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篇1

關(guān)鍵詞：研討式教學(xué)；工程熱力學(xué)；啟發(fā)性原則

作者簡(jiǎn)介：耿凡（1982-），女，江蘇徐州人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院，講師；王迎超（1982-），男，山東濱州人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，講師。（江蘇 徐州 221116）

基金項(xiàng)目：本文系2012年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)青年教師教學(xué)改革資助計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2001263）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）05-0076-02

工程熱力學(xué)相關(guān)的熱工技術(shù)和節(jié)能環(huán)保問題日益凸顯，因此，“工程熱力學(xué)”教學(xué)改革需要深入。那么，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其更清晰地理解并掌握抽象概念，把工程實(shí)際問題更形象地展示給學(xué)生并讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去分析、解決實(shí)際問題，這對(duì)高校傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段提出了挑戰(zhàn)。因此，開展研討式授課的教學(xué)模式改革被提上日程。[1，2]

一、研討式教學(xué)改革的指導(dǎo)思想、原則及作用

1.指導(dǎo)思想

根據(jù)“工程熱力學(xué)”課程的內(nèi)容及特點(diǎn)，研討式教學(xué)的指導(dǎo)思想是：以解決問題為中心，通過(guò)教師創(chuàng)設(shè)問題情境，學(xué)生按照課程要求在教師的教學(xué)指引下，對(duì)具體的熱工理論及實(shí)際問題進(jìn)行思考和研究，借助豐富的網(wǎng)絡(luò)資源、必要的實(shí)驗(yàn)及模擬手段，探究其知識(shí)的發(fā)生過(guò)程、提出解決問題的方法。

2.實(shí)施原則

研討式教學(xué)體現(xiàn)的主要教學(xué)原則是學(xué)生主體性原則、啟發(fā)性原則、循序漸進(jìn)原則及和諧性原則。

（1）學(xué)生主體性原則。學(xué)生在研討式教學(xué)模式中成為學(xué)習(xí)行為的主人，始終處于穩(wěn)定的自主地位，在教師的幫助下積極思考，多動(dòng)手、多分析、多總結(jié)，積極發(fā)掘自己的創(chuàng)造潛力，有意識(shí)地占據(jù)課程學(xué)習(xí)的主體地位。

（2）啟發(fā)性原則。教師在研討式教學(xué)模式下以啟發(fā)為主，設(shè)置貼近學(xué)生生活、富有吸引力的情境，提出有思考價(jià)值的問題，這要求教師有全面、深刻、獨(dú)到的見解，了解學(xué)生原有知識(shí)基礎(chǔ)和能力水平，并且有熟練利用現(xiàn)代化手段教學(xué)的能力。[3]如“門窗緊閉房間可否用電冰箱降溫”，據(jù)筆者親身授課經(jīng)歷，這一問題很能吸引學(xué)生的注意力，而且貼近生活。學(xué)生能夠積極思考并能在教師的引導(dǎo)下用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行分析得出結(jié)論。

（3）循序漸進(jìn)原則。教師設(shè)計(jì)的問題要由易到難、由簡(jiǎn)到繁循序漸進(jìn)地進(jìn)行，便于讓學(xué)生順利進(jìn)入狀態(tài)，從而逐漸調(diào)動(dòng)其積極性并提高其研討的興趣；另外，由于學(xué)生個(gè)體的差異，對(duì)設(shè)置問題的接受能力也有所不同，因此，教師也要針對(duì)學(xué)生個(gè)體的具體情況，對(duì)一個(gè)問題設(shè)置多個(gè)角度、多個(gè)層次、多個(gè)梯度便于學(xué)生理解，讓學(xué)生由少到多、由個(gè)體到班級(jí)逐步理解問題。

（4）和諧性原則。研討式教學(xué)過(guò)程中，教師通過(guò)設(shè)計(jì)的問題給學(xué)生指出方向，并適時(shí)啟發(fā)學(xué)生思考，而學(xué)生在所設(shè)置的問題情境中要靠自己來(lái)解決問題，這種導(dǎo)與演的情境創(chuàng)設(shè)了師生之間、學(xué)生之間相互影響、共同進(jìn)步的環(huán)境，呈現(xiàn)出平等和諧的教學(xué)氛圍。

3.作用

研討式教學(xué)包括對(duì)問題的認(rèn)識(shí)、分析和解決各方面，主要或完全由學(xué)生自己來(lái)做，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，開闊其視野，有助于學(xué)生綜合能力的提高。具體作用可分為以下幾點(diǎn)：研討式教學(xué)體現(xiàn)了以學(xué)為本的科學(xué)發(fā)展觀，充分激發(fā)了學(xué)生的主體性；能夠解決“工程熱力學(xué)”理論與實(shí)踐脫節(jié)的難題，能有效提高學(xué)生的實(shí)踐能力；能夠依托“工程熱力學(xué)”課程設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，著重培養(yǎng)其科研能力和創(chuàng)新精神。

二、研討式教學(xué)改革可行性分析

從課程本身的性質(zhì)和特點(diǎn)來(lái)看，研討式教學(xué)方法和手段的改革是可行的。通過(guò)教學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)：學(xué)生能夠通過(guò)課程教學(xué)了解和掌握了“工程熱力學(xué)”的相關(guān)知識(shí)，但由于課堂及實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生對(duì)于抽象概念認(rèn)識(shí)模糊、對(duì)主要熱工問題的認(rèn)識(shí)不深，思路不清晰，解決問題能力十分有限，不少學(xué)生對(duì)此課程失去了學(xué)習(xí)興趣。盡管引起該問題的原因很多，但教學(xué)方法和手段的局限是其重要原因。因此，教學(xué)方法和手段的改革十分重要。

“工程熱力學(xué)”的研討式教學(xué)打破講授為主的模式，預(yù)期在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合實(shí)際問題、以互動(dòng)為主的方式使學(xué)生通過(guò)認(rèn)識(shí)過(guò)程去掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而掌握“工程熱力學(xué)”的基本概念、理論和計(jì)算，并讓其具有對(duì)各種“工程熱力學(xué)”問題進(jìn)行初步定性定量評(píng)價(jià)的能力和分析解決熱工技術(shù)問題的能力。另外，在“工程熱力學(xué)”研討式教學(xué)初見成效后，可將其逐步推廣到“工程流體力學(xué)”、“傳熱學(xué)”等課程中去。

三、研討式教學(xué)改革具體內(nèi)容

開展“工程熱力學(xué)”研討式教學(xué)的具體做法很多，本文擬采從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：

1.常規(guī)教學(xué)為基礎(chǔ)

教師應(yīng)對(duì)當(dāng)前典型熱力學(xué)教材進(jìn)行詳細(xì)閱讀，科學(xué)編輯，根據(jù)學(xué)科發(fā)展對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行部分更新和調(diào)整，優(yōu)化課程內(nèi)容。在已有的較扎實(shí)的“工程熱力學(xué)”課程教案的基礎(chǔ)上，制作與授課專業(yè)相符的具有較高專業(yè)水平的多媒體教學(xué)課件，采用圖、文以及動(dòng)畫等形式為課程教學(xué)提供多樣化、多視角、立體化的教學(xué)信息空間。[4]

2.實(shí)例研討作穿插

教師在課堂講述中適時(shí)引入工程和生活中常見的實(shí)例，如在講“濕空氣”時(shí)，讓學(xué)生思考簡(jiǎn)單問題：“為何什么陰雨天曬衣服不易干，而晴天則容易干？”由此展開研討式教學(xué)，通過(guò)教師對(duì)實(shí)例啟發(fā)性的分析，把枯燥的理論變成具體的實(shí)際問題，開展課堂討論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。與此同時(shí)，教師啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，讓學(xué)生以解決問題為目的，完成查資料、討論、分析、提出整改措施、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的一體化學(xué)習(xí)過(guò)程。

3.熱點(diǎn)問題當(dāng)點(diǎn)綴

教師結(jié)合當(dāng)前的熱工領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，如提高熱機(jī)效率、節(jié)能降耗、低碳環(huán)保以及日本核電事故等問題，開展課堂討論調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，在條件允許的情況下給學(xué)生課后試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，讓他們?cè)趧?dòng)手過(guò)程中更深入地理解問題，或者借助模擬實(shí)驗(yàn)手段，鼓勵(lì)學(xué)生多途徑分析解決問題。最后總結(jié)、分析并撰寫小論文。

4.課程本身問題

另外，在學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)分析、解決、總結(jié)問題的同時(shí)，教師也要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析總結(jié)本門課程的學(xué)習(xí)，把課程本身作為一個(gè)問題去對(duì)待，學(xué)生要逐漸學(xué)會(huì)自己分析總結(jié)重點(diǎn)、難點(diǎn)和規(guī)律等，從宏觀、微觀兩個(gè)角度認(rèn)識(shí)課程。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的疑點(diǎn)問題，在及時(shí)反映給教師的同時(shí)，要能夠獨(dú)立思考，并通過(guò)查資料、分析總結(jié)進(jìn)而消除疑點(diǎn)問題。

通過(guò)研討式教學(xué)，學(xué)生養(yǎng)成良好的思考習(xí)慣，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)的學(xué)習(xí)，從而多角度地體會(huì)學(xué)習(xí)的過(guò)程。

四、實(shí)施方案

1.實(shí)時(shí)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容

教師要搜集“工程熱力學(xué)”方面的教材、課件及教學(xué)改革論文，學(xué)習(xí)前人的教改思路和方法，深入分析兄弟院校的“工程熱力學(xué)”課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及精品課程，取長(zhǎng)補(bǔ)短。在大體保持傳統(tǒng)內(nèi)容及學(xué)時(shí)基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)體系和內(nèi)容作進(jìn)一步調(diào)整，適當(dāng)增加與專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，簡(jiǎn)化或刪去部分比較陳舊的內(nèi)容。

2.構(gòu)建實(shí)例和熱點(diǎn)問題資料集

教師搜集國(guó)內(nèi)外“工程熱力學(xué)”相關(guān)實(shí)例和典型熱工問題，如針對(duì)性地引入日常生活常見的散熱器管片、電冰箱和空調(diào)等生活中常見的電器循環(huán)、節(jié)能減排、低碳環(huán)保等熱點(diǎn)問題，并運(yùn)用“工程熱力學(xué)”原理對(duì)具體熱工過(guò)程、設(shè)備及工程熱點(diǎn)問題進(jìn)行深入剖析，形成與課程相配套的實(shí)例資料集。結(jié)合構(gòu)建的實(shí)例集，增設(shè)課程實(shí)例研討環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考的能力。

3.重視交流

教師應(yīng)根據(jù)“工程熱力學(xué)”大綱，明確課程定位，在教學(xué)過(guò)程重視與學(xué)生交流，及時(shí)了解學(xué)生興趣、理解與接受能力。根據(jù)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的難點(diǎn)及疑點(diǎn)問題，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)所學(xué)有針對(duì)地加強(qiáng)相應(yīng)習(xí)題的訓(xùn)練以加深對(duì)這些問題的認(rèn)識(shí)。

4.習(xí)題訓(xùn)練

教師針對(duì)每一章的重點(diǎn)難點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)題型，通過(guò)課題提問形式進(jìn)行課堂講授，并針對(duì)性地布置習(xí)題讓學(xué)生進(jìn)行課后復(fù)習(xí)和課前預(yù)習(xí)，使其獨(dú)立解決問題，讓其在作業(yè)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的及時(shí)掌握和有效鞏固。同時(shí)，在課后多布置一些和實(shí)際生活相關(guān)的或者沒有唯一答案的題目，例如“試分別舉例說(shuō)明熱力學(xué)第一定律和第二定律對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)或日常生活的指導(dǎo)作用”等，通過(guò)對(duì)這些題目的思考與分析，學(xué)生的綜合思維能力得到了鍛煉，也活躍了學(xué)習(xí)的氣氛。[4]

五、總結(jié)

研討式教學(xué)在“工程熱力學(xué)”課程的應(yīng)用，可以調(diào)動(dòng)課堂授課的生動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生可以集思考、行動(dòng)、分析、總結(jié)于一體，有利于學(xué)生認(rèn)知能力的開發(fā)和對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，具體的實(shí)施細(xì)節(jié)還有待于在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步摸索和完善。研討式教學(xué)不僅對(duì)“工程熱力學(xué)”教學(xué)改革有積極作用，對(duì)其他課程的改革也有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍文希.研討式教學(xué)法的實(shí)踐與體會(huì)[J].廣西教育學(xué)院學(xué)，2002，

（5）：116-117.

[2]王默晗.“工程熱力學(xué)”教學(xué)方式探討[J].中國(guó)電力教育，2010，

（3）：90-91.

