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【基金項目】長沙理工大學2016年度校級研究生教研教改項目：新形勢下動力工程及工程熱物理研究生課程優化設置研究（JG2016YB05）。
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0158-02
1.引言
能源是人類活動的物質基礎，社會的發展離不開優質能源。對于目前的中國而言，實現經濟增長與保護環境的平衡將是未來面臨的一個嚴峻挑戰。為此， 2014年國務院了《能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）》，明確強調要深化能源體制改革，加快重點領域和關鍵環節改革步伐。2016年，國家發改委等聯合《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，提出了未來十年中國能源互聯網發展的路線圖。改革與發展已經成為了能源行業的顯著特征。隨著產業結構調整與培育新興戰略產業步伐加速，節能減排與新型能源產業的戰略地位將愈加突出，能源行業的機制體制改革以及能源互聯網的興起，對能源技術人才提出了更新和更高的要求。中國能源產業近幾年發展迅速，社會各界都積極投入到先進能源技術的開發與產業的建設當中，但在這繁榮的表象背后，由于技術、管理、投資等原因，還存在諸多問題。這些問題究其本質仍然是人才的問題，要解決這個問題，就必須從教育入手，大力培養人才[1]。然而，目前我國新型能源技術人才普遍匱乏，高校的科技資源優勢還未完全在能源領域釋放出來，在人才培養方面急需跟上國家戰略發展新常態。
研究生教育是一項系統工程，它包括了課程學習、實踐研究和學位論文等諸多環節。其中，課程學習是整個研究生培養中的基礎環節，其質量直接決定著研究生教育的質量和水平。因此，良好的課程教學是達到學習目標、提高研究生培養質量的前提。為此，2013年教育部等部門聯合發出《關于深化研究生教育改革的意見》，明確要求加強課程建設，重視發揮課程教學在研究生培養中的作用。
動力工程及工程熱物理一級學科以能源的開發、生產、轉換和利用作為主要的學科應用背景，在整個能源領域起著支撐和促進作用。經過多年的探索和努力，國內研究生教育在動力工程及工程熱物理領域取得了較好的成績。但總體上看，我國研究生教育還未能完全適應經濟社會快速發展的多樣化需求。隨著研究生教育的深入發展，現行的研究生課程體系出現了許多亟待解決的問題。因而，如何根據國家的戰略需求及行業的人才需求， 改革和完善現行的研究生課程教學狀況， 是一項十分緊迫的任務。
2.現狀及存在的問題
2.1對研究生課程教學認識上存在偏差
就目前我國大部分高校研究生教育重點而言，以各省、直轄市相應的優秀研究生學位論文評選為契機（2013年之前還有全國百篇優秀博士論文），各高校每年也進行相應的優秀研究生學位論文評選，此外學校還制定了各種優秀研究生論文獎勵辦法等相關的質量激勵措施，出臺了研究生創新計劃，研究生國家獎學金的評選也直接與學生的論文及參與的項目直接掛鉤，研究生培養過程中“學術論文為重”的培養取向日益明顯，這在一定程度上確實能保障研究生的培養質量，無疑具有積極意義[2]。但作為研究生培養過程中的另一個基本環節――課程教學，獲得的相對關注較少，這直接導致了高校研究生課程教學工作相對滯后，其課程教學質量還有待進一步提升。
2.2研究生課程結構有待進一步優化
我國特色的研究生教育課程體系一般由學位課程和非學位課程組成。但是動力工程及工程熱物理是一門綜合性學科，涉及到工程熱力學、燃燒學、傳熱傳質、多相流等多方面知識，此外隨著科學技術的飛速發展，人們在不同的學科基礎上不斷開拓新的研究熱點，學科交叉的趨勢越來越明顯。然而課程內容是實現課程教學目標的有效載體，因此在科學知識更新速度的加快和人才培養課程結構的滯后性之間，矛盾日趨明顯，課程結構的基礎性、先進性和綜合性承載著調和這一矛盾的重擔[3]。盡管課程優化設置已經成為我國研究生教育改革的一項重要內容，但與國外一流研究生教育機構相比，差距仍很大。因此，如何建立科學的研究生課程體系，滿足不斷發展的行業和國家需求，是一項重要而緊迫的任務。
2.3 跨學科課程和有關科學研究方法的課程缺乏
在現有的課程教學體系中，一個比較薄弱的環節是只開設了傳統的研究生理論課程，而忽視了一些重要的跨學科課程和有關科學研究方法的課程。目前我國研究生課程教學管理實行的是學分制，從課程內容上看，包括政治課、英語課、專業基礎課以及本研究方向的專業課程。動力工程及工程熱物理下轄若干個二級學科，其學科交叉性強，理論與技術發展迅速，許多問題僅靠某一學科的專業知識是難以解決的，需要多學科知識去協同應對，如若缺乏跨學科課程及科研能力培養方面的課程，那么對于學生在該領域的創新發展極為不利。
3.對策及建議
3.1 提高對研究生課程教學的認識
首先要真正重視課程設置在研究生培養中的作用，改變長期以來重學術論文、輕課程學習的現狀。針對此問題，以長沙理工大學為例，2015年學校研究生院出臺了《長沙理工大學研究生課程建設實施方案》，把研究生教學工作的重要性提到了一個新的高度，規范了課程設置審查，加強了教學質量評價，研究生院還成立了由教學經驗豐富的老教師組成的課程教學督導小組，實時檢查研究生課堂教學并反饋意見，教學效果將直接影響教師的個人考評。這些措施都極大地強化了研究生課程教學在培養過程中的作用。
3.2 對課程內容進行國際化和工程化
總體上，我國的能源科學與工程與發達國家相比還是有一定的差距，多年前美國、澳大利亞等國就投入巨額資金大力發展能源學科，大力培養能源人力資源。因此，可以通過與國外高校間研究生聯合培養項目，設置國際化課程，增強課程內容的國際前沿性，也可以通過發達的網絡技術充分利用國外豐富的網絡課程資源，加強國際化課程設置。動力工程及工程熱物理學科面向能源科學，具有極強的工程應用性，已經滲透到工業社會的各行業中，因此研究生課程也必須具有較強的工程適用性，可適當引入實踐課程，在師資隊伍中引入企業導師或者與企業聯合培養學生。此外，針對該學科快速發展的特點，可以增加專業選修課的比例，拓寬學生的知識面，增強專業科學素質。
3.3 增設跨學科選修課及科學研究方法的課程
根據研究生研究方向與培養目標，適當增設跨學科選修課更有利于學生科學能力的培養。如對于太陽能研究方向的學生，可以跨學科選修物理學、材料類的課程；對于風力發電技術方向的學生，可以選修部分機械結構強度、結構完整性等方面的課程。研究生只有具備跨學科的知識，才能更好地從另一個角度了解本專業，才能夠充分借鑒相近領域的理論和方法，在專業領域內做出新的成績。學習一定的科學研究方法，對剛開始從事研究工作的研究生十分必要，提高研究效率，也能使得學生在不斷發展的科學中始終具有學習與研究的能力，始終保持較強的創新能力。
4.結語
各高校必須根據自身發展特色和國家戰略需要，緊跟能源行業發展新形勢， 對動力工程及工程熱物理研究生課程教學進行新的思考與研究， 深化課程教學理論、完善培養單位課程體系改進、優化機制；增強研究生課程內容的國際前沿性和工程實踐性，通過高質量課程學習強化研究生的科學方法訓練和學術素養培養，構建符合專業學位特點的課程教學體系。這些對進一步提高學科建設水平具有重要意義。
參考文獻：
通過熱處理實踐促使學生對抽象問題的理解，通過基本原理的運用詮釋實踐過程的各種現象。因此，在該課程的教學中必須加大實踐教學的力度，對傳統的實踐教學模式進行改革。筆者結合我院《熱處理原理與工藝》課程實踐教學開展的情況，提出了實驗教學改革與實踐的幾點體會。
一、《熱處理原理與工藝》實踐教學存在的問題
1.教學內容陳舊，學生自主實驗訓練不足。由于受重視程度或實驗條件的限制，大多數熱處理實驗內容沒有隨著實驗技術手段的進步進行改進，這些很多年不變的實驗內容難以具有挑戰性，學生難以發生興趣或產生求索的欲望，從而不重視實驗，達不到預期目標。而且，傳統的熱處理實驗側重于學生單項技能和對知識的驗證為主，綜合性、設計性實驗比重較輕，尤其是學生自主的開放性實驗訓練很少。這樣就不能將熱處理課程中的不同熱處理工藝串聯起來進行實驗訓練，缺乏讓學生進行系統地綜合運用所學知識與技能的主線。
2.教學模式單一，學生創新能力培養缺乏。材料專業涉及熱處理實踐的環節主要有課程實驗、實習實踐和畢業論文階段。在實驗教學環節，教師詳細講解實驗原理、實驗步驟、注意事項等，學生根據流程進行實際操作；在實習實踐環節，學生在企業主要看生產過程和聽師傅講解，動手機會很少；在畢業設計環節，教師擬定題目，下達任務書，學生在教師指導下進行實驗。在這些實踐環節，教師是教學的主體，學生根本沒有獨立思考，只要按照教師的要求“照單抓藥”即可。這種實踐教學模式難以提高學生的動手能力和分析問題、解決問題的能力，缺乏對學生創新思維、創新能力的培養。
3.教學資源匱乏，實踐教學質量難以保證。隨著學生規模的急劇增加，材料專業實踐教學過程中不同程度的存在教學資源匱乏的問題。一方面，學生的擴招造成硬件設施的相對不足，導致實驗任務安排與落實困難，造成實驗安排在時間上相對集中，實驗過程給學生參與動手的機會少，等等問題，使得實驗教學匆匆走過場。同時，學生人數的增多也增加了實習實踐的困難，企業不能接納更多的學生進行實習，導致學生實習時間變短，實習過程走馬觀花。這些原因導致熱處理實踐教學流于形式，實踐教學改革難以落到實處，實踐教學質量自然難以保證。
