工程熱力學的基本概念精選(九篇)

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第1篇：工程熱力學的基本概念范文

論文摘要 結(jié)合多年從事化工熱力學教學的經(jīng)驗，根據(jù)化學工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案要求，探討提高化工熱力學教學質(zhì)量的方法。精選教學內(nèi)容，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結(jié)合。加強學科間的溝通與銜接，科學組織教學；引導學生對熱力學性質(zhì)計算的編程求解，采用雙語教學，加強綜合知識的能力培養(yǎng)；強化實踐環(huán)節(jié)的訓練，注重學生科研能力的培養(yǎng)；適度引入多媒體教學，提高教學水平和教學質(zhì)量；改革考核方式，注重學生靈活應(yīng)用知識的能力。

化工熱力學作為化學工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修主干課，是一門理論性和應(yīng)用性較強的課程，它既要解決化學問題，又要解決工程實踐問題[1]。通過化工熱力學課程的學習，學生能夠掌握化工熱力學的基本概念和理論，利用化工熱力學的原理和模型進行化工過程能量、相平衡及化學反應(yīng)平衡分析和研究，利用化工熱力學的方法對化工中物系的熱力學性質(zhì)和其它化工物性進行關(guān)聯(lián)及推算，解決化工生產(chǎn)和設(shè)計中的有關(guān)實際問題[2-3]。本課程的基本概念和公式多，理論抽象，計算與公式推導較難，學生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容比較困難， 本文從教材建設(shè)和教學實施方法上進行探討，使學生更好地掌握其基本原理和實際應(yīng)用，培養(yǎng)高素質(zhì)的化學工程與工藝專業(yè)人才。

1 根據(jù)化學工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案要求，精選教學內(nèi)容，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結(jié)合

化工熱力學的主要任務(wù)是使學生熟悉熱力學基本定律在化學工程中的應(yīng)用，掌握根據(jù)熱力學原理求取化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和化工過程中熱量與功的計算方法，培養(yǎng)學生應(yīng)用熱力學基本原理分析解決化工領(lǐng)域中有關(guān)問題的初步能力。因此，在制定教學大綱和選擇教學內(nèi)容時， 將熱力學知識體系分成兩部分：一是流體的P-V-T性質(zhì)及計算、流體熱力學性質(zhì)及應(yīng)用；二是溶液理論、相平衡及應(yīng)用。對于第一部分，主要介紹氣體和液體的P-V-T性質(zhì)及計算、流體的熱力學性質(zhì)計算。要求熟練掌握常用的流體狀態(tài)方程及應(yīng)用計算，學會計算的思路、步驟和方法；掌握利用狀態(tài)方程和熱容數(shù)據(jù)計算流體的熱力學性質(zhì)的方法，繪制熱力學圖表。第二部分介紹溶液活度系數(shù)模型方程以及相平衡理論及其在化工分離中的應(yīng)用。要求能根據(jù)超額吉布氏自由能與活度系數(shù)的關(guān)系，結(jié)合模型方程計算混合溶液的活度系數(shù)；掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達式及其應(yīng)用，尤其是超臨界流體在分離中的應(yīng)用。采用循序漸進、先易后難的方法逐步講解和學習，最后達到融會貫通。使教學內(nèi)容既要具有合理性、實用性，又能夠充分反映本學科領(lǐng)域的最新科技成果，并與化工生產(chǎn)發(fā)展需要相結(jié)合。

2 加強學科間的溝通與銜接，科學組織教學

化工熱力學作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程， 是在物理化學學習的基礎(chǔ)上，進一步深化熱力學基本概念和理論，將重點轉(zhuǎn)移到解決工程實際問題上來的課程。因此化工熱力學具有知識的過渡性和很強的理論性、應(yīng)用性。化工熱力學中涉及到的熱力學基本定律，熱力學函數(shù)如焓、熵、內(nèi)能、自由焓、自由能，流體P-V-T關(guān)系的狀態(tài)方程等知識，均是物理化學中所學習過的，需要在化工熱力學中進一步深化與應(yīng)用。

加強與高等數(shù)學學科的溝通，解決公式推導計算難的問題。化工熱力學中涉及到很多計算，如流體的P-V-T關(guān)系計算、熱力學性質(zhì)的計算、化工過程能量分析計算、相平衡計算、化學反應(yīng)平衡計算等，對高等數(shù)學知識的運用要求多且較高。應(yīng)加強與相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的橫向聯(lián)系，做到理論聯(lián)系實際。在教學過程中引導學生放開思路，加強理論知識與實踐知識的聯(lián)系，將熱力學的有關(guān)理論與這些課程的實際應(yīng)用聯(lián)系起來，避免學生認為化工熱力學理論太深、不好學的現(xiàn)象發(fā)生。

3 引導學生對熱力學性質(zhì)計算的編程求解；采用雙語教學，加強綜合知識的能力培養(yǎng)

化工熱力學的計算常涉及較多的公式及參數(shù)，計算量大且較復雜，通常需要進行試差、迭代來處理，因而電算在化工熱力學計算中起著不可替代的作用。在講授熱力學性質(zhì)時，引入陳新志教材中的偏離函數(shù)的內(nèi)容。焓、熵、吉布氏自由能的偏離函數(shù)均可以通過狀態(tài)方程推導出復雜的表達式，編寫程序，即可以得到結(jié)果。相平衡中的計算更為復雜，編程計算大有裨益。實踐發(fā)現(xiàn)，編程計算雖然對部分學生有一定難度，但多數(shù)學生卻表現(xiàn)出很大的積極性，隨著上機題的完成，計算機應(yīng)用能力也得到提高。

此外，在教學中注意向?qū)W生介紹一些英文專業(yè)術(shù)語以及科技英語的表達方法，為學生查閱相關(guān)文獻打下一定基礎(chǔ)，并推薦原版教材（Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics，J.M. Smith）部分章節(jié)給學生閱讀，雙語講解，進一步培養(yǎng)學生的英文閱讀和聽說能力。

4 強化實踐環(huán)節(jié)的訓練，注重學生實踐能力及科研能力的培養(yǎng)