篇2

關(guān)鍵詞：《材料熱力學(xué)》；教學(xué)效果；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ？搖文章編號(hào)：1674-9324（2013）41-0107-02

《材料熱力學(xué)》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。通過(guò)《材料熱力學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握《材料熱力學(xué)》的基本概念和理論，并利用《材料熱力學(xué)》進(jìn)行相變、表面和界面等的分析和研究。然而《材料熱力學(xué)》具有概念多而易混淆、公式多而難記憶以及內(nèi)容抽象難懂等特點(diǎn)，學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容比較困難，本文嘗試對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行探索，以提高《材料熱力學(xué)》課程的教學(xué)效果。

一、教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐相結(jié)合

1.突出應(yīng)用目的。本科《材料熱力學(xué)》教學(xué)重點(diǎn)在于熱力學(xué)基本原理及其在相平衡、表面和界面等領(lǐng)域的應(yīng)用。由于學(xué)生在學(xué)習(xí)材料熱力學(xué)之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)物理化學(xué)等課程，因此講授《材料熱力學(xué)》時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在運(yùn)用熱力學(xué)基本原理解決材料科學(xué)中的問題這一方面。在熱力學(xué)基本原理這部分內(nèi)容的講授中，為了理論體系的完整性，我一般會(huì)對(duì)重要的定理和公式進(jìn)行簡(jiǎn)單地推導(dǎo)，使同學(xué)掌握基本原理的來(lái)龍去脈，而對(duì)于其他的定理和公式，我一般簡(jiǎn)單分析一下它們的內(nèi)涵和適用范圍，不做詳細(xì)的推導(dǎo)。我把熱力學(xué)原理在材料科學(xué)中的應(yīng)用作為我的講課重點(diǎn)。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中有很多例題，但是我重點(diǎn)挑選與相變有關(guān)的典型例題來(lái)講解，比如：選擇熔化和凝固過(guò)程的熱量計(jì)算以說(shuō)明熱力學(xué)第一定律在計(jì)算相變熱效應(yīng)的應(yīng)用，選擇熔化和凝固過(guò)程的熵變或自由能變化計(jì)算以說(shuō)明熱力學(xué)第二定律在判斷相變方向的應(yīng)用等，以突出《材料熱力學(xué)》課程以熱力學(xué)基本原理解決材料科學(xué)問題的講課重點(diǎn)。

2.增加科研和生產(chǎn)方面的內(nèi)容。筆者經(jīng)過(guò)幾年的材料熱力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出：在教學(xué)過(guò)程中教師必須將科研和工程案例與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，這樣不僅讓學(xué)生在科研和工程案例中理解材料熱力學(xué)的基本概念和原理，同時(shí)了解理論對(duì)實(shí)踐的重要指導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們學(xué)院的一些學(xué)生承擔(dān)本校激光研究所鈦基激光熔覆層方面的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，我在講解自由能判據(jù)這部分內(nèi)容時(shí)會(huì)引入這方面的實(shí)例，比如：為什么添加B4C的鎳粉在高能激光照射下會(huì)在鈦基體中形成TiB和TiC增強(qiáng)相。我的一個(gè)科研項(xiàng)目是有關(guān)碳纖維/銅基滑動(dòng)軸承材料粉末冶金制備工藝的，我將這部分科研內(nèi)容引入到表面和界面這一章中，向同學(xué)們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復(fù)合涂層時(shí)要使用表面預(yù)鍍銅的碳纖維為原料。我還經(jīng)常將企業(yè)的生產(chǎn)內(nèi)容融入到《材料熱力學(xué)》的教學(xué)中，比如我將人造金剛石的生產(chǎn)過(guò)程引入到封閉體系的熱力學(xué)基本方程這一章的教學(xué)中，以說(shuō)明公式（？墜G/？墜T）P=-S和（？墜G/？墜P）T=V的應(yīng)用；我還將氧化鋯生產(chǎn)過(guò)程中氯化銨廢水的處理和循環(huán)使用這部分內(nèi)容引入到滲透壓的教學(xué)內(nèi)容中，說(shuō)明如何根據(jù)氯化銨廢水中離子的濃度計(jì)算出滲透壓，進(jìn)而為反滲透設(shè)備中泵的選型提供依據(jù)。

3.增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)中的重要內(nèi)容，具有直觀性、實(shí)踐性和客觀性的特點(diǎn)。以實(shí)驗(yàn)作為主要手段進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，可以揭示自然科學(xué)現(xiàn)象、驗(yàn)證科學(xué)規(guī)律、探索未知、發(fā)展科學(xué)，更為重要的是在實(shí)驗(yàn)中能夠培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實(shí)求真的科學(xué)態(tài)度。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中沒有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的內(nèi)容，為了彌補(bǔ)這一缺陷，我增加了“差示掃描量熱法測(cè)量材料的比熱容”和“計(jì)算機(jī)在相圖計(jì)算中的應(yīng)用”等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?！恫牧蠠崃W(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：①幫助學(xué)生掌握《材料熱力學(xué)》的基本原理；②讓學(xué)生初步了解科學(xué)研究的方法；③培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，①?gòu)?qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書寫出預(yù)習(xí)報(bào)告；②實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的檢查學(xué)生操作情況，要求學(xué)生獨(dú)立操作，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；③教師課后批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題。

二、改進(jìn)教學(xué)方法

1.討論式教學(xué)。我會(huì)結(jié)合剛講授過(guò)《材料熱力學(xué)》知識(shí)，設(shè)計(jì)一些與科研和工程密切相關(guān)的問題，讓學(xué)生以小組的形式相互討論共同完成。在下次上課時(shí)，我會(huì)讓某個(gè)或某幾個(gè)小組推舉同學(xué)上臺(tái)講解，其他同學(xué)提問，最后老師點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題能力。

2.多媒體教學(xué)。筆者在講授《材料熱力學(xué)》時(shí)，通常采用板書的形式，因?yàn)槲矣X得板書能將公式的推導(dǎo)和例題的計(jì)算一步一步清晰地展現(xiàn)出來(lái)，讓同學(xué)們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學(xué)能提供形象、生動(dòng)、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節(jié)約教師板書和畫圖的時(shí)間，提高講課效率，我曾經(jīng)嘗試過(guò)使用多媒體來(lái)展示解題過(guò)程，但效果并不理想。近年來(lái)，我傾向于以板書為主，多媒體為輔的教學(xué)方法。我一般將課堂要講述的主干內(nèi)容用板書簡(jiǎn)單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學(xué)跟上老師的講課思路，對(duì)于一些抽象難懂的概念，我經(jīng)常找一些圖片和視頻，使講授的知識(shí)更直觀、形象和生動(dòng)。

三、改進(jìn)考試方法

考試是知識(shí)水平的鑒定方法，大學(xué)階段的考試成績(jī)與學(xué)生評(píng)優(yōu)、畢業(yè)甚至就業(yè)直接相關(guān)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程大多圍繞考試這根指揮棒轉(zhuǎn)，因此如何用好考試這根指揮棒，對(duì)提高教學(xué)效果至關(guān)重要。我傾向《材料熱力學(xué)》采用開卷考試的考核方式，在試題的設(shè)計(jì)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(yùn)用熱力學(xué)基本原理解決問題的題目，問答題和計(jì)算題都是與材料科學(xué)具體問題相關(guān)聯(lián)的，必須掌握熱力學(xué)基本原理及其實(shí)際應(yīng)用才能正確解答。我希望通過(guò)這種考核方式，改變學(xué)生在應(yīng)試教育下形成的學(xué)習(xí)方式，明確學(xué)習(xí)目的，提高自身運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣。

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篇3

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)；安全工程專業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）23-0041-03

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”是一門與工程實(shí)際聯(lián)系緊密、應(yīng)用性很強(qiáng)的熱科學(xué)基礎(chǔ)課，它源于礦業(yè)、石油、冶金、化工、機(jī)械、環(huán)境、航空航天等工程領(lǐng)域中的實(shí)際工程問題，也發(fā)展、應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題，在理工科本科生教育中占有重要地位，為理工科專業(yè)技術(shù)課的學(xué)習(xí)提供重要的理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)水平的提高，實(shí)際工程領(lǐng)域所面臨的熱科學(xué)問題更加復(fù)雜，這使得“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程傳統(tǒng)的教學(xué)模式及授課內(nèi)容已面臨社會(huì)發(fā)展和學(xué)科發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，存在較多問題和不足。[1]作為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）（以下簡(jiǎn)稱“我?！保肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”課程的主講團(tuán)隊(duì)，筆者結(jié)合近年來(lái)科研工作中關(guān)于熱力學(xué)與傳熱學(xué)的問題和多年對(duì)該課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該課程在安全工程專業(yè)本科教育中的課程改革和教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了一些探索，并得到了一些粗淺的體會(huì)和認(rèn)識(shí)。

一、安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革的必要性

1.該課程對(duì)安全工程專業(yè)本科教育的重要性

安全工程專業(yè)是一個(gè)涉及理、工、文、法、管等學(xué)科的綜合交叉工科專業(yè)，目前國(guó)內(nèi)開辦安全工程專業(yè)的高等院校的類型很多，有礦業(yè)、石油、化工、軍工、土木、交通、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等?！肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”是安全工程專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，在安全工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中有非常重要的地位。根據(jù)安全科學(xué)基本理論，事故是能量失去控制而意外釋放所造成的，而“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”正是研究能量轉(zhuǎn)化與傳遞過(guò)程的基本規(guī)律，由此可見該課程對(duì)安全工程專業(yè)本科生培養(yǎng)的重要性，其教學(xué)水平直接影響安全工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。

2.目前該課程教學(xué)中存在的問題和難點(diǎn)

（1）教學(xué)學(xué)時(shí)少，但教學(xué)內(nèi)容多，造成教與學(xué)矛盾。隨著21世紀(jì)國(guó)家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略逐漸向拓寬專業(yè)口徑、培養(yǎng)復(fù)合型人才方向發(fā)展，安全工程專業(yè)本科教育的培養(yǎng)計(jì)劃和培養(yǎng)目標(biāo)也不斷調(diào)整，更加重視大安全“通才”教育。為滿足安全工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃改革和課程體系設(shè)置需要，我國(guó)多數(shù)高校對(duì)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程學(xué)時(shí)都進(jìn)行了縮減。比如我校，由起初64學(xué)時(shí)調(diào)整為48學(xué)時(shí)，雖然學(xué)時(shí)減少，但主體教學(xué)內(nèi)容并未刪減，這導(dǎo)致教學(xué)進(jìn)度不得不加快。然而熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論性、專業(yè)性強(qiáng)，因?yàn)榻虒W(xué)進(jìn)程加快，使得學(xué)生不能深入透徹理解重要知識(shí)點(diǎn)，造成教學(xué)效果較差，引起教與學(xué)的矛盾。

（2）課程概念多、公式多、理論性強(qiáng)，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程概念多、公式多、圖表多，盡管有些概念和公式在“大學(xué)物理”和“物理化學(xué)”課程中學(xué)習(xí)接觸過(guò)，但運(yùn)用這些抽象概念和基本公式解釋、推導(dǎo)熱物理規(guī)律時(shí)，多數(shù)學(xué)生都會(huì)感覺到比較吃力，因?yàn)檫@要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)和較強(qiáng)的抽象思維能力。另外，該課程中一些概念比較抽象且比較相近，容易發(fā)生混淆，比如可逆過(guò)程與準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的聯(lián)系與區(qū)別，技術(shù)功、軸功、容積功區(qū)別，導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)的聯(lián)系與區(qū)別等。同時(shí)，“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”中繁多的公式的關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜。上述理論性和專業(yè)性很強(qiáng)的概念、公式及其之間的復(fù)雜關(guān)系，大大地降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

（3）教學(xué)內(nèi)容及參考教材安全專業(yè)應(yīng)用案例較少，學(xué)生專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，熱力學(xué)與傳熱學(xué)領(lǐng)域一些新的概念和理論不斷涌現(xiàn)，目前多數(shù)新出版的“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教材內(nèi)容豐富，知識(shí)面力求新穎和廣博，只配有少量簡(jiǎn)單應(yīng)用案例。這對(duì)目前壓縮學(xué)時(shí)的安全工程專業(yè)本科教學(xué)來(lái)說(shuō)不合適，不利于學(xué)生在有限學(xué)時(shí)內(nèi)深入學(xué)習(xí)和掌握重要熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論，而且不能使學(xué)生深入了解熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論在安全專業(yè)的應(yīng)用，從而造成專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。因此，針對(duì)安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)，應(yīng)有所側(cè)重，補(bǔ)充該專業(yè)應(yīng)用案例，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

3.該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法優(yōu)化的必要性

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)安全的要求越來(lái)越高，近幾年來(lái)安全學(xué)科發(fā)展迅猛，“安全科學(xué)與工程”已成為工學(xué)門類下第37個(gè)一級(jí)學(xué)科，安全學(xué)科涉及面越來(lái)越廣，已深入到礦業(yè)、石油、冶金、化工、環(huán)境、土木、交通等多個(gè)工程領(lǐng)域?！肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”作為安全工程專業(yè)重要專業(yè)基礎(chǔ)課，面臨社會(huì)科技發(fā)展和安全科學(xué)發(fā)展的新形勢(shì)，特別是教學(xué)學(xué)時(shí)壓縮情況下，其傳統(tǒng)的教學(xué)模式、授課內(nèi)容、教學(xué)效果已充滿挑戰(zhàn)，存在較多問題和不足，其教學(xué)情況，在一定程度上影響安全專業(yè)人才在實(shí)際工程中解決相應(yīng)問題的能力。因此，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)，對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化是非常必要的。通過(guò)教學(xué)改革，提高該課程教學(xué)水平，才能使其充分發(fā)揮對(duì)安全專業(yè)技術(shù)課學(xué)習(xí)應(yīng)起到的橋梁和鋪墊作用，從而在一定程度上提高安全工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)質(zhì)量。[2]

