈情况，笔者以2011级中药学专业、制药工程专业“物理化学”课程中热力学第二定律章节为试点采用了STS教学理念，将其应用情况进行归纳和总结，取得了良好的效果。优化教学内容，明确章节重点热力学第二定律可以说是热学中目前最具生机与活力的部分,它所引出的熵的概念正被越来越广泛地应用到自然科学与社会科学的众多领域,在很多地方都起着越来越重要的作用。这一章节的重点和难点就是认清热力学第二定律的本质，熵增加原理和克劳修斯不等式在系统变化方向和限度判别中的意义，S、F和G判据机制应用条件，并能熟练应用这些判据判断过程的方向和限度。只有明确了该章节重点和难点教师才能在之后的课程设计中有的放矢，学生也才能针对性地学习而不会混淆在大量的概念中。以“时间的箭头”为线索，激发学生对新知识的探索热情通过多次教学调研，发现学生认为热力学第二定律难学的主要原因在于不知道它是如何引进来的。这就要求老师必须以培养学生发现问题和提出问题的能力为目的，详细介绍热力学第二定律的来源[4]。笔者首先对上一章热力学第一定律做了一个小结，强调其本质是能量守恒，但也举例说明自然条件下遵守第一定律的过程并非都能发生，即将学习的热力学第二定律就是用来判断过程的方向和限度的。随后提出“时间为什么不能倒流”这个问题供学生探讨，由次设问开始设计本章节教学内容。

热力学第二定律中具有丰富的STS教育内涵，笔者为此进行了挖掘、加工和整理，例如：时间将一去不复返，从熵增原理告诫我们青少年朋友要珍惜时间；当今世界范围内已经出现了能源危机，能源的过度开发加速了熵流逝的过程；二战后独立的发展中国家,为缩短与发达国家的时间差,不顾后果地加快熵时间的进程,尽管在某种程度上减小了差距,但却带来了生态环境恶化、农业生产萎缩、严重失业、人口膨胀、城市拥挤、非再生资源枯竭、局部地区的战争等一系列副产品。事实告诉我们,只能抛弃以单纯性增长为主的现代化战略,选择与能量低速、持续流通相应的生活方式,走一种协调发展的现代化之路,因为现代化远非几个经济指标,它包括社会结构、社会成员的现代化,是政治机构、教育体系、卫生体系、分配体制的变革[5]。

以上所列举的案例突出了STS教育的社会性，通过本章的学习增强了学生社会责任感，加深了该章节知识在社会、生活中的应用。加强练习，温故知新热力学第二定律的基本理论和基本公式只有进行反复的应用才能掌握,因此习题训练在教学中具有重要作用,可以培养学生独立思考问题和解决问题的能力。巧妙地安排课堂练习,让学生在复习已有知识的基础上,经老师由浅入深引导,可水到渠成地得出新定律或新的计算公式,既增强学生对已有知识的熟练应用,又加强师生互动,达到顺利地接受新知识点的目的[6]。

STS教育是一种思想，一种理念，热力学第二定律中重视STS教育，不是简单地增加几段联系实际的材料或是增加几个应用课题等外在形式，而是贯穿整个章节教学中的一种思路，从而体现出更本质的东西，让知识真正回归社会、回归生活[7]。通过以STS理念为指导的热力学第二定律教学形式改革使学生能较好地把讲授内容进行串联，形成体系，不仅能激发学生探索创新精神，还能培养具有可持续发展理念的人文精神。

作者：梁文龙 官扬 周亚云 单位：江西中医学院科技学院

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关键词：工程热力学;课程教学;改革与探索

文章编号：1674-3520（2014）-11-00-01

序言

工程热力学是能源专业开设的一门重要基础课程[1]，一般课程开设在大二下学期，先修课程为《高等数学》、《大学物理》课程等。通过该门课程的学习，让学生掌握工程热力学中的基本概念如边界、热力系等，有关能量转换（主要是热能与其它形式能量之间转换）、热能的合理利用的基本规律，并能正确运用这些规律解决热工过程和热力循环等工程实际问题，同时培养学生的科学抽象、逻辑思维能力。为后续专业课程的学习奠定一定的理论基础。由于该课程理论性较强，教学手段单一，使学生觉得学习枯燥、乏味，给教师授课带来一定的困难，结合近几年来该课程的教学和学生的学习情况，就工程热力学课程教学的内容和方法提出一些见解，如采用多元化教学，在课程考核方面进行教学改革探讨，对提高教学质量具有一定意义[2-3]。

一、开放式课堂教学

由于工程热力学这门课程的特点是涉计原理较多，在气体的热力学性质和热力过程中涉及计算公式推导及热力过程中多变过程P-V，T-S的绘制较为繁琐，因此，使学生学习具有一定的难度。同时教学方式的单一，使得学生学习中感到枯燥、学习效果差。以教师讲解式教学和学生接受性学习为主的满堂灌式的教学方法，教师在讲解过程很被动，无论教师如何准备内容，课程质量根本达不到预期效果。为了提高课堂教学效果，采用开放式课堂教学，在授课过程中加入动画演绎多变过程的绘制、气体、蒸汽动力循环的过程等，让抽象的理论具体生动化，调动学生的学习热情。同时还可在教学过程中安排学习讨论课，让学生参与教学，如讲空压机的压缩过程：等温、等熵、多变过程中，那一种方式耗功最少？学生通过思考、讨论、回答，会对该知识点的理解会更加深刻。同时可采用“问题式”和“研究式”的教学方法，教师可以将学生分成若干小组，自由分组，每组最多三人，分工合作，每组任选一题，各参数依实际情况而定，也可根据兴趣做其它题目，但要求与热力学有关教师提前给小组布置一些需要研究的课程内容题目，鼓励大量查阅文献，但要求有自己思路和观点，不鼓励纯粹文献摘抄和综述，例如一公司每年需外购80000MW-h电力，另有一台烧天然气的锅炉每年向工艺过程提供蒸汽，供汽负荷等于电负荷的三倍。现有人建议采用烧天然气的燃气轮机热电循环，燃气透平提供所需的电力，而且有一台换热器安装在燃气透平出口，回收其排气的余热来满足工艺过程的用汽需要。请估算这种方案比原方案能节约多少能量？讨论经济可行性？分析中，电价可根据现有平均价格处理，其他各参数可自我设计，请给出详细的新旧方案的对比，并给出投资回收的年限，以打动决策者采用这个方案。让学生通过课本、参考书目、网络课件、图书馆资料查阅后以ppt的形式汇报。把这一项的得分作为课程考核的重要内容，这样既调动了学生的积极性，又锻炼了学生查找科研资料的能力、应用所学知识分析实际问题的能力、ppt的制作及口才表达能力。

二、教学手段多样化

传统的教学方式很难达到本科教学的基本要求，尤其对于这样一门理论性较强、计算公式推导繁琐的课程而言。目前经过学校对基础教学设施的改造，教师上课基本都可采用多媒体教室授课。使抽象枯燥的知识变得具体、趣味化，一些理论可以用计算机模拟动画的形式展现给学生。如在气体动力循环部分，可插入气体为工质的活塞循环动画图，使教学过程更加生动、形象、内容丰富。

