“工程热力学”的教学改革初探.doc

“工程热力学”的教学改革初探总第208期电力教学DOI编码:10.39690.issn.10070079.2011.21.079“工程热力学”的教学改革初探吴晓艳杨学宾摘要:”工程热力学”作为建筑环境与设备工程专业最重要的专业基础必修课之一,一直存在着学生难学教师难教的问题.针对近几年在教学过程中发现的问题提出了相应的措施,进行课堂教学改革的实践,希望能对提高教学效果起到积极的作用.关键词:工程热力学;问题;措施;改革;教学效果作者简介:吴晓艳(1980一),女,山东莱西人,嘉兴学院建筑工程学院,讲师;杨学宾(1977-),男,山东安丘人,嘉兴学院建筑工程学院,讲师.(浙江嘉兴314001)基金项目:本文系嘉兴学院一般教改项目(项目编号:85150921)的研究成果.中图分类号:G642.3文献标识码:A文章编号:1007-0079(2011)21-0157-02“学高为师,身正为范”,在高校的讲台上,讲好每一堂课,作为青年教师,并不是一件容易的事.作为研究能量转换与能量有效利用的学科,”工程热力学”是建筑环境与设备工程专业的技术基础必修课,在课程体系中具有十分重要的作用.在授课与学习过程中,很多教师和学生反映该课程难教难学.【1对于青年教师,如何结合专业特点,针对学生的学习能力,提高”工程热力学”课程教学质量,培养学生的兴趣及提高学生的学习效果,更是一个急需解决的问题.一,”工程热力学”的课程特点“工程热力学”研究热能与机械能转换的基本规律,其基本理论是从工程实际出发,采用抽象,概括,理想化和简化的方法得出的.其课程的特点可用”概念多,公式多,内容多,抽象难懂”加以概况.12-s1.概念又多又抽象,容易混淆,相对难懂在”工程热力学”中基本概念和基本定律部分出现了大量的概念,并且其物理意义在不同使用场合中又有不同的延伸.如功的概念,有膨胀功,推动功,流动功,轴功,容积功和技术功等.工质的热力过程有等温过程,等容过程,等压过程,等熵过程,多变过程等.另外,”工程热力学”的许多概念十分抽象,学生往往不容易接受,而且很难深入理解.如”绝热过程”和”定熵过程”的区别.另外,工程热力学的许多概念和结论是用数学语言表达,有些公式和概念在推导过程中还应用到较多的数学方法.如准静态过程的概念,就运用到了数学中极限的内涵,而卡诺定理的证明还使用了数学中的反证法.2.公式多,难记忆本课程与工程实际关系密切,公式很多,而且对于不同的具体问题还有不同的表现形式.同一个公式在不同的应用背景和使用工况下,又有诸多表达形式.比如热力学第一定律,既有开口系统的热力学第一定律表达式,又有应用于闭口系统的热力学第一定律;既有第一解析式,又有第二解析式;既有稳定流动热力学第一定律表达式,又有稳定流动热力学第定律适用于工程设备中具体的表达式.要想完全靠死记硬背记住这些公式几乎是不可能的,而将这些公式熟练应用则更加困难.3.内容多,难理解归纳起来,”工程热力学”主要包含以下几部分内容:(1)能量转换的基本原理,即热力学两大基本定律一热力学第定律和第二定律.(2)工质的热力性质.主要内容是理想气体,水蒸气,湿空气,制冷剂等常用工质的基本热办眭质.(3)各种热工设备中能量传递,转换的热力过程.主要内容有理想气体的热力过程,喷管内的流动过程,动力循环及制冷循环等热力过程的分析计算.这三部分内容互相渗透,即每一部分的内容不仅与其他部分的知识紧密关联,又有自己相对独立的结构体系,同一类问题对应有不同的概念和计算公式,这使得学生往往觉得课程的内容繁多,学习中顾此失彼,容易混淆,不能灵活应用.4.课时少,难讲述本校建筑环境与设备工程专业20052008级学生的”工程热力学”的课时为64课时.而在2009级学生教学大纲修订的时候已经缩减为56课时.课时的减少对原本就紧张的教学进一步增加了难度.