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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
�。ㄩL沙理工大學(xué)汽車與機械工程學(xué)院，湖南長沙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)中常見問題出發(fā)，對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
基金項目：長沙理工大學(xué)教改課題項目作者簡介：武和全（1982-），男（漢族），湖北仙桃人，工學(xué)博士，講師，長沙理工大學(xué)汽車與機械工程學(xué)院，主要講授工程熱力學(xué)及傳熱學(xué)等課程。
緒論課是指每門課程正式教學(xué)前的前言課或者簡介課，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、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)生對整個課程學(xué)習(xí)的熱情和動力�！肮こ虩崃W(xué)”是眾多工程類專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)生研究能力和解決實際問題能力的培養(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)容和方法等幾個重要問題，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部分，即：熱能的利用、熱力學(xué)的發(fā)展簡史、課程的研究對象和主要內(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、太陽能、地?zé)崮堋⑷剂匣瘜W(xué)能、原子能等。在這些能源中，除風(fēng)能和水能是以機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（通過燃燒、核反應(yīng)）提供熱能。據(jù)統(tǒng)計，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生活各個方面的重要作用，另一方面講述了能源中最常用的能源———熱能的利用方式：通過各種類型的發(fā)動機及發(fā)電機，使燃料熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C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。人們對熱的本質(zhì)及熱現(xiàn)象的認(rèn)識，經(jīng)歷了一個漫長曲折的探索過程。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)象來達(dá)到一定的目的。但在很長時間內(nèi)，人們只看到了熱的現(xiàn)象，認(rèn)為熱是一種沒有形體的“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)過艱苦實踐，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)于熱能和機械能在轉(zhuǎn)換上存在著方向性問題，即熱力學(xué)第二定律的基本觀點。熱力學(xué)第一定律、第二定律是從無數(shù)實踐經(jīng)驗中總結(jié)出來的、公理性的定律，這兩個定律的確立奠定了熱力學(xué)的基礎(chǔ)。熱力學(xué)形成初期，主要是研究熱機中熱能和機械能的轉(zhuǎn)換。后來，隨著熱力學(xué)本身的不斷發(fā)展，除了指導(dǎo)熱機的發(fā)展外，又被廣泛應(yīng)用到其他自然科學(xué)和生產(chǎn)部門中。熱力學(xué)不但與熱機、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)的一個重要分支。
3“。 工程熱力學(xué)”課程的研究對象和主要內(nèi)容。工程熱力學(xué)是研究熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的一門學(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)，分析計算實現(xiàn)熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的各種熱力過程和熱力循環(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)計熱力學(xué)。經(jīng)典熱力學(xué)完全由宏觀現(xiàn)象出發(fā)，以實踐為基礎(chǔ)來描述客觀規(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描述物質(zhì)所處的狀況，并且根據(jù)兩個基本定律，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)比較簡單，只要利用幾個基本概念就能進(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)律說明分子的運動，并用統(tǒng)計的方法說明大量分子紊亂運動的統(tǒng)計平均性質(zhì)，因而它能夠從物質(zhì)內(nèi)部的微觀運動機理，更好地說明宏觀熱現(xiàn)象的物理實質(zhì)。但它的分析過程較為復(fù)雜，不像宏觀理論那樣直觀、簡單，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)該解決的問題
1.明確學(xué)習(xí)目的，解決為什么要學(xué)的問題�！肮こ虩崃W(xué)”的特點是理論性強，概念多且抽象；公式推導(dǎo)多，應(yīng)用條件復(fù)雜，學(xué)生感覺課程的內(nèi)容繁多，難以抓住重點，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)實情況中，有一部分學(xué)生只是為了考試而學(xué)習(xí)。對于必修課重視程度高，愿意花費精力學(xué)習(xí)，而對于選修課，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，對于一門新的課程，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)本門課程的動力，則意味著本門課程的教學(xué)已經(jīng)成功了一半，在接下來的教學(xué)過程中也將會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)一門知識不知道到底該學(xué)習(xí)什么，又有什么用處，有些大學(xué)生甚至認(rèn)為書本上學(xué)習(xí)的知識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)理論知識的積極性。同時，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)一個新的知識點的時候，往往只是孤立的學(xué)習(xí)，缺乏對知識點橫向、縱向的延伸，沒有形成一個完整的知識體系，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)本門課程的興趣。學(xué)習(xí)一門課程要在頭腦中建立該課程的知識體系，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)生解決這個問題，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)各個章節(jié)內(nèi)容時目的性就會更加明確，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，避免只抓住個別的知識點而偏離了課程的主線。緒論課的內(nèi)容豐富而分配的課時卻不多，一般只有1～2個課時，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)計教學(xué)內(nèi)容上多下工夫，通過各種方法讓學(xué)生學(xué)會自主查找相關(guān)知識。例如，熱力學(xué)的任務(wù)是要讓學(xué)生明白熱能與機械能之間相互傳遞、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)生的腦海中形成動態(tài)的圖像記憶，將歷史知識記得更加牢固。
三、緒論部分的教學(xué)方法
1.運用案例，理論結(jié)合實際。教師在課堂上多舉一些日常生活及工業(yè)上運用工程熱力學(xué)的例子，引導(dǎo)學(xué)生將枯燥的理論與實際的運用結(jié)合，學(xué)以致用，讓學(xué)生明白學(xué)到的知識可以解釋和解決許多實際中的問題，以增加課程對學(xué)生的吸引力。比如在講授第一部分熱能的利用時，就可以舉例具體說明，或者讓學(xué)生自己舉例說明，引發(fā)學(xué)生之間的討論。
2“。 多管齊下”，圖文并茂。通過圖文并茂的多媒體技術(shù)，讓學(xué)生通過多個感官同時接收信息，增強課堂的生動性和直觀性，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。比如緒論的第二部分熱力學(xué)的發(fā)展簡史，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)就可以通過多媒體將歷史知識用視頻的形式播放出來，既能讓學(xué)生觀看，增加趣味性，又將學(xué)生置身于那個年代，增強記憶性。此外，一些大型熱工設(shè)備可以通過多媒體以圖形展現(xiàn)，其熱力過程以Flash動畫展現(xiàn)。如此一來，汽輪機，內(nèi)燃機、燃?xì)廨啓C等設(shè)備的工作原理就能生動的表達(dá)出來，學(xué)生對這些機械的工作原理也就有了更加直觀的認(rèn)識。通過老師講解、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)置問題，激發(fā)討論。讀萬卷書不如行萬里路，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，通常會遇到老師講的時候都會，自己想的時候就一片空白的狀況。一味的聽老師講課，學(xué)生不學(xué)會自己思考，也只能是左耳進(jìn)，右耳出。進(jìn)行課堂講授時，教師可以提出一個個與所講內(nèi)容相關(guān)的問題，這樣不僅可以引起學(xué)生的注意，使其集中精力聽課，而且可以激發(fā)學(xué)生主動思考、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，突出重點。緒論課的教學(xué)內(nèi)容具有抽象性、簡單性、枯燥性和濃縮性的特點�；谶@些特點，教師在教學(xué)的過程中要注意積累經(jīng)驗，逐漸形成自己的一種教學(xué)體系，教學(xué)時懂得如何更好的突出內(nèi)容重點和學(xué)習(xí)特點，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，全部內(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，進(jìn)行教學(xué)實踐，完善緒論教學(xué)。
參考文獻(xiàn)：
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[2]邵士權(quán)。我國高等學(xué)校教學(xué)方法創(chuàng)新研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2011.
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