图1 活塞循环装置

对于部分内容，可采用课件与板书相结合的形式讲授，如理想气体状态方程和摩尔气体常数时多媒体讲授速度过快，不利于学生理解和掌握，效果不好。由于知识的更新速度很快，对于课程的前沿需要教师不断地积累不断的学习，如参加热物性研究进展会议等。同时结合自身的课题，在讲解原理时深入浅出，将知识点讲透。

三、考核方式

合理的考试形式和科学考试内容，是达到因材施考，发展学生个性的有效途径。以往的考试形式主要以闭卷考试方式进行，平时成绩与期末成绩的比例为30%/70%。调整后的考核方式平时考核，进行分章节测验，提高学生平时上课和学习的积极性，考试题中除基本概念和理论等使用客观试题外，适当增加主观题比重，即简答、综合性论述题，以锻炼学生的思维能力和创新能力，建立一种主客观题并存的分值比例适合的题型。鼓励学生提出不同于书本上的独到的见解，以提高学生的工程应用能力。

四、结语

《工程热力学》起着承上启下的作用，既是物理化学等基础课的拓展，又为专业课的学习奠定了基础，提高教学质量非常重要。要不断地断探索有效的教学方法，丰富教学手段，不断改革、勇于实践、勤于思考问题，在教学中始终坚持以学生为本的原则，激发学生的学习兴趣，使学生学好学透课程重点难点，同时还要不断充实和完善自我，提高业务水平。

参考文献：

[1]国家教委高等教育司.当代科学技术发展与教学改革.[M].北京：高等教育出版社，1995

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【关键词】问题链；教学模式；工程热力学；教学功能

工程热力学是研究热能和机械能相互转换规律的一门学科，课程设计的内容面广、概念抽象、晦涩难懂，相对一部分学生学习起来有一定困难[1]。工程热力学课堂教学中，大部分教师采用的是“教师讲，学生听”的教学模式，这种传统的教学模式在高校是普遍存在的。这种教学方法忽略了学生的“问”，从而导致学生缺失应有的存疑、批判、想象和创造的学习过程。长此以往，就存在教师“灌”，学生“收”的单一被动接受的弊端，这样就是容易造成学生创新能力和解决实际问题的能力不足等问题，这往往与工程热力学的课堂教学效果背道而驰。英国哲学家波普尔说：“科学知识的增长永远始于问题，终于问题”[2]。那么，对于要讲授的课堂教学内容，如何重新设计，形成若干个未知的教学问题，以问题为中心展开教学，让问题贯通整个教学过程呢？笔者采用了问题链教学模式进行工程热力学教学研究与实践，并对各种不同的问题链加以运用。

1 问题链的教学模式

1.1 问题链教学模式的定义[3-4]

何谓问题？问题是一个障碍、一个有待完成的目标，即“问题=障碍+目标”。所谓“问题链”是教师根据课程教学目标，通过将教学内容进行提炼，并设计成一连串的问题，引导学生对课程知识点进行对比、分析、综合和概括，问题链就是这些像锁链一样的问题集合，问题链就是围绕某一个教学目标，开发出来的一连串层层深入的问题集合体。因此，开发出来的问题应该环环相扣、由浅入深，而且应该具有多元性、多角度，分层次等特点，问题的编制应宜粗不宜细，问题要少而精。问题链要能达到引导学生对旧知识点的回忆和重构，并对新知识点的探索和思考的目的，起到开发学生创造性思维的作用。

1.2 问题链的设计要求

问题链的设计不是随机的，任意的，必须具有一定的逻辑顺序，设计的问题链能方便教师引导学生。问题链的设计要求如下：

1）问题链应明确教学目标，突出本节课的重点、难点；

2）设计的问题链必须对学生有驱动性和启发性；

3）问题链的设计需要具有层次性、递变性、情境性、可行性；

4）问题链应具有趣味性、新颖性，能集中学生的注意力、激发学生的求知欲。

2 问题链教学模式的应用

“问题链”在功能和形式上多N多样，其设计也因“问”而异。工程热力学课程内容比较多、概念活，研究对象为气体，根据工程热力学教学环节，基于教学立意，围绕教学中心，从而设计不同的问题链类型[5]。根据教学环节和教学立意设计，笔者在工程热力学这门课设计的问题链主要有：引入性问题链、探索性问题链、情境性问题链、类推性问题链、总结性问题链等。

2.1 引入性问题链

传统的引入性方法是直接从前一节内容开门见山引入本节教学内容，方法往往枯燥乏味。引入性问题链就是教师将旧知识点直接平滑连接到后续的知识点上，引导学生的注意力，唤醒学生找出问题答案的求知欲而设计的问题链。

讲授水蒸气的热力性质时，教师可以以某一发电厂为出发点，引入教学内容，采用该教学模式实施课堂教学，具体教学设计如下：

问题1：同学们每天都用电，很多电都是由热能转变而来，那么你们知道热能是如何转变为电的吗？

问题2：发电厂有哪些主要的热力设备，各设备功能是什么样的？这些热力设备中的循环工作的工质是什么？这些工质是如何把热能转换成机械能发电的？

问题3：工质的热力状态发生了哪些变化，其变化过程中，工质发生了哪些基本的热力过程？

在教学中，教师先拿出一个大家都熟悉的发电厂发电的话题，让学生在开放的氛围中展开思考；接着通过展示热力发电厂的相关图片或播放录像，边看边向学生解释燃煤发电厂工作过程；然后通过PPT向学生展示蒸汽动力装置示意图，如图1所示。根据蒸汽动力装置流程简图向学生介绍水蒸气动力循环的系统组成、工作原理及循环在T-s图和p-v图上的表示方法。

2.2 探索性问题链

探索性问题链是设计一些具有探索性和趣味性的知识问题。这种教学方法能引导学生进行探索学习，同时能培养学生的创新能力和探索精神，探索性问题链能使学生从现象探索事物的本质。

在讲授“湿空气”时，教师先让学生思考简单的生活问题，由此提出探索性问题让学生展开讨论，通过教师对实例启发性的分析，把枯燥的理论变成具体的实际问题。由此，教师设计如下问题链：

问题1：为什么阴雨天晒衣服不容易干，而晴天则容易干呢？

问题2：什么是湿空气？什么是干空气？如何理解水蒸气的含量是变量这一问题？

问题3：未饱和湿空气和饱和湿空气有什么区别？水蒸气的分压力和温度有何关系？由此得出什么结论？

教师通过生活实例，向学生解释：“阴雨天环境空气湿度大，空气吸取水蒸气的能力差，所以阴雨天晒的衣服不容易干。晴天则恰恰相反，所以容易干”。教师让学生对湿空气相关概念进行理解、探究，引导学生去分析。留有足够时间和空间让学生去思考分析，争论探讨，提炼拓宽，训练学生思维的深刻性。