二,教材选择在热工领域许多教师的共同努力下,目前内容成熟,教学适应性好的”工程热力学”教材有很多.由于二本学生是经一本院校扩招筛选后的人才,学习缺乏积极性和主动性的学生占相当部分,因此选择合适的教材对教师讲解以及学生自学都有很大的促进作用.由于本专业的专业特点是以围绕热能开发,利用和节能为,理论与工程实际结合,突出热能的直接利用,包括建筑物的供暖,通风,空调,燃气供应等,这是本专业后续专业课程”暖通空调”,“冷热源工程”,”工业通风”等课程不可缺少的理论基础.因此,经过教研组讨论以及实践经验,我们选用由国家建筑环境专业指导委员会推荐的,中国建工出版社出版的由廉乐明教授主编的工程热力学(第五版)作为教材.l6三,教学方法的改进1.课堂教学内容的整合与优化由于学时数有限,而且还在逐渐缩减,教师没有足够的时间把每一个章节都详细介绍,因此应把重点放在与以后的专业课学习紧密相关的章节.根据本专业的专业特色,重点讲述热力学基础理论部分(本教材前五章的内容).而在讲解热力学理论的应用时,则重点讲授水蒸汽,湿空气,制冷循环等内容.其他内容在课时允许的情况下选择讲述一些基本知识点.2_理论联系实际,变”抽为”形“工程热力学”是一门理论性强,内容抽象但又与实际结合紧157中国电由教害2011年第21期密的一门课程.它的基本理论,概念的掌握和运用非常重要.在讲授抽象概念的时候,尽可能多的举一些与实际生活密切相关的例子,帮助学生更好地理解概念和理论.同时也要求自己必须举例恰当,用语准确,以使学生对概念理解无误,尽可能将抽象的概念与实际结合起来.比如说把抽象的概念和坐标图紧密结合,在讲解具体的内容时,可结合具体的电厂和日常生活中的设备,比如:讲解水蒸气的定压形成过程时结合锅炉省煤器,水冷壁和过热器;在讲解饱和压力和饱和温度的关系时可以与家庭使用的压力锅相联系,再结合坐标图,直观易懂,使学生对”工程热力学”既感兴趣又容易理解.因此,教师应当具有较为丰富的工程实践经验,并能将实践与教学内容巧妙结合.3.合理安排课堂进度课堂内容的安排是课程讲授的稿件和灵魂.在讲授新内容之前,先对本堂课会用到的前面学过的关键性知识复习下,做好课前回顾,加深记忆和掌握.课堂内容讲授一般安排35分钟左右,剩下的1O分钟让学生思考和提问题,充分消化课堂上没有理解的内容.如果没有理解,可以进行当场讨论.尤其是当遇到应用性很强的内容时,可以对学生进行现场测验,以确保学生能够掌握应用方法,满足实际工作的需要.另外,每章节内容结束后,及时进行章节小结,使学生明确本章节的重点难点,并布置课后作业,且全部认真批改,对作业中出现的问题通过习题课给予指正.每周都安排有固定的答疑时间,以掌握学生对知识的掌握程度.4.师生互动,调动学生的积极陛教学研究中直以来强调的课堂互动,在工程热力学课程教学中尤为重要.在教学过程中,要合理设置问题情景,启发学生积极思维,在学生响应的过程中把握其对知识的掌握情况,根据需要调整讲授的进程或者重点,做到有的放矢,必然会取得良好的教学效果.这种方式可以吸引学生的注意力,促使学生思考,加深学生对课堂教学内容的印象.另外,针对学生普遍出错的地方,可以让学生说出自己的思路,由学生来讨论解法的正确与错误.实践表明,学生的学习积极性也被充分地调动起来了c5.注重培养清晰的解题思路,充分利用图表等解题工具工程热力学课程内容概念繁多,解题条件不一,思路多变,没有清晰的解题思路将会给工程热力学课程的学习带来更多困难.在讲解例题和习题的过程中,要强调列出所有的给定条件,按照解题思路逐步求解,鼓励学生开发有序的解题方法,做到表述清楚,思路清晰.另外,要注意引导学生充分利用图表功能,给学生供方便有效的解题工具.6.采用板书和多媒体结合的教学方式在授课过程中,许多研究成果是以图,表的形式给出的.比如湿空气的hd图,水蒸气的hs图,水和水蒸气的热力性质表等,板书教学很难在课堂上清晰规范的呈现出来.