在實踐教學中，注重培養(yǎng)學生的動手能力，將難懂的知識與實際過程進行關(guān)聯(lián)，運用所學基本理論解決實際問題的能力，將抽象的熱力學概念和理論具體化，與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來，以消除學生對熱力學的畏懼情緒，培養(yǎng)實際應(yīng)用能力。比如我們延伸了實驗內(nèi)容，在二元汽液平衡數(shù)據(jù)測定和無限稀釋溶液活度系數(shù)的測定實驗中，除測定必要的實驗數(shù)據(jù)外，還要求學生根據(jù)實驗計算回歸出Wilson和van Laar模型方程參數(shù)，再比較兩種模型與實測值的偏差大小，并分析原因，從而達到了理論與實踐的結(jié)合。另外，還組織感興趣的同學進行創(chuàng)新性實驗研究。隨著生命科學和分子熱力學的發(fā)展，生化模型分子（例如含N，N-二甲基甲酰胺DMF和醇的混合物）由于其在生化過程模擬中的重要意義，正引起人們越來越多的注意。為了更深入地了解這些體系的熱力學性質(zhì)及分子間的作用力，組織學生采用Rose平衡釜測定常壓下二元體系（正丙醇—DMF，正丙醇－異丙醇，異丙醇—DMF）的常壓氣液相平衡數(shù)據(jù)來關(guān)聯(lián)三元體系（DMF +正丙醇+異丙醇）的性質(zhì)，并通過熱力學同一性檢驗數(shù)據(jù)的可靠性。學生從查閱資料，設(shè)計實驗方案，確定原料、試劑及分析方法，到實驗操作，數(shù)據(jù)處理，并進行整理寫出研究報告。這一過程對學生是一次全面的綜合訓練，加強了理論與實踐的結(jié)合。對實驗中遇到的問題老師及時解決，鍛煉學生綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力，強化專業(yè)操作技能，同時也加深對溶液理論知識的理解，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新意識。

5 適度引入多媒體教學，提高課堂教學效果

熱力學抽象、難懂，多媒體輔助教學具有形象、生動、直觀的特點，便于加深學生對問題的理解；同時大大增加了課堂信息量，提高了教學效率，還可免除教師上課時寫板書的勞累，因此多媒體輔助教學還是很有必要的。如在講解化工熱力學中混合物汽液相平衡計算，狀態(tài)方程法計算組成、溫度和壓力時，往往非常復雜而且容易出錯，迭代步驟繁多，計算費時費力。如果采用多媒體技術(shù)，可以形象生動地展示計算框圖，在程序中采用循環(huán)語句，只需要輸入初始的條件就可以很快得到結(jié)果。

但使用多媒體輔助手段也有缺點，主要是變換的畫面，雖能形象直觀地闡述豐富生動的信息，但用幻燈片顯示熱力學中公式推導顯得相當機械、呆板，與看書相差無幾，無法體現(xiàn)教師的靈活思路，更無法調(diào)動學生的積極性，同時也會影響師生之間的情感交流，結(jié)果是學生反映來不及記筆記，聽課時就像看電影，教學效果差，對所學內(nèi)容印象不深，甚至形成了課下學生借教師課件拷貝的局面。因此，多媒體教學只是教學的輔助手段，不能成為教學的主體形式，多媒體教學優(yōu)勢并不是在任何課中都能體現(xiàn)出來的。熱力學教學應(yīng)采用多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合方式的教學手段，板書與多媒體的優(yōu)勢才能相得益彰，提高學生學習興趣，拓寬學生思維空間，更好理解化工熱力學內(nèi)容。

6 改革考核方式，注重學生靈活應(yīng)用知識的能力

考試是教學過程和教學成果的檢驗，它往往成為教學過程的指揮棒，因此考試內(nèi)容及方法的改革是教學改革的重要組成部分，也是教學改革的重點和難點。根據(jù)熱力學課程的教學實踐，要求學生全面閱讀書籍，在歸納整理的基礎(chǔ)上，使知識系統(tǒng)化，找出學習中存在的問題，再集中解答。由于化工熱力學的理論性強，大量模型方程難以記憶，閉卷考試要花費較多的時間和精力去記憶公式，難免疏虞理解和應(yīng)用，或本末倒置，顧此失彼。因此采用了開卷考試，考試的目的在于使學生對教材體系有個全面的理解，突出重點和實用性，善于靈活應(yīng)用。而且整個試卷均采用英語出題，這就加大了熱力學題的難度，有些學生對英文句子不理解或不懂得專業(yè)詞匯，導致答題南轅北轍。部分學生懷著僥幸心理，想依賴考場上翻書籍蒙混過關(guān)，但因課程知識的復雜性，突擊過關(guān)是不現(xiàn)實的。因此開卷考試，擴大了學生的閱讀量，注重學生融會貫通的能力。

參考文獻

[1]趙云鵬，荊濤.化工熱力學教學實踐的研究[J].長春師范學院學報:自然科學版，2006，25(4):125—126

第2篇：工程熱力學的基本概念范文

關(guān)鍵詞：工程熱力學;雙語教學;課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0069-02

隨著我國本科教學水平的不斷提高和國際化交流與合作的廣泛開展，就業(yè)市場對本科畢業(yè)生的知識結(jié)構(gòu)和外語應(yīng)用能力有了新的要求，專業(yè)外語應(yīng)用能力成為21世紀國際化專業(yè)人才的必備專業(yè)素養(yǎng)，直接影響本科畢業(yè)生的就業(yè)趨向和未來發(fā)展。[1-4]我國教育部對本科生的雙語課程教學十分重視，2001年教育部在《關(guān)于加強高等學校本科教學工作，提高教學質(zhì)量的若干意見》中提出，要采用英語等外語進行公共課和專業(yè)課教學，要求各高校在三年內(nèi)開設(shè)5%～10%的本科雙語課程。[5]2005年，教育部在《關(guān)于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中又指出：要提高雙語教學課程的質(zhì)量，繼續(xù)增加雙語教學課程的數(shù)量。2007年，教育部在《關(guān)于進一步深化本科教學改革，全面提高教學質(zhì)量的若干意見》中指出，要鼓勵開展雙語教學工作。教育部2004年8月開始試行的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中，雙語教學被列為主要評估點之一。雙語教學的水平已經(jīng)成為衡量高等學校辦學水平的一項重要指標。我國高校在本科生課程雙語教學的實踐過程中，近年來取得了實質(zhì)性的進展，也突顯了課程體系構(gòu)建不合理、重點內(nèi)容設(shè)置不當、教材建設(shè)相對滯后、雙語教學師資不足、雙語學習氛圍較差、課程考核評價方法有待改革等問題。為了使“工程熱力學”在校級精品課程的基礎(chǔ)上進行雙語教學，需要對“工程熱力學”雙語教學的課程體系進行合理構(gòu)建和重點內(nèi)容進行設(shè)置，以期把該課程建設(shè)成為高質(zhì)量的雙語教學課程，為提高本科畢業(yè)生的整體質(zhì)量和英語應(yīng)用能力奠定良好的基礎(chǔ)，以適應(yīng)國家化人才市場的需要。