2.3 情境性问题链

情境性问题链就是教师设计或引入特定的生活情境，使学生产生一定的求知欲。精心设计的情境可以使学生从情境中挖掘出新知识点，从而帮助学生更好进入新知识点的学习。

为了让学生掌握压缩制冷循环这一知识点时，首先展示一幅错误安装空调室内机和室外机的的图片，如图2所示。针对这一生活情境，设计如下问题链：

问题1：同学们来看一下这幅图，图中，室内机和室外机的安装是否正确，为什么？那么这样安装会产生什么效果，为什么？

问题2，：压缩机制冷循环的是如何实现房间制冷的？压缩制冷循环的工作原理？各经历了哪些循环过程？

问题3：如何利用P-V图和T-s图来表示压缩机制冷循环过程？制冷系数如何确定？

教师利用这种贴近生活、富有吸引力的情境图片，让学生思考空调机安装存在的问题；接着向学生解释为什么该安装方式不正确。根据制冷循环的原理，空调内机吸热，外机放热，二者理想是相等的，实际算上管线电路损耗什么的是放热大于吸热的，因此安装该空调后产生的效果是房间只会越来越热；然后通过图3向学生解释压缩机制冷循环是如何实现房间制冷，其工作原理，具体的循环过程及压缩机制冷循环的P-V图和T-s图，制冷系数的计算。教学方法是通过情景图片演示、问题分析、问题探讨，引导学生追踪过程、发现规律、得出结论；从而到达使学生完全掌握这一知识点的目的。

2.4 类推性问题链

类推性问题链是指通过一类事物所具有的某种属性推测出与其类似的事物属性，由此所产生的一序列问题，此类问题链需要满足条件是两个问题或者现象具有一定的相似性。

在讲述工程热力学的熵增原理时，为了让学生掌握熵增原理的概念，列举了教材上一个实例，如图4所示，由此设计了如下问题链：

问题1：将隔板抽去后，气体将如何变化？若将A容器里面装满跳蚤，同样将隔板抽去后，跳蚤将如何变化？

问题2：对于问题1和问题2，若达到平衡后，能否自动恢复以前状态？这种现象说明什么问题？

问题3：熵增原理是什么？

为了让学生掌握热力学第二定律的熵增原理的方向性，教师引入贴近生活的跳蚤现象，利用熵增原理和跳蚤现象的类比，从而达到解释自然过程的方向性，即一切过程的发生都是沿着熵增加的方向进行，自然的过程是不可逆的。上述问题链是通过类推等方法使学生掌握课堂知识，从而达到理解科学知识的作用。

2.5 结性问题链

总结性问题链是教师在课堂快要结束时，采用逻辑方法把知识点串联起来从而形成知识系统的问题链。其目的是帮助学生总结知识和达到巩固知识的目的。通过问题链的设计，能够系统性归纳、总结那些分散和孤立的知识点，并对学生分散的知识进行了梳理，从而形成相互联系的整体。

在复习理想气体的热力过程时，有的教师会按照教材的顺序来复习概念、影响因素及其原因分析。而有经验教师会通过总结性的问题链展现出来。

问题1：工程中存在哪些主要的热力过程？

问题2：这几个热力过程各自有什么样的特点，过程方程形式是什么？

问题3：热力过程中的状态参数p、v、T、？驻u、？驻h、？驻s和过程量Q、W分别是如何计算的，上述过程如何用p-v 、T-s图表示？试着总结出多变过程原理。

上述的问题是依据总分总的形式策略归纳出理想气体的热力过程的内容的。这种问题链能激发学生归纳总结知识及发散学生的思维，教师经常设计总结性问题链能培养学生梳理知识、理解知识、归纳知识的学习习惯。

3 问题链教学模式的实施效果

问题链教学模式遵循“产生问题分析提出问题引申扩展提出新的问题分析解决问题”循环规律，以问题为中心，通过问题的层层递进，将知识变为教学问题。问题链教学模式的核心是激发学生思维活动，教师如何设计问题链，直接影响到模式的教学的效率和质量。笔者改传统的教学模式为问题链教学模式后，学生学习工程热力学的主动性和积极性都有所加强，主动参与学习的人数也明显增加。教学实践证明，问题链教学模式值得在工科院校中应用和推广。

【参考文献】

[1]耿凡，王迎超.“工程热力学”课程的研讨式教学改革[J].中国电力教育，2013（5）：76-77.

[2]袁振国.教育新理念[M].北京：教育科学出版社，2002（7）.

[3]鄢红春，李定国.问题链教学模式及其在物理教学中的应用[J].物理与工程， 2011（2）：54-56

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关键词：绪论；探讨；教学方法

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）27-0116-02

绪论课是指每门课程正式教学前的前言课或者简介课，是不可缺少的教学环节，主要内容包括：课程的教学目的、内容、要求、重点、学习方法和教学总体安排等。作为课程教学的第一节课，绪论课的教学好坏直接影响学生对整个课程学习的热情和动力。“工程热力学”是众多工程类专业的主要专业基础课，对学生研究能力和解决实际问题能力的培养十分重要，因此，其绪论课程的教学尤为重要。教师应力求在与学生的第一次交流中就使其明确学习“工程热力学”的原因、目的、内容和方法等几个重要问题，以激发学生进一步学习“工程热力学”及相关课程的兴趣。

一、绪论部分教学内容

“工程热力学”课程的绪论总共包括四个部分，即：热能的利用、热力学的发展简史、课程的研究对象和主要内容以及热力学的研究方法。

1.热能的利用。自然界中存在的能源主要有：风能、水能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等。在这些能源中，除风能和水能是以机械能的形式直接被利用外，其他各种能源只能直接或间接地（通过燃烧、核反应）提供热能。据统计，有85%～90%的能源是转换成热能后再加以利用的。热能利用的水平在一定程度上能够反映社会生产力的发展水平。热能的利用这部分一方面讲述了能源的定义、主要存在形式以及在人类生活各个方面的重要作用，另一方面讲述了能源中最常用的能源――热能的利用方式：通过各种类型的发动机及发电机，使燃料热能转变为机械能或者电能和热能的直接利用。

2.热力学的发展历史。人们对热的本质及热现象的认识，经历了一个漫长曲折的探索过程。在古代，人们就知道热与冷的差别，能够利用摩擦生热、燃烧、传热、爆炸等热现象来达到一定的目的。但在很长时间内，人们只看到了热的现象，认为热是一种没有形体的“热素”，物体得之则热，失之则冷。直到1850年，迈耶（Mayer）和焦耳（Joule）等人经过艰苦实践，才确立了热能之间的当量关系，也就是确认了热力学第一定律。1850―1851年间，克劳修斯（Clausius）和汤姆逊（Thomson）先后提出了关于热能和机械能在转换上存在着方向性问题，即热力学第二定律的基本观点。热力学第一定律、第二定律是从无数实践经验中总结出来的、公理性的定律，这两个定律的确立奠定了热力学的基础。热力学形成初期，主要是研究热机中热能和机械能的转换。后来，随着热力学本身的不断发展，除了指导热机的发展外，又被广泛应用到其他自然科学和生产部门中。热力学不但与热机、制冷、热泵、空气分离、空气调节等传统工程有关，还发展到宇宙航行、新能源探索等新技术领域中，并相应地发展了新的理论，形成了若干分支。工程热力学就是热力学的一个重要分支。

3.“工程热力学”课程的研究对象和主要内容。工程热力学是研究热能与机械能相互转换的一门学科。它的主要内容包括三部分：（1）介绍构成工程热力学理论基础的两个基本定律――热力学第一定律和热力学第二定律。（2）介绍常用工质的热力性质。（3）根据热力学的基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径。

