工程热力学教学方法初探论文

  一、故设悬念,引导学生思考

  工程热力学是一门从宏观角度去研究能量转换规律的学科,它的主要定律,包括第一定律和第二定律都是基于经验总结。这就是说,这种经验总结为该课程的教学结合实际提供了便利条件。教学时应该充分利用这个特点,在课堂教学过程中,结合实际设置疑问,引导学生积极主动思考,既能活跃课堂氛围,又能使学生在思考中进行后期的学习。例如在热力学第一定律讲述时,可以在课堂上再现第一类永动机的设计,并让学生参与指出设计的不足或提出自己的设计,当学生兴趣盎然时引出第一定律。第一定律引出后,引导学生举出自己在日常生活中所接触的能量转换事例,活跃课堂气氛后,提出问题:封神榜中哪吒的风火轮是否能实现?如果能实现飞机、汽车还是否有存在的必要,如果不能实现,又是什么原因呢?经过探讨后将疑问留给学生,并提示随着热力学第二定律的深入学习他们可以得到想要的答案。又如在蒸汽动力循环讲授时,可以给出火力发电厂发电效率计算的例题,学生在亲自计算后,深刻体会到目前我国火力发电厂的实际效率不高的现状,并开始关注如何提高效率的问题,这时可以将该问题留给学生,并提示随着蒸汽动力循环的深入学习,他们将得到想要的答案。本人在教学实践中发现这种故设悬念的做法,在激发学生的求知欲,提高教学效果和活跃课堂气氛方面均有显著作用。当然这种故设悬念,引导学生思考的教学方法的具体实施,则需要从系统的角度,依照教学进程依次设置。本人认为以下过程可作为设置悬念的主线,即从能量能否转换到能量转换是否有规律可循,从能量是否守恒到能量守恒过程是否一定能进行,从理论可以进行的过程实践上为什么不被采取到理论上完美的过程能否实践上努力实现。围绕这条主线去设置疑问能发挥学生学习的主观能动性。当然设置悬念的时候一定要注意从现实生活出发,这样才能真正激发学生的兴趣,引导学生自我思考。

  二、重视教学中的育人

  尽管工程热力学是广大学生以及教师公认的较为枯燥的基础课程,然而工程热力学却蕴含了大量的为人处世道理,如果能将属于自然科学的工程热力学与人文教学结合教学,不仅起到提高教学效果的功能还能达到很好的育人功能。例如,围绕热力学第一定律可向学生讲述付出与收获之间的道理,围绕热力学第二定律中能量自发转换的方向性问题,可以向学生传达这样的思想:提高个人素质是一个从低品质向高品质转换的过程,因此不是一个自发的过程,需要付出代价才能实现。换而言之,在校大学生要懂得要提高个人素质,将来赢得用人单位的认可,现在必须通过努力才能实现。同时工程热力学所涉及的领域为能源,众所周知,能源是当今世界各国争夺的主要资源之一,资源问题最能激发学生的时代责任感。然而学生在中学时代,知道得更多的是国家地大物博,各种资源尤其是煤炭资源丰富,尽管也知道人均占有率不高,但是并未深刻意识到能源的合理使用对当前能源抢夺局面的改善作用。因此在绪论中除了重点给出学习学框架外,还应该介绍各国的能源利用政策以及能源利用效率,让学生认识到我国能源利用过程与发达国家之间的差距,唤醒学生的爱国心和责任感,提高学生学习动机。总之,加入人文育人思想后,工程热力学的教学会变得更加活泼,学生的学习参与热情也逐步提高,因此重视教学中的育人功能是不可忽视的教学方式。

  三、注重工程应用,加强实践

  传统教学过程中,学生往往通过做题目巩固所学知识,并且效果不能皆尽人意。尤其对应用性很强的课程,做题目只是辅助手段而不是最佳的方式。要将工程热力学这门课程的抽象性剥除,非常有必要在课余时间带领学生参观学科所应用的领域,例如火力发电厂。一般在取得学院认可的条件下,可以与当地火力发电厂建立联系,在绪论讲授完,或蒸汽发电讲授前,可分批次带领学生进入电厂学习参观,在参观过程中使学生了解发电厂的流程,了解汽轮机、锅炉、给煤机等设备以及发电原理;参观过程中,结合安全工程专业特点,可多提醒学生电厂发电过程中可能存在的危险有害因素;也可以向学院申请邀请电厂安环部负责人以讲座的形式给安全工程专业学生系统讲述电厂蒸汽机发电时存在的危险有害因素;制冷和制热学习过程中,带领学生了解空调、冰箱的工作原理。这些都有助于学生认识课程的重要性并牢固掌握知识点。为提高学生的实践参与度,可以要求学生提交实践学习报告,并作为该课程考核内容之一,达到解放学生为考试而被动学习的局面。此外工程热力学知识点比较抽象,有必要开设部分课内实验,让学生掌握压力、温度、热量等基本量的测量方法,并运用课堂讲授的相关基本知识观察实验现象、分析处理实验数据,巩固并加深有关理论知识,促进理论联系实际,以利于培养学生分析问题和解决问题的能力。

  四、充分利用多媒体技术

  多媒体具有直观、信息量大的特点,非常适合于复杂和抽象课程的教学。运用多媒体创设教学情境,有助于激发学生学习兴趣,以其独特的形、声、景扣动学生的心弦,化无声为有声,化静为动,使学生进入一种喜闻乐见的、生动活泼的学习氛围,从而使学生产生极大的学习兴趣。[3]工程热力学中所研究的能量转换必须基于热力状态的变化,即在状态变化的过程中实现能量转换。而从一个状态到另外一个状态必然经过一定的过程,因此示功图p-v图、示热图T-s图是工程热力学非常重要的工具,甚至可以说是工程热力学独特的语言。实际气体包括水蒸气、湿空气,工程应用包括动力循环以及制冷制热循环的研究中都用到了这种图形化的语言。这种图形化的语言是动态过程的描述,因此可以借助多媒体的动态、形象特点将静态的图动态地展示给学生。通过这种动态教学,可以将抽象的理论学习化为直观易懂的学习。‘

  五、总结

  工程热力学作为安全工程专业基础课的重要特性已为大家所共识,如何探索适合安全工程专业的教学方式成为提高安全工程毕业生素质的重要途径。本文从构建教学框架、故设悬念引发思考、重视教学中的育人、注重工程应用和充分利用多媒体技术五个方面都进行了教学方法改革的初步探索,实际应用中效果较为明显。但课程学时数的有限使教学改革需要分配好学时数,甚至占用学生部分课余时间。各院校可以根据培养目标以及生源状况进行选择性改革。虽然本文归纳了一些改革要点,但时间关系,系统性及充分性尚需要在今后的教学实践中进一步归纳完善。

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