一、“工程熱力學”雙語教學的課程體系構(gòu)建與實施

“工程熱力學”作為能源、環(huán)境、機械、化工等大類工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，兼有理論性、實踐性和工程性，它起到承上啟下、從基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程的橋梁作用，是本科生專業(yè)課程體系中不可或缺的骨干專業(yè)基礎(chǔ)課，在上述專業(yè)本科生的培養(yǎng)過程中具有重要的核心地位。“工程熱力學”課程內(nèi)容具有概念多、基本理論抽象、富含哲學思維和理念、工程應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等特點，要實現(xiàn)該課程的高質(zhì)量雙語教學就要對該課程體系進行合理構(gòu)建，為保證教學效果奠定良好的基礎(chǔ)。該課程經(jīng)過多年的建設(shè)、教學改革和教學經(jīng)驗的積累，已成為校級精品課程，在教師團隊建設(shè)、師資英語水平、多媒體課件及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源、課堂教學方法及課程評價方法等方面均具有良好的條件，為“工程熱力學”雙語教學課程體系的合理構(gòu)建做了較為充分的準備?！肮こ虩崃W”課程教學團隊認真研究了國內(nèi)高校開設(shè)雙語課程的案例，確定了“工程熱力學”雙語教學課程體系主要由教學模式、教學團隊、教學內(nèi)容（如課程大綱、授課計劃）、多媒體課件、課堂教學實施、多層次啟發(fā)式教學方法、網(wǎng)絡(luò)資源、課程成績評價方法等內(nèi)容組成，認為教學模式、教學團隊和教學團隊是保證“工程熱力學”雙語教學質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

雙語教學模式對課程體系的構(gòu)建起到關(guān)鍵性影響，首先要確定雙語教學模式。近年來我國高校開展的雙語教學模式主要可概括為全外語型、混合型和部分外語型三種。

（1）全外語型。采用外文教材，直接用外文授課。這種模式要求師生均應(yīng)具有較高的外語水平。

（2）混合型。采用外文教材，混合外文與漢語授課。與全外語型相比，學生較易掌握課程內(nèi)容，適合學生接觸雙語教學的初級階段，也適合多數(shù)任課教師的外語水平。

（3）部分外語型。采用外文教材，用漢語講授。這種模式適合外語知識和接受能力較弱的生源。結(jié)合“工程熱力學”課程多年的教學實踐，結(jié)合現(xiàn)有的師資英語水平和學生的實際英語水平，建議對“工程熱力學”采用混合型雙語教學模式。

教學團隊是實施“工程熱力學”課程體系的人力資源保證，教學團隊的建設(shè)是關(guān)鍵。經(jīng)過多年的建設(shè)，“工程熱力學”課程已形成了年齡結(jié)構(gòu)、學歷層次、學緣結(jié)構(gòu)等較為合理的教學團隊。老教師具有豐富的教學經(jīng)驗，青年教師具有較高的英語應(yīng)用水平，為“工程熱力學”雙語教學的實施提供了良好的師資力量。

教學內(nèi)容是一門課程知識面寬窄、程度深淺、系統(tǒng)性完善度的體現(xiàn)，也是體現(xiàn)課程整體質(zhì)量的重要組成部分?！肮こ虩崃W”在建成校級精品課程的過程中，在教學大綱、教學計劃、課程的重點和難點、多媒體課件制作和網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)等方面積累了豐富的素材與資源，為“工程熱力學”雙語教學的教學內(nèi)容規(guī)劃與設(shè)置奠定了扎實的基礎(chǔ)。

在上述條件下，“工程熱力學”課程教學團隊經(jīng)過認真調(diào)查研究，并結(jié)合現(xiàn)有的師資條件、課程教學資源、學生的實際英語水平構(gòu)建了“工程熱力學”雙語教學的“三段一改”課程教學方法，“三段”即課前階段、課堂教學階段、課后檢驗階段;“一改”即改革課程考核和評價方法?，F(xiàn)就“三段一改”課程教學方法的實施構(gòu)想簡要介紹如下：

（1）課前階段。課前階段所做的工作重點是確定雙語教學模式、選定中文教材和外文教材、編制中英文教學大綱和授課計劃、確定課程的主要知識點和重點與難點內(nèi)容、制作多媒體課件、建立習題與思考題庫，并將教學大綱、授課計劃、多媒體課件和習題與思考題庫在學校的畢博網(wǎng)絡(luò)平臺開放，供學生結(jié)合各自的時間、興趣和特點進行課前預習與課后復習。教師在課堂講授前預習要求，以保證學生的預習效果。

（2）課堂教學階段。課堂教學階段是將課程內(nèi)容傳授給學生。授課語言采用中文和英文，英文講授不低于50%。教學方法采用啟發(fā)式、討論式、課堂提問等方式激發(fā)學生的學習興趣。多媒體課件分別有中文和英文版本，課程的重點內(nèi)容有中英文對照。課堂教學針對不同英語水平的學生分為三個不同層次，即最高層次、平均層次和低層次。最高層次要求學生以英文教材和英文多媒體課件為主，作業(yè)用英文完成;平均層次要求學生以中文教材和英文多媒體課件為主，英文教材為輔，對課程的主要內(nèi)容能用英文和中文同時掌握，作業(yè)以中文為主;低層次要求學生以中文教材和中文多媒體為主，英文教材和英文多媒體為輔，對課程的重點內(nèi)容能用英文理解和掌握，作業(yè)可全部用中文完成。課堂教學的目標是以平均層次為主要教學對象，逐步積累經(jīng)驗后過渡到以高層次為主。