4.热力学的研究方法。热力学的研究有两种途径：一是现象或经典热力学；二是统计热力学。经典热力学完全由宏观现象出发，以实践为基础来描述客观规律，把由大量分子组成的物质看成是连续均匀的整体，采用一些宏观物理量来描述物质所处的状况，并且根据两个基本定律，导出这些物理量之间的普遍关系，因此具有高度的普遍性和可靠性。经典热力学的结构比较简单，只要利用几个基本概念就能进行热力学定律的推演，而这些基本概念较为直观，易于理解，涉及的变量也少。统计热力学是研究热现象的微观理论，它从物质内部的微观结构出发，应用力学规律说明分子的运动，并用统计的方法说明大量分子紊乱运动的统计平均性质，因而它能够从物质内部的微观运动机理，更好地说明宏观热现象的物理实质。但它的分析过程较为复杂，不像宏观理论那样直观、简单，故主要用于理论研究工作。本科阶段的“工程热力学”课程主要采用宏观方法进行讨论。

二、绪论部分的教学应该解决的问题

1.明确学习目的，解决为什么要学的问题。“工程热力学”的特点是理论性强，概念多且抽象；公式推导多，应用条件复杂，学生感觉课程的内容繁多，难以抓住重点，容易陷入复杂的公式推导中，造成学习困难，从而产生厌学情绪。并且，现实情况中，有一部分学生只是为了考试而学习。对于必修课重视程度高，愿意花费精力学习，而对于选修课，则多以应付的态度草草了事。因此，绪论部分的教学就更加重要。绪论是“工程热力学”课程的第一节课，对于一门新的课程，学生一般都存在着一种好奇，如果能在第一节课将学生的这种好奇转变为兴趣，进而激发学生学习本门课程的动力，则意味着本门课程的教学已经成功了一半，在接下来的教学过程中也将会取到事半功倍的效果。

2.明确学习内容以及各内容之间的联系，解决学什么的问题。在现在的大学生中，普遍存在着这样一种疑惑――学习一门知识不知道到底该学习什么，又有什么用处，有些大学生甚至认为书本上学习的知识在工作以后完全用不到，久而久之便影响了学生学习理论知识的积极性。同时，部分学生在学习一个新的知识点的时候，往往只是孤立的学习，缺乏对知识点横向、纵向的延伸，没有形成一个完整的知识体系，这样又造成了学生记忆困难，导致学生失去了学习本门课程的兴趣。学习一门课程要在头脑中建立该课程的知识体系，梳理清楚各部分内容之间的相互关系。如果在绪论课上能帮助学生解决这个问题，那么学生在学习各个章节内容时目的性就会更加明确，更清楚为什么学习这部分内容，也就能较好的避免陷入公式推导和记忆中，避免只抓住个别的知识点而偏离了课程的主线。绪论课的内容丰富而分配的课时却不多，一般只有1～2个课时，学生也往往认为不属于课程主要考试内容不予重视。因此，教师要在设计教学内容上多下工夫，通过各种方法让学生学会自主查找相关知识。例如，热力学的任务是要让学生明白热能与机械能之间相互传递、转换的关系和规律，而在我们日常生活中的方方面面都存在着热能的利用，教师可以让学生自己举例说明我们生活中热能的利用。再例如，绪论的第二部分讲述的是热力学的发展历史，教师可以采用多媒体，用视频的形式向学生介绍历史，将枯燥的文字转换为生动的图片，一方面可以集中学生的注意力，提高学习兴趣；另一方面，也可以让学生的脑海中形成动态的图像记忆，将历史知识记得更加牢固。

三、绪论部分的教学方法

1.运用案例，理论结合实际。教师在课堂上多举一些日常生活及工业上运用工程热力学的例子，引导学生将枯燥的理论与实际的运用结合，学以致用，让学生明白学到的知识可以解释和解决许多实际中的问题，以增加课程对学生的吸引力。比如在讲授第一部分热能的利用时，就可以举例具体说明，或者让学生自己举例说明，引发学生之间的讨论。

2.“多管齐下”，图文并茂。通过图文并茂的多媒体技术，让学生通过多个感官同时接收信息，增强课堂的生动性和直观性，加深学生对所学知识的理解。比如绪论的第二部分热力学的发展简史，由于学生学习历史的热情普遍不高，认为历史只有枯燥的文字和难以记忆的年代，这部分的教学就可以通过多媒体将历史知识用视频的形式播放出来，既能让学生观看，增加趣味性，又将学生置身于那个年代，增强记忆性。此外，一些大型热工设备可以通过多媒体以图形展现，其热力过程以Flas展现。如此一来，汽轮机，内燃机、燃气轮机等设备的工作原理就能生动的表达出来，学生对这些机械的工作原理也就有了更加直观的认识。通过老师讲解、多媒体播放等教学手段多管齐下，学生能留下更加深刻的印象。

3.设置问题，激发讨论。读万卷书不如行万里路，学生在学习的过程中，通常会遇到老师讲的时候都会，自己想的时候就一片空白的状况。一味的听老师讲课，学生不学会自己思考，也只能是左耳进，右耳出。进行课堂讲授时，教师可以提出一个个与所讲内容相关的问题，这样不仅可以引起学生的注意，使其集中精力听课，而且可以激发学生主动思考、积极讨论，达到由此及彼、举一反三的目的，从而提高学生学习工程热力学的兴趣。

4.掌握特点，突出重点。绪论课的教学内容具有抽象性、简单性、枯燥性和浓缩性的特点。基于这些特点，教师在教学的过程中要注意积累经验，逐渐形成自己的一种教学体系，教学时懂得如何更好的突出内容重点和学习特点，避免学生出现不知道学习内容、分不清学习重点，全部内容一概而论的现象，引导学生明确什么该掌握、什么该了解，有目的、有方法的去学。

总之，要做好绪论课的教学工作，教师需要在清楚绪论课程教学基本内容的基础上，充分认识到它的重要性，注重教学的灵活性，不断地反复总结经验，进行教学实践，完善绪论教学。

参考文献：

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关键词：工程热力学;双语教学;课程体系

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）33-0069-02

随着我国本科教学水平的不断提高和国际化交流与合作的广泛开展，就业市场对本科毕业生的知识结构和外语应用能力有了新的要求，专业外语应用能力成为21世纪国际化专业人才的必备专业素养，直接影响本科毕业生的就业趋向和未来发展。[1-4]我国教育部对本科生的双语课程教学十分重视，2001年教育部在《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见》中提出，要采用英语等外语进行公共课和专业课教学，要求各高校在三年内开设5%～10%的本科双语课程。[5]2005年，教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中又指出：要提高双语教学课程的质量，继续增加双语教学课程的数量。2007年，教育部在《关于进一步深化本科教学改革，全面提高教学质量的若干意见》中指出，要鼓励开展双语教学工作。教育部2004年8月开始试行的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》中，双语教学被列为主要评估点之一。双语教学的水平已经成为衡量高等学校办学水平的一项重要指标。我国高校在本科生课程双语教学的实践过程中，近年来取得了实质性的进展，也突显了课程体系构建不合理、重点内容设置不当、教材建设相对滞后、双语教学师资不足、双语学习氛围较差、课程考核评价方法有待改革等问题。为了使“工程热力学”在校级精品课程的基础上进行双语教学，需要对“工程热力学”双语教学的课程体系进行合理构建和重点内容进行设置，以期把该课程建设成为高质量的双语教学课程，为提高本科毕业生的整体质量和英语应用能力奠定良好的基础，以适应国家化人才市场的需要。