二、安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革思路及實(shí)施

1.該課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整和優(yōu)化

（1）根據(jù)安全專業(yè)方向和學(xué)時(shí)分配，強(qiáng)化和弱化部分教學(xué)內(nèi)容。為滿足安全工程專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃改革和課程體系設(shè)置需要，我校對(duì)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程學(xué)時(shí)由起初64學(xué)時(shí)縮減為48學(xué)時(shí)。為在有限學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)計(jì)劃和提高教學(xué)質(zhì)量，筆者選用的參考教材為張學(xué)學(xué)教授主編的《熱工基礎(chǔ)》，該書基本內(nèi)容由工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)兩部分組成。[3]該書側(cè)重于熱力學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)，有助于學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)和方法的理解和掌握，但對(duì)于安全工程專業(yè)基礎(chǔ)教育來(lái)說(shuō)，其部分章節(jié)教學(xué)內(nèi)容不重要，比如工程熱力學(xué)篇的第六章內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力循環(huán)裝置和第七章制冷裝置循環(huán)等內(nèi)容，因此在教學(xué)過(guò)程中對(duì)上述內(nèi)容可以弱化。該書第五章中作為了解內(nèi)容的濕空氣性質(zhì)及其熱力學(xué)過(guò)程，是通風(fēng)安全理論的基礎(chǔ)，對(duì)安全工程專業(yè)來(lái)說(shuō)就特別重要，因此在教學(xué)中對(duì)該部分內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)化?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)該課程的教學(xué)應(yīng)因材施教，根據(jù)安全工程專業(yè)方向和教學(xué)計(jì)劃分配，靈活調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)，使得學(xué)生能深入透徹理解重要知識(shí)點(diǎn)，避免引起教與學(xué)的矛盾。

（2）擴(kuò)充傳熱學(xué)數(shù)值計(jì)算知識(shí)及應(yīng)用算例，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本公式及理論知識(shí)應(yīng)用方面的理解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力?！肮こ虩崃W(xué)與傳熱學(xué)”課程概念多、公式多、圖表多，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以加深學(xué)生對(duì)熱力學(xué)與傳熱學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，但受于學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件限制，目前該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)還比較少。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的快速發(fā)展，數(shù)值計(jì)算（或稱數(shù)值實(shí)驗(yàn)）為熱力學(xué)和傳熱學(xué)研究開辟了一個(gè)新途徑。目前“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)中，只在導(dǎo)熱部分對(duì)數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，為了使學(xué)生能較系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)值計(jì)算在傳熱學(xué)的應(yīng)用，也需要對(duì)流換熱部分的數(shù)值解算進(jìn)行補(bǔ)充?？紤]到本科生對(duì)數(shù)值計(jì)算涉及的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和偏微分方程求解等知識(shí)的理解和掌握比較吃力，在課程教學(xué)中對(duì)MATLAB軟件在傳熱學(xué)數(shù)值計(jì)算中應(yīng)用進(jìn)行介紹，并引入相關(guān)傳熱問題解算案例進(jìn)行講解。MATLAB是一套綜合性的高性能數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，借助MATLAB軟件不僅能使學(xué)生較快掌握傳熱學(xué)數(shù)值計(jì)算的應(yīng)用，同時(shí)借助其強(qiáng)大的計(jì)算和繪圖功能，也可以使學(xué)生對(duì)熱力學(xué)和傳熱學(xué)中的許多公式和熱物理規(guī)律推導(dǎo)進(jìn)行圖像化展示，這有助于學(xué)生對(duì)熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論知識(shí)的理解和掌握。[4]

（3）建立安全專業(yè)應(yīng)用案例庫(kù)，細(xì)化到具體章節(jié)教學(xué)內(nèi)容中。“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，應(yīng)用性很強(qiáng)，它源于工程實(shí)際，并應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題。因此，若要提高“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量，在課程教學(xué)過(guò)程中應(yīng)將實(shí)際工程案例作為教學(xué)素材，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)特定的教學(xué)案例問題進(jìn)行分析，并借助熱力學(xué)和傳熱基本理論提出解決方案。針對(duì)安全工程專業(yè)說(shuō)，工作中會(huì)遇到各種各樣的危險(xiǎn)情景，引入專業(yè)案例教學(xué)非常重要，比如應(yīng)該補(bǔ)充講授熱力學(xué)能量傳遞、煙氣對(duì)流和輻射復(fù)合傳熱方面的案例、熱力學(xué)與傳熱學(xué)在事故演變分析中的應(yīng)用案例。通過(guò)案例教學(xué)不僅可以使學(xué)生對(duì)熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)有深刻的理解和掌握，也有利于拓展學(xué)生的思維模式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用和實(shí)踐能力，對(duì)工作中危險(xiǎn)情景問題應(yīng)該怎樣借助熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論來(lái)分析和解決會(huì)有較好的把握。因此，筆者近幾年來(lái)特別重視對(duì)安全專業(yè)應(yīng)用案例庫(kù)的建設(shè)，對(duì)各個(gè)案例根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，基本貫穿于各個(gè)章節(jié)的教學(xué)中。

2.該課程教學(xué)方法改進(jìn)和優(yōu)化

近幾年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的調(diào)整以及工科類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的改革，為了保證和進(jìn)一步提升“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量，筆者對(duì)該課程教學(xué)方法進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)。

（1）以科研與工作實(shí)踐促進(jìn)教學(xué)。大學(xué)教學(xué)不同于中學(xué)教學(xué)，大學(xué)是培養(yǎng)人才和創(chuàng)造知識(shí)的重要平臺(tái)，在大學(xué)教學(xué)過(guò)程中要講授傳播高深前沿的專業(yè)技術(shù)知識(shí)。只有通過(guò)科研歷練和工作實(shí)踐，大學(xué)教師才可以逐步提高專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)，才能緊跟進(jìn)而較好地把握本專業(yè)科技前沿?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程作為工科類重要專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程任課教師更應(yīng)立足于科技前沿，通過(guò)科研工作不斷提高自身業(yè)務(wù)素質(zhì)，并將科研成果轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)理論知識(shí)滲透到教學(xué)過(guò)程中，這樣才能克服教材內(nèi)容滯后于最新專業(yè)科技知識(shí)的不足，保證教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)通過(guò)“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)也能拓寬學(xué)生的科研視野和提升學(xué)生專業(yè)知識(shí)水平。為此，筆者在教學(xué)過(guò)程中穿插介紹了課題組在采空區(qū)自然發(fā)火、礦井降溫等領(lǐng)域與熱力學(xué)和傳熱學(xué)有關(guān)的研究成果。

（2）設(shè)立課程助教和網(wǎng)絡(luò)討論課堂，增強(qiáng)課程教學(xué)答疑和交流。為了及時(shí)解答學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問題，在“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中筆者安排了助教，助教一般由青年教師或高年級(jí)研究生擔(dān)任，主要負(fù)責(zé)課程作業(yè)批改和答疑，并不定時(shí)開展相關(guān)專題討論班，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)重要章節(jié)的學(xué)習(xí)和理解。另外，在課外，筆者還充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立了網(wǎng)絡(luò)討論課堂（QQ群）。針對(duì)課程學(xué)習(xí)疑難問題、課程建設(shè)及改進(jìn)建議等問題學(xué)生都可以在課程討論群中提出，助教或任課教師基本每天都會(huì)登陸討論群回答學(xué)生提出的問題。通過(guò)設(shè)立助教和建立網(wǎng)絡(luò)討論渠道，較大程度上增進(jìn)了課堂教學(xué)以外老師和學(xué)生的交流，提升了該課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（3）借助現(xiàn)代多媒體教育技術(shù)豐富教學(xué)手段。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科技和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，多媒體技術(shù)成為教育教學(xué)過(guò)程中一個(gè)非常重要和便利的工具?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程涉及的公式和圖表非常多，采用多媒體技術(shù)可以顯著節(jié)省教師對(duì)一些公式和圖表的板書時(shí)間，不僅能提高教學(xué)效率，并且采用圖文并茂的PPT可以形象具體地展示教學(xué)內(nèi)容，利于學(xué)生理解。然而，對(duì)于比較重要的教學(xué)內(nèi)容，比如導(dǎo)熱微分方程、對(duì)流換熱方程等數(shù)學(xué)描述的推導(dǎo)，筆者仍采用傳統(tǒng)板書方式，詳細(xì)分析和講解重要定律和公式的提出和推導(dǎo)過(guò)程。另外，要充分利用多媒體技術(shù)的多種媒介形式，包括多種形態(tài)的文字、圖片、動(dòng)畫、錄像等。[5]目前筆者已經(jīng)制作和收集了一些圖片和視屏（熱電偶等測(cè)溫器件、肋片、換熱器傳熱過(guò)程Flash、煤自燃實(shí)驗(yàn)錄像等），在課堂教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的效果，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，也加深了學(xué)生對(duì)傳熱學(xué)在科技生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。

（4）改革和優(yōu)化考核方式?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程涉及的公式和準(zhǔn)則特別多，有些公式較難記憶和推導(dǎo)，因此任課教師在閉卷考試命題時(shí)不得不壓縮范圍，這導(dǎo)致一些同學(xué)在考試復(fù)習(xí)時(shí)會(huì)忽略一些教學(xué)內(nèi)容。為了使學(xué)生能對(duì)熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論知識(shí)有一個(gè)整體的把握和思考，特別是對(duì)該課程基本理論的應(yīng)用有較深刻的認(rèn)識(shí)和理解，筆者采用多元化考核方式。多元化成績(jī)?cè)u(píng)定包括三部分：第一，課后習(xí)題作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)、課下網(wǎng)絡(luò)討論表現(xiàn)情況；第二，專題大作業(yè)完成情況，專題大作業(yè)主要是基于熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論開展相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或數(shù)值模擬等；第三，閉卷考試成績(jī)。采取這種多元化考核方式，不僅能促進(jìn)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)和傳熱學(xué)理論知識(shí)的深入學(xué)習(xí)和掌握，也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，提升實(shí)踐應(yīng)用能力，有助于培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

3.學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)引導(dǎo)

為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，筆者在“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中通過(guò)多種形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)或提供多種實(shí)踐渠道進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（1）設(shè)置熱力學(xué)和傳熱學(xué)專題大作業(yè)。在教學(xué)過(guò)程中，筆者精心選取了多個(gè)與熱力學(xué)和傳熱學(xué)密切相關(guān)的專業(yè)問題，讓學(xué)生分組協(xié)作，首先對(duì)這些問題進(jìn)行調(diào)研，然后開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬分析，并寫出相應(yīng)的總結(jié)報(bào)告。最后，利用討論課時(shí)間，組織各組以PPT形式進(jìn)行匯報(bào)，通過(guò)提問和討論意見進(jìn)一步完善作業(yè)成果。專題大作業(yè)的成果作為期末考試總成績(jī)?cè)u(píng)定的一部分。在課堂教學(xué)過(guò)程中增加學(xué)生參與的比重，使學(xué)生成為課程學(xué)習(xí)的主體，能為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力創(chuàng)造有利條件。[6]

（2）利用大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。目前，我校積極響應(yīng)國(guó)家、北京市有關(guān)開展大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的政策和工作安排，每年都組織設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目近300項(xiàng)，這為我校大學(xué)生參與科研工作、開展創(chuàng)新活動(dòng)提供了重要的平臺(tái)和良好的條件。我?！肮こ虩崃W(xué)和傳熱學(xué)”課程剛好在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)這學(xué)期開課，在教學(xué)過(guò)程中，筆者鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用熱力學(xué)和傳熱學(xué)基本理論進(jìn)行選題，并在開展研究工作過(guò)程中給予方法和技術(shù)指導(dǎo)。

（3）利用校外實(shí)踐基地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)交流。為了提高學(xué)生的實(shí)際工作能力和教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才，以盡快適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的人才需求，和加強(qiáng)本科實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，我校資源與安全工程學(xué)院積極開展校企合作實(shí)踐教學(xué)，目前已建立了39個(gè)校外實(shí)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)基地。在“工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中，筆者穿插介紹了安全工程專業(yè)相關(guān)應(yīng)用案例，同時(shí)，也經(jīng)常給學(xué)生灌輸實(shí)踐學(xué)習(xí)的思想，鼓勵(lì)學(xué)生好好利用實(shí)踐基地這個(gè)很好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，到實(shí)踐基地去實(shí)習(xí)或社會(huì)實(shí)踐時(shí)現(xiàn)場(chǎng)觀察、學(xué)習(xí)熱力學(xué)和傳熱學(xué)的應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)能較大程度上拓展學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用思維和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

三、結(jié)語(yǔ)

“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程在理工科本科生教育中占有重要地位，它源于工程實(shí)際問題，也發(fā)展、應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題。為能使熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要和滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)信息型、復(fù)合型人才的需求，“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法需不斷改進(jìn)和優(yōu)化。

本文以安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”教學(xué)為例，針對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)特點(diǎn)和目前教學(xué)中存在的典型問題和不足，提出了該課程教學(xué)改革和優(yōu)化的思路和具體改進(jìn)實(shí)施方案。該課程教學(xué)改革在安全工程專業(yè)教學(xué)中實(shí)踐結(jié)果表明，新的人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)模式下“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量有較大改觀，學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)情況、分析解決問題能力、實(shí)踐應(yīng)用能力都得到較大提升。筆者對(duì)該課程在安全工程專業(yè)本科教育中的課程改革和教學(xué)實(shí)踐，希望能為國(guó)內(nèi)其他高校理工科“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革提供思路借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]于靖博，董麗娜，趙蘭英.《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣州化工，2013，41（11）：259-260.