（3）課后檢驗階段。課后檢驗階段主要包括課程作業(yè)批改、網(wǎng)上答疑和討論、課程實驗等環(huán)節(jié)，不僅可以檢驗課堂教學效果，鞏固課堂講授的知識，還可以檢驗學生對知識點的掌握情況，積極征求學生對本課程教學的意見，及時發(fā)現(xiàn)教學過程中出現(xiàn)的問題，改進教學方法，提高教學質(zhì)量。

（4）改革課程考核和評價方法。雙語教學的課程考核和評價方法應(yīng)考慮到雙語教學的特點，把英語的應(yīng)用能力作為課程成績的重要組成部分，把學生的英語作業(yè)、課堂英語提問和交流納入課程平時成績，并加大平時成績的權(quán)重，以引起學生對英語應(yīng)用能力的重視，激發(fā)用英語思考和學習的主動性，保證雙語教學質(zhì)量。

因此，合理構(gòu)建雙語教學的課程體系，由任課教師在課堂教學中分層次加以有效實施，并提高學生的自主性和積極性，可確保雙語教學取得較好的教學效果。

二、“工程熱力學”雙語教學重點內(nèi)容的設(shè)置與教學要求

“工程熱力學”雙語教學重點內(nèi)容的合理設(shè)置是保證“工程熱力學”雙語教學質(zhì)量的重要組成部分，重點內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)該基本與中文教學的內(nèi)容相同，同時應(yīng)吸納經(jīng)典英文教材中的新概念和工程應(yīng)用，與國際先進水平接軌，滿足人才市場的國際化要求?！肮こ虩崃W”的內(nèi)容可分為基本概念和理論、工程應(yīng)用、常用圖表三大部分。結(jié)合該課程教學團隊多年教學經(jīng)驗的積累，建議將如下內(nèi)容作為“工程熱力學”雙語教學的重點內(nèi)容：

在基本概念和理論方面，主要包括：熱力系如閉口系、開口系、絕熱系、孤立系;狀態(tài)參數(shù)如壓力、溫度、比容、內(nèi)能、焓、熵、火用;熱力過程如可逆過程、準靜態(tài)過程、不可逆過程;熱力循環(huán)如正循環(huán)、逆循環(huán);不可逆因素如溫差傳熱、摩擦耗功、自由膨脹;熱力學基本定律如熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三定律;不同形式的實際氣體方程;熱效率、制冷系數(shù)、火用的概念、常見形式能量的火用、火用效率、火用損失、生成焓、理論燃燒溫度、平衡常數(shù)、相對濕度、含濕量、干球溫度、濕球溫度、露點溫度、馬赫數(shù);卡諾定理、孤立系統(tǒng)熵增原理、克勞修斯不等式;卡諾循環(huán)熱效率，一般熱效率表達式等。[6， 7]

在工程應(yīng)用方面，主要包括：實際應(yīng)用案例，氣體動力循環(huán)如狄塞爾循環(huán)、奧托循環(huán);制冷循環(huán)如空氣壓縮制冷循環(huán)、蒸汽壓縮制冷循環(huán)、噴射式制冷循環(huán)、吸收式制冷循環(huán);蒸汽動力循環(huán)如郎肯循環(huán)、再熱循環(huán)、回熱循環(huán);燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán);燃料電池;燃料電池-燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)等;濕空氣的加熱、冷卻與干燥等。

在常用圖表方面，主要包括：水蒸氣表、水蒸氣焓-熵圖、常用制冷工質(zhì)的熱物性圖表、濕空氣的焓-含濕量圖等。

上述內(nèi)容是不同層次學生必須掌握的“工程熱力學”課程內(nèi)容基本知識點，對不同層次的學生，主要體現(xiàn)在英語應(yīng)用能力的要求不同。最高層次同學能夠熟練閱讀英文原版教材和相關(guān)的英文資料，能在課堂上用英語與老師和同學進行流利口頭交流，在課后能用英語完成作業(yè)，熟練地應(yīng)用英文多媒體課件進行課后復習;平均層次同學能讀懂上述內(nèi)容相關(guān)的英文原版教材內(nèi)容的相關(guān)內(nèi)容，能用英語在課堂上與老師和同學進行交流，能用英語寫作部分作業(yè)題，能用英文多媒體課件進行課后復習;對低層次同學，能基本看懂英文原版教材中上述相關(guān)課程內(nèi)容，基本能用英語在課堂上與老師和同學進行溝通，掌握上述課程內(nèi)容的英文詞匯和表達方法，能看懂英文多媒體課件中的上述課程內(nèi)容。在雙語教學中要強調(diào)學科的專業(yè)性，絕不能把雙語教學變成專業(yè)外語教學。

三、結(jié)論

合理構(gòu)建“工程熱力學”雙語教學課程體系和設(shè)置課程內(nèi)容知識點，采用“三段一改”的教學方法，改革課程考核與評價方法，對不同層次的學生提出不同的英語應(yīng)用能力要求，把學科內(nèi)容作為課程教學的重點，并在實際教學過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，改革教學方法，有望使“工程熱力學”雙語教學的教學質(zhì)量不斷得到提高，把“工程熱力學”建成高水平的雙語教學示范課程。

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[5]胡煒，蔣.高校雙語教學實踐初探[J].改革與開放，2010，（18）：

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第3篇：工程熱力學的基本概念范文

關(guān)鍵詞：大工程觀；熱物理基礎(chǔ)；教學內(nèi)容；工程專業(yè)；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2012）36-0300-04

自20世紀70年代以來，世界性的新技術(shù)革命對工程活動產(chǎn)生了巨大影響，工程活動對知識技術(shù)、能力綜合的需要達到前所未有的程度。從動力生產(chǎn)、能源節(jié)約、環(huán)境保護以及工業(yè)生產(chǎn)過程本身特點來看，工程專業(yè)學生應(yīng)該具備合理用能、節(jié)能和環(huán)保的意識并懂得其基本的技術(shù)，而熱物理基礎(chǔ)課程的內(nèi)容是合理用能及節(jié)能理論中的最基礎(chǔ)與核心的部分。因此，作為介紹熱能的有效、合理的利用和轉(zhuǎn)換、傳遞技術(shù)的熱物理基礎(chǔ)課程，不僅應(yīng)是大工程觀下能源動力類專業(yè)高等工程教育中的重要理論基礎(chǔ)課[1～2]，而且也應(yīng)是21世紀所有大工程觀下工程專業(yè)學生的公共理論基礎(chǔ)課。