二、《熱處理原理與工藝》實踐教學改革的措施
1.優化實踐教學內容，增加學生自主性綜設實驗的比重。將大部分驗證性實驗項目整合成適合于使用仿真實驗或多媒體教學軟件教學，增加綜設性實驗比重，要求學生根據實驗條件自主選材，自己設計熱處理工藝方案并實施操作，獨立觀察顯微組織和測試力學性能，鍛煉學生發現問題、分析問題、解決問題的能力；更新實驗內容，創新實驗項目，確保實驗教學內容科學前沿，注重傳統與現代的結合、學與用的結合，在此基礎上建立熱處理相關的開放性實驗項目庫，鼓勵學生在課外根據個人興趣自主選擇實驗項目進行探索研究，培養學生的自主實踐能力和科研興趣。
2.充分挖掘校內外資源，改善實踐教學條件。充分利用依托我院建設的國家復合改性聚合物工程技術研究中心、貴州省材料結構與強度重點實驗室、貴州省激光技術應用工程研究中心、材料測試與結構分析實驗中心等資源，建立儀器設備共享機制，為熱處理實踐教學創造良好的實驗條件。加強與中航工業143廠、183廠、154廠、標準件廠及西南工具集團、貴州合潤鋁業、貴州金飛輪轂等建有熱處理生產線的大中型企業合作，聯合建立了學生實踐實訓基地，加強熱處理實踐教學條件建設，讓學生在生產現場直接進行熱處理實踐技能和創新能力的鍛煉和體驗。
3.改革實踐教學模式，建立多元化的實踐教學體系。利用我院每年舉辦的金相技能大賽和參加全國大學生金相技能大賽的機會，組織學生進行制樣培訓和比賽。在此過程中，學生通過不同熱處理狀態金相試樣的比較直觀了解到熱處理工藝對材料的組織性能的影響，能夠加深對熱處理的感性認識。同時，向學生全面介紹本學院教師的科研方向、承擔的課題等信息，鼓勵學生聯系相關教師申請參與科研實驗，同時支持學生組成課題組申報國家級、省級和校級大學生創新創業訓練計劃，在教師的指導下獨立進行金屬熱處理相關項目的研究，將熱處理的基本原理和工藝運用到科研實踐中，進一步提高學生利用所學知識解決實際問題的能力。此外，在實習過程中針對實習工廠生產的實際情況，設計相關的實踐項目，讓學生帶著項目、帶著問題進行有針對性的實習并撰寫實踐報告，增強學生解決工程實際問題的意識和能力。
4.完善網絡資源，建立網上實驗平臺。通過網頁、微博、QQ群等方式搭建網上實驗平臺，將實驗設備資料、實驗教學教案、儀器操作視頻、開放實驗項目等相關信息共享在平臺上。學生可以在網上了解儀器設備功能、實驗方案設計、基本操作過程等內容，根據自己的興趣選擇實驗項目或自擬項目進行網上預約實驗，并可通過網絡平臺提出問題、尋求幫助，教師可以在網絡平臺上及時進行解答指導，增強教師和學生的互動。網絡平臺的建立不僅可以提高學生自主實驗的便利性，更可以激發學生的學習興趣，培養學生的動手能力和創新能力。
[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）21-0110-02
課程建設是促進教學的有效手段，也是提高教學質量的有效措施。一般來說，課程建設包括教材選用、教學內容選擇、實驗教學和教學方法等方面。筆者從上述幾個方面對材料熱力學課程建設進行一些初步探索。
一、精選教材
心理學和教學經驗反復證明這樣兩條原則：第一，凡是過淺過易的教學內容，會降低學生的學習興趣；第二，凡是過深過難的教學內容，也會降低學生的學習興趣。材料熱力學作為材料科學與工程專業的基礎課程，有多個版本的教材，可選擇的范圍較廣。筆者在材料熱力學的教學過程中體會到徐祖耀等人編寫的《材料熱力學》和郝士明等人編寫的《材料熱力學》比較適合本科生深層次的學習或作為研究生的教材，相比之下，江伯鴻編寫的《材料熱力學》要淺一些，考慮到我校材料科學與工程專業學生的學習基礎，因此我這幾年一直使用江伯鴻編寫的《材料熱力學》作為教材，使用李洪曉等人編寫的《材料熱力學習題與解答》作為教學參考書。
二、調整教學內容
（一）側重典型例題的講解
教材選擇后，教學內容的選取與優化成為課程建設的關鍵。材料科學與工程專業是研究材料制備、組成、組織結構與性能之間關系以及材料應用的學科，因此相變是材料科學與工程專業學生學習的重點?！恫牧蠠崃W》前半部分主要講述熱力學的基本概念原理，后半部分主要講述熱力學原理在相圖和相平衡、表面和界面等領域的應用。學生在學習材料熱力學以前已經學習過物理化學，熱力學的基本概念原理在物理化學課中都已經講過，但是考慮學生對物理化學的知識掌握得不太好，我在材料熱力學前面幾次課中安排熱力學的基本概念和原理的復習內容，重點講述熱力學基本原理在材料科學中的應用，比如：選擇熔化和凝固過程的熱量計算以說明熱力學第一定律在計算相變熱效應的應用，選擇熔化和凝固過程的熵變或自由能變化計算以說明熱力學第二定律在判斷相變方向的應用等。我將教學重點放在熱力學原理在相圖和相平衡、表面和界面等領域的應用，主要包括相律及其應用、單元系的相平衡、二元系的相平衡、曲面熱力學和表面吸附等方面內容。
筆者在材料熱力學的教學過程中一直以熱力學基本原理在材料科學中的應用作為教學重點，因此在課堂上我一般只對構成材料熱力學理論框架的重要定理和公式進行簡單地推導，對于其他定理和公式，我一般簡單分析一下它們的內涵和適用范圍，不做詳細的推導，而把教學重點放在這些定理和公式應用上。我從李洪曉等人編寫的《材料熱力學習題與解答》中精選出一些與材料科學密切相關的典型例題作為課堂講解的內容或者作為學生課后的作業，從科研項目和企業生產實踐中精選出一些與實踐密切相關的案例補充到授課內容中，以培養學生運用理論知識解決實際問題的能力。
（二）增加與實踐相關的內容
材料熱力學向來是以抽象的理論、復雜的推導和繁瑣的計算為特點，若在課堂講授中從理論到理論，只注意基本概念的講解、數學推導及計算，學生會感到枯燥無味，產生厭學情緒。我在材料熱力學教學中，引入很多實踐環節的內容，使得枯燥的理論和鮮活的實踐相結合，激發學生的求知欲。筆者經常將科研內容融入教學內容中。有一些學生參加過鈦基激光熔覆層方面的大學生創新研究，我在講解自由能判據這部分內容時會引入鈦基激光熔覆層中原位合成TiB和TiC增強相這部分科研內容，說明自由能判據在復合材料中原位合成增強相方面的應用。我的一個科研項目是有關無鉛滑動軸承材料制備工藝的。在這個項目中，我使用碳纖維替代鉛青銅涂層中的鉛組元以提高滑動軸承材料的耐磨減摩性能。我將這部分科研內容引入表面和界面這一章中，向同學們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復合涂層時要使用表面預鍍銅的碳纖維為原料。筆者也經常將企業生產實際融入教學內容中。在講解封閉體系的熱力學基本方程時，我會舉金剛石工業生產的例子以說明公式（αG/αT）P=-S和（αG/αT）T=V的應用。我曾經做過一個有關特種粉末的產業化生產項目，為了節約水資源和滿足政府的環保要求，我采用反滲透將生產過程中產生的氯化銨廢水進行純化，循環使用。在講解滲透壓這部分內容時，我引用這個例子來說明如何根據廢水中離子的濃度計算出滲透壓，進而為反滲透設備中泵的選型提供依據。
（三）引入實驗教學內容
在高等教育中，實驗教學在學生綜合能力和創新能力培養中，起著理論教學無法替代的特殊作用，如學生通過實驗課學習多方面的實際知識技能，在他們畢業走向社會后，這些知識和技能與所學到的理論知識一樣重要，有的則比理論知識更早、更快地發揮作用；通過實驗教學可以開拓學生的思路，激發探索精神，培養學生分析問題、解決問題的能力和歸納綜合能力；通過實驗教學可以訓練學生從事科學研究的能力；實驗教學使學生在不同程度上接觸與科學技術相關聯的，使他們能正確對待和解決與科學技術的關系，這對學生走出校門后能較快地適應社會形勢的要求有積極的作用；同時實驗教學也可以消除或減輕學生對科學研究的幻想，使學生對科技事業的艱苦性和平凡性有一定的思想準備。江伯鴻編寫的《材料熱力學》這本教材中沒有實驗方面的內容，為了彌補這一缺陷，我增加了“差示掃描量熱法測量材料的比熱容”和“計算機用于相圖計算”兩部分實驗內容。
三、改革教學方法
（一）應用討論式教學，提高學生的參與度
討論式教學法強調在教師的精心準備和指導下，為實現一定的教學目標，通過預先的設計與組織，啟發學生就特定問題發表自己的見解，以培養學生的獨立思考能力和創新精神。我在材料熱力學的授課過程中非常重視討論式教學方法的應用。我會結合剛講授過的材料熱力學知識，設計一些與科研和工程密切相關的問題，讓學生以小組的形式相互討論共同完成。在下次上課時，我會讓某個或某幾個小組推舉同學上臺講解，其他同學提問，最后老師點評和總結，以培養學生自主解決問題的能力。
（二）采用板書和多媒體相結合的教學方式
筆者在講授材料熱力學時，通常采用板書的形式，因為我覺得板書能將公式的推導和例題的計算一步一步清晰地展現出來，讓學生們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學能提供形象、生動、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節約教師板書和畫圖的時間，提高講課效率，我曾經嘗試過使用多媒體來展示解題過程，但學生們反映多媒體講課速度較快，跟不上教師的解題思路，影響師生之間的交流。近年來，我傾向于以板書為主，多媒體為輔的教學方法。我一般將課堂要講述的主干內容用板書簡單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學跟上老師的講課思路，對于一些抽象難懂的概念，我經常找一些圖片和視頻，使講授的知識更直觀、形象和生動。
