“工程热力学”课程教学改革的探索

黄胜

摘 要 华东理工大学多年来以“厚基础、强实践、高素质、具有创新精神和国际视野的社会英才”为人才培养的目标定位，重视对学生全方位的培养。以夯实学生理论基础、强化学生实践能力为目的对“工程热力学”课程的教学改革进行了探索。课程教学改革从优化课程教学内容，构建课程知识结构体系，加强理论结合实践以及突出重点和难点等途径展开。实践证明课程教学改革提高了教学质量，有效夯实了学生理论基础、强化了学生实践能力。

关键词 工程热力学 教学改革 厚基础 强实践

中图分类号：G642文献标识码：A

工程热力学是热力学最先发展的一个分支，属于应用科学（工程科学）的范畴，是工程科学的重要领域之一。工程热力学是从工程的观点出发，研究物质的热力性质、能量转换规律以及热能直接利用等问题。它是设计计算和分析各种动力装置、制冷机、热泵空调机组、锅炉及各种热交换器的理论基础。工程热力学是工科专业中一门必不可少的技术基础课程，在基础课与专业课中起着承前启后的作用。“工程热力学”是华东理工大学（以下简称“我校”）能源与动力工程专业本科生的工程基础课程。

我校能源与动力工程专业成功入选2019年度国家级一流本科专业建设。因此，通过课程教学改革不断将 “工程热力学”课程打造成一门“金课”以支撑我校能源与动力工程国家级一流本科专业建设势在必行。

1工程热力学主要内容

工程热力学主要研究热能和机械能之间相互转换规律及提高能量转换效率的途径和技术措施，树立节约能源、合理用能的观念。工程热力学课程的知识容量大，不仅包括经典热力学的知识，还包括气体动力学、动能设备、热能工程和制冷工程等多学科领域。课程内容主线明确，主要包括理论基础和工程应用两个部分，在学习基本理论的基础上，再对实际的热力过程或热力系统的具体问题进行研究分析，获取提高能量转换效率的可行措施。我校采用谭羽非等编著的《工程热力学》（第六版）作为授课教材，理论基础部分主要包括：（1）热力学基本概念：如热力系统、状态及状态参数，热力过程及热力循环等的基本定义及分类;（2）热力学第一定律的实质及应用于不同热力系统的表达式;（3）实现热能与机械能相互转换的工质—理想气体与水蒸气的热力性质及基本热力过程;（4）热力学第二定律的实质及数学表达式，提出热力过程及循环方向的判据。工程应用部分主要包括压气机的工作过程、气体与蒸汽的流动、气体动力循环和蒸汽动力循环等。在基础理论学习的基础上，对工程应用过程中的实际热力过程和热力循环进行研究，分析实际过程或循环的转换效率，进而分析影响循环效率的因素并找到提高循环效率的途径。

2工程热力学课程的特点

工程热力学是一门技术基础课程，其中涉及大量的公式推导及定律或定理应用问题，具有内容多且杂、公式多且应用条件复杂、概念多且抽象以及图表多的显著特点。基于上述特点，工程热力学课程讲授过程中更多地偏向于公式推导和原理介绍，是典型的“难教、难学、难考”的三难课程。因此，历年来我校能源与动力工程专业的学生都感觉该课程内容难度较大。从期末考试结果来看，部分学生出现了基本概念不清，公式适用条件不清等问题，这和课程内容的逻辑严密性、结论抽象性有着密切的关系。鉴于课程以上特点，如果没有合适的教学模式，学生学习起来难免感觉枯燥，从而影响学习效果。

3课程教学改革的具体举措

3.1优化课程教学内容

工程热力学课程是研究能量及其转换规律的基础应用型学科，主要内容包括热力学基本定律、常用工质的热力性质以及热力过程和热力循环的分析计算等，涵盖内容广泛，与工程实践结合紧密。我校工程热力学课程仅40学时，在有限的学时内为保证教学质量，教材上的内容不可能全部涉及，应在保证课程基本理论体系完整的前提下，对教学内容进行合理的调整优化。例如，能源与动力工程专业重点关注热能与机械能间的转化规律。因此，教材中关于化学热力学基础、溶液热力学基础和热力状态参数的微分关系式的内容不详细讲述，学生可课后自学。因我校能源与动力工程专业设置有制冷技术课程，因此，制冷循环章节的内容也不详细讲述。工程热力学中与大学物理重复的理想气体性质及状态方程部分不再详细论述，直接利用其结论，重点讲解其应用和热力过程。同时，结合本专业学科特点和后续专业课程设置，除了必须掌握的基本理论内容，适当强化与后续专业课程密不可分的内容，如水蒸气、湿空气和蒸汽动力循环等相关内容。

此外，应结合当前技术发展，及时更新教学内容。如介绍气体动力循环的燃气轮机时，可介绍美国 GE 公司、德国西门子公司等企业的最新机型及其性能;讲到蒸汽动力循环时，可介绍回热循环、再热循环以及热电循环在实际过程中的应用情况及其对热效率改善的效果，可耐700℃材料的研制等国际最新成果以及热电厂节能减排技术进展等，这样可以大大提高学生学習的兴趣。

3.2构建课程知识结构体系

工程热力学课程的知识点较多，同学们在学习过程中往往“只见树木不见森林”。通过对工程热力学知识体系的研究和分析，可以发现每个章节都有明确的脉络和主线，在掌握课程脉络和主线的基础上开展学习有助于提高学生的学习效果。授课教师应在课程伊始就“高屋建瓴”地为学生构建好课程知识结构体系，便于学生从整体上把握课程内容，明确各部分内容之间的关联，这样在学习各个章节内容时，目的性就会更加清晰，学习效果将大幅提升。

工程热力学以研究热功转换的基本热力学原理及其在工程中的应用为基本线索贯穿始终，整个教学内容围绕这一主线展开。先介绍基础理论，如相关的概念、热力学的基本定理与定律、工质的基本热力性质及热力过程等，后介绍理论知识的工程应用。在对每个章节进行总结时，不仅让学生掌握本章节知识结构框架，更要了解其与前后章节的联系。这样，学生以基本线索串联所学知识，内容更具条理性，避免知识点凌乱。通过不断学习、思考，学生对课程构架有整体性的理解，同时也培养了科学的学习方法。