高等工程教育 [3～4] 的熱物理基礎(chǔ)課程教學是培養(yǎng)具有熱物理工程技術(shù)的“大工程觀”要求的高等工程人才的唯一途徑。因此，熱物理基礎(chǔ)課程和教學的改革占據(jù)著“大工程”培養(yǎng)觀的重要地位，在大工程觀下高等工程技術(shù)人才的培養(yǎng)方案中，熱物理基礎(chǔ)課程體系是整個工程專業(yè)課程體系的基礎(chǔ)，應(yīng)首先進行改革，為整個培養(yǎng)具有大工程理念的高級工程技術(shù)人才打好基礎(chǔ)。

一、熱物理基礎(chǔ)課程體系現(xiàn)狀分析

（一）熱物理基礎(chǔ)課程特征分析

在中國，熱物理基礎(chǔ)課程一般指《工程熱力學》與《傳熱學》兩門課程。同時，由《工程熱力學》與《傳熱學》組成的《熱工學》、《熱工基礎(chǔ)》或《熱物理學》也屬于熱物理基礎(chǔ)課程的范疇。高等數(shù)學與大學物理是熱物理基礎(chǔ)課程的前續(xù)課程。對于工程專業(yè)而言，高等數(shù)學與大學物理是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，很多學不好熱物理基礎(chǔ)課程的學生，主要是因為高等數(shù)學基礎(chǔ)知識或者大學物理基礎(chǔ)不扎實所造成的[5-6]?！豆こ虩崃W》是一門較完善的課程，已形成較完整的理論體系，并具有完整的理論結(jié)構(gòu)和實際應(yīng)用內(nèi)容?！豆こ虩崃W》課程中的基本概念和理論基礎(chǔ)是熱力學工程實際應(yīng)用的基礎(chǔ)，若基本概念和理論基礎(chǔ)沒掌握好，必然導致不能熟練推導出數(shù)學公式，從而會致使熱力學工程實際應(yīng)用學習的難度大大增大，甚至會使得學生產(chǎn)生厭學的情緒。與《工程熱力學》不同，《傳熱學》的公式很多是來自于實驗的歸納整理，需要記熟背熟?！秱鳠釋W》主要是使用其原理或知識進行分析，而《工程熱力學》主要是推導計算。兩門課程的共同特點是必須大量做思考題和習題，才能真正掌握，熟練應(yīng)用。

（二）熱物理基礎(chǔ)課程體系存在的問題

與大工程觀背景下工業(yè)先進國家的熱物理基礎(chǔ)課程教學相比較，還有較大的差距，主要表現(xiàn)為[7]：（1）輕視實際、脫離實際；（2）人才培養(yǎng)的熱物理知識結(jié)構(gòu)體系不夠完善，面向?qū)嶋H的熱物理工程訓練不足，與企業(yè)聯(lián)系不夠緊密；（3）辦學方向面向熱物理工程不夠，教學模式和教學方法陳舊，文化陶冶過弱，專業(yè)教育過窄，功利導向過重，共性制約過強等。

二、大工程觀下熱物理基礎(chǔ)課程體系構(gòu)建

針對目前中國高等工程教育中熱物理基礎(chǔ)課程教學存在的問題，其改革思路是：以“大工程觀”教育理念為指導，以理論教學與實踐教學結(jié)合為基礎(chǔ)，以熱物理與其他課程交叉滲透為依托，以熱物理工程的實踐性與培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性為核心，以具備合理用能、節(jié)能和環(huán)保能力的培養(yǎng)為主線對工程專業(yè)的熱物理基礎(chǔ)課程進行適應(yīng)性改革，探索大工程觀背景下工程專業(yè)熱物理基礎(chǔ)課程改革新途徑（如下頁圖1所示）。

（一）大工程觀下熱物理基礎(chǔ)理論課程體系構(gòu)建

1.統(tǒng)籌規(guī)劃，合理安排工程專業(yè)熱物理基礎(chǔ)課程體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。（1）研究適應(yīng)各大類工程專業(yè)學生培養(yǎng)需要的熱物理基礎(chǔ)課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。根據(jù)各大類工程專業(yè)學生培養(yǎng)所需要熱物理基礎(chǔ)知識的不同，各大類工程專業(yè)可分成三大類：1）熱物理基礎(chǔ)課程是該類型專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課；2）熱物理知識是某一大類中部份專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)，而對另一些專業(yè)則關(guān)系則要遠一些（工業(yè)設(shè)計）或者熱物理知識是某類專業(yè)（如材料成型與控制工程）中的某一方向（如鑄造、焊接）的主要技術(shù)基礎(chǔ)課但與另一些方向（如真空技術(shù)及設(shè)備）關(guān)系較遠；3）熱物理知識與該大類專業(yè)的主干技術(shù)無直接的關(guān)系。因此，可針對此三大類工程專業(yè)開設(shè)不同結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的熱物理基礎(chǔ)課課程，并可分為高學時（必修）的《工程熱力學》和《傳熱學》、中學時（必修與選修）的《工程熱力學》、《傳熱學》或者《熱物理學》和少學時（必修與選修）的《熱物理學》等三種。對于同一大類中的不同類型專業(yè)在教學內(nèi)容上還可有所不同側(cè)重或以專題形式作適當補充。對于中學時（必修與選修）的《工程熱力學》、《傳熱學》或者《熱物理學》；和少學時（必修與選修）的《熱物理學》，應(yīng)強調(diào)理解基本概念，掌握方法，而不深究公式的推導，通過典型問題的分析，達到舉一反三的目的。（2）熱物理基礎(chǔ)課程的相互滲透和相互融合。由于熱物理基礎(chǔ)課程的內(nèi)容是相互滲透、密切聯(lián)系的，必然存在交叉、重復部分。經(jīng)過綜合分析，可對那些有益的或是討論角度不同造成的重復內(nèi)容進行謹慎處理（如有些內(nèi)容壓縮，而有些內(nèi)容則須加強）。其處理原則是：既要考慮課時的有效利用，又要保持熱物理基礎(chǔ)課程之間的銜接和層次。（3）拓寬熱物理基礎(chǔ)課程的工程應(yīng)用，增強與工程專業(yè)的聯(lián)系。熱物理基礎(chǔ)課程在工程實際中有廣泛的應(yīng)用，在教學過程中，應(yīng)突出地反映這一特點。從兩個方面著手，首先把每個教學單元劃分為基礎(chǔ)篇和應(yīng)用篇，基礎(chǔ)篇著重掌握基本概念、定律，應(yīng)用篇則力求培養(yǎng)分析能力，采用點面結(jié)合的方法。所謂點，就是講清某單元基礎(chǔ)知識在工程實際或?qū)I(yè)課某方面的應(yīng)用，其中包括一定數(shù)量的例題或習題；所謂面，則是針對教師的科研、技術(shù)開發(fā)課題或科技論專題討論，綜合所學的知識。學生對這種教學方式反映熱烈，覺得學有所用。（4）更新熱物理基礎(chǔ)課程內(nèi)容，適應(yīng)現(xiàn)展要求。近代工程技術(shù)的發(fā)展給本科《傳熱學》教學帶來了巨大的變化，《工程熱力學》的教學內(nèi)容也不同程度地存在類似的情況。例如，二十年前的本科生教材很少有關(guān)于火用 分析方面的內(nèi)容，而現(xiàn)在這個狀態(tài)參數(shù)已經(jīng)被廣泛接受并用來分析工程設(shè)備過程的能量利用情況。

