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“工程热力学”课程绪论部分教学方法探讨

时间:2015-7-13栏目:综合教育论文

  “工程热力学”课程绪论部分教学方法探讨

  武和全,朱英杰

  (长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙410114)

  摘要:绪论是教材的先导与灵魂,通常包括本课程的重要性及任务、目的、主要内容和学习方法等内容。本文从“工程热力学”课程绪论部分的重要性及现阶段教学中常见问题出发,对如何完善绪论部分的教学方法进行了深入探讨。

  关键词:绪论;探讨;教学方法

  基金项目:长沙理工大学教改课题项目作者简介:武和全(1982-),男(汉族),湖北仙桃人,工学博士,讲师,长沙理工大学汽车与机械工程学院,主要讲授工程热力学及传热学等课程。

  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Flash动画展现。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:

  [1]李岳林,刘志强,武和全。工程热力学与传热学[M].第二版。北京:人民交通出版社,2013.

  [2]邵士权。我国高等学校教学方法创新研究[D].武汉:华中师范大学,2011.

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