四、改進考試方法
考試是知識水平的鑒定方法，大學階段的考試成績與學生評優、畢業甚至就業直接相關。學生的學習過程大多圍繞考試這根指揮棒轉，因此如何用好考試這根指揮棒，對提高教學效果至關重要。由于材料熱力學的概念多、公式多且難以記憶，因此采用閉卷考試學生要花費較多的時間和精力去背概念和記公式，難免與運用熱力學基本概念和基本原理解決材料科學問題的教學目標相違背。我傾向材料熱力學采用開卷考試的考核方式，在試題的設計上，避免出一些填空和名詞解釋等一些死記硬背的題目，而出一些判斷題和選擇題等靈活運用熱力學基本概念和基本原理解決問題的題目，問答題和計算題都是與材料科學具體問題相關聯的，必須掌握熱力學基本概念和基本原理以及實際應用才能正確解答。我希望通過這種考核方式，改變學生在應試教育下形成的學習方式，明確學習目的，提高自身運用知識解決實際問題的能力，養成獨立思考的習慣。
[ 參 考 文 獻 ]
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中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.059
近年來，我國參照有關《華盛頓協議》成員國的做法，開展了面向我國本科教育專業進行工程教育專業認證工作?！白吭焦こ處熃逃囵B計劃”旨在全面提高我國工程人才培養質量，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高素質各類型工程技術人才。我校的化學工藝專業于1998年獲原化工部高等學校重點學科，同年獲得碩士學位授予權。2004獲湖北省教育廳“有突出成就創新學科”，2006年為湖北省第四批立項建設的擬增列二級學科博士學位點?；崃W課程在化工類人才培養中起著承前啟后的作用，是基礎課和專業課之間不可缺少的“橋梁與紐帶”。同時，化工熱力學又是應用性很強的課程，它的內容是后續分離工程、化學反應工程等課程的重要基礎，其核心任務在于培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生將熱力學基本原理應用于化工技術領域能力的目的。為更好地推進“卓越工程師教育培養計劃”，僅僅將書本中的知識講解給學生是遠遠不夠的。化工熱力學課程教學改革需要在激發學生興趣的基礎上將理論知識和實際運用結合，公式概念和現代化設計軟件結合，根據自己學校本身化工專業的特色和優勢，開展相應的化工熱力學教學工作。本課題將以我?；づc制藥學院化學工程與工藝專業的本科生為研究對象，圍繞我?；I認證與卓越工程師培養背景下化工熱力學課程教學中貫徹工程實踐能力培養的教學方法改革與實踐，提出一些建議和思考。
1 加強師資隊伍建設，提升整體素質
事業要發展，關鍵在人才，基礎在教育。基礎教學工作需要強大的師資力量作為后盾，只有完善的教學系統，才能定制出一套幫助學生學習的好方法?；崃W是化學工程的基礎學科，具有很強的理論性和應用性，書中有大量的公式和定律，不乏較多的難點，這些對教師如何很好地提升教學效果，讓學生聽得懂，用得到，有很大的挑戰。目前，學院一些教師對書本上的理論知識熟悉，但工程經驗以及理論教學和實際運用之間的相互轉換相對薄弱，這讓學生在學習的過程中或因理論知識過于枯燥而影響學習積極性，這不僅阻礙了教學效果，也不利于適應經濟社會發展需要的高質量人才的培養。針對這些問題，學校應該采取措施，建設一支以“卓越計劃”為根本的高水平的師資隊伍。（1）注重優秀教師的引進，優先聘請既有化工生產實踐經歷，又懂得化工熱力學基礎教學的優秀老師；（2）學院要加大校企合作力度，讓老師有更多的機會深入實踐，在實踐中切實感受理論與實際生產之間的差別和聯系，在以后的教學工作中能更好、更全面地將化工熱力學中的理論知識與工程實踐結合起來。（3）教師之間定期開展教學工作會議，反饋近期教學中遇到的問題，對那些教學過程中學生普遍存在的疑問和教學難點要集中討論，給出解決方案，動態教學提升教學質量。（4）學校應與其他院校建立學科教學網絡，共享教學成果與心得，從中汲取好的教學方法和新的教學思維，提升學科的教學質量。
2 優化課本內容，重視化工熱力學課程學習的應用性
“理論與實際結合，原理與應用并重”應該是化工熱力學教學內容的優先考慮條件?；I認證和卓越工程師培養背景下化工熱力學課程的教學應該旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，課程的教學既要有專業性，又要有社會實用性。對于化工熱力學書本內容上的教學提出以下幾點建議。（1）根據專業認證與卓越工程師培養的要求，根據學校教學計劃的調整，課時的縮減，重構符合工程認證與卓越工程師培養計劃的化工熱力學課程教學內容體系；（2）根據化工熱力學基本概念多、公式多、推導多，難點多的特點，重視化工熱力學學習內容的聯系性，例如從流體的P-V-T關系及熱力學性質出發，到流體的相平衡和化學反應平衡，最后與傳質、分離，反應工程相聯系，將基礎內容聯系起來，對于復雜問題的解決很有幫助；（3）提出“從生活中來到生產中去”教改思路，啟發學生在日常生活中用熱力學的原理去分析問題。比如冰箱的工作原理與空調是否相同？打開冰箱門能起到降溫的效果嗎？通過這些生活例子引入講解制冷循環與熱泵循環的原理，可以使學生的理解和掌握這類循環的應用；（4）收集化工生產中化工熱力學的應用實例，在教學中注意與工程實踐相結合，以生動的例子來講解熱力學原理的應用。如“液化氣成分的選擇”、“以壓縮天然氣為燃料的出租車的里程問題”以及“低溫熱管降服青藏鐵路凍土‘多動癥’”、“化工熱力學與遏制全球變暖的關系”等科學前沿成果等這些與教材和生活緊密結合的化工生產實例都可以運用到化工熱力學的教學中。
3 加強現代化軟件的應用
當前，計算機技術已經廣泛應用到化工科研，設計和生產等各個領域，大部分工程設計和實驗研究都需要借助強大的化工軟件。熱力學性質計算和化工過程模擬分析都可以借助化工軟件來實現。在化工熱力學課程教學的過程中，應該加強現代化軟件的應用，將專業知識和計算機軟件應用相結合，讓學生能運用已學的現代化化工軟件來解決課本和生活中的實際問題，模擬和分析簡單的化工過程。對于流體P-V-T的教學時，可以引入Math-ematica軟件求解立方型狀態方程的根，也可以采用Newton-Raphson迭代法數值求解。講解相平衡時，將工程上常用的Aspen Plus軟件引入到氣液相平衡計算中，模擬精餾分離甲醇-水混合物的過程。對于數據計算類，包括實驗數據處理、物料衡算、能量衡算、精餾塔設計計算和經濟評價等，可以運用Matlab，Visual Basic等常用軟件。現代化工軟件的學習不僅可以培養學生的學習興趣提升綜合實力，也為后續的化工分離工程等學科的學習打下基礎，增強了工程意識，適應了化工專業認證與卓越工程師培養的要求。
4 將教學與本校專業特色建設相結合
學校專業特色建設是提高辦學質量的關鍵所在。近十多年來，高校超常發展帶來一個負面化問題是同質化嚴重，學校特色淡化。我校的特色學科化學工程與技術為地區經濟提供了巨大的幫助，是中南地區唯一培養化工礦山相關專業人才的本科院校，在磷資源開發利用方面，學術水平居于全國領先地位。湖北省磷化工中心就設在學校。除了在磷資源開發方面，石油煉制，精細化工等都是學校的特色專業。學校在化工方面有自己的特色和發展，化工熱力學也是大化工方向的基礎課程，可以將本課程的學習與學校化工特色專業相結合，這樣既有先進的思想做指導又可以為我校特色專業的發展培育人才，為國家走新型工業化發展道路，建設創新型國家和人才強國戰略服務，符合卓業工程師教育培養計劃的初衷。學校的超臨界流體萃取新技術可以運用化工熱力學中的氣液平衡和氣固平衡來解釋，書本上所介紹的直接式熱泵精餾、間接式熱泵精餾、閃蒸再沸式熱泵精餾、蒸汽噴氣式熱泵精餾和吸收式熱泵精餾過程，如果是僅僅依賴教師課堂上的講授，學生只能簡單地了解這些技術，講到這些技術時可以將學生帶到學校的精細化工中試車間，讓學生直觀地感受這些工程技術，然后輔助熱力學上的知識講解，可以讓學生更好地掌握這些知識。利用學?；ぬ厣珜I現有的資源，開展更多這樣生產實踐活動，對化工熱力學的教學工作有很大幫助。
5 結語
針對化工熱力學課程的教學，國內許多高等學校都進行了一些富有意義的探索，如開展化工熱力學精品課程建設、雙語教學研究等方面的嘗試。但迄今為止，基于化學工藝專業認證背景，結合卓越工程師培養的化工熱力學課程工程實踐教學的探討，還亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技術和制造行業，化工熱力學課程的教學需要更為科學、深度的改革。始終本著以培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，對促進高等教育面向社會需求培養人才，全面提高工程教育人才培養質量為目的，深化對化工熱力學課程教學的改革。
*通訊作者：金士威
武漢工程大學教學研究項目（X2013010）資助
參考文獻
[1] 張春桃，王海蓉.基于“卓越工程師”培養目標的化工原理精品課程改革探索與實踐[J].化工高等教育，2012（6）：15-17.