[2]林日億，梁金國(guó)，黃善波，等.安全工程專業(yè)“工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)”課程教學(xué)改革[J].中國(guó)電力教育，2010，（167）：93-95.

[3]張學(xué)學(xué)，李桂馥，史琳.熱工基礎(chǔ)[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]丁鵬.MATLAB在高校“傳熱學(xué)”教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2011，（196）：149-150.

篇4

摘要：《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》是為新能源科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的兩門專業(yè)必修課，也是該專業(yè)大學(xué)生所必須掌握的熱工類課程。該課程具有知識(shí)豐富、專業(yè)性強(qiáng)、課時(shí)多等特點(diǎn)。在《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》課程教學(xué)中，大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是很重要的一環(huán)。本文對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面進(jìn)行了探討，并對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：工程熱力學(xué)；傳熱學(xué)；新能源；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）52-0176-02

能源是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的先決條件。新能源專業(yè)的畢業(yè)生，肩負(fù)著為國(guó)家能源發(fā)展貢獻(xiàn)力量的重要責(zé)任。為達(dá)到培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)面廣、基本功扎實(shí)和創(chuàng)新能力強(qiáng)的本科人才的目標(biāo)，作為新能源專業(yè)非常重要的必修課――《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)方法探索就顯得尤為重要[1，2]。此前的相關(guān)文獻(xiàn)中報(bào)道了《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》教學(xué)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)[3-6]。本文在此教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)熱工課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化和探索，以更好地提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維。

一、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和精選是教學(xué)改革的關(guān)鍵。作為專業(yè)必修課，在學(xué)時(shí)有限的情況下，如何最大程度地講授最有價(jià)值的知識(shí)點(diǎn)成為教學(xué)的關(guān)鍵。

熱工類課程由《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》兩門課組成?！豆こ虩崃W(xué)》按熱力學(xué)基本概念、熱力學(xué)第一定律、理想氣體的性質(zhì)與過(guò)程、熱力學(xué)第二定律與熵、氣體動(dòng)力循環(huán)、水蒸氣、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、制冷循環(huán)、理想混合氣體和濕空氣、實(shí)際氣體的性質(zhì)等內(nèi)容分為若干章節(jié)；《傳熱學(xué)》按照傳熱基本概念、穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)、非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱、熱輻射及輻射換熱、傳熱過(guò)程與換熱器等分為若干章節(jié)。由于新能源科學(xué)與工程專業(yè)屬于新興產(chǎn)業(yè)專業(yè)，學(xué)科領(lǐng)域廣泛，涉及能源類（如生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、風(fēng)能）、化工類（如基礎(chǔ)化學(xué)、物理化學(xué)、新能源材料）、力學(xué)類（如工程力學(xué)、流體力學(xué)）等多門課程和領(lǐng)域。

在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容必須有所側(cè)重，應(yīng)充分考慮到不與新能源科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的其他相關(guān)課程的知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生重復(fù)。另外由于《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》課程難度較大，在教學(xué)過(guò)程中要講清課程中的要點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)?？梢砸浴盎驹悫D公式推導(dǎo)―影響因素―實(shí)際應(yīng)用”為主線介紹該課的有關(guān)知識(shí)，建立每章知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生清楚該門課程的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)。對(duì)重點(diǎn)的熱力學(xué)第一和第二定律進(jìn)行原理介紹，仔細(xì)推導(dǎo)相關(guān)公式，讓學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，使學(xué)生在進(jìn)一步的學(xué)習(xí)中不會(huì)混淆概念，相對(duì)輕松地應(yīng)對(duì)課程。此外，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，例如介紹空調(diào)在夏天與冬天的工作原理、冰箱開門對(duì)室內(nèi)的影響，積極引導(dǎo)學(xué)生利用熱力學(xué)定律進(jìn)行分析，增加課程的趣味性以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容始終能反映本學(xué)科的專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)術(shù)水平，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)方向的把握。

二、教學(xué)方法的探索

（一）以創(chuàng)新性地教帶動(dòng)創(chuàng)新性地學(xué)

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。要想發(fā)展經(jīng)濟(jì)，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(duì)應(yīng)的是，要促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率，必須加大教學(xué)與科研的力度、提高教學(xué)與科研互動(dòng)水平。在當(dāng)今大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)的大背景下，如何提高身為未來(lái)科學(xué)技術(shù)發(fā)展主力軍的大學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力，成為目前高校教學(xué)的難題和重點(diǎn)。傳統(tǒng)的直白講課和搜集各種習(xí)題以供學(xué)生練習(xí)只會(huì)讓課程變得生硬和枯燥，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)熱情越來(lái)越低，甚至出現(xiàn)了普遍的抄襲作業(yè)和遲到早退等不良現(xiàn)象。為了改變這些不良現(xiàn)象，就需要在教學(xué)手段上進(jìn)行創(chuàng)新。教師通過(guò)對(duì)平時(shí)科研工作成果的再學(xué)習(xí)，并結(jié)合對(duì)教材的研究，創(chuàng)造性地運(yùn)用某些方法，使學(xué)生對(duì)重要問題達(dá)到本質(zhì)上的領(lǐng)悟。在這種途徑中，教師的創(chuàng)新思維方式以及從中體現(xiàn)的一言一行，讓學(xué)生耳濡目染、潛移默化，對(duì)帶動(dòng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新學(xué)習(xí)、開發(fā)創(chuàng)新思維起到積極的作用。

例如，在進(jìn)行《傳熱學(xué)》教學(xué)時(shí)，學(xué)生往往對(duì)傳熱的基本概念，尤其是二維與三維的導(dǎo)熱理論及方程很難理解。一般地教學(xué)方式是，教師在黑板上進(jìn)行微觀導(dǎo)熱原理推導(dǎo)，得出一維傅里葉導(dǎo)熱定律和二維三維傅里葉導(dǎo)熱定律，并給出幾個(gè)常用的導(dǎo)熱方程。這種教學(xué)方式中，推導(dǎo)過(guò)程比較晦澀，給出的方程也較為難懂，學(xué)生們很可能只會(huì)死記硬背，不能靈活運(yùn)用。針對(duì)以上問題，筆者建議將導(dǎo)熱理論與生活問題相結(jié)合，或者采取數(shù)學(xué)建模的方法，將導(dǎo)熱方程與實(shí)踐相結(jié)合，選取最適合該問題的模型，以達(dá)到課程有趣生動(dòng)、富有創(chuàng)新性，激發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)新思維。以創(chuàng)新性地“教”帶動(dòng)創(chuàng)新性地“學(xué)”，學(xué)生收獲的不僅僅是知識(shí)點(diǎn)，更是如何去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實(shí)際能力，為以后在新能源科學(xué)與工程專業(yè)領(lǐng)域的探索中打下良好基礎(chǔ)。

（二）板書教學(xué)與多媒體輔助教學(xué)相結(jié)合

多媒體技術(shù)以其圖文并茂、聲像俱佳、動(dòng)靜皆宜的呈現(xiàn)使課堂教學(xué)達(dá)到了全新的境界。在《傳熱學(xué)》的講授中，一維的傳熱理論和公式很好理解和應(yīng)用，但二維與三維牽扯到微觀傳熱理論，以至于推導(dǎo)過(guò)程較為復(fù)雜，傳熱方程較為抽象難懂。因此需要教師精心準(zhǔn)備多媒體課件，通過(guò)動(dòng)態(tài)描繪各向同性材料的微觀傳熱過(guò)程，讓學(xué)生理解不同形狀材料在具有不同位置的熱源時(shí)如何進(jìn)行熱傳導(dǎo)。通過(guò)繪制動(dòng)態(tài)的卡諾循環(huán)過(guò)程，使學(xué)生深入理解熱力學(xué)第二定律，并理解第二類永動(dòng)機(jī)無(wú)法制成的原因。同時(shí)需要注意的是，對(duì)于工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)，由于信息量大、內(nèi)容廣，過(guò)多地依賴多媒體教學(xué)可能會(huì)讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)難以消化，因此在教學(xué)中對(duì)于難度較大的基礎(chǔ)理論部分和原理的學(xué)習(xí)，板書不可缺少，使學(xué)生能夠有充分時(shí)間緊跟老師的思維去理解每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

（三）課程教學(xué)與科研活動(dòng)相結(jié)合

教師可以將全班學(xué)生分為若干調(diào)研小組，每五個(gè)人為一組，選擇新能源與熱工基礎(chǔ)理論相結(jié)合的課題，通過(guò)查找國(guó)內(nèi)外科技文獻(xiàn)，調(diào)研總結(jié)新能源專業(yè)前沿知識(shí)，形成調(diào)研報(bào)告，鍛煉學(xué)生閱讀科技文獻(xiàn)的能力，提前為畢業(yè)設(shè)計(jì)的開展奠定基礎(chǔ)。各小組也可以參與指導(dǎo)教師的科研項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)室做一些力所能及的科研活動(dòng)，并通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，形成工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)系統(tǒng)。課程結(jié)束時(shí)，各小組以PPT形式向全班同學(xué)作匯報(bào)，授課老師根據(jù)報(bào)告提出問題，該組同學(xué)進(jìn)行即時(shí)答辯，考查學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

三、課程考核方式的探索

工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)覆蓋面廣、知識(shí)點(diǎn)多，應(yīng)該采取靈活多樣的考核辦法。在成績(jī)的評(píng)定方式上，可以設(shè)定了四項(xiàng)考核內(nèi)容，第一部分是學(xué)生考勤、課堂互動(dòng)表現(xiàn)和課堂筆記，通過(guò)此部分的考核，提高學(xué)生的聽課注意力，鍛煉學(xué)生提煉課程重點(diǎn)內(nèi)容的能力；第二部分是根據(jù)每個(gè)小組的調(diào)研報(bào)告、PPT展示、答辯情況打分，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、口頭表達(dá)能力和應(yīng)變能力；第三部分是每節(jié)課結(jié)束前的思考題，采取加分方式，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考；第四部分是傳統(tǒng)的期末考試，考試內(nèi)容為課程講授的基本內(nèi)容，專業(yè)性強(qiáng)的理論部分強(qiáng)調(diào)定性了解，讓學(xué)生對(duì)熱工基礎(chǔ)有個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。

隨著新能源科學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，熱工基礎(chǔ)理論散發(fā)出強(qiáng)大的活力。根據(jù)新能源科學(xué)與工程專業(yè)特點(diǎn)，教師還需要在教學(xué)過(guò)程中，不斷探索教學(xué)方法和考核方式，不斷優(yōu)化課程內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量，使課程教學(xué)體系更加科學(xué)合理，更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)新能源科學(xué)與工程專業(yè)人才的需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]登宇.新能源科學(xué)與工程專業(yè)（生物質(zhì)能方向）人才培養(yǎng)探索[J].課程教育研究，2015，（1）：236-237.

[3]武和全，姚永騰.對(duì)“工程熱力學(xué)及傳熱學(xué)”課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].科教導(dǎo)刊（下旬），2015，（4）：90-91.

[4]武和全，吳云強(qiáng).提高“工程熱力學(xué)及傳熱學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2015，（23）：267-268.