一、“工程热力学”双语教学的课程体系构建与实施

“工程热力学”作为能源、环境、机械、化工等大类工科专业的专业基础课，兼有理论性、实践性和工程性，它起到承上启下、从基础课程到专业课程的桥梁作用，是本科生专业课程体系中不可或缺的骨干专业基础课，在上述专业本科生的培养过程中具有重要的核心地位。“工程热力学”课程内容具有概念多、基本理论抽象、富含哲学思维和理念、工程应用领域广泛等特点，要实现该课程的高质量双语教学就要对该课程体系进行合理构建，为保证教学效果奠定良好的基础。该课程经过多年的建设、教学改革和教学经验的积累，已成为校级精品课程，在教师团队建设、师资英语水平、多媒体课件及相关网络资源、课堂教学方法及课程评价方法等方面均具有良好的条件，为“工程热力学”双语教学课程体系的合理构建做了较为充分的准备。“工程热力学”课程教学团队认真研究了国内高校开设双语课程的案例，确定了“工程热力学”双语教学课程体系主要由教学模式、教学团队、教学内容（如课程大纲、授课计划）、多媒体课件、课堂教学实施、多层次启发式教学方法、网络资源、课程成绩评价方法等内容组成，认为教学模式、教学团队和教学团队是保证“工程热力学”双语教学质量的关键因素。

双语教学模式对课程体系的构建起到关键性影响，首先要确定双语教学模式。近年来我国高校开展的双语教学模式主要可概括为全外语型、混合型和部分外语型三种。

（1）全外语型。采用外文教材，直接用外文授课。这种模式要求师生均应具有较高的外语水平。

（2）混合型。采用外文教材，混合外文与汉语授课。与全外语型相比，学生较易掌握课程内容，适合学生接触双语教学的初级阶段，也适合多数任课教师的外语水平。

（3）部分外语型。采用外文教材，用汉语讲授。这种模式适合外语知识和接受能力较弱的生源。结合“工程热力学”课程多年的教学实践，结合现有的师资英语水平和学生的实际英语水平，建议对“工程热力学”采用混合型双语教学模式。

教学团队是实施“工程热力学”课程体系的人力资源保证，教学团队的建设是关键。经过多年的建设，“工程热力学”课程已形成了年龄结构、学历层次、学缘结构等较为合理的教学团队。老教师具有丰富的教学经验，青年教师具有较高的英语应用水平，为“工程热力学”双语教学的实施提供了良好的师资力量。

教学内容是一门课程知识面宽窄、程度深浅、系统性完善度的体现，也是体现课程整体质量的重要组成部分。“工程热力学”在建成校级精品课程的过程中，在教学大纲、教学计划、课程的重点和难点、多媒体课件制作和网络资源建设等方面积累了丰富的素材与资源，为“工程热力学”双语教学的教学内容规划与设置奠定了扎实的基础。

在上述条件下，“工程热力学”课程教学团队经过认真调查研究，并结合现有的师资条件、课程教学资源、学生的实际英语水平构建了“工程热力学”双语教学的“三段一改”课程教学方法，“三段”即课前阶段、课堂教学阶段、课后检验阶段;“一改”即改革课程考核和评价方法。现就“三段一改”课程教学方法的实施构想简要介绍如下：

（1）课前阶段。课前阶段所做的工作重点是确定双语教学模式、选定中文教材和外文教材、编制中英文教学大纲和授课计划、确定课程的主要知识点和重点与难点内容、制作多媒体课件、建立习题与思考题库，并将教学大纲、授课计划、多媒体课件和习题与思考题库在学校的毕博网络平台开放，供学生结合各自的时间、兴趣和特点进行课前预习与课后复习。教师在课堂讲授前预习要求，以保证学生的预习效果。

（2）课堂教学阶段。课堂教学阶段是将课程内容传授给学生。授课语言采用中文和英文，英文讲授不低于50%。教学方法采用启发式、讨论式、课堂提问等方式激发学生的学习兴趣。多媒体课件分别有中文和英文版本，课程的重点内容有中英文对照。课堂教学针对不同英语水平的学生分为三个不同层次，即最高层次、平均层次和低层次。最高层次要求学生以英文教材和英文多媒体课件为主，作业用英文完成;平均层次要求学生以中文教材和英文多媒体课件为主，英文教材为辅，对课程的主要内容能用英文和中文同时掌握，作业以中文为主;低层次要求学生以中文教材和中文多媒体为主，英文教材和英文多媒体为辅，对课程的重点内容能用英文理解和掌握，作业可全部用中文完成。课堂教学的目标是以平均层次为主要教学对象，逐步积累经验后过渡到以高层次为主。

（3）课后检验阶段。课后检验阶段主要包括课程作业批改、网上答疑和讨论、课程实验等环节，不仅可以检验课堂教学效果，巩固课堂讲授的知识，还可以检验学生对知识点的掌握情况，积极征求学生对本课程教学的意见，及时发现教学过程中出现的问题，改进教学方法，提高教学质量。

（4）改革课程考核和评价方法。双语教学的课程考核和评价方法应考虑到双语教学的特点，把英语的应用能力作为课程成绩的重要组成部分，把学生的英语作业、课堂英语提问和交流纳入课程平时成绩，并加大平时成绩的权重，以引起学生对英语应用能力的重视，激发用英语思考和学习的主动性，保证双语教学质量。

因此，合理构建双语教学的课程体系，由任课教师在课堂教学中分层次加以有效实施，并提高学生的自主性和积极性，可确保双语教学取得较好的教学效果。

二、“工程热力学”双语教学重点内容的设置与教学要求

“工程热力学”双语教学重点内容的合理设置是保证“工程热力学”双语教学质量的重要组成部分，重点内容的设置应该基本与中文教学的内容相同，同时应吸纳经典英文教材中的新概念和工程应用，与国际先进水平接轨，满足人才市场的国际化要求。“工程热力学”的内容可分为基本概念和理论、工程应用、常用图表三大部分。结合该课程教学团队多年教学经验的积累，建议将如下内容作为“工程热力学”双语教学的重点内容：

在基本概念和理论方面，主要包括：热力系如闭口系、开口系、绝热系、孤立系;状态参数如压力、温度、比容、内能、焓、熵、火用;热力过程如可逆过程、准静态过程、不可逆过程;热力循环如正循环、逆循环;不可逆因素如温差传热、摩擦耗功、自由膨胀;热力学基本定律如热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律;不同形式的实际气体方程;热效率、制冷系数、火用的概念、常见形式能量的火用、火用效率、火用损失、生成焓、理论燃烧温度、平衡常数、相对湿度、含湿量、干球温度、湿球温度、露点温度、马赫数;卡诺定理、孤立系统熵增原理、克劳修斯不等式;卡诺循环热效率，一般热效率表达式等。[6， 7]