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[3] 劉英杰，楊基和，徐淑玲.基于卓越工程師的化工工程設計課程改革及實踐[J].化工高等教育，2014（2）：52-55.
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0179-03
一、引言
學習化工熱力學課程的目的是為了解決實際問題，物性數據的計算是本課程的重要內容，因為過程工程的研究、設計、操作與優化中都離不開物性數據。從容易測量的性質推算如U、H、S等難測量的性質；從溫和條件的物性數據推算航天發射、深潛高壓等苛刻條件下所需的物性數據；等等。這些都有重要的理論與實際意義。
由經典熱力學原理能方便地建立起不同性質之間的聯系（即普遍化關系式），為實現不同性質之間的推算提供依據。但要推算出具體系統的性質數據，還必須引入反映系統特征的模型，如狀態方程等。
作者簡介：馬利敏（1978-），女，遼寧西豐人，中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，講師；姬忠禮（1963-），男，山東汶上人，中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，教授。（北京 102249）
基金項目：本文系“2010年中國石油大學（北京）校級重點教學改革項目”及“2012年中國石油大學（北京）青年教師專項培養基金”（項目編號：KYJJ20120415）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0106-02
一、系統節能原理課程改革的背景
在強調節能、注重環保的今天，使從事與能源開發、利用與轉化緊密相關工作的學生掌握系統節能原理的精髓并能夠學以致用有著非常重要的社會意義。系統節能原理是中國石油大學（以下簡稱“我?！保┠茉磁c動力工程專業一門重要專業課，32學時。其基礎理論部分，以工程熱力學基本定律為基礎。工程熱力學重點講授熱力學第一定律和熱力學第二定律的熵分析法，引入分析法。在本課程中，上述內容仍是重點，需重復介紹?；A理論是晦澀與枯燥的，如只是重復介紹，不易激發學生學習興趣，難以獲得滿意的教學效果。因此，研究如何組織教學工作，使本課程與工程熱力學做好銜接，激發學生學習興趣，幫助其加深對基礎理論的理解，提高解決實際問題的能力，是十分必要的。同時，本課程還缺乏適合的教材，需要編寫課程講義。目前，缺乏能夠同時將經典及新興能量分析法進行全面介紹的教材，而在能量分析法的應用部分，也需要結合我校行業特點、畢業生就業去向，針對石油石化領域工程應用背景設置教學案例。我校于2010年批準了該課程的教學改革計劃，經過近幾年的努力，該教改計劃已經初步完成。
二、課程教學內容體系建設
教學內容改革是教學改革最核心、最基本的問題。教學內容主要由熱力學第一定律、熱力學第二定律熵分析法和分析、新的能量系統分析評價方法介紹組成。其中，根據教學目的與任務有效組織教學內容，要與基礎課程工程熱力學第一定律、第二定律知識點的學習有機結合，既避免教學內容的簡單重復，又要使學生通過本課程的學習對第一定律、第二定律有更為深刻的認知，并使學生能夠利用兩個熱力學基本定律熟練進行能量系統分析與評價、以及高效學習和應用新的分析、評價與優化方法。
1.熱力學第一定律
熱力學第一定律是工程熱力學教學內容的重點，主要講授閉口系統與穩流開口系的熱力學第一定律能量方程式的表達式及應用。在本課程中，進一步強調熱力學第一定律的一般表達式即：“進入系統的能量-離開系統的能量=系統總儲存能的變化”的正確靈活應用，重點介紹如何分析、列出非穩態充、放氣熱力過程的能量方程式，幫助學生進一步增強利用第一定律進行能量分析的能力。同時，通過對節流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等熱力過程分析來幫助同學們對第一定律的局限性有更為深入的理解。
2.熱力學第二定律熵分析法
熱力學第二定律是工程熱力學教學內容的重點與難點，主要講授熱力學第二定律的數學表達式，具體包括：卡諾循環+卡諾定理、克勞修斯積分不等式、閉口系及開口系統熵方程、孤立系統熵增原理。在本課程中，考慮到判斷一個熱力循環是否可行、可逆的數學判據容易理解而且是熱力過程的特例，故重點講述閉口系及開口系熵方程、孤立系統熵增原理。
在該部分從以下四個方面進行介紹：對于狀態參數熵的辨析：辨析熵是狀態參數與過程無關，強調判斷一個熱力過程能否進行、可逆的參量不是過程熵變而是過程熵產，引出后面由熵方程及孤立系統熵增原理計算過程熵產的知識點；重點講授熵方程的一般表達式，即：“進入系統的熵-離開系統的熵+過程熵產=系統熵變化”，通過典型例題幫助同學能夠利用熵方程列出閉口及開口系熵方程，并求取過程熵產；重點解析孤立系統熵增原理的實質及解題特點，并通過典型例題幫助學生認識到孤立系統熵增原理與熵方程的一致性：孤立系統熵增即熵方程中的熵產；作功能力損失方面除了介紹計算公式、通過計算熱力過程熵產及作功能力損失，還著重結合對節流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等具體熱力過程分析讓學生體會第一定律與第二定律之間的聯系及第二定律的獨有貢獻。
3.熱力學第二定律分析法
由于學時有限并且概念抽象難以理解，分析法在工程熱力學中屬于選講內容，即便講授，也多是簡要介紹。本課程中，分析法是授課重點，從以下四個方面進行講授：第一，概念及計算公式，包括機械、熱量（冷量）、內能、焓和化學。第二，重點講授方程的一般表達式“進入系統的-離開系統的-過程損=系統變化”，通過典型例題幫助同學能夠利用方程列出閉口及開口系方程，并求取過程損。同時，在分析典型例題時，引導學生同時用熵分析法來計算過程的作功能力損失，讓學生自覺地認識到分析法中所得到的損失即熵分析法中計算的作功能力損失、體會兩種分析法的一致性及分析法的優勢。第三，效率、損系數的概念及公式，以及在典型熱力設備、過程及熱力循環中的計算。第四，針對本學科領域典型的火力發電裝置、燃氣輪機發電裝置和低溫制冷裝置、LNG液化裝置、天然氣凈化裝置、油田聯合站等，設置工程背景很強的案例，教師與同學們一起分析循環裝置及各組成設備的效率、損失及損系數等，讓同學們認識到分析法在進行系統能量分析時的重要性及提高利用該方法解決實際工程問題的能力。
4.新發展起來的能量系統分析與優化方法
介紹能級分析法、經濟學、夾點技術、全生命周期分析法、能值理論等新發展起來的能量系統分析與優化方法的基本理論及應用，鼓勵學生查閱相關文獻獲取更多知識。這部分內容與留給學生的學習報告緊密相關，將在下文介紹。
目前還沒有適合于本專業本科教學的系統節能方面的教材，本課程教學內容主要參考自沈維道等[1]主編《工程熱力學》、朱明善等[2]編著《工程熱力學》、傅秦生[3]編著《能量系統的熱力學分析方法》和馮霄[4]編著《化工節能原理與技術》、何雅玲[5]主編《工程熱力學精要分析典型題解》等教材及專著，結合教學團隊多年來收集整理的工程案例編寫成講義供教師及學生使用。
三、教學方式改革
教學中的主體是學生，調動學生學習主動性，提高其學習興趣和學習效果是教學方式改革的目的。學生們對于國際上最新的、與未來工作緊密相關及實用性強的知識以及確實能提高自身素質與能力的教學環節更感興趣。
1.采用多媒體與板書有機結合的教學模式
充分利用多媒體教學信息量大，圖像、視頻生動形象的特點，同時結合傳統板書講解復雜推導更容易被學生掌握的優點以提升教學效果。這種授課方式既可以增大授課信息量、有效吸引學生注意力，同時又能使學生通過與老師一起板書推導對所學重點、難點有更為深刻的認知。
2.提高課堂教學吸引力
通過針對每一個重要概念及知識點設計的系列典型例題、思考題吸引學生注意力，激發學生學習興趣，引導其積極參與到教學中來。而且教學團隊經過多年的教學和科研積累，收集并提煉出與石化工程緊密關聯的工程案例，通過案例的討論和分析，增強學生學習理論知識的興趣，提升課堂教學的互動效果，增強學生運用理論知識分析并解決工程實際問題的能力。
3.布置作業形式靈活多樣
對于重要的基本概念，以讀書筆記的作業形式激發學生學習興趣。本課程涉及眾多抽象概念和公式，追溯熱量、溫度、熵、熱力學第二定律、等重要基本概念的由來、發展歷程，可使學生在搜集資料的過程中對這些概念有一個直接的感性認知，同時也有助于學生認識到這些知識在本學科發展中的重要作用。
要求學生組成2～3人的學習小組，除常規課下作業外，課上作業以小組為單位完成。課上作業為教師針對每次課的重點和難點內容設計的多為填空、選擇和問答形式的練習題，課前打印好分發給每個學習小組。在講課過程中，留出適合時間讓學生及時完成。教學實踐表明課上作業非常利于學生把握住和消化吸收重難點知識，且能提高學生學習的注意力，達到良好的教學效果。
四、課程考核方式的教學改革
本課程考試采用閉卷+學習報告的形式。在閉卷考試中，只有一種類型題，即計算題。本課程一個重要教學目的就是使學生能夠熟練、正確應用第一、第二定律尤其是分析法分析實際裝置的用能情況，所以考查學生的學習效果應用型計算題是較為合適的。