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本書分為11章：1.引言；2.高分子鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)的表征，介紹了決定高分子物理性質(zhì)的主要化學(xué)結(jié)構(gòu)因素，鏈的半柔順性，鏈間的相互作用，分子量的分布，分子拓?fù)錁?gòu)造和鏈序列規(guī)整性；3.鏈構(gòu)象統(tǒng)計(jì)和熵彈性，主要介紹了單鏈尺寸的高斯分布和橡膠彈性體的統(tǒng)計(jì)力學(xué)；4.高分子真實(shí)鏈構(gòu)象的標(biāo)度分析，并以此闡述其在高分子溶液中、聚電解質(zhì)溶液中以及外力作用下的單鏈構(gòu)象；5.鏈動(dòng)力學(xué)的標(biāo)度分析，分別介紹了簡(jiǎn)單流體、短鏈體系和長(zhǎng)鏈體系的標(biāo)度分析方法；6.高分子的變形，主要講述了高分子的變形特點(diǎn)、松弛特點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變和黏流化轉(zhuǎn)變、以及一些常規(guī)的力學(xué)分析方法；7.流變學(xué)簡(jiǎn)介，闡述了高分子的流動(dòng)特點(diǎn)及高分子流體的粘彈性效應(yīng)；8.高分子溶液統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，介紹了包含高分子多組分混合體系的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，并介紹了Flory-Huggins溶液格子統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論；9.高分子相分離，介紹相分離的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)以及兩嵌段共聚物的微相分離；10.高分子結(jié)晶，介紹了高分子結(jié)晶的結(jié)構(gòu)，及結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)；11.高分子相分離與結(jié)晶之間的相互作用，介紹了相分離誘導(dǎo)的濃相結(jié)晶成核、相界面處誘導(dǎo)的結(jié)晶成核和單鏈體系的折疊鏈結(jié)晶成核。

本書是作者在復(fù)旦大學(xué)和南京大學(xué)多年課堂教學(xué)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，書中也介紹了相關(guān)主題的一些前沿研究進(jìn)展，其風(fēng)格不同于現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外高分子物理教材，可以作為一部偏重基礎(chǔ)的教學(xué)和科研參考書。其閱讀對(duì)象為從事高分子物理化學(xué)、高分子材料和高分子工程科學(xué)研究和學(xué)習(xí)的廣大科研工作者、教師、研究生和高年級(jí)本科生，特別適用于理工科類大學(xué)和科研院所高分子專業(yè)的讀者。

鞠思婷，博士生

（國(guó)家納米科學(xué)中心）

Ju Siting， Ph. D Candidate

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一、合理安排課程教學(xué)內(nèi)容

卓越計(jì)劃分校內(nèi)學(xué)習(xí)和企業(yè)學(xué)習(xí)兩個(gè)培養(yǎng)階段。四年制本科采用3+1校企聯(lián)合培養(yǎng)模式，即3年在校內(nèi)學(xué)習(xí)，累計(jì)1年在企業(yè)學(xué)習(xí)、實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)。因此，卓越工程師班的學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)時(shí)間比其他專業(yè)少。我校輕化工程專業(yè)的物理化學(xué)課程課時(shí)為80，所學(xué)內(nèi)容中，化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)和電化學(xué)等章節(jié)知識(shí)與學(xué)生在大一階段學(xué)習(xí)的無(wú)機(jī)化學(xué)課程中的內(nèi)容有所重復(fù)。因此有的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以復(fù)習(xí)為主，不宜講解得面面俱到。如在講授熱力學(xué)第一、第二定律章節(jié)時(shí)，可以把這兩章的知識(shí)框架結(jié)構(gòu)介紹給學(xué)生，包括理論的提出、理論的延伸及理論的應(yīng)用。其中理論的提出屬于難點(diǎn)，特別是熱力學(xué)第二定律;理論的延伸主要體現(xiàn)在熱力學(xué)定律在實(shí)際條件(如恒容、恒壓等)下的進(jìn)一步具體化，此過(guò)程涉及大量計(jì)算公式及結(jié)論;理論的應(yīng)用是對(duì)熱力學(xué)定律在實(shí)際過(guò)程(主要為單純PVT變化、相變化以及化學(xué)變化)中的計(jì)算。從而使學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第一、第二定律的知識(shí)既有宏觀的印象，又認(rèn)識(shí)到物理化學(xué)課程中遵循的實(shí)踐理論實(shí)踐認(rèn)識(shí)過(guò)程，這樣可為以后章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。而對(duì)于以前沒有學(xué)習(xí)過(guò)的章節(jié)，則應(yīng)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)和理論產(chǎn)生的意義，簡(jiǎn)化理論的推導(dǎo)過(guò)程，注重理論的適用條件，加強(qiáng)理論知識(shí)的應(yīng)用實(shí)例。這樣的安排有利于學(xué)生把握知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。

二、緊密聯(lián)系專業(yè)的教學(xué)

物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)為以后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下理論基礎(chǔ)。但單純地講授物理化學(xué)課程知識(shí)而不與專業(yè)相聯(lián)系，就會(huì)讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)這門課程沒有意義。因此應(yīng)將輕化工程專業(yè)的專業(yè)課程知識(shí)滲透到物理化學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生意識(shí)到物理化學(xué)課程對(duì)以后專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要性。所以，物理化學(xué)課教師應(yīng)了解輕化工程專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程，與專業(yè)課程教師溝通交流，把一些專業(yè)知識(shí)與物理化學(xué)課程知識(shí)相結(jié)合。我校輕化工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)的專業(yè)課程中，染整工藝原理助劑化學(xué)染料化學(xué)等課程與物理化學(xué)課程中的化學(xué)動(dòng)力學(xué)、表面活性劑、膠體與界面化學(xué)等章節(jié)內(nèi)容相互聯(lián)系。教師在講授時(shí)就可以把這些專業(yè)課程中的典型實(shí)例與物理化學(xué)課的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，讓學(xué)生明白只有掌握物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)后才能將專業(yè)課程學(xué)好。如在講授化學(xué)動(dòng)力學(xué)章節(jié)時(shí)，可以聯(lián)系染整工藝原理課程中棉織物的染色工藝過(guò)程的實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹棉織物的染色包括練漂、燒毛、退漿、煮練及染色工藝過(guò)程。其中染色過(guò)程包含對(duì)溫度、pH值、反應(yīng)時(shí)間、染料濃度、助劑等工藝參數(shù)的控制，而這些工藝過(guò)程的控制其實(shí)是染料分子與棉纖維化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的控制，教師就可以引出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率方程、影響化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的因素等知識(shí)。

三、與工程人才培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合

物理化學(xué)課程一直以來(lái)被稱為理論化學(xué)，以抽象的理論、復(fù)雜的推導(dǎo)和繁瑣的計(jì)算為特點(diǎn)，是一門既難教又難學(xué)的課程。如果在講授中從理論到理論，只注意基本概念的講解、數(shù)學(xué)推導(dǎo)及計(jì)算，這就完全脫離了卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，為了把學(xué)生培養(yǎng)成具有工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，教師在講授時(shí)，應(yīng)根據(jù)理論的邏輯性和內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，恰當(dāng)?shù)匾肟蒲许?xiàng)目、企業(yè)生產(chǎn)工藝與過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)相關(guān)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。如在講授表面現(xiàn)象章節(jié)中的接觸角知識(shí)時(shí)，可以根據(jù)楊氏方程得到:cos=s-g-s-ll-g。式中:為接觸角;s-g為固氣界面張力，s-l為固液界面張力;l-g為液氣表面張力。當(dāng)s-gs-l、90時(shí)，固體表面潤(rùn)濕，為親水特性;當(dāng)s-gs-l、90時(shí)，固體表面不潤(rùn)濕，為疏水特性。教師可以通過(guò)如何將棉織物整理成拒水面料課題進(jìn)行工程實(shí)例講解。由于棉纖維表面大量的羥基基團(tuán)使s-gs-l，因此90，棉布具有親水特性。在棉織物的拒水整理課題中，可以通過(guò)在整理液中加入有機(jī)硅類WP-107A和有機(jī)氟類AG-480整理劑，使棉織物的表面形成有機(jī)硅和有機(jī)氟類的物質(zhì)，從而使s-gs-l、90，這樣就使棉織物具有拒水性能。這樣的教學(xué)加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐的理解，同時(shí)也使學(xué)生學(xué)會(huì)了如何將物理化學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。

四、設(shè)計(jì)具有工程實(shí)踐特色的綜合實(shí)驗(yàn)

輕化工程專業(yè)卓越工程師強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，而物理化學(xué)課程屬于基礎(chǔ)化學(xué)課程，更多的是注重基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)。如何在基礎(chǔ)化學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力?筆者認(rèn)為，在物理化學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)中開展具有工程實(shí)踐特色的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一方面，可以將理論聯(lián)系實(shí)踐，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí);另一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和素養(yǎng)。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)了改性活性炭材料的制備及對(duì)染料分子的吸附動(dòng)力學(xué)研究綜合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包含材料的制備及改性研究、染料分子的吸附動(dòng)力學(xué)研究、數(shù)據(jù)的處理及分析等過(guò)程。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施，讓學(xué)生將所學(xué)的物理化學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，鍛煉了學(xué)生的材料合成能力以及儀器操作與測(cè)試分析能力;同時(shí)也使學(xué)生學(xué)習(xí)到染料廢水的處理方法，為今后在企業(yè)工作建立清潔生產(chǎn)的理念。

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[關(guān)鍵詞]化工設(shè)計(jì) 有效能效 分析研究

中圖分類號(hào)：TN724 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）19-0327-01

引言

目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也帶動(dòng)了化工行業(yè)的不斷進(jìn)步，對(duì)于化工生產(chǎn)能耗來(lái)說(shuō)，其主要是一個(gè)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同時(shí)也是行業(yè)工藝的流程、設(shè)計(jì)以及操作系統(tǒng)是否合理的一個(gè)依據(jù)所在。目前世界上的能源開發(fā)和合理利用已經(jīng)是受到了廣泛的關(guān)注，然而作為必要項(xiàng)目，化工設(shè)計(jì)已經(jīng)是越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注，現(xiàn)在倡導(dǎo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的核心是節(jié)約和循環(huán)利用，能耗是不能被回收再利用的，能量不僅有數(shù)量還有質(zhì)量（品位）作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)判斷能量等級(jí)，可以有效的分析在剎一會(huì)可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)定量分析與研究中，進(jìn)而具有著十分重要的意義，同時(shí)也很好的發(fā)展了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)。

1.熱力學(xué)定律與卡諾循環(huán)

對(duì)于熱力學(xué)來(lái)說(shuō)，其主要是化學(xué)工程的一個(gè)重要組成部門，同時(shí)化學(xué)工程熱力學(xué)也是化學(xué)工程進(jìn)行開發(fā)以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要依據(jù)，同時(shí)其理論也主要是根據(jù)熱力學(xué)的第一定律來(lái)進(jìn)行出發(fā)的，研究化學(xué)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)換和有效使用，平衡理論的變化過(guò)程限制、條件或狀態(tài)，其主要是在一九三零年由福勒提出的熱力學(xué)第零定律指出，對(duì)于由大量分子、原子組成的物體或物體系，如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡（溫度相同）狀態(tài)，進(jìn)而被他們打破了封閉的體系，然而對(duì)于熱力學(xué)的第一定律和第二定律來(lái)說(shuō)，其能量的轉(zhuǎn)化以及守恒在一切切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程中普遍適用。

2.有效能概念分析

為了能夠更好的對(duì)不同的能量品味進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而便產(chǎn)生了有效能的概念，便為一定形式的能量，可逆變化到給定環(huán)境狀態(tài)，達(dá)到平衡時(shí)，在理論方面能夠做出最大的有用工，然而對(duì)于穩(wěn)流來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)主要是能夠在一定的狀態(tài)下的有效能W，就是系統(tǒng)從該狀態(tài)（P、T）變化到環(huán)境的狀態(tài)（P0、T0）過(guò)程所作的理想功B，即：

W=B=（H-H0）-T0（S-S0）=T0S-H （1）

對(duì)于有效能和理想功之間是有著不同的基準(zhǔn)的，同時(shí)也可以認(rèn)為是理想功為能量在兩個(gè)狀態(tài)之間的差別，由于有效能計(jì)算的基準(zhǔn)狀態(tài)為環(huán)境狀態(tài)，因此總是正值這樣，通過(guò)對(duì)有效能的比較，即按能量轉(zhuǎn)化為有用功的多少，可以把能量分為三類：高質(zhì)能量，即理論上能完全轉(zhuǎn)化為有用功的能量，如電能、機(jī)械能（包括水能和風(fēng)能等）。僵態(tài)能量，便唯愛理論上不能夠轉(zhuǎn)化功的能力，比如海水以及地殼運(yùn)動(dòng)等。然而對(duì)于地質(zhì)的能力來(lái)說(shuō)，其主要是能部分轉(zhuǎn)化為有用功的能量，如熱和以熱形式傳遞的能量，化學(xué)能等其中在計(jì)算化學(xué)有效能時(shí)，要求對(duì)每一元素均確定其環(huán)境狀態(tài)，包括溫度、壓力、物態(tài)和組成化工生產(chǎn)中與熱量傳遞有關(guān)的加熱、冷卻、冷凝過(guò)程，以及與壓力變化有關(guān)的壓縮、膨脹等過(guò)程，雖然能夠能夠熱力學(xué)的第一定律來(lái)對(duì)其進(jìn)行衡算，然而依然是具有著效能的損失，即總體上能量品位的下降，功可以百分之百轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，熱不可能百分之百轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，這就要求在化工設(shè)計(jì)中對(duì)不同能量的使用進(jìn)行合理規(guī)劃，這樣能夠更好的降低有效能的損失。

3.化工過(guò)程的有效能分析

在實(shí)際的能量進(jìn)行傳遞以及裝潢的過(guò)程中，其能力是能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)化成為功的程度，不僅僅是和能量的質(zhì)量、體系所處的狀態(tài)有密切關(guān)系外，還與過(guò)程的性質(zhì)有關(guān)根據(jù)熱力學(xué)定律和有效能的定義，針對(duì)不同的化工過(guò)程，其主要是通過(guò)有效能的進(jìn)行分析可以算出各種物流以及能源的有效，進(jìn)而對(duì)其作出效能的衡算，評(píng)價(jià)能量利用情況，揭示有效能損失的原因，指明減少損失的途徑。

3.1 關(guān)于換熱的過(guò)程

在進(jìn)行換熱的過(guò)程中，其主要是能夠在化工設(shè)計(jì)中經(jīng)?？吹降模趦煞N溫度不同的物質(zhì)進(jìn)行接觸的過(guò)程中，其熱量將會(huì)從高的物體轉(zhuǎn)換到低溫的物體，進(jìn)而進(jìn)行熱交換的兩流體.假設(shè)沒有其它熱損失.取一微元進(jìn)行計(jì)算，有高溫流體微元所放出熱量dQ的有效能力dBQ，H為：