相對于《傳熱學》，《工程熱力學》的國內(nèi)外教材的內(nèi)容顯得似乎過于穩(wěn)定，近年來出版的教材中新技術(shù)的概念介紹極少。比如，當前中國的長期能源問題已經(jīng)十分突出，為保護環(huán)境，執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展的方針，在“十二五”規(guī)劃教材上，《工程熱力學》應(yīng)該對新的、先進的能源利用方式（聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、氫能利用、燃料電池、分布式發(fā)電和熱電冷三聯(lián)供、新能源發(fā)電等等）有適當?shù)姆从?。超臨界和超超臨界循環(huán)是傳統(tǒng)燃煤汽輪發(fā)電機組提高經(jīng)濟性與環(huán)保性的有效途徑，也是近年來國外燃煤火電廠的重要發(fā)展方向及中國要積極研發(fā)的方向，在熱物理基礎(chǔ)課程新教材和今后的教學中也應(yīng)有相應(yīng)的地位。如在這方面予以充分重視，在熱物理基礎(chǔ)課程新教材和今后的教學中注意揚棄舊的思想、研究方法及其內(nèi)容，利用一定學時介紹各學科的新方法、新內(nèi)容，努力使教學內(nèi)容適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展趨勢。

2.熱物理基礎(chǔ)課程與其他課程交叉滲透。（1）熱物理基礎(chǔ)課程與物理課程的交叉。熱物理基礎(chǔ)課程中的部分內(nèi)容與大學物理中的熱學存在重復。大學物理中，熱學內(nèi)容總學時數(shù)為12～14學時，且熱力學兩個定律只安排6學時。由于物理學主要解決“是什么”、“為什么”的問題，而熱物理基礎(chǔ)課程主要解決“做什么”、“怎么做”的問題，因此在熱物理基礎(chǔ)課程中，應(yīng)著重討論熱力學系統(tǒng)與環(huán)境（外界）相互作用的形式；熱平衡態(tài)與準靜態(tài)過程的矛盾與統(tǒng)一；熱力學中如何延拓力學中的力、位移、功、熱力學能概念；為什么要討論可逆過程，如何由不可逆過程抽象出可逆過程概念，熵是如何引入的，為什么要定義一個熵函數(shù)等等。（2）熱物理基礎(chǔ)課程與流體力學課程的交叉。例如，《傳熱學》的對流換熱部分，有大量的邊界層和繞流理論，是重復流體力學的內(nèi)容。又如，流體力學和熱力學中都有氣體在管道、噴管中流動的理論。經(jīng)過綜合分析，可以對那些完全重復內(nèi)容予以削減，或者進行謹慎處理，但要保持熱物理基礎(chǔ)課程與流體力學課程之間具有較好的銜接性。（3）整合出新型熱物理課程。為適應(yīng)不同類型專業(yè)的需要，可以開設(shè)出一些綜合性的、新的熱工類課程。無論是能量轉(zhuǎn)換、熱量傳遞還是質(zhì)量傳輸，都存在如何提高轉(zhuǎn)換效率、傳遞效率和節(jié)約能源的問題，其中的關(guān)鍵是要減少過程的熵產(chǎn)（或不可逆損失）以及強化傳遞過程。為此，可開設(shè)一門綜合《工程熱力學》、《傳熱學傳質(zhì)學》和《流體力學》的新課——例如可稱之為《工程裝備熱流設(shè)計與優(yōu)化》。如果關(guān)于“優(yōu)化”的內(nèi)容能具體結(jié)合一些工程專業(yè)過程中的具體問題，那么這樣的課程就會受到相關(guān)專業(yè)的歡迎。

（二）大工程觀下熱物理基礎(chǔ)實驗課程體系構(gòu)建

從熱物理基礎(chǔ)課程發(fā)展歷史來看，實驗研究和數(shù)學物理方法是并行發(fā)展、相互補充、相互促進的；而從教學角度分析，實驗是鍛煉學生動手能力，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際和解決問題能力的重要環(huán)節(jié)。如何完善和合理組織實驗內(nèi)容將直接影響課堂教學的效果。為此，在熱物理基礎(chǔ)實驗教學中突破以往的傳統(tǒng)模式，以配合理論教學、鞏固課堂效果為目的，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標，改革實驗教學方法，加強實驗室建設(shè)，有效地發(fā)揮了實驗室的功能。

1.科學設(shè)置熱物理基礎(chǔ)課程實驗項目。實驗室應(yīng)成為理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生動手操作能力的場所。為滿足這種功能，應(yīng)增加熱物理基礎(chǔ)課程實驗學時，增設(shè)熱物理基礎(chǔ)課程實驗項目，并相應(yīng)設(shè)置演示實驗（包括課堂演示）、驗證性實驗、應(yīng)用性實驗以及設(shè)計性實驗。演示、驗證性實驗是不可缺少的內(nèi)容，可幫助學生理解抽象概念，印證熱物理基本理論和基本定律，鞏固課堂學習內(nèi)容，熟悉各種儀器設(shè)備及其操作規(guī)程，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。應(yīng)用性、設(shè)計性實驗則是一般實驗的一個飛躍，其作用更多的是為了培養(yǎng)鍛煉學生的綜合能力，引導他們的縱向和橫向思維以及創(chuàng)新思想。這樣，通過多方面、多層次循序漸進的實驗過程，以求達到掌握基本技能和提高應(yīng)用能力的目的。