學習報告要求每個學習小組（2～3人組成）圍繞與本學科緊密相關的實際裝置進行國內外能量分析與優化方面的調研，提交1份不少于4000字、有5篇以上參考文獻的學習報告，并根據報告內容制作ppt，每小組選派1名學生進行報告，匯報10分鐘，討論5分鐘。報告題目憑學生興趣自選。學習報告這種考核形式不僅促使學生自主學習，開闊視野，加深認知，而且可以鍛煉和提高學生多方面的能力。學生們自選的題目有：超臨界及超超臨界蒸汽動力裝置；燃氣輪機裝置；燃氣蒸汽聯合循環裝置；冷熱電三聯供裝置；地源熱泵裝置；低溫磁制冷裝置；煤制油裝置；燃料電池；低溫地熱發電裝置；天然氣壓氣站燃氣輪機余熱利用；天然氣凈化裝置；油田聯合站；LNG接收站冷能利用等等。
近4年的教學實踐也表明學生們非常接受和歡迎這種考核形式，并且每一年都會有讓教師感到驚喜的學習報告，這也說明要想學生切實提高學習能力、扎實掌握專業知識確實也需要教師有意識地去創造機會及科學引導。
五、教學效果
經過近4年的教學實踐，團隊通過對歷年學生評教、學生考試成績分析以及學生在本科畢業設計及成為本校研究生后所選與系統節能原理相關方向課題的表現等進行了調研，證明該課程改革是卓有成效的。學生對工程熱力學及系統節能知識的接受能力增強，學習興趣明顯提高。靈活適宜的授課方式、作業形式以及考試方式受到學生的普遍歡迎?？傊?，通過課程建設與教學實踐，使學生在學習過程中發揮了主體作用，激發了學生學習興趣，提高了學生的綜合能力，教學效果良好，達到了既定教學目標。
參考文獻：
[1] 沈維道，童鈞耕. 工程熱力學[M]. 第四版.北京：高等教育出版社，2007.
[2] 朱明善，劉穎，林兆莊，等.工程熱力學[M]. 第二版.北京：清華大學出版社，2011.
化學熱力學的研究方法和手段已從傳統的化學、化工領域滲透擴展到生物、材料、工程等眾多新興領域。
本書是化學熱力學叢書的第三冊。
這套化學熱力學叢書是建立在普通熱力學和化學熱力學基本概念、知識基礎之上的深化、擴展和補充。具有理工科背景的讀者已接觸過熱力學的基本原理和函數，可以處理無電場作用和無表面效應的、理想介質中簡單的相平衡和化學平衡問題。
內容難度介于導論型課程和專題研究之間，為化學和材料科學相關學科的深入研究打下堅實基礎。同時討論微觀（統計熱力學）和宏觀兩個尺度下的模擬，以及兩者之間的密切聯系。將這些模型應用于氣、液、固相，既包括純物質的簡單情形，也拓展到多組分復雜體系。
在純固相的模擬中，采用愛因斯坦和德拜的諧振子模型分別計算了四類固體：原子、分子、離子固體和金屬的正則配分函數，由此可求得恒容比熱容和膨脹系數。
在固相溶液的模擬和表征中，引入了簡單溶液模型，討論了合金中有序/無序轉化的熱力學，還介紹了固相溶液中組分活度系數的實驗測定方法。
關于固體的非計量學、純固體中的點缺陷，從擬化學現象的觀點闡述了缺陷間的平衡。
關于固相溶液的點缺陷，討論了絕緣和半導體離子材料中參雜的作用，以及點缺陷產生的平衡常數的計算方法。
全書內容共分為4章和2個附錄：1. 純結晶固相；2. 固相溶液；3. 固相中的非計量學； 4. 固相溶液和結構單元。附錄1. 拉格朗日乘子法；附錄2. 薛定諤方程的求解。
本書可作為化學、物理、過程工程，材料等專業本科生和碩士、博士研究生的教材，同時也是從事熱力學相關基礎和應用研究的專業技術人員的重要參考書。
陳宏剛，教授
（華北電力大學）
Chen Honggang， Professor
（North China Electric Power University）Michel Soustelle
Modeling of Liquid Phases
2015
作者簡介：裘薇（1976-），女，浙江臨安人，上海電力學院能源與環境工程學院，講師；朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學院能源與環境工程學院，教授。（上海?200090）
基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設項目（編號：20105302）的研究成果。
中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）21-0062-02
工程熱力學是研究熱能和其它形式能量（特別是機械能）相互轉換規律以及提高能量轉換效率的一門學科，是熱能與動力工程專業的一門必修的主干專業基礎課程，也是學生開始接觸的第一門和熱能工程有關的課程。工程熱力學不僅為學生學習相關的專業課程提供必要的基礎理論知識和基本技能，也為學生日后從事熱能利用、熱設計、熱管理和熱控制等方面的專業技術和科學研究工作打下必要的理論基礎。
近幾年，隨著學校的不斷發展，上海電力學院先后開設了“熱動卓越工程師班”、“電廠自動控制”、“電廠測控”、“電廠核電”新專業和獲得了“熱能工程”碩士點的授予權。為了適應新時期人才培養及“085工程”的需要，教師除了繼續承擔“熱動專業”的“工程熱力學”教學任務外，還將面向“電專業”和研究生開設不同層次內容的工程熱力學課程，因此，為了提高本課程的教學質量，有必要對“工程熱力學”課程教學方法及手段開展更高層次的研究工作。
一、教學目標
根據專業人才培養的需要，“工程熱力學”課程的教學目標是通過本課程的學習，應使學生掌握工程熱力學的基本理論和基本知識，受到較強的基本技能訓練，能正確進行熱力過程和熱力循環的分析和計算。教學方向定位于基礎科學理論與工程實際之間的橋梁，著重培養學生應用基礎知識解決工程實踐問題的能力，為后續專業課的學習奠定堅實的理論基礎。課程的特點是：將工程熱力學作為一個整體來組織教學，并借助于現代教育手段、密切結合實驗與專業課程，進行完整、系統的教學。
二、教學改革采取的措施
教學方法和教學手段的改革是服務于課程體系和教學內容的改革，它是實現教學目標的重要措施?！惫こ虩崃W”課程的邏輯性很強，各部分內容又交叉滲透，一環扣一環，而且概念抽象，是一門難教難學的課程，所以在教學的過程中，需要注意教學的方法和手段，使學生能較好又容易地理解教學內容。
1.教學方法的改革
（1）開展教學研討活動，理解教學思路。通過開展多次教師試講活動，對本課程的教學目標、教學要求、教學方法等有比較清楚的認識。教學目標要從學生專業課的學習以及職業發展的需求考慮?；A課不只是為后續課程服務，為專業的學習服務，更重要的是培養學生的科學素質和科學思維方式，提高他們分析問題和解決問題的科學研究能力，使學生眼光遠、層次高、后勁足。教學上需要控制教學內容的難度。注意將教學內容及習題的難度控制在適當的水平，難度太大的習題，會過度加大學生的負擔，不提倡作為作業而布置。教學中需要清楚講述知識點產生的背景和來龍去脈，爭取用一條主線將各章節的內容穿起來，避免對知識點的孤立講授，避免學生孤立地理解知識。教學中需要介紹本學科在工業、民用及高新技術領域的一些應用實例，加深學生對基礎知識的理解，使學生充分認識本門課程的重要性，提高學習的興趣和積極性。
（2）注重學生應用能力和創新能力培養。在課程教學過程中注意理論聯系實際，注重工程應用。以往學生反映“孤立系統熵增原理和作功能力損失”這部分內容抽象難懂。在教學中可舉一個工程實例：大氣環境溫度為-10℃，為保持計算機房內20℃，需每小時向機房供熱7500kJ。若采用三種方式供熱：（1）電熱器；（2）電動機帶動熱泵；（3）溫度為80℃的熱水供暖，讓學生分析三種情況的熵增和作功能力損失。使用這種工程例子好處是：學生接觸的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和實用價值，可以使學生加深對這部分內容的理解。同時從實例的比較中，學生自己也可領悟出一個道理：對能量應從量和質兩方面綜合評價，才能真正找到節能途徑。
講述教材內容和工程實踐有機聯系。例如：制冷循環的原理與制冷裝置、冷藏庫、家用空調、電冰箱的聯系，濕空氣的相關知識在空氣調節、電廠冷卻塔中的應用，郎肯循環與火力發電廠實際循環等。通過介紹這種內在聯系，使課堂教學內容生動，幫助學生理解所學知識和原理在實際中運用。
改變以往全部由教師做習題點評的方式，請學生上講臺講演自己的解題方法，其他同學評判和討論。通過各抒己見，對比分析，最后達到“明辯是非”。教學實驗表明：采用這種做法，激發了學生學習興趣，學生的解題方法明顯增多，有些學生的解題思路相當活躍。
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.04.039
Teaching of the First Law of Thermodynamics and
the Second Law of Thermodynamics
WU Hequan， XIE Wenhong
（College of Automative and Mechanical Engineering，
Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hu'nan 410114）
Abstract Details of the emergence and development of the first law of thermodynamics， the second law of thermodynamics and the linkages between them. Further understanding of the process of teaching the knowledge of thermodynamics has played a good role in promoting， improving the quality of teaching.