（2）

低溫的情況下物體所吸收熱量dQ的有效能dBQ，1 為：

（3）

則有效能的損失dW為：

（4）

據(jù)此可以看出，首先是傳熱的過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)有效能的損失。其次是溫度一定的情況下，溫差越大，則有效能損失越大。最后是溫差在一定的情況下，溫度越高有效能損失越少。因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，低溫傳熱要盡量減小溫差，高溫傳熱則可適當(dāng)增大溫差，此外，在化工設(shè)計(jì)中，為合理利用有效能，通常情況下所使用的低溫蒸汽為零點(diǎn)五兆帕到一兆帕來(lái)進(jìn)行工藝加熱，這樣不僅可減少有效能的損失，還可減少因高壓產(chǎn)生的設(shè)各費(fèi)用；高壓蒸汽的作功本領(lǐng)比低壓蒸汽強(qiáng)，因此可以用高壓蒸汽來(lái)做功，這樣便能夠更好的活動(dòng)動(dòng)力的能源，溫度在三百五十?dāng)z氏度以上的高溫?zé)崮?，則可以用來(lái)產(chǎn)生高壓蒸汽，最終更加有效的避免了效能過(guò)大的損失。

3.2 關(guān)于傳質(zhì)過(guò)程

對(duì)于傳質(zhì)過(guò)程，系統(tǒng)內(nèi)除了有能量交換，還有質(zhì)量傳遞，此時(shí)在進(jìn)行有效能分析時(shí)就要注意傳質(zhì)過(guò)程帶來(lái)的能耗和有效能損失，例如，對(duì)于精餾過(guò)程，回流比越高，就意味著塔釜的供熱量和塔頂?shù)闹评淞烤驮酱?，這將直接導(dǎo)致能耗的增加，如果以較高的溫差來(lái)降低換熱器而積進(jìn)行換熱，雖然總傳熱量沒有改變，但有效能損失將會(huì)增大在干燥系統(tǒng)中也存在著類似的結(jié)論。

3.3 關(guān)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程

對(duì)于一些具有著化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候，其有效能通常情況下將會(huì)表現(xiàn)在終態(tài)時(shí)體系的溫升和傳質(zhì)對(duì)體系和環(huán)境造成的影響上，此時(shí)體系的不可逆嫡增要考慮到化學(xué)位能的變化。

3.4 關(guān)于化工的設(shè)計(jì)

在對(duì)化工進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，經(jīng)常的將會(huì)遇到化工過(guò)程太重還存在著傳質(zhì)、反應(yīng)以及變壓的一個(gè)過(guò)程，然而對(duì)于傳質(zhì)過(guò)程，系統(tǒng)內(nèi)除了有能量交換，還有質(zhì)量傳遞，此時(shí)在進(jìn)行有效能分析時(shí)就要注意傳質(zhì)過(guò)程帶來(lái)的能耗和有效能損失例如對(duì)于精餾過(guò)程，回流比越高，就意味著塔釜的供熱量和塔頂?shù)闹评淞烤驮酱螅@將直接導(dǎo)致能耗的增長(zhǎng)，如果以較高的溫差來(lái)降低換熱器而積進(jìn)行換熱，雖然總的傳熱量并沒有出現(xiàn)改變，然而其有效能損失將會(huì)出現(xiàn)增大，類似的結(jié)論也將會(huì)存在著干燥的過(guò)程中，其對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，有效能損失通常表現(xiàn)在終態(tài)時(shí)體系的溫升和傳質(zhì)對(duì)體系和環(huán)境造成的影響上，這個(gè)時(shí)候的體系是無(wú)法進(jìn)行逆增的，因此要考慮到化學(xué)位能的變化。

4.有效能的效率及討論

通常情況下，其能量的平衡主要是反映了系統(tǒng)的利用效率的數(shù)量，同時(shí)也能夠更好的反映出系統(tǒng)平衡能源利用的效益，其質(zhì)量主要是作為一個(gè)主要指數(shù)在熱力學(xué)分析，有效效率可以準(zhǔn)確、定量地反映過(guò)程的小可逆性，已廣泛應(yīng)用于化學(xué)過(guò)程的分析能量是守恒的，然而因?yàn)槠溥^(guò)程主要是不可逆的，并且也存在著有效能量的損失，進(jìn)而使其是存在于任何可逆過(guò)程不可逆轉(zhuǎn)的程度越高，有效的損失越大，此外，由于不同的能源有效和可以品味不同，所以它的力量能力也有差異光能源和生物質(zhì)能源的主要力向是新能源的發(fā)展，并且對(duì)于無(wú)偏一級(jí)管是可以發(fā)電的單一環(huán)境進(jìn)而出現(xiàn)了爭(zhēng)議。

總結(jié)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也使得能源出現(xiàn)了浪費(fèi)，同時(shí)能源也是促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的重要物質(zhì)，然而在對(duì)其進(jìn)行使用的過(guò)程中，由于其不能循環(huán)使用且無(wú)法回收致了能源開發(fā)和使用工業(yè)生產(chǎn)促進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步，同時(shí)也導(dǎo)因此在化學(xué)工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中為核心，通過(guò)改善設(shè)各能源效率優(yōu)化不合理的流程以有效能節(jié)約減少不可逆損失，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，與此同時(shí)也能夠更好的使我國(guó)工業(yè)不斷的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 何思然.化工設(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料的選用分析[J].化工管理，2015，06：107+109.

篇8

熱學(xué)在19世紀(jì)便已發(fā)展成為一門比較完備的科學(xué)，隨著人們對(duì)客觀世界的了解深入，關(guān)于熱學(xué)的知識(shí)也在不斷擴(kuò)展。熱學(xué)是物理學(xué)科的一個(gè)重要組成部分，是研究與熱現(xiàn)象有關(guān)的規(guī)律的科學(xué)。課程教學(xué)的目的是掌握熱現(xiàn)象規(guī)律，了解熱現(xiàn)象作為“大數(shù)”粒子無(wú)序運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，為大學(xué)階段其他課程的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，是本科物理專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。我們使用的熱學(xué)教材是經(jīng)典的李椿等編著的《熱學(xué)》教材，通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)熱學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法做了一系列的探索和總結(jié)。

一、熱學(xué)課程的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

熱學(xué)課程的主要內(nèi)容分為三大部分：宏觀理論部分，稱為熱力學(xué)，是通過(guò)直接觀察和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，再用嚴(yán)密的邏輯推理方法總結(jié)出來(lái)的有關(guān)熱現(xiàn)象的規(guī)律，研究的方法是宏觀法，所得出的熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，具有可靠性與普遍性，但是它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)、主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)、把物質(zhì)看成為連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，沒有解釋事物的微觀本質(zhì)；微觀理論部分，稱為統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，是從物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，即從物質(zhì)分子、原子的運(yùn)動(dòng)及它們之間的相互作用出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)研究系統(tǒng)的熱學(xué)性質(zhì)，它可以揭示熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，但由于它在數(shù)學(xué)上遇到很大的困難，由此做出的簡(jiǎn)化假設(shè)（微觀模型）后所得的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不能完全符合；物性學(xué)部分，即熱學(xué)理論的應(yīng)用，利用前兩部分的理論說(shuō)明物態(tài)的性質(zhì)及其相互變化的規(guī)律，包括液體、固體、相變的基礎(chǔ)理論[1]。前兩部分是課程要求的重點(diǎn)，宏觀部分學(xué)生掌握起來(lái)較容易，但統(tǒng)計(jì)物理學(xué)部分涉及到微觀領(lǐng)域及統(tǒng)計(jì)的方法，理解起來(lái)較難一些。

二、熱學(xué)內(nèi)容的表述方式

關(guān)于內(nèi)容的表述，不外乎有文字表述、數(shù)學(xué)表述及圖像表述等，而在熱學(xué)中這三種表述在一個(gè)概念中可能都會(huì)出現(xiàn)。比如說(shuō)熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，涉及到四個(gè)等值過(guò)程，其中在這些過(guò)程中會(huì)有過(guò)程的圖示，即P-V圖，也會(huì)有能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系的描述，當(dāng)然不同的能量也可以由數(shù)學(xué)表達(dá)式表示出來(lái)。

1.文字表述?？茖W(xué)內(nèi)容的表達(dá)力求嚴(yán)謹(jǐn)，文字力求精確、簡(jiǎn)潔，例如，平衡態(tài)的定義，“孤立系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)”，定義簡(jiǎn)潔明了，其中的關(guān)鍵詞是“孤立”二字，也說(shuō)明了平衡態(tài)的特性，如沒有這二字，也就不能稱其為平衡態(tài)了。另外，在熱學(xué)的表述中，很多地方用到了否定的語(yǔ)言，體現(xiàn)最為明顯的是熱力學(xué)第二定律，涉及到的定律的兩種表述，開爾文表述和克勞修斯表述都是用“不可能”這樣否定的詞開頭敘述內(nèi)容，之后兩種表述的等效性的證明也同樣采用了反證法，而不是直接證明。還可以用反證的方法證明兩條絕熱線不能相交、絕熱線和等溫線不能相交于兩點(diǎn)等類似的題目。

2.數(shù)學(xué)表述。對(duì)于熱力學(xué)中的概念，文字的描述要多一些，內(nèi)容也很好理解，學(xué)生一般接受也較容易，但對(duì)于統(tǒng)計(jì)物理中的概念，文字就變得比較抽象，不好理解，所以在微觀方面，相比文字，數(shù)學(xué)更直觀、更容易理解記憶。相比于物理專業(yè)中的其他課程，熱學(xué)中涉及到的式子并不是很多，學(xué)生也可以根據(jù)內(nèi)容體系，用數(shù)學(xué)表述的形式把學(xué)習(xí)到的知識(shí)串接在一起，進(jìn)行系統(tǒng)、有對(duì)比、有條理的學(xué)習(xí)。

3.圖像表述。在熱學(xué)中也運(yùn)用到了非常多的物理圖像表述，相比于前兩種表述，圖像表述更形象、直觀、容易理解。例如，在講解氣體分子按速率分布時(shí)，速率分布函數(shù)的概念較抽象，物理意義不好理解，但通過(guò)利用速率分布曲線圖，從圖中曲線的形狀、曲線下包圍的面積、曲線的峰值對(duì)應(yīng)的速率等方面可以充分理解分子按速率分布的物理意義，使抽象的問題變得形象生動(dòng)。所以，可以通過(guò)作圖，把物理概念、數(shù)學(xué)計(jì)算變得簡(jiǎn)單化，直觀化。

三、熱學(xué)教學(xué)的方法

在熱學(xué)課程教學(xué)中，怎樣才能把學(xué)生認(rèn)為枯燥的、難懂難記的知識(shí)內(nèi)容變?yōu)橛腥さ?、易于理解的?nèi)容呢？這就需要我們充分了解這門課程，注意每一個(gè)細(xì)節(jié)內(nèi)容，把零散的看似不關(guān)聯(lián)的內(nèi)容整合起來(lái)，達(dá)到融會(huì)貫通、心中有數(shù)，這樣講給學(xué)生時(shí)才能有的放矢、游刃有余，學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)也會(huì)變得明確、理解透徹。在課程的講解中，可采取以下幾種教學(xué)方法。

1.歸納總結(jié)的方法。教師在講完每一部分后要對(duì)內(nèi)容做一個(gè)總結(jié)，把重點(diǎn)內(nèi)容用一條主線串連起來(lái)，便于學(xué)生的理解和掌握。例如，在熱力學(xué)第一定律這一部分，可以用幾個(gè)字把這一部分的主要內(nèi)容概括出來(lái)：一個(gè)定律、兩個(gè)循環(huán)、三個(gè)物理量、四個(gè)過(guò)程，即熱力學(xué)第一定律，熱機(jī)循環(huán)和制冷循環(huán)，內(nèi)能、功、熱量三個(gè)物理量，等體、等壓、等溫、絕熱四個(gè)過(guò)程。這樣的總結(jié)使學(xué)生既了解了所學(xué)知識(shí)的重點(diǎn)，也更容易地掌握了所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。另外，在習(xí)題的講解中，也應(yīng)善于總結(jié)和歸納，學(xué)生在中學(xué)時(shí)習(xí)慣了大量的題目練習(xí)，即所謂的題海戰(zhàn)術(shù)，通過(guò)熟練的做題來(lái)達(dá)到掌握知識(shí)的目的。在大學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生如何去學(xué)習(xí)，怎么去做總結(jié)，怎樣用最短的時(shí)間掌握最多的知識(shí)。首先，課堂上教師針對(duì)所講知識(shí)點(diǎn)應(yīng)選取一兩個(gè)例題進(jìn)行講解，對(duì)用到的知識(shí)及所用的解題方法進(jìn)行歸納總結(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)之后對(duì)這類題目的解題思路、技巧、用到的知識(shí)點(diǎn)等非常熟悉，而且能夠做到舉一反三，提高了學(xué)習(xí)的效率及解題的準(zhǔn)確性。