另外,很多实际设备的工作过程也无法在黑板上生动形象地描述出来,如蒸汽动力循环,制冷循环等,这对缺少实践经验的学生的学习效果有定程度的影响.多媒体教学能提供丰富多彩的图文声像,对激发学生的学习兴趣,调动学生积极性主动性,培养学生分析解决实际工程问题的能力很有帮助.【8当然,由于该课程概念和公式繁多,多媒体课件的演示功能也受到了相应的限制.由于多媒体课件的显示速度过快,压缩了学生对概念和公式的理解消化时间,稍一疏忽,就容易使学生感到课程158难以理解,失去学习的兴趣.因此,必须采用多媒体与板书相结合的教学方式.将重要的公式推导和概念以及每节课的重点难点,在黑板上表达清楚.多媒体起一个辅助演示或复习板书推导过程的作用.7.注重培养学生抽象思维和创新思维的能力l9紧密结合教学内容,注重对学生进行发散思维,逆向思维,批判性思维的培养.例如在讲如何提高循环热效率时,首先从数学上分析,提高热效率集中体现在状态坐标图上循环封闭线内的面积越大越好,则必须从这个面积出发向上下左右四周扩展开来才能达到.从基本蒸汽动力循环一朗肯循环开始向上可从提高初温,初压人手;向下可从降低背压,减少循环热损失起步;向左可引出抽汽回热循环;向右可引出再热循环.通过这样的讲解,学生不仅掌握了蒸汽动力循环的全貌及内在联系,而且也受到发散性思维的训练和培养.紧密结合热力学中尚未解决的理论问题和实际问题,引导学生们来思考,研究和创新.任何真理都是相对真理,热力学理论尽管是一门比较古老,比较完善的学科,但是它也在不断发展进化之中.经常给学生列举热力学中尚未解决的难题,让学生认识到热力学本身的不完整,有很多难题等待我们去解决,从而培养学生的思考和创新能力.8.认真备课,多读相关书籍充实自己“工程热力学”要求任课老师有丰富的实践经验,对与热力学相关的前沿科技有充分的了解.这样才能在讲课过程中举例恰当,并激发学生参与科学研究的意识.因此,在备课时,要多看参考书籍,尤其是不同版本的经典教材.【l”这些教材对理解和掌握热力学理论,加深热力学知识的运用具有非同寻常的作用.另外,还要看一些与热力学有关的前沿科技论文,并将内容讲给学生,激发他们主动参与科学研究的意识.四,设计问卷调查.及时了解教学效果在每学期期末结束后,设计调查问卷,以此了解实践教学后取得的效果或需要改进完善的不足之处.主要包括以下内容:(1)教学内容方面(如学生最感兴趣的部分及原因,最有用的部分,所选习题的难度,图片或动画对学习效果的帮助等);(2)教学方法(如板书或课件的比重,师生间的互动,以工程应用理解基础理论,以基础理论解释现象看本质,热力学历史,研究前沿与教师的科研成果对学习本书内容的帮助等);(3)学生的情况(如是否有课前预习,做作业前是否复习课堂内容,自学和课堂听课的收获,做作业的情况等).五,小结针对”工程热力学”课程内容繁琐,学生难学教师难教的问题,需要我们不断根据实际情况,适时更新和调整工程热力学教本的内容和教学体系的改革,不断提高教学质量,使学生能够通过学习真正达到教学大纲的要求,在学习知识的同时,各方面的能力也得到相应的培养和提升.参考文献:【11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):6569.2张国磊,杨龙滨,李晓明.提高工程热力学课程教学质量的方法探讨J】.中国电力教育,2008,(11):39-40.(下转第164页)中国电由教育2011年第21期资格标准设计教学内容,课程的考核评价按职业资格证书考核要求,使学生在课程结束后即有能力获得相关的职业资格证书.根据该专业职业岗位的具体工作过程设计课程教学方法和手段.邀请企业,行业专家参与共同制定课程标准,确定课程的基本规范和质量要求,共同参与教材编写,教学,评价与考核.具体课程设置见表1.