Key words First Law of Thermodynamics; Second Law of Thermodynamics; Carnot theorem
0 引言
“工程熱力學及傳熱學”課程是主要研究熱能與機械能互相轉換以及熱量傳遞規律的一門學科?！肮こ虩崃W及傳熱學”圍繞能量轉換與傳遞這一主線，是對工程熱力學及傳熱學兩個研究方向的綜合。其特點是涉及內容廣，知識點多，主要包括熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力過程計算、傳熱學的基本概念、換熱器熱計算等。它在社會生活中的應用是非常廣泛的，在很多領域包括現代工業、農業、交通運輸和國防建設等。雖然熱機發展一百多年，已經非常完善，很多熱力學理論已經在實踐中得到了應用。但是在面對如今國際社會能源短缺、環境污染等問題中，推進熱力學的研究，提高能源的利用效率是解決這些問題的一個關鍵。而熱力學第一和第二定律是熱力學基礎，學好并掌握這些基本理論，才能更好地研究熱能傳遞和轉換的規律并把它轉化成實際成果應用到社會生產生活之中。
1 熱力學第一定律概述
熱力學第一定律實質是能量守恒定律在熱現象上的應用。能量守恒定律可以表示為：自然界的一切物質都具有能量，能量有多種不同的表現形式，可以從一種形式轉化為另外一種形式，也可以從一個物體傳遞給另外的物體，在轉化和傳遞過程能量保持不變。熱力學第一定律則可以表述為：熱可以變為功，功也可以變為熱;當一定量的熱消失時，必產生等量的功;消耗一定量的功時，必產生與之相應數量的熱。表達式為： = +。熱力學第一定律否認了能量的無中生有，正因為如此那種不需要任何動力和燃料就能持續做功的第一類永動機只能是幻想。
能量轉換與守恒定律首先是從力學中以“活力守恒”的形式提出來的。系統吸熱，內能應增加;外界對系統做功，內能也增加。若系統既吸熱，外界又對系統做功，則內能增加等于這兩者之和。熱力學第一定律就是能量轉化和守恒定律。十九世紀中期，在長期生產實踐和大量科學實驗的基礎上，它才以科學定律的形式被確立起來。著名物理學笛卡爾在1644年就提出了“運動守恒”的概念，隨后德國數學家萊布尼茲引入了“活力”的概念，意大利物理學家伽利略研究斜面問題和擺的運動，斯蒂芬研究杠桿定理。伯努利的流體運動方程實際上就是流體運動中的機械能守恒定律，1834年愛爾蘭物理學家哈密頓《論動力學的普遍方法》，提出了哈密頓原理。至此能量守恒定律及其應用已經成為力學中的基本內容，為能量守恒定律的建立準備了條件。1841～1843年，德國科學家邁克爾和英文物理學家焦耳提出了熱能與機械能相互轉換的觀點，為熱力學第一定律的建立奠定了基礎。
熱力學第一定律的確立，突破了人們關于物質運動的機械觀念的范圍，從本質上表明了各種物質運動形式之間相互轉換的可能性，說明運動形式相互轉換的能力也是不滅的，是物質本身固有的。
2 熱力學第二定律
熱力學第一定律說明了熱能是可以轉換的，可以由熱能轉換成機械能，也可以由機械能轉換成熱能，而且能量不會消失。但是如果僅僅只是這樣，那有很多現象是解釋不了的。比如一輛小車給它一定動能，讓它在路上行駛，走了一段路程后，由于小車和路面有摩擦，小車速度逐漸減小，最后停止。原來的動能全部轉化為摩擦產生的熱能，然而反過來，這些熱能能還給小車，再重新讓它動起來嗎？再比如一個燒紅了的鍛件，放在空氣中便會慢慢冷卻。顯然，熱能從鍛件散發到周圍環境中了;周圍環境獲得的能量等于鍛件放出的熱量。反過來，這個已經冷卻了的鍛件能從周圍環境中收回那部分散失的熱量，重新赤熱起來嗎？這樣的過程都不違反熱力學第一定律。然而，經驗告訴我們，這是不可能的。
所以在熱能轉換為機械能這一問題中，除了要遵循熱力學第一定律，還要滿足其它約束條件。這就是熱力學第二定律的研究內容。熱力學第二定律的實質就是指出了一切自然過程的不可逆性，也就是說自然界中的過程具有方向性。過程總是自發地朝著一定的方向進行。機械能總是自發地轉變為熱能;熱量總是自發地從高溫物體傳向低溫物體等等。這些自發過程的反向過程（稱為非自發過程）是不會自發進行的。這種不可逆的過程可以用熵來描述。自然界的一切自發過程都是朝著熵增大的方向進行的。只有可逆過程，系統的熵保持不變。這就是熵增原理，這是熱力學第二定律的其中一種表述方式。
在熱力學第二定律告訴我們能量轉化具有方向性。即機械能可以百分之百的轉化為熱能，但熱能轉化為機械能的效率不可能達到百分之百。那么熱機的效率最高能達到多少呢？1824年，法國工程師卡諾提出了一種熱效率最高的循環――卡諾循環。它包括兩個等溫過程和兩個絕熱過程。如果把高溫熱源的溫度記為，低溫熱源的溫度記為，通過熱力學計算可以得到卡諾循環的熱效率表達式 = /。當高溫熱源的溫度足夠高，而低溫熱源的溫度足夠低的時候，卡諾循環的熱效率理論上可以無限的接近1，因此可以說卡諾循環的熱效率最高。從中可以得出以下結論：（1）卡諾循環的熱效率只決定于高溫熱源和低溫熱源的溫度，也就是工質吸熱和放熱時的溫度;（2）增大，減少，可以提高卡諾循環的熱效率;（3）卡諾循環的熱效率只能小于1，不能可能等于1。因高溫熱源的溫度不能等于無窮大，低溫熱源的溫度也不可能等于零。這就表明熱能不可能全部轉變為機械能;（4）當 = 時，卡諾循環的熱效率為零。這表明，在沒有溫差存在的熱力系統中，熱能不可能轉變為機械能?；蛘哒f，單熱源的熱機，即第二類永動機是不可能造成的。
在卡諾定理的基礎上，人們總結出了熱力學第二定律的兩種主要表述方式?？藙谛匏拐f法：熱量不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體。開爾文說法：不可能從單一熱源取熱使之完全變成有用功而不產生其它任何他影響。它們都說明了自發過程的不可逆性，可以證明這兩種表述方式是等價的。那種設想把海洋或空氣當作單一熱源，從中吸收熱量并完全轉化為有用功的第二類永動機是不可能實現的。
熱力學第二定律的意義實際已經遠遠超出了熱機熱效率的范疇，它指出了自然過程進行的方向性，說明了能量品質的高低。
3 結語
熱力學第一定律和熱力學第二定律是人們在日常社會生產實踐中總結出來的普遍規律，它們被許多實驗和具體實踐證明是正確的。熱力學第一定律和熱力學第二定律的建立，奠定了工程熱力學與傳熱學的理論基礎，也徹底了永動機的幻想。大學生在學習熱力學第一定律和熱力學第二定律時應該理解它的內容，實質，掌握它的重點和難點。了解熱力學第一定律和熱力學第二定律的發展過程，要學會自我歸納總結，做到獨立思考。教師應該把精力放在提高熱力學第一定律和熱力學第二定律的教學深度以及加強實踐應用上。熱力學第一定律和熱力學第二定律是自然界的普遍法則，蘊含了大道理，驗證了辯證唯物主義思想，所以教師應該把事物發展的科學道理在這一章充分展現出來。熱力學第一定律和熱力學第二定律是“工程熱力學及傳熱學”課程的重要內容，也是理工科學生必須掌握的基本知識，因此對它們進行深入研究有利于提高課程的教學質量。相信對熱力學第一定律和熱力學第二定律的研究一定會推動社會的進一步發展。
基金項目：長沙理工大學教改課題項目
參考文獻
[1] 李岳林，劉志強，武和全.工程熱力學與傳熱學[M].北京：人民交通出版社，2013.