2.合理組織熱物理基礎(chǔ)課程實驗。以往的熱物理基礎(chǔ)課程實驗?zāi)Ｊ剑蠖嗍菍W生根據(jù)實驗指導書給出的原理和步驟等，機械地照搬硬套，做完實驗、寫出實驗報告。這樣既束縛了學生的積極性、創(chuàng)造性，也不能滿足能力訓練的要求。針對弊端，可對熱物理基礎(chǔ)課程實驗方式進行合理組織。根據(jù)不同實驗的性質(zhì)，有的安排預習，在實驗開始前由指導教師提出問題，讓學生回答解決方法，以此評定預習成績；有的則讓學生分組，自己動手組裝實驗臺，做完實驗后集中評議，對比優(yōu)劣，公開評定成績；設(shè)計性實驗則完全拋開指導書，代之以設(shè)備說明書、實驗任務(wù)和要求等，讓學生自己擬定實驗方案，發(fā)揮學生的創(chuàng)造力。

3.更新熱物理基礎(chǔ)課程實驗設(shè)備和內(nèi)容。隨著科技的進步和學科的發(fā)展，熱物理基礎(chǔ)實驗的技術(shù)和手段也更加完善，內(nèi)容不斷推陳出新。要適應(yīng)這種發(fā)展，不能僅僅依靠學校的撥款。在有限的財力、物力條件下，調(diào)動教師積極性，自行研制、設(shè)計新實驗，改造原有設(shè)備，開發(fā)新項目。例如，可以自行設(shè)計改造對流傳熱過程阻力實驗的微機采集和處理系統(tǒng)、熱管換熱器試驗臺等項目，這樣既可節(jié)省大量的經(jīng)費，鍛煉了教師隊伍，又可保證學生能夠在實驗中學習新知識、新技術(shù)，開拓視野。

4.制訂嚴格合理的考核制度。實驗成績的好壞，應(yīng)有一個合理的考核方法。以往的考核大多以實驗報告為依據(jù)，而實驗報告中大部分內(nèi)容是從實驗指導書上照抄的實驗?zāi)康?、原理、步驟等，考核成績不能反映學生的實際水平和能力以及相互之間的差別，影響了學生學習的主動性和積極性。為此，可制訂一套考核方法，分為紀律情況和學習態(tài)度、預習程度、操作和解決問題能力、實驗結(jié)果、實驗報告等多項考核內(nèi)容，貫穿了整個實驗過程，每項內(nèi)容按10分制評定成績，在統(tǒng)一印制的學生實驗卡上反映出來，這樣能促使學生在實驗的各個環(huán)節(jié)都認真對待，可提高實驗效果。

三、結(jié)論

時代在前進、教育在發(fā)展、教學工作在改革，包括教學內(nèi)容也應(yīng)改革，與時俱進。作為熱物理基礎(chǔ)，一方面為大工程觀背景下各類工程專業(yè)學生學習后續(xù)專業(yè)課等提供預備知識；另一方面通過實驗、測試技能訓練，提高學生運用理論分析和解決工程實際問題的能力。

從教育改革的發(fā)展趨勢和培養(yǎng)本科層次的工程技術(shù)人才的角度來看，理論與實際相結(jié)合，強化技能訓練、培養(yǎng)學生的技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)能力應(yīng)是技術(shù)基礎(chǔ)課的重要任務(wù)。在大工程觀下工程專業(yè)熱物理基礎(chǔ)課改革過程中，兼顧知識結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)兩個方面，使之成為由基礎(chǔ)到專業(yè)、從理論面向應(yīng)用的橋梁，確保培養(yǎng)的工程人才具備工程知識能力、工程設(shè)計能力、工程實施能力、價值判斷能力、社會協(xié)調(diào)能力和終身學習能力。

參考文獻：

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[5] 黃凱旋，劉建華.熱工課程教與學改革探索[J].集美大學學報，2001，（3）：73-75.

第4篇：工程熱力學的基本概念范文

關(guān)鍵詞:農(nóng)林高校;熱工基礎(chǔ)及流體力學;課程教學;實踐創(chuàng)新

當前，在“綠色發(fā)展理念”深入人心的時代背景下，農(nóng)林類高校迎來了很好的歷史發(fā)展機遇;同時社會和企業(yè)對農(nóng)林類專業(yè)人才的需求更加重視質(zhì)量，對人才的知識深度、廣度和對專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)特色課核心知識的實踐運用能力，均提出了更高要求。提高機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學生林業(yè)裝備系統(tǒng)總體及其子系統(tǒng)技術(shù)的掌握程度，拓展學生在林業(yè)裝備系統(tǒng)上運用專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)特色課中核心知識的科研能力，是農(nóng)林類高教工作者面臨的共同課題［4］。

1課程教學剖析

1．1課程內(nèi)容

“熱工基礎(chǔ)及流體力學”這門課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的一門綜合性專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)液壓與氣體傳動、泵與風機、林業(yè)機械等專業(yè)及特色專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。課程目標包括:掌握工質(zhì)的熱力學性質(zhì)、熱力學第一定律、第二定律、熱工轉(zhuǎn)換的規(guī)律和理想氣體的熱力學過程，學會基本的理論分析與計算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導熱基本理論、對流換熱基本規(guī)律、黑體輻射基本定律等內(nèi)容的學習，使學生具備對基本的傳熱學問題進行分析和總結(jié)的能力;掌握流體的主要物理性質(zhì)和流體靜力學的基本理論知識，學會流體上的作用力分析，能夠推導流體動力學方程的連續(xù)性方程和伯努利方程，針對黏性流體，能對管內(nèi)流動狀態(tài)進行判斷;能夠?qū)Α皞鳠釋W”“工程流體力學”的實驗結(jié)果進行分析和解釋，通過實驗數(shù)據(jù)綜合分析工程中的現(xiàn)象及問題，并得到合理有效的結(jié)論?？傮w來看，本課程講授內(nèi)容包括工程熱力學、傳熱學以及工程流體力學三大板塊的內(nèi)容，是在高等數(shù)學、大學物理、理論力學、材料力學的基礎(chǔ)上進行深化學習，拓展到實際的工程問題，所以本課程不僅理論性強，而且工程應(yīng)用性也很強;與機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)其他課程相比，該課程涵蓋了本應(yīng)三門獨立開設(shè)的課程內(nèi)容，知識難點聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學生融會貫通掌握難。但是，學生對課程內(nèi)容的掌握程度直接影響后續(xù)專業(yè)特色課程的學習情況。