2.類比的方法。類比法是指一類事物具有某種屬性，可以推測(cè)與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理的方法。通過(guò)類比，可以用熟知的知識(shí)引出未知的知識(shí)，節(jié)約學(xué)習(xí)時(shí)間，也使認(rèn)知變得簡(jiǎn)單易懂。例如，在討論熱力學(xué)過(guò)程及其涉及到的內(nèi)能、熱量、功的轉(zhuǎn)化時(shí)，可以在P-V圖中進(jìn)行描述，之后，在熱力學(xué)第二定律中引出熵的概念后，可以通過(guò)T-S圖表述理想氣體的性質(zhì)，特點(diǎn)。通過(guò)類比，會(huì)發(fā)現(xiàn)P-V圖和T-S圖有很多相似的地方，例如，我們用P-V圖示法表示系統(tǒng)在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中做的功，即示功圖，而用T-S圖示法表示系統(tǒng)在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中吸收的熱量，即示熱圖；在這兩類圖中，每一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)平衡態(tài)，每一條曲線代表一個(gè)可逆過(guò)程；閉合曲線所包圍的面積等于系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)可逆循環(huán)過(guò)程后從外界凈吸收的熱量，也等于系統(tǒng)對(duì)外做的功。通過(guò)這樣的對(duì)比學(xué)習(xí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)枯燥的內(nèi)容也很有趣，在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)物理中的相似的美。再如，在學(xué)習(xí)氣體的輸運(yùn)過(guò)程時(shí)，粘滯、熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散三類輸運(yùn)現(xiàn)象也可以進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，它們分別對(duì)應(yīng)當(dāng)氣體各處的流速、溫度、密度不均勻時(shí)發(fā)生的過(guò)程，得出的宏觀規(guī)律的表達(dá)式及微觀解釋都很相似。通過(guò)這樣類比的學(xué)習(xí)，很容易掌握了新的內(nèi)容，也對(duì)所學(xué)的內(nèi)容有了更深刻的理解。

3.討論學(xué)習(xí)的方法。目前，在教學(xué)中提倡貫徹“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則[2]，教師給學(xué)生提供機(jī)會(huì)使學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動(dòng)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性。我們可以結(jié)合重要的知識(shí)點(diǎn)，課堂上讓學(xué)生到講臺(tái)上參與問題的討論及講解，也可以以作業(yè)的形式布置下去所要討論的問題，學(xué)生下去查資料、寫小論文等，之后在課堂上以學(xué)生為主體進(jìn)行討論。例如，在講解熵的概念時(shí)，不妨先讓學(xué)生自己先查一些關(guān)于熵的內(nèi)容，比如熵這個(gè)物理名詞的提出、熵的概念的建立、熵增加原理、熵的應(yīng)用等。學(xué)生通過(guò)調(diào)研，對(duì)熵這個(gè)抽象概念就有了一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，在課堂上討論時(shí)，學(xué)生也把他們自己查到的資料講解出來(lái)，既可以增加信息量，又可以使學(xué)生更深刻準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)熵。所以，通過(guò)這樣的討論學(xué)習(xí)，可以使每一位學(xué)生都在思考，互相啟發(fā)，找出正確解決問題的方法，在這樣的教學(xué)中，學(xué)生不但學(xué)習(xí)、積累了知識(shí)，而且鍛煉了學(xué)生提出問題、解決問題的能力，對(duì)其綜合能力的培養(yǎng)也起到了很好的作用。所以，教師在課堂上不能一味的自己在講解，要加強(qiáng)與學(xué)生的交流，結(jié)合內(nèi)容提出問題，引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的主體意識(shí)，激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性，使學(xué)生更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。

雖然熱學(xué)課程只是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)時(shí)也比較少，但是它是學(xué)生進(jìn)入物理專業(yè)后最先學(xué)習(xí)到的一門課程，學(xué)習(xí)好這門課程會(huì)為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。在教學(xué)中，充分掌握課程特點(diǎn)，采用合適的教學(xué)方法，使學(xué)生喜歡上這門課程，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的樂趣，進(jìn)而學(xué)習(xí)好這門課程，增強(qiáng)探索求知和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李椿，章立源，錢尚武.熱學(xué)[M].第二版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃秀雯，梁永豐.教師身份的確認(rèn)：作為教育主體[J].教育教學(xué)論壇，2013，（22）：20-23.

篇9

關(guān)鍵詞：課程特點(diǎn)；教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐；課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）23-0123-02

世界能源主要來(lái)源于礦物質(zhì)燃料的燃燒，而礦物質(zhì)燃料的燃燒又是硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）及細(xì)顆粒物（PM2.5）等各種大氣污染物的主要來(lái)源。[1]“燃燒與污染控制”是在“燃燒學(xué)”課程的基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)前燃燒污染物控制問題越來(lái)越突出的情況下發(fā)展起來(lái)的一門較新的學(xué)科。該課程既研究礦物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程及化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，又研究燃燒導(dǎo)致的大氣污染物排放控制的專門學(xué)科。

盡管近幾年來(lái)“燃燒與污染控制”這門課程有了很大的發(fā)展，各高校在教學(xué)方面也積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但與“工程熱力學(xué)”“流體力學(xué)”等傳統(tǒng)主干課相比，該課程的教學(xué)依然存在不少問題，如學(xué)生普遍反映該課程理論難度大、知識(shí)點(diǎn)多且零散、對(duì)數(shù)學(xué)要求高等。[2]

為此，筆者結(jié)合幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐對(duì)該課程教學(xué)過(guò)程中遇到的一些困難及解決方法進(jìn)行梳理和總結(jié)，并對(duì)“燃燒與污染控制”課程教學(xué)內(nèi)容的制訂及教學(xué)手段的選擇提出了自己的意見。

一、課程內(nèi)容及特點(diǎn)

1.課程內(nèi)容

“燃燒與污染控制”主要包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、燃料的著火理論、火焰的傳播與穩(wěn)定理論及湍流燃燒理論模型等基礎(chǔ)理論；液體燃料、固體燃料的燃燒過(guò)程及其經(jīng)典的模型；SOx、NOx等污染物的形成及分解機(jī)理以及主要的污染物控制技術(shù)。在污染物控制部分，由于近年來(lái)國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)問題愈加重視，新的污染物控制要求、控制內(nèi)容及相應(yīng)的新的污染物控制理論及技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如PM2.5的產(chǎn)生機(jī)理及控制理論、控制技術(shù)，CO2的捕集與處理技術(shù)等。

通過(guò)相關(guān)內(nèi)容的講解，使學(xué)生了解燃燒及燃燒污染物生成的基本原理，了解掌握最新的污染物控制技術(shù)，學(xué)會(huì)抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，從而理論聯(lián)系實(shí)際，利用所學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題。

2.課程特點(diǎn)

“燃燒與污染控制”課程燃燒學(xué)部分涉及到傳熱、傳質(zhì)、傳動(dòng)量及化學(xué)反應(yīng)，也就是俗稱的“三傳一反”，知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、學(xué)科交叉性強(qiáng)。[3]因此，一方面，該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生很好地掌握“工程熱力學(xué)”“流體力學(xué)”和“傳熱學(xué)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容；另一方面，該課程的學(xué)習(xí)又促進(jìn)了學(xué)生對(duì)上述課程知識(shí)點(diǎn)的理解。

相比較而言，燃燒部分理論性更強(qiáng)，是一門典型的實(shí)驗(yàn)研究和理論總結(jié)相結(jié)合的學(xué)科。由于燃燒過(guò)程的復(fù)雜性，截至目前，燃燒科學(xué)的研究仍然以實(shí)驗(yàn)研究為主。先進(jìn)診斷技術(shù)的不斷出現(xiàn)使得燃燒實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)更加可靠、準(zhǔn)確。[4]20世紀(jì)以來(lái)，著火模型、火焰?zhèn)鞑ダ碚摗⒎磻?yīng)流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)等的建立使燃燒理論有了長(zhǎng)足的發(fā)展。并且，隨著大型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得采用數(shù)值模擬方法研究燃燒過(guò)程已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。[5]這些都促進(jìn)了燃燒學(xué)的發(fā)展。但這些理論模型大多以偏微分方程的形式出現(xiàn)，導(dǎo)致僅學(xué)過(guò)常微分方程的本科生很難理解。這要求授課的老師探索找到適合本科生知識(shí)結(jié)構(gòu)及認(rèn)知水平的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段。

污染物控制部分主要研究燃燒導(dǎo)致的大氣污染物的產(chǎn)生機(jī)理、燃燒中及燃燒后控制大氣污染物產(chǎn)生及排放的主要技術(shù)手段。事實(shí)上，C、N、S元素既是常見燃料的組分，參與燃燒反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)其反應(yīng)生成物CO2、NOx、SOx又是大氣污染物的主要成分。因此，該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)與燃燒學(xué)部分的學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系。污染物控制除了從機(jī)理上分析研究污染物生產(chǎn)及控制外，更注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，即污染物控制的主要技術(shù)手段及方法的介紹。由于我國(guó)近年來(lái)愈發(fā)重視大氣污染物控制，新的污染物控制內(nèi)容、新的污染物控制理論及方法不斷出現(xiàn)，這就要求老師不斷追蹤新知識(shí)、新技術(shù)，不斷充實(shí)、更新自己的專業(yè)知識(shí)。

二、教學(xué)方法

1.教材的選擇

“燃燒與污染控制”這門課程知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、概念抽象，如何上好這門課，選擇好的教材是非常重要的環(huán)節(jié)。只有選擇好的教材才能根據(jù)教材合理制訂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)計(jì)劃，進(jìn)而有效促進(jìn)教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。目前市面上發(fā)行的教材一般都側(cè)重于“燃燒學(xué)”部分，“燃燒污染物控制”部分往往不作為重點(diǎn)，只是捎帶介紹。這些教材主要有國(guó)外教材的國(guó)內(nèi)翻譯版和國(guó)內(nèi)教材兩類，這兩類教材各有特點(diǎn)。[6]將“燃燒學(xué)”“燃燒污染物控制”作為重點(diǎn)的教材只有由浙江大學(xué)岑可法院士領(lǐng)銜編寫的《燃燒與污染控制》。筆者認(rèn)為，合適的教材應(yīng)該能夠與學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及認(rèn)知能力相適應(yīng)，與該課程的教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)。

針對(duì)本課程的特點(diǎn)，教材的內(nèi)容要全且新，尤其是污染物控制部分，應(yīng)能夠較好地反映當(dāng)前的理論發(fā)展水平及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。教材內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、燃燒物理基礎(chǔ)、液體及固體燃料的燃燒、各種主要燃燒染污物的形成機(jī)理及控制方法等。由于是面向本科生的教材，應(yīng)當(dāng)內(nèi)容簡(jiǎn)單易懂，表述深入淺出，實(shí)例豐富直觀，結(jié)構(gòu)邏輯清晰，能有效銜接理論分析與工程實(shí)例。這樣才能使學(xué)生學(xué)起來(lái)不感到沉悶單調(diào)、枯燥乏味。目前國(guó)內(nèi)出版的《燃燒與污染控制》教材要么理論性太強(qiáng)，要么涵蓋內(nèi)容不全面，要么針對(duì)性太強(qiáng)，總之都存在這樣或那樣的問題。

2.教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

教學(xué)內(nèi)容系指教學(xué)過(guò)程中同師生發(fā)生交互作用、服務(wù)于教學(xué)目的達(dá)成的動(dòng)態(tài)生成的素材及信息，是教學(xué)的核心。[7]教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該具有目標(biāo)性、實(shí)效性、科學(xué)性、啟發(fā)性。對(duì)于“燃燒與污染控制”教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，筆者認(rèn)為應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1）內(nèi)容要重點(diǎn)突出，有的放矢。該課程內(nèi)容包括化學(xué)熱力學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、著火理論、火焰?zhèn)鞑ヅc穩(wěn)定理論、液體燃料及固體燃料的燃燒和燃燒污染物控制等部分，但在各部分內(nèi)容的講解上要有重點(diǎn)?！叭紵龑W(xué)”部分，化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)是該部分的理論基礎(chǔ)，可合二為一，講解內(nèi)容包括化學(xué)平衡、熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率、質(zhì)量作用定律、活化分子碰撞理論及鏈鎖反應(yīng)理論等。其中，熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和鏈鎖反應(yīng)理論應(yīng)作重點(diǎn)講解。關(guān)于著火理論，授課重點(diǎn)放在閉口系統(tǒng)著火理論模型的建立和結(jié)果分析上，并分析燃燒放熱量和散熱量隨溫度的變化曲線，確定著火溫度與初始溫度、物理化學(xué)因素和散熱強(qiáng)度的關(guān)系。對(duì)于火焰?zhèn)鞑ヅc穩(wěn)定理論，授課的重點(diǎn)在火焰?zhèn)鞑ジ拍?、澤利多維奇理論、氣體的動(dòng)力燃燒與擴(kuò)散燃燒及火焰穩(wěn)定的基本原理與方法的講解，并介紹防止火焰吹脫和回火的措施，以及來(lái)流速度、火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c圓錐型氣體火焰高度的關(guān)系。對(duì)于液體燃料及固體燃料的燃燒，液體燃料的霧化、蒸發(fā)模型及擴(kuò)散燃燒，碳的燃燒化學(xué)反應(yīng)及碳粒的燃燒速度作為授課重點(diǎn)?！叭紵廴疚锟刂啤辈糠值闹攸c(diǎn)放在燃燒過(guò)程中SOx、NOx的生成機(jī)理，燃燒過(guò)程中SOx、NOx的脫除以及燃燒后脫硫脫硝技術(shù)，并介紹PM2.5的生成與脫除技術(shù)的最新進(jìn)展，CO2的收集控制技術(shù)。介紹理論模型時(shí)，應(yīng)更注重理論模型物理意義的解釋。