在工程应用方面，主要包括：实际应用案例，气体动力循环如狄塞尔循环、奥托循环;制冷循环如空气压缩制冷循环、蒸汽压缩制冷循环、喷射式制冷循环、吸收式制冷循环;蒸汽动力循环如郎肯循环、再热循环、回热循环;燃气-蒸汽联合循环;燃料电池;燃料电池-燃气-蒸汽联合循环等;湿空气的加热、冷却与干燥等。

在常用图表方面，主要包括：水蒸气表、水蒸气焓-熵图、常用制冷工质的热物性图表、湿空气的焓-含湿量图等。

上述内容是不同层次学生必须掌握的“工程热力学”课程内容基本知识点，对不同层次的学生，主要体现在英语应用能力的要求不同。最高层次同学能够熟练阅读英文原版教材和相关的英文资料，能在课堂上用英语与老师和同学进行流利口头交流，在课后能用英语完成作业，熟练地应用英文多媒体课件进行课后复习;平均层次同学能读懂上述内容相关的英文原版教材内容的相关内容，能用英语在课堂上与老师和同学进行交流，能用英语写作部分作业题，能用英文多媒体课件进行课后复习;对低层次同学，能基本看懂英文原版教材中上述相关课程内容，基本能用英语在课堂上与老师和同学进行沟通，掌握上述课程内容的英文词汇和表达方法，能看懂英文多媒体课件中的上述课程内容。在双语教学中要强调学科的专业性，绝不能把双语教学变成专业外语教学。

三、结论

合理构建“工程热力学”双语教学课程体系和设置课程内容知识点，采用“三段一改”的教学方法，改革课程考核与评价方法，对不同层次的学生提出不同的英语应用能力要求，把学科内容作为课程教学的重点，并在实际教学过程中不断总结经验，改革教学方法，有望使“工程热力学”双语教学的教学质量不断得到提高，把“工程热力学”建成高水平的双语教学示范课程。

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关键词 卓越计划 化工热力学 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.059

近年来，我国参照有关《华盛顿协议》成员国的做法，开展了面向我国本科教育专业进行工程教育专业认证工作。“卓越工程师教育培养计划”旨在全面提高我国工程人才培养质量，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质各类型工程技术人才。我校的化学工艺专业于1998年获原化工部高等学校重点学科，同年获得硕士学位授予权。2004获湖北省教育厅“有突出成就创新学科”，2006年为湖北省第四批立项建设的拟增列二级学科博士学位点。化工热力学课程在化工类人才培养中起着承前启后的作用，是基础课和专业课之间不可缺少的“桥梁与纽带”。同时，化工热力学又是应用性很强的课程，它的内容是后续分离工程、化学反应工程等课程的重要基础，其核心任务在于培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生将热力学基本原理应用于化工技术领域能力的目的。为更好地推进“卓越工程师教育培养计划”，仅仅将书本中的知识讲解给学生是远远不够的。化工热力学课程教学改革需要在激发学生兴趣的基础上将理论知识和实际运用结合，公式概念和现代化设计软件结合，根据自己学校本身化工专业的特色和优势，开展相应的化工热力学教学工作。本课题将以我校化工与制药学院化学工程与工艺专业的本科生为研究对象，围绕我校化工专业认证与卓越工程师培养背景下化工热力学课程教学中贯彻工程实践能力培养的教学方法改革与实践，提出一些建议和思考。

1 加强师资队伍建设，提升整体素质

事业要发展，关键在人才，基础在教育。基础教学工作需要强大的师资力量作为后盾，只有完善的教学系统，才能定制出一套帮助学生学习的好方法。化工热力学是化学工程的基础学科，具有很强的理论性和应用性，书中有大量的公式和定律，不乏较多的难点，这些对教师如何很好地提升教学效果，让学生听得懂，用得到，有很大的挑战。目前，学院一些教师对书本上的理论知识熟悉，但工程经验以及理论教学和实际运用之间的相互转换相对薄弱，这让学生在学习的过程中或因理论知识过于枯燥而影响学习积极性，这不仅阻碍了教学效果，也不利于适应经济社会发展需要的高质量人才的培养。针对这些问题，学校应该采取措施，建设一支以“卓越计划”为根本的高水平的师资队伍。（1）注重优秀教师的引进，优先聘请既有化工生产实践经历，又懂得化工热力学基础教学的优秀老师；（2）学院要加大校企合作力度，让老师有更多的机会深入实践，在实践中切实感受理论与实际生产之间的差别和联系，在以后的教学工作中能更好、更全面地将化工热力学中的理论知识与工程实践结合起来。（3）教师之间定期开展教学工作会议，反馈近期教学中遇到的问题，对那些教学过程中学生普遍存在的疑问和教学难点要集中讨论，给出解决方案，动态教学提升教学质量。（4）学校应与其他院校建立学科教学网络，共享教学成果与心得，从中汲取好的教学方法和新的教学思维，提升学科的教学质量。

2 优化课本内容，重视化工热力学课程学习的应用性

“理论与实际结合，原理与应用并重”应该是化工热力学教学内容的优先考虑条件。化工专业认证和卓越工程师培养背景下化工热力学课程的教学应该旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，课程的教学既要有专业性，又要有社会实用性。对于化工热力学书本内容上的教学提出以下几点建议。（1）根据专业认证与卓越工程师培养的要求，根据学校教学计划的调整，课时的缩减，重构符合工程认证与卓越工程师培养计划的化工热力学课程教学内容体系；（2）根据化工热力学基本概念多、公式多、推导多，难点多的特点，重视化工热力学学习内容的联系性，例如从流体的P-V-T关系及热力学性质出发，到流体的相平衡和化学反应平衡，最后与传质、分离，反应工程相联系，将基础内容联系起来，对于复杂问题的解决很有帮助；（3）提出“从生活中来到生产中去”教改思路，启发学生在日常生活中用热力学的原理去分析问题。比如冰箱的工作原理与空调是否相同？打开冰箱门能起到降温的效果吗？通过这些生活例子引入讲解制冷循环与热泵循环的原理，可以使学生的理解和掌握这类循环的应用；（4）收集化工生产中化工热力学的应用实例，在教学中注意与工程实践相结合，以生动的例子来讲解热力学原理的应用。如“液化气成分的选择”、“以压缩天然气为燃料的出租车的里程问题”以及“低温热管降服青藏铁路冻土‘多动症’”、“化工热力学与遏制全球变暖的关系”等科学前沿成果等这些与教材和生活紧密结合的化工生产实例都可以运用到化工热力学的教学中。

3 加强现代化软件的应用

当前，计算机技术已经广泛应用到化工科研，设计和生产等各个领域，大部分工程设计和实验研究都需要借助强大的化工软件。热力学性质计算和化工过程模拟分析都可以借助化工软件来实现。在化工热力学课程教学的过程中，应该加强现代化软件的应用，将专业知识和计算机软件应用相结合，让学生能运用已学的现代化化工软件来解决课本和生活中的实际问题，模拟和分析简单的化工过程。对于流体P-V-T的教学时，可以引入Math-ematica软件求解立方型状态方程的根，也可以采用Newton-Raphson迭代法数值求解。讲解相平衡时，将工程上常用的Aspen Plus软件引入到气液相平衡计算中，模拟精馏分离甲醇-水混合物的过程。对于数据计算类，包括实验数据处理、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计计算和经济评价等，可以运用Matlab，Visual Basic等常用软件。现代化工软件的学习不仅可以培养学生的学习兴趣提升综合实力，也为后续的化工分离工程等学科的学习打下基础，增强了工程意识，适应了化工专业认证与卓越工程师培养的要求。