工業過程中的物理、化學過程無不涉及能量的轉換和傳遞問題，而熱力過程又是實現能量轉換和傳遞的必要途徑。以熱力過程為研究對象的工程熱力學課程在專業學習中起到重要的作用。結合這幾年熱力學教學改革實踐以及我校實際，本文將分析過控專業所開設的工程熱力學課程教學中存在的問題，并就其改革的方向和方法進行探索和思考。
一、工程熱力學在過程裝備與控制工程專業中的地位
過控專業的總體框架為以“過程設備”為主體，以“過程工程”和“過程控制”為兩翼的“一體兩翼”。其中，過程設備主要是以焊接為主要制造手段的（諸如換熱器和鍋爐等）過程設備和以機械加工為主要的制造手段的（諸如壓縮機、離心機、泵、內燃機和汽輪機等）過程設備。這些過程設備的共性在于，其目的是要通過一系列過程來獲得產品，這些過程伴隨著流體工質的運動和能量的轉換。而工程熱力學的研究內容就是通過工質的狀態變化實現能量的轉換、通過掌握能量的轉換規律獲得提高能量轉化效率的途徑。同時，過程裝備與控制工程專業的知識結構有三個層次：專業理論基礎知識、專業技術基礎知識和專業知識。在專業理論基礎知識中，熱力學基礎就是其中重要的內容之一。因此工程熱力學是過程裝備與控制工程專業的一門重要的專業理論基礎課。查閱相關文獻，不難發現目前在工程熱力學教學方法的探討和改進方面有許多有效的措施，但其中絕大部分都集中在能源動力類專業工程熱力學教學上。雖然這些方式方法大多也可借鑒到過控專業工程熱力學的教學改革中。但由于專業發展方向的不同，使得課程改革相應的側重點也難免會有所差異。具體針對過控專業工程熱力學教學改革還少有文獻發表。為此本文僅針對內蒙古科技大學的實際情況，提出過控專業工程熱力學教學改革的一些建議和思考。
二、工程熱力學在過控專業存在的問題
1.我校過控專業設在機械工程學院。學院在制定培養方案和在學生培養過程當中均主要偏向于機械裝備方面。因此，過控專業學生的能源應用意識和對能源轉換的理解上要滯后于能源動力類專業的學生。但正如本文前面所分析的，過控專業實際上又是與能源應用和轉換密不可分的。
2.工程熱力學課程內容知識點非常多，而且各個知識點之間又相互緊密聯系。同時課程中的概念十分抽象，具有較強的理論性。這在一定程度上增加了學生學習的難度和積極性。而這在過控專業更為突出，在教學中學生普遍反映熱力學課程太難，書中公式太多，內容抽象，從一開始就產生了厭學情緒。
3.不同專業方向對工程熱力學知識需求的側重點不同，而針對不同專業安排教學內容、教學課時以及教材的選取還有待進一步完善。
三、工程熱力學在過控專業教學中的探索與思考
1.結合過控專業特色和專業方向，整合工程熱力學教學內容
我校除了過控專業，還有建筑環境與能源應用工程專業、熱能與能源應用工程專業均開設有工程熱力學課程。對于后兩個專業而言，其工程熱力學課程學時數較多，并且它們的能源應用的方向性和技術性與工程熱力學要更加緊密。而過控專業相對來說熱力學學時數偏少，其專業方向性與工程熱力學就不是那么緊密。因此，在過控專業中所講授的熱力學課程內容就不能像能源動力類專業中那樣面面俱到。那么只能根據過控專業的專業特點和專業方向對熱力學內容進行取舍。優化后的工程熱力學主要教學內容為：熱力學第一定律及由其而展開的開口、閉口系統能量方程式；熱力學第二定律及由其而展開的卡諾循環與逆卡諾循環到孤立系統熵增原理；壓氣機的熱力過程；制冷循環、動力循環；以及系統工質（如水蒸氣）的熱力性質；其中一些基本概念（如熱力系統、功、熱、焓、熵、理想氣體、狀態方程等）貫穿在以上內容的講解當中。
2.選定適用于過控專業的教材
目前出版的絕大部分工程熱力學教材都是根據能源動力類專業的特點和發展方向來編寫的。而能源動力類相應的熱力學教材，不論是在教學內容上，還是在知識結構的編排，以及工程實例的選取上，都不能滿足過控專業的實際要求。以內蒙古科技大學為例，學校開設有多個能源動力類專業，相關熱力學教學師資力量較強。因此，基本是都是由能源動力類的專業老師來擔任過控專業的教學任務。同時，由于過控專業與能源動力類專業分屬不同的學院，在教學、培養方案、教材以及教學人員等方面無法實現有效的統籌規劃。此外，一些熱力學任課老師為了自己上課方便，在擔任過控專業工程熱力學教學時，往往就直接采用能源動力類熱力學教材和講義。這些在一定程度影響到因材施教，同時也加大了過控專業學生的學習難度，從而影響學生學習積極性。因此，選定與過控專業相匹配的熱力學教材，并編寫相應的講義對提高過控專業工程熱力學教學水平具有重要作用。
3.提高知識點講解的通俗易懂性
工程熱力學是一門理論性較強、知識點繁瑣、公式多、內容抽象的專業基礎課。因此，如何對各個知識點的講解做到通俗易懂是非?？简炄握n老師大智慧的。例如，任何一本教材都有它的局限性。例如同樣一個知識點，就出現在適用于過控專業教材的陳述和解釋上沒有能源動力類教材解釋的清晰易懂的情況。因此，在講義的編寫過程中，在課堂的講授中，不能局限與所選用的教材。作為熱力學任課教師要廣讀相關熱力學書籍和教材，平時留意日常生活的點點滴滴，這樣有利于例舉出與日常生活緊密相關的實例進行講解，從促進學生對知識點的理解。根據學生實際水平因材施教。熱力學的一個特點就是公式形式多、公式推導多。基礎差的學生聽起來會十分枯燥而且不好理解。那么我們可以明確就告訴學生不用去深究其如何推導得到的，只要熟悉幾個重要公式如何使用就可以了，但這就需要在教學中通過舉例或實踐來加強這些公式的應用。在實踐中引出并講解公式的應用，比直接生硬的推導出一堆公式要更容易讓學生理解和接受。
4.加強以過控專業過程工程為背景的情景教學
過控專業突出工業過程的控制，而熱力過程又是工業中最為常見的過程之一。熱力學課程的主要任務是通過對課程
的學習，提高學生熱力學基礎理論水平，培養學生分析和處理問題的抽象能力和邏輯思維能力，為學生從事工業過程尤其是熱力過程的設計與控制工作奠定必備的理論基礎。但同時，通過課程的學習來培養學生對實際熱力過程的分析，做到實際工程于理論相結合顯得更為重要。因為這一方面可以培養學生的工程意識，另一方面可以加深學生對課程知識的認識，提高學習興趣。因此在工程熱力學的教學上，要注重工程實踐的融入。構建實際的工程情景。將熱力學知識點融入到情景中去講授。例如，將空調實際制冷、供熱過程引入逆卡諾循環的講解中。讓學生理解逆卡諾循環為什么能夠實現制冷和供熱功能。理解制冷系數和供熱系數的實際意義和價值；將機械領域常見的壓縮機、內燃機等實際壓縮、膨脹等熱力過程引入到閉口系統、開口系統能量方程知識點上。以加強學生對能量方程的工程應用價值的理解，培養學生工程意識。
5.增加熱力學基礎實驗學時，提高實踐能力
相對于能源動力類專業，我校過控專業學時數較少。再加上專業方向偏重于機械類。因此早期該課程教學大綱制定上就沒有安排基礎實驗學時。但是從多年教師授課和學生學習情況來看，增加一定學時的熱力學基礎實驗是非常有必要的。在課程安排上，可以精簡一部分理論知識的講授來滿足實驗學時。實驗內容不在多，而在于精，具有一定代表性。其中要有必要的熱力過程演示實驗，以提高學生對熱力過程的深入認識；此外還需補充一到兩個綜合性實驗。如制冷循環、動力循環實驗等。這些都可以和內蒙古科技大學能源動力類專業相關實驗相結合來開展。但需要注意的是，在講解及實驗的設計中要突出“過程”這個專業特點。
四、結束語
工程熱力學課程在過程裝備與控制工程專業中具有重要的地位，需要引起足夠的重視。針對專業特點和學生接受能力適時調整優化教學內容，因材施教，探索有效的教學方法，提高教學質量。教學中有意識的構建實踐情景，注重知識的工程應用，在工程應用中學知識，以培養學生的工程過程分析和應用能力，提高學生工程應用素質。
參考文獻：
[1]陶秀祥，孫鳳杰，何京敏.過程裝備與控制工程專業的知識體系與人才培養模式[J].煤炭高等教育，2005，23（3）：91-93.