（2）理論與實(shí)踐結(jié)合。“燃燒與污染控制”是一門理論性及實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科。課程涉及的相關(guān)理論模型較為抽象，不易掌握。因此，該課程的教學(xué)內(nèi)容必須與工程或生活實(shí)踐緊密結(jié)合。如“燃燒學(xué)”部分，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)過(guò)程中必須將理論與具體工程案例或燃燒相關(guān)生活案例相結(jié)合，以具體案例作為切入點(diǎn)，將復(fù)雜抽象的理論概念穿插到生動(dòng)、具體的案例中進(jìn)行講解。要開設(shè)必要的實(shí)驗(yàn)課，如本生燈測(cè)火焰?zhèn)鞑ニ俣?、煤的工業(yè)分析和元素分析、預(yù)混火焰濃度測(cè)量、聯(lián)合脫硫脫硝實(shí)驗(yàn)及煙氣分析儀測(cè)定煙氣成分等。對(duì)于熱能動(dòng)力專業(yè)的本科生，筆者結(jié)合鍋爐的設(shè)計(jì)案例，利用燃燒學(xué)理論解讀爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃燒器布置、風(fēng)量確定、爐膛點(diǎn)火這些具體方案設(shè)計(jì)背后的理論依據(jù)，從而強(qiáng)化對(duì)燃燒理論的理解。結(jié)合家用燃?xì)庠钆_(tái)，講解燃料與空氣的混合原理。安排學(xué)生參觀熱電廠的脫硫脫硝及除塵裝置等污染物控制設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)分析各種技術(shù)設(shè)備的設(shè)計(jì)原理，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)污染物形成機(jī)理及控制技術(shù)的認(rèn)識(shí)，使書本理論與實(shí)踐統(tǒng)一。

3.教學(xué)方法的設(shè)計(jì)

（1）采用啟發(fā)式教育。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，“教”是為“學(xué)”服務(wù)的，“教”不是統(tǒng)治“學(xué)”，也不是代替“學(xué)”，教師的“教”是啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的“學(xué)”。就“燃燒與污染控制”課程的教學(xué)而言，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)從學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及認(rèn)知能力出發(fā)，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，采用提問、討論、案例分析等多種方式，讓學(xué)生參與到老師的教學(xué)過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們?cè)诨钴S、開放的教學(xué)氛圍中理解掌握燃燒與污染控制相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，并能使用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)分析解決實(shí)際問題。問題的提出要有引導(dǎo)性、針對(duì)性，要圍繞教學(xué)目標(biāo)，否則難以達(dá)到預(yù)期效果。

（2）多媒體教學(xué)與板書的有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)在，各種多媒體技術(shù)已經(jīng)廣泛進(jìn)入課堂教學(xué)，成為課堂教學(xué)的重要手段，對(duì)傳統(tǒng)板書教學(xué)形成了巨大的沖擊。多媒體教學(xué)課件圖文并茂、內(nèi)容豐富、信息量大。就“燃燒與污染控制”而言，燃燒過(guò)程和污染物控制設(shè)備可以被生動(dòng)地展示出來(lái)，使學(xué)生能夠更加深刻、有效地理解相關(guān)理論概念。[8]但是，使用多媒體技術(shù)授課時(shí)，老師講課的速度加快，信息量增加，學(xué)生的思維跟不上。[9]板書比較靈活，對(duì)于復(fù)雜理論模型可以引領(lǐng)學(xué)生的思維，鞭辟入里地進(jìn)行推導(dǎo)，融會(huì)貫通。但是，板書速度慢、效率低。因此，在“燃燒與污染控制”課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書有機(jī)結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

（3）多種考核手段的結(jié)合使用。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)采用多樣化的考核手段，了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，督促學(xué)生的學(xué)習(xí)。課堂提問、課后作業(yè)、案例分析、階段考試等都可以作為考核手段。但無(wú)論采用何種形式的考核手段都應(yīng)當(dāng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，增加學(xué)生對(duì)本課程本專業(yè)的認(rèn)識(shí)為出發(fā)點(diǎn)。

三、結(jié)論

綜上所述，“燃燒與污染控制”涉及傳熱、傳質(zhì)、傳動(dòng)量及化學(xué)反應(yīng)，融合了工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、高等數(shù)學(xué)等方面的知識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)點(diǎn)面集合，重點(diǎn)突出，理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，作為老師，需要不斷學(xué)習(xí)，及時(shí)掌握該課程新的知識(shí)點(diǎn)，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。

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[7]吳化鈿.教育學(xué)教程[M].廣州：廣州高等教育出版社，2005.

篇10

關(guān)鍵詞：高等物理化學(xué)；環(huán)境專業(yè)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

浙江工商大學(xué)案例型《高等物理化學(xué)》課程改革研究 （xgy12105）項(xiàng)目。

【中圖分類號(hào)】G642

物理化學(xué)作為環(huán)境、化學(xué)、生物、化工、材料等專業(yè)本科生基礎(chǔ)課，由于概念多、公式多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感到抽象、難學(xué)和難理解，厭學(xué)傾向比較明顯。然而，物理化學(xué)中的理論、方法和觀念在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面又具備其他課程無(wú)法替代的作用。高等物理化學(xué)作為物理化學(xué)的延伸，是研究生階段的核心基礎(chǔ)課之一。因此，根據(jù)具體研究方向，改革教學(xué)方法，避免滿堂灌輸式的傳統(tǒng)教學(xué)模式，重新點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力至關(guān)重要，是未來(lái)高等物理化學(xué)課程改革的必然出路。

一、我校環(huán)境專業(yè)研究方向與物理化學(xué)的聯(lián)系

我校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)具有一級(jí)學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已形成5個(gè)特色的學(xué)科方向：（1）廢水處理與優(yōu)化控制技術(shù)；（2）廢物處置與資源化技術(shù)；（3）大氣污染控制理論與技術(shù)；（4）環(huán)境功能材料與友好過(guò)程技術(shù)；（5）環(huán)境生物與生態(tài)修復(fù)技術(shù)。這些特色研究方向與物理化學(xué)有著非常緊密的聯(lián)系，物理化學(xué)的理論和方法一直被運(yùn)用到環(huán)境保護(hù)中。例如：（1）水處理過(guò)程、污泥消化處理、熱污染控制等許多方面都涉及熱化學(xué)模擬計(jì)算；（2）作為常用的高級(jí)氧化技術(shù)之一-電化學(xué)方法涉及電化學(xué)基本原理、內(nèi)電解、電凝聚、電解氧化/還原及電滲析等物理化學(xué)知識(shí)；（3）環(huán)境功能催化材料涉及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等多方面的知識(shí)；（4）吸附劑、表面活性劑等污染修復(fù)方法與物理化學(xué)中膠體與界面部分密不可分。因此，針對(duì)研究生高等物理化學(xué)課程改革，必須考慮如何體現(xiàn)課程特色、以何種模式實(shí)現(xiàn)研究生科研活動(dòng)中基礎(chǔ)知識(shí)再認(rèn)識(shí)以及創(chuàng)新性思維能力的提高等關(guān)鍵問題。

二、環(huán)境專業(yè)高等物理化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)改革

1.教學(xué)內(nèi)容改革

高等物理化學(xué)包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)四大塊內(nèi)容。作為環(huán)境專業(yè)研究生的基礎(chǔ)課程，各部分教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重突出特色，有所取舍，不能簡(jiǎn)單重復(fù)本科階段的物理化學(xué)教學(xué)。針對(duì)本校環(huán)境專業(yè)研究方向和有限的課堂學(xué)時(shí)，筆者認(rèn)為，選取化學(xué)變化的方向和限度問題、化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理問題、催化劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、電化學(xué)基本原理和應(yīng)用作為核心教學(xué)內(nèi)容，有利于吸引學(xué)生結(jié)合自己的研究課題進(jìn)行深入的自主學(xué)習(xí)。

在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加1-2個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)深入、形象地理解環(huán)境凈化技術(shù)應(yīng)用時(shí)的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

2.教學(xué)方法改革

大量的實(shí)踐表明： 傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，尤其是抽象性、概括性、邏輯性很強(qiáng)的高等物理化學(xué)教學(xué)。要培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力，必須激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。因此，改革教學(xué)方式，以學(xué)生為主體，教師講授為輔，進(jìn)行前沿引導(dǎo)式教學(xué)為現(xiàn)代高等物理化學(xué)教學(xué)改革點(diǎn)亮希望。

具體課程安排過(guò)程中，可按教師講授（提出問題）學(xué)生互動(dòng)（解決問題）教師總結(jié)點(diǎn)評(píng)（基本原理強(qiáng)化）順序展開教學(xué)。改變傳統(tǒng)的系統(tǒng)講授為重點(diǎn)講授，教師根據(jù)學(xué)科特色，有側(cè)重地突出物理化學(xué)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和前沿，設(shè)置課程研討課題；學(xué)生根據(jù)興趣自主選者課題，課后進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研和歸納，并在課堂上展示學(xué)習(xí)心得；最后，教師根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并提出改進(jìn)的建議。此外，在課堂教學(xué)上，應(yīng)經(jīng)常以啟發(fā)式的語(yǔ)言、事例來(lái)激勵(lì)學(xué)生，引導(dǎo)他們積極主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

三、物理化學(xué)教學(xué)改革初探

根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)，筆者初步嘗試了教師主講3個(gè)專題，提供學(xué)生6個(gè)課題，輔助1個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。教師主講內(nèi)容包括：（1）物理化學(xué)在光催化環(huán)境凈化技術(shù)中的應(yīng)用；（2）物理化學(xué)在環(huán)境電化學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用；（3）物理化學(xué)中的膠體界面化學(xué)。提供學(xué)生選擇自主學(xué)習(xí)的課題如下：（1）物理化學(xué)與環(huán)境保護(hù)；（2）光催化體系的反應(yīng)機(jī)制及應(yīng)用時(shí)的瓶頸突破；（3）電化學(xué)處理有毒難降解有機(jī)污染物的電子轉(zhuǎn)移機(jī)理；（4）污水處理中的熱力學(xué)過(guò)程；（5）吸附法處理環(huán)境污染物的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；（6）膠體表面/界面調(diào)控與環(huán)境污染治理。要求學(xué)生學(xué)會(huì)利用學(xué)校圖書館的Web of Science和google學(xué)術(shù)搜索工具，查閱自選課題相關(guān)的文獻(xiàn)，主要是主流TOP期刊的論文，在大量閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，寫出能體現(xiàn)課題核心內(nèi)容和研究亮點(diǎn)的綜述。經(jīng)過(guò)這兩階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已基本具備文獻(xiàn)查新、科學(xué)問題提煉的能力。最后筆者選取環(huán)境污染治理的新技術(shù)-太陽(yáng)能光催化處理印染廢水為輔助實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)改變反應(yīng)條件，觀察廢水色度變化，既能給學(xué)生直觀感受，又能通過(guò)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，讓學(xué)生體會(huì)到物理化學(xué)基本理論的美妙。

本實(shí)驗(yàn)中主要涉及物理化學(xué)中的阿倫尼烏斯公式：

（1）

其中k為反應(yīng)的速率常數(shù)，可以通過(guò)不同時(shí)間染料降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合得到；A為反應(yīng)的頻率因子，對(duì)于確定的化學(xué)反應(yīng)為一常數(shù)；Ea為反應(yīng)活化能；R為理想氣體常量；T為熱力學(xué)溫度。通過(guò)對(duì)公式（1）進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，可以得到公式（2）：

（2）

通過(guò)測(cè)定不同溫度下染料降解的速率常數(shù)k ，可以利用公式（2）計(jì)算得到反應(yīng)的活化能Ea；進(jìn)一步通過(guò)有無(wú)催化劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以計(jì)算出染料降解反應(yīng)中添加催化劑對(duì)Ea的影響，預(yù)測(cè)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)的相關(guān)信息，直觀而深刻地體會(huì)到物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際環(huán)保技術(shù)中的應(yīng)用，使理論與實(shí)踐完美結(jié)合，激發(fā)學(xué)生在各自研究領(lǐng)域重新學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，物理化學(xué)是一門基礎(chǔ)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，加強(qiáng)物理化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，特別是通過(guò)課程解析物理化學(xué)基本規(guī)律在現(xiàn)代環(huán)境保護(hù)研究前沿?zé)狳c(diǎn)的作用，將會(huì)有助于我校環(huán)境專業(yè)研究生從分子本質(zhì)上加深對(duì)本專業(yè)和研究方向的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)研究生更快地實(shí)現(xiàn)從知識(shí)學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的角色轉(zhuǎn)變。

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