4 将教学与本校专业特色建设相结合

学校专业特色建设是提高办学质量的关键所在。近十多年来，高校超常发展带来一个负面化问题是同质化严重，学校特色淡化。我校的特色学科化学工程与技术为地区经济提供了巨大的帮助，是中南地区唯一培养化工矿山相关专业人才的本科院校，在磷资源开发利用方面，学术水平居于全国领先地位。湖北省磷化工中心就设在学校。除了在磷资源开发方面，石油炼制，精细化工等都是学校的特色专业。学校在化工方面有自己的特色和发展，化工热力学也是大化工方向的基础课程，可以将本课程的学习与学校化工特色专业相结合，这样既有先进的思想做指导又可以为我校特色专业的发展培育人才，为国家走新型工业化发展道路，建设创新型国家和人才强国战略服务，符合卓业工程师教育培养计划的初衷。学校的超临界流体萃取新技术可以运用化工热力学中的气液平衡和气固平衡来解释，书本上所介绍的直接式热泵精馏、间接式热泵精馏、闪蒸再沸式热泵精馏、蒸汽喷气式热泵精馏和吸收式热泵精馏过程，如果是仅仅依赖教师课堂上的讲授，学生只能简单地了解这些技术，讲到这些技术时可以将学生带到学校的精细化工中试车间，让学生直观地感受这些工程技术，然后辅助热力学上的知识讲解，可以让学生更好地掌握这些知识。利用学校化工特色专业现有的资源，开展更多这样生产实践活动，对化工热力学的教学工作有很大帮助。

5 结语

针对化工热力学课程的教学，国内许多高等学校都进行了一些富有意义的探索，如开展化工热力学精品课程建设、双语教学研究等方面的尝试。但迄今为止，基于化学工艺专业认证背景，结合卓越工程师培养的化工热力学课程工程实践教学的探讨，还亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技术和制造行业，化工热力学课程的教学需要更为科学、深度的改革。始终本着以培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量为目的，深化对化工热力学课程教学的改革。

*通讯作者：金士威

武汉工程大学教学研究项目（X2013010）资助

参考文献

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[关键词]专业课程 教学改革 评价 层次分析法

[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）12-0111-03

对课程教学改革效果的评价需要从考试成绩、学员表现、作业及试验等各个环节进行统一的考量和评估。但是传统的加权平均方法对各级指标的权值难以准确的、定量的给出，影响了教改效果评价的客观性和准确性。为了准确地评价教学改革效果，本文以“工程热力学”课程为对象，基于层次分析法进行课程教学改革效果评价方法研究，为准确合理地评价课程教学改革效果提供了一个可行的方法，具有很好的推广和应用价值。

一、层次分析法

（一）方法概述

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是被广泛应用于各种工程领域，用于大型设备等性能的定量评估分析。该方法是美国的数学家和运筹学家萨蒂教授在从事美国国防部的一项课题研究过程中所提出的一种基于层次权重的决策分析方法。这种方法的思想是利用多目标综合评价方法，将制定决策有关的各种元素分解成层次体系，在建立此层次体系的基础之上，根据定量的加权计算进行综合的评估的决策方法。

具体来说，层次分析法首先将决策问题分解为各目标、评价标准等层次结构，然后通过判断矩阵的特征向量来确定层次之间的优先权值，最后通过加权以及递进的方法得出各个可行方案对总的目标权值，选择权值最大的方案作为最终的优化结果。

（二）AHP分析步骤和计算流程

层次分析法首先需根据要解决的问题建立描述系统特征的层级结构。与传统的方法不同，该方法通过相互比较相同层级上的元素的方式来确定权重判断矩阵，从而不需要人为地为每个元素预先设定权值，避免了人为设定权值不准确对分析结果的影响。AHP建模主要包含以下步骤[2]：

图1 AHP计算流程图

1.建立AHP的递阶层次结构

层次结构最顶层的元素即要解决问题的目标，因此把最顶层称为目标层。在目标层以下的各个层次则包含要实现目标所需要的各种中间环节，统称为准则层。在层次结构的最低层则是为了达到目标所能够采取各种方法、方案或表示各准则要素变化的指标，因此可以称为指标层或措施方案层。

2.构造判断矩阵

一旦AHP的递阶层次结构建立之后，我们就可以确定不同层次元素之间的隶属关系。

在构造两两比较矩阵时，需要针对上层的某个准则，判断其下层的两个元素之间的重要程度。这种重要程度则可以利用表1中1-9的比例标度来取值。表1给出了两种元素在相互比较时的各种可能出现情况及其对应的标度。

表1 比例标度的含义

3.某准则下元素相对排序权重计算

根据下层元素u1，u2，…，un对于上层的某个准则C的判断矩阵A求出它们对于准则C的相对排序权重w1，w2，…，wn。其中相对排序权重wi可由如下公式计算：

式中的λmax为判断矩阵的最大特征值，n为判断矩阵的阶数。然后根据表2查找相应的平均随机一致性指标IR。

表2 样本的平均随机一致性指标IR

若RC

5.计算各层元素对目标层的组合权重

假设第k-1层上有nk-1个元素，其相对于总目标的排序权重为：

其中，T为评价总体性能值，Si为各二级指标的计分值，Wi为各二级指标i对总目标层的组合权重值，n为所有参与评估的指标个数。本文取各二级指标计分值为5，即5分制。

二、工程热力学课程教学改革

该课程在教学内容、教材、教学方法和教学模式等方面近年来进行了大量的建设和改革，主要体现在以下方面。

（一）教学内容和教材改革

课程组近年来不断建设以课程教材、多媒体资源、网络课程平台和教学辅导资料构成的“工程热力学”立体化教材体系。同时课题组紧跟热工设备和信息化技术的发展，不断认真梳理、动态更新教学内容，优化课程体系，使教学内容融基础性、应用性和前沿性于一体，始终保持课程教材和教学内容的先进性。

（二）教学方法和教学模式改革

加强课程的实践环节改革力度，对教学的重点和难点内容如喷管流动、燃气轮机热力循环等部分与实践密切相关的内容，采用信息化技术手段进行讲授、实作，丰富和发展了课堂的教学形式。在教学方法改革上，认真创新课程的教学模式，围绕如何提高学员创新能力、实践能力和分析解决问题能力，探索适应本课程的教学方法。以“背景+理论+应用”的知识模块形式进行教学。加强实验设备的研制和开发，建设学员自主学习研究的实践平台，践行自主式、研究式教学方法，提高学员的学习主动性与自主创新能力。

三、应用AHP的课程教学改革效果评价

根据课程评价特点，结合层次分析法的计算过程进行教学改革效果评价。其中，评价过程的关键部分如下：

（一）评价指标体系设计

根据课程实施特点及建设的现状，课程组设计课程教学改革效果的评价指标体系为三级体系，各级指标如下表所示：

表3 教学改革效果评价指标体系

（二）评价过程

根据前述步骤1-6进行课程教改效果的评价，其中一级和二级指标的判断矩阵为

（三）评价结果

根据层次分析法的步骤对2012-2014年连续三年的教学改革效果进行评价。评分标准为5分制，样本为同一专业学员学习“工程热力学”的课程表现，作业等情况（笔试为同一题库抽题），其结果如表4所示，可见在连续实施教学改革之后，课程的教学效果有着稳步的提升。

表4 近三年教改效果评价结果

五、总结

本文结合“工程热力学”课程教学改革的实施情况，为准确客观地评估几年来课程教改的成效，引入层次分析法进行教学改革效果的评估。通过实践，发现层次分析方法比传统的求平均值或者加权平均方法更为准确、客观，能够反映出教学改革的实践效果，为评估课程教改效果探索出一种新模式，实用性强，具有重要的推广应用价值。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 孙玉荣，彭金波.基于AHP的课程教学效果评价指标体系研究[J].湖南工业大学学报，2010（9）：86-88.