[2]王元文，龍登云.過程裝備與控制工程專業知識結構和課程體系[J].廣東化工，2007，34（2）：85-87.
關鍵詞：工程熱力學；傳熱學；新能源；教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0176-02
能源是現代社會賴以生存和發展的物質基礎，是國民經濟和社會發展的先決條件。新能源專業的畢業生，肩負著為國家能源發展貢獻力量的重要責任。為達到培養專業知識面廣、基本功扎實和創新能力強的本科人才的目標，作為新能源專業非常重要的必修課――《工程熱力學》和《傳熱學》的課程設計和教學方法探索就顯得尤為重要[1，2]。此前的相關文獻中報道了《工程熱力學》和《傳熱學》教學的優秀經驗[3-6]。本文在此教學經驗的基礎上，對熱工課程的教學內容和教學方法進行優化和探索，以更好地提高學生的創新精神和創新思維。
一、教學內容的優化
教學內容的優化和精選是教學改革的關鍵。作為專業必修課，在學時有限的情況下，如何最大程度地講授最有價值的知識點成為教學的關鍵。
熱工類課程由《工程熱力學》和《傳熱學》兩門課組成?！豆こ虩崃W》按熱力學基本概念、熱力學第一定律、理想氣體的性質與過程、熱力學第二定律與熵、氣體動力循環、水蒸氣、蒸汽動力循環、制冷循環、理想混合氣體和濕空氣、實際氣體的性質等內容分為若干章節；《傳熱學》按照傳熱基本概念、穩態熱傳導、非穩態熱傳導、對流換熱、熱輻射及輻射換熱、傳熱過程與換熱器等分為若干章節。由于新能源科學與工程專業屬于新興產業專業，學科領域廣泛，涉及能源類（如生物質能、太陽能、風能）、化工類（如基礎化學、物理化學、新能源材料）、力學類（如工程力學、流體力學）等多門課程和領域。
在實際的教學過程中，教學內容必須有所側重，應充分考慮到不與新能源科學與工程專業開設的其他相關課程的知識點產生重復。另外由于《工程熱力學》和《傳熱學》課程難度較大，在教學過程中要講清課程中的要點和基礎知識。可以以“基本原理―公式推導―影響因素―實際應用”為主線介紹該課的有關知識，建立每章知識結構圖，讓學生清楚該門課程的知識體系結構。對重點的熱力學第一和第二定律進行原理介紹，仔細推導相關公式，讓學生夯實基礎，使學生在進一步的學習中不會混淆概念，相對輕松地應對課程。此外，注重理論與實踐相結合，例如介紹空調在夏天與冬天的工作原理、冰箱開門對室內的影響，積極引導學生利用熱力學定律進行分析，增加課程的趣味性以提高學生的創新能力。通過優選教學內容，使教學內容始終能反映本學科的專業特點和學術水平，加強學生對后續專業方向的把握。
二、教學方法的探索
（一）以創新性地教帶動創新性地學
科學技術是第一生產力。要想發展經濟，需要加大科研力度、提高科技含量。這已被證明是一種行之有效的道路。與此對應的是，要促進教學質量、提高教學效率，必須加大教學與科研的力度、提高教學與科研互動水平。在當今大力發展科學技術的大背景下，如何提高身為未來科學技術發展主力軍的大學生的學習熱情和創新能力，成為目前高校教學的難題和重點。傳統的直白講課和搜集各種習題以供學生練習只會讓課程變得生硬和枯燥，導致學生的學習效率和學習熱情越來越低，甚至出現了普遍的抄襲作業和遲到早退等不良現象。為了改變這些不良現象，就需要在教學手段上進行創新。教師通過對平時科研工作成果的再學習，并結合對教材的研究，創造性地運用某些方法，使學生對重要問題達到本質上的領悟。在這種途徑中，教師的創新思維方式以及從中體現的一言一行，讓學生耳濡目染、潛移默化，對帶動學生進行創新學習、開發創新思維起到積極的作用。
例如，在進行《傳熱學》教學時，學生往往對傳熱的基本概念，尤其是二維與三維的導熱理論及方程很難理解。一般地教學方式是，教師在黑板上進行微觀導熱原理推導，得出一維傅里葉導熱定律和二維三維傅里葉導熱定律，并給出幾個常用的導熱方程。這種教學方式中，推導過程比較晦澀，給出的方程也較為難懂，學生們很可能只會死記硬背，不能靈活運用。針對以上問題，筆者建議將導熱理論與生活問題相結合，或者采取數學建模的方法，將導熱方程與實踐相結合，選取最適合該問題的模型，以達到課程有趣生動、富有創新性，激發學生們的創新思維。以創新性地“教”帶動創新性地“學”，學生收獲的不僅僅是知識點，更是如何去發現問題、解決問題的實際能力，為以后在新能源科學與工程專業領域的探索中打下良好基礎。
（二）板書教學與多媒體輔助教學相結合
多媒體技術以其圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的呈現使課堂教學達到了全新的境界。在《傳熱學》的講授中，一維的傳熱理論和公式很好理解和應用，但二維與三維牽扯到微觀傳熱理論，以至于推導過程較為復雜，傳熱方程較為抽象難懂。因此需要教師精心準備多媒體課件，通過動態描繪各向同性材料的微觀傳熱過程，讓學生理解不同形狀材料在具有不同位置的熱源時如何進行熱傳導。通過繪制動態的卡諾循環過程，使學生深入理解熱力學第二定律，并理解第二類永動機無法制成的原因。同時需要注意的是，對于工程熱力學和傳熱學，由于信息量大、內容廣，過多地依賴多媒體教學可能會讓學生在短時間內難以消化，因此在教學中對于難度較大的基礎理論部分和原理的學習，板書不可缺少，使學生能夠有充分時間緊跟老師的思維去理解每一個知識點。
（三）課程教學與科研活動相結合
教師可以將全班學生分為若干調研小組，每五個人為一組，選擇新能源與熱工基礎理論相結合的課題，通過查找國內外科技文獻，調研總結新能源專業前沿知識，形成調研報告，鍛煉學生閱讀科技文獻的能力，提前為畢業設計的開展奠定基礎。各小組也可以參與指導教師的科研項目，在實驗室做一些力所能及的科研活動，并通過文獻調研，形成工程熱力學和傳熱學知識系統。課程結束時，各小組以PPT形式向全班同學作匯報，授課老師根據報告提出問題，該組同學進行即時答辯，考查學生對相關知識點的掌握情況。
三、課程考核方式的探索
工程熱力學和傳熱學覆蓋面廣、知識點多，應該采取靈活多樣的考核辦法。在成績的評定方式上，可以設定了四項考核內容，第一部分是學生考勤、課堂互動表現和課堂筆記，通過此部分的考核，提高學生的聽課注意力，鍛煉學生提煉課程重點內容的能力；第二部分是根據每個小組的調研報告、PPT展示、答辯情況打分，鍛煉學生的團隊合作能力、口頭表達能力和應變能力；第三部分是每節課結束前的思考題，采取加分方式，鼓勵學生積極思考；第四部分是傳統的期末考試，考試內容為課程講授的基本內容，專業性強的理論部分強調定性了解，讓學生對熱工基礎有個整體的認識。
隨著新能源科學領域的不斷發展，熱工基礎理論散發出強大的活力。根據新能源科學與工程專業特點，教師還需要在教學過程中，不斷探索教學方法和考核方式，不斷優化課程內容，提升教學質量，使課程教學體系更加科學合理，更好地適應社會對新能源科學與工程專業人才的需求。
參考文獻：
[1]陳登宇.新能源科學與工程專業人才培養模式研究[J].科教文匯（下旬刊），2015，（1）：61-62.
[2]登宇.新能源科學與工程專業（生物質能方向）人才培養探索[J].課程教育研究，2015，（1）：236-237.
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