表1专业”四大能力”课程设置和实训项目四大能力课程设置学期实训项目思想政治系列课程l4讲座,校外参观学习等大学英语13等级考试训练应用数学1数学建模训练职业核心计算机文化基础1上机训练,等级考试培训军事理论,体育l一4军训,体育项目选练能力高职教育与职业核心能力实1讲座,测评演示训心里健康教育15讲座就业指导1,5讲座电工基础l电工实训电子技术基础23电子实训电机及电力拖动3专业认识实习专业基本机械基础3金工实训传感器与检测仪表3实验,课程设计能力自动控制原理3实验,课程设计制图与电气CAD2上机,教,学,做一体化电力电子技术4实验,课程设计电气专业英语5中级维修电工5技能鉴定训练电气控制设备安装与调试44周集中教,学,做一体化专业核心PLC控制系统设计与应用4计算机控制系统及组态设计5能力单片机应用与设计4自动化生产线安装与调试5顶岗实习,毕业设计6校外实习基地,综合训练泵站自动化技术4泵站现场,理实一体印刷电路板设计5上机,教,学,做一体化职业拓展楼宇智能化技术概论5参观,演示能力选三电气产品营销策划与实施5实践模拟以上)高级语言程序设计3机房上机,教,学,做一体化软启动与变频技术4现场,理实一体供配电技术5仿真电站,高低配室,理实一体三,课程体系实施保障该课程体系要真正能够实施,主要取决于教学条件建设和相应师资队伍建设.1.课程教学条件建设课程教学条件建设主要是实习,实训基地的建设.从课程设置表中可以看出,要真正地很好现实核心课程一体化教学对专业的实践条件提出了很高的要求.通过校内外多渠道共同努力来构建集“虚拟,仿真,真实”三位一体的校内,外实训(习)基地.真实就是校内实训基地建设中按照”真实设备,真实环境,真实工作”的思路,建设一些适应岗位能力要求的,满足教学做一体化教学的实训室.限于学校的财力及根据课程的性质不同也可建部分虚拟,仿真的实训基地来满足实训要求.校外实习基地建设主要通过与自动化设备制造企业,自动化生产企业等加强合作,建立生产实习和顶岗实习基地.发挥好已经建立省水利厅”浙江水利行业校企合作办学协调委员会”和学校的”校企合作指导委员会”作用,构建实施”校企合作”的保障机制.2.师资队伍建设教师是专业建设和课程开发的主体,采用”教?学?做一体化”的专业核心能力课程教学模式,关键要有一个相适应的教学团队.建设一支与之相适应的具有”双师素质结构”专兼结合的教学团队是十分迫切需要的.主要方法可以是:1)引进高职称,高层次人才;2)聘请企业能工巧匠做兼职教师;3)提高现有教师的素质和业务水平,包括有计划安排中青教师出去进修提高,积极安排专业教师到企业顶岗实践,挂职锻炼,参加国际性或全国性学术会议,教学研讨会等方式扩大年轻教师眼界等.四,结语本课程体系依据专业岗位分析,着眼于职业能力,主要有以下特点:较好地实现了”理实融合,实践育的教育教学思想及理念;体现了能力本位化”全程式”实践人才培养模式;符合国家人保部的”国家职业核心能力水平认证”要求,包含了职业核心能力测评;核专业核心能力课程采用基于职教规律,课程特点的集中式“教,学,做”一体化项目课程教学模式.当然该课程体系还存在很多不足,有待于进一步完善,同时要加强课程建设,使课程体系能对专业人才培养和学生的成长起到更好的作用.通过专业课程体系的改革实践,加深对现代高职教育理念认识,积累了宝贵的专业建设经验,密切了与行业,企业的合作.参考文献:1】陈怀忠,韩承江.高职自动化专业”能力本位,工学一体”的课程体系构建J】.职业,2010,(23):5455.【2教育部自动化专业教学指导委员会专业建设工作组.电气自动化技术专业建设解决方案【z.2007.(责任编辑:麻剑飞)(上接第158页)3】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):124125.【4何宏舟,邹峥,丁小映.提高工程热