[2] 张志强，徐斌，等.基于AHP评价方法的发动机性能评价[J].兵工学报，2008（5）：625-628.

篇10

“比热容”是本章重点内容。因为比热容的概念比较抽象，它可以有质量、温度的变化量、吸收或放出的热量三个物理量计算大小，，却与这三个量无关，他反应的是物质的一种属性，到底是怎样的一种属性学生理解起来有困难，所以又是整个教材的难点。所以教学的中心任务是：让学生通过实验探究了解“不同物质在质量相等，升高温度相同的情况下吸收的热量一般不同”，可以理解为比热容反应了各种不同物质的容纳热的本领，比热容大的物质容热的本领大；“相同质量的物质，吸收相同的热量的情况下升高的温度不同”可以理解为比热容反应的是各种不同物质温度改变的难易程度，比热容大的物质温度改变较慢，为学生解决有关比热容的计算和解释一些与比热容有关形成的自然现象准备依据，为比热容概念的得出打好基础。

本节在设计时根据新课标理念“从生活走向物理，从物理走向社会”，运用生活实例创设情境，激趣引新；通过设计实验，科学探究培养学生科学素养。

二、教材分析

比热是一个比较抽象的概念，通过对它的学习，可以有意识地培养学生抽象思维能力。

三、教学目标

1、知识与技能

（1）了解比热容的概念，知道比热容是物质的一种属性。

（2）知道水的比热容较大，知道这一特点在生活中的一些应用。

（3）尝试用比热容解释简单的自然现象。

2、过程与方法

（1）通过探究，比较不同物质的吸热能力，使学生从实验中领悟比热容是如何影响物体温度的变化的，学会运用所学的知识分析解决实际问题。

（2）通过设计、进行实验，让学生体会控制变量法在科学探究中的应用。

3、情感态度与价值观

（1） 在科学探究活动中，体验和增强联系实际及环境保护的意识。

四、教学重点与难点

重点：通过探究实验得出比热容的概念。

难点：理解比热容的概念并联系社会生活应用其分析解决一些简单问题。

五、教学过程

（一）引入新课

提问：1、热传递的实质是什么？什么叫做热量？为什么热量的单位跟功的单位相同？

2、烧开一壶水比烧开半壶水那个需要的热量多？ 把一壶水烧开比烧成温水那个需要的热量多？

可见，水在温度升高时吸收的热量和水的质量有关，和温度升高的度数有关，水的质量越大，温度度升高的度数越多，吸收的热量越多。那么，所有的物质，在质量相等温度升高的度也相同时，他们吸收的热量相同吗？

（二）进行新课

1.演示实验

（1）实验器材：烧杯、完全相同的电加热器、温度计、钟表、质量和初温都相同的水和煤油。

（2）猜想与假设：（a）质量相同的水和煤油吸收相同的热量，升高的温度是否相同；（b） 质量相同的水和煤油升高相同的温度，吸收的热量是否相同。

（3）设计实验：在两只相同的烧杯中放入质量和初温都相同的水和煤油，用相同的电加热器给水和煤油加热，每隔一分钟记录一次水和煤油的温度变化，记录在表格中。

时间（min） 0 1 2 3 4 5

水的温度（摄氏度） 15 18 21 24 27 30

煤油的温度（摄氏度） 15 21 27 33 29 45

（4）实验分析

给水和煤油都加热五分钟，煤油的温度升高了几度？水的温度升高了几度？此现象说明了什么？

水和煤油温度都升高12度，煤油需要加热几分钟？水需要加热几分钟？此现象说明了什么？

（5）实验结论

结论一：质量相同的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同。

结论一的引深：质量相同的不同物质，吸收相同的热量，升高的温度不同，说明不同物质温度改变的难易程度不同，比热容小的温度容易改变，也就是说比热容是反映物质温度改变难易程度这一特性物理量

结论二：质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同。

结论二的引深：相同质量的不同物质，升高相同的温度吸收的热量不同说明不同物质容纳热的本领不相同，比热容大的容纳的热量多，这也就是说比热容是反映物质吸热本领不同的这一特性的一个物理量

为了比较不同物质升高（或降低）相同温度吸收的热量不同这一特性课本引入比热容的概念。（也就是课本引用了结论二来表示比热容这一概念）

2、比热容

单位质量的某种物质，温度升高1摄氏度所吸收的热量叫做这种物质的比热容。符号是C

比热的单位：在国际单位制中，比热的单位是焦/（千克・℃），读作焦每千克摄氏度。

比热容表：（1）哪种物质的比热容最大？

（2）沙石的比热容是多少？他表示什么意思？

（3）每种物质都有它的比热容，水于冰的比热容是否相同？

（4）同种物质的比热容相同，不同物质的比热容不同，比热容与哪些因素有关？

分析可得：（1）水的比热容最大

（2）一般情况下液体的比热容比固体的大

（3）水和冰的比热容不同

（4）比热容不仅与物质的种类有关，还与物质所处的状态有关。

3、热量的计算

1千克的水温度每升高1℃，要吸收4.2×103J的热量，那么1千克的水温度升高2℃要吸收多少热量？

1千克的水温度每升高1℃，要吸收4.2×103J的热量，那么2千克的水温度升高1℃要吸收多少热量？

1千克的水温度每升高1℃，要吸收4.2×103J的热量，那么2千克的水温度升高2℃要吸收多少热量？

让学生讨论，说出计算方法。从而总结出热量的计算公式

Q=cm？t

Q：物体温度变化时吸收或放出的热量 单位为J

c：物质比热容 单位为J/（Kg・℃）

m：物体质量 单位为Kg

t：温度的变化值，温度升高时为（t-to）；温度降低时为（to-t）

即：

Q吸=cm（t-to） Q放=cm（to-t）

（三）课堂练习

1.砂石的比热是0.92×103 J/（Kg・℃），它表示的意义是_____________。

2.质量相同的铝块和铜块，在吸收了相等的热量后，它们升高的温度（ ）

A.相同 B.铝块升高的温度较多多 C.铜块升高的温度较多

（此题引用上述实验结论一来解决会利于学生的理解）

3.状态一定的物质的比热容（ ）

A.跟它吸收的热量成正比

B.跟它的质量成反比

C.跟它的温度变化成反比

D.这是物质的一种属性，大小与上述因素无关

（四）小结

1.比热容的定义

2.比热容是物质的特性之一