1．2教學思路

目前，本課程總學時為48學時，理論授課42學時，實驗授課6學時。三大板塊的教學內(nèi)容多，理論授課課時較少，矛盾突出:(1)學生由固體學科切換到流體學科的學習需要較長適應(yīng)期;(2)課程中較多章節(jié)內(nèi)容抽象，且涉及大量公式推導及專業(yè)的概念鋪墊，加之為了跟上教學進度教學內(nèi)容更新較快，學生普遍反映課程難度較大;(3)教學內(nèi)容和后續(xù)專業(yè)及特色專業(yè)課內(nèi)容銜接性不夠緊密;(4)從內(nèi)容的充實性和課程的結(jié)構(gòu)上來看，“熱工基礎(chǔ)及流體力學”這門課程的教學內(nèi)容已經(jīng)滿足要求，但是對接林業(yè)機械領(lǐng)域最新技術(shù)，強化學生創(chuàng)新思維方面，當前的課程建構(gòu)仍無能為力;(5)由于本課程的學習不涉及具體的機械裝備系統(tǒng)，使得同學們對本課程在專業(yè)中的地位認知不足，學習積極性欠佳，這些現(xiàn)狀使得提升教學效果難度較大。針對上述課程特點及教學現(xiàn)狀，結(jié)合農(nóng)林類高?！皺C械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的實際情況，制定了如下教學思路:(1)授課時，使學生從機電系統(tǒng)、固體力學等學科的思維中切換出來，將空間觀測法跟同學們探討透徹，基于空間觀測法開展“熱工基礎(chǔ)及流體力學”的課程教學。(2)在教學大綱中刪除過于抽象、應(yīng)用面較窄的教學內(nèi)容，深入講解與后續(xù)“液壓與氣體傳動”“泵與風機”“林業(yè)機械”等課程關(guān)聯(lián)度較深的內(nèi)容，為專業(yè)及特色專業(yè)課的學習做好扎實鋪墊。(3)結(jié)合在林業(yè)機械領(lǐng)域與“熱工基礎(chǔ)及流體力學”緊密關(guān)聯(lián)的科研經(jīng)歷，探索寓教學于科研、科研反哺教學的授課模式，強化同學們對“熱工基礎(chǔ)及流體力學”在“機械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)里占有重要地位的基礎(chǔ)認知，顯著提升同門們自愿學習、自主學習的熱情。(4)注重思維方式、終身學習意識的培養(yǎng)。教學過程中注重切入問題角度的講解，使得同學們在明白問題的同時更養(yǎng)成學習思考問題方法的習慣;從固體學科到流體學科是一個較大的跨越，在跨越的過程中，使同學們樹立終身學習意識，為以后培養(yǎng)同學們提出、解決林業(yè)機械領(lǐng)域?qū)W科前沿性、熱點性問題的能力打下堅實基礎(chǔ)。

2課程構(gòu)建探討

在“碳達峰、碳中和”的硬性發(fā)展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念加速推進的浪潮之下，農(nóng)林高?！皺C械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的畢業(yè)生在高等教育系統(tǒng)中的地位不斷提升，所以基礎(chǔ)專業(yè)課程構(gòu)建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面，基礎(chǔ)專業(yè)課課程構(gòu)建要體現(xiàn)基礎(chǔ)知識的深度和廣度;另一方面，內(nèi)容要很好銜接并服務(wù)于核心專業(yè)課、特色專業(yè)課，為學生后期畢業(yè)設(shè)計、研究生科研深造做好鋪墊。

2．1課程內(nèi)容深度銜接核心專業(yè)課

“林業(yè)機械”是南京林業(yè)大學“機械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的核心專業(yè)課，內(nèi)容涵蓋林業(yè)動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護、防火、采伐、采摘、智能化等機械。其中，和“熱工基礎(chǔ)及流體力學”專業(yè)基礎(chǔ)課相關(guān)的包括動力、清理、保護、采摘等板塊。林業(yè)動力機械(包括泵、風機)涉及“工程熱力學”中熱能和機械能之間的轉(zhuǎn)化問題，同時也涉及“工程流體力學中”可壓縮混合氣體壓強、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業(yè)清理機械涉及“工程流體力學中”不可壓液態(tài)水在管道內(nèi)部的流動，在霧化器內(nèi)的流態(tài)分布、出口后霧化粒徑分布等復雜多相流問題，如圖1所示;林業(yè)保護機械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風場、霧滴的多相流動問題，如圖2所示;林業(yè)采摘機械中，基于負壓的采摘系統(tǒng)涉及可壓縮流體空氣的管內(nèi)流動問題。從銜接核心專業(yè)課的角度來看，一方面，農(nóng)林類高?！盁峁せA(chǔ)及流體力學”這門專業(yè)基礎(chǔ)課程應(yīng)該深耕“工程熱力學”和“工程流體力學”，而“工程流體力學”應(yīng)該是重點中的重點;另一方面，也好兼顧課程內(nèi)容的完整性，“傳熱學”也要適度調(diào)整。

2．2匹配三大板塊關(guān)系，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

建議協(xié)調(diào)、平衡三大板塊的課時占比，同時明晰課程內(nèi)容的內(nèi)在邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)。在“工程熱力學”(熱能的間接應(yīng)用)板塊中，我們將實現(xiàn)熱力學能向機械能轉(zhuǎn)化的媒介稱之為“工質(zhì)”，媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”，熱力學第一定律、熱力學第二定律、工質(zhì)熱力學性質(zhì)及理想氣體的熱力過程等課程內(nèi)容和專業(yè)核心課程林業(yè)機械吻合度較好?！肮こ塘黧w力學”中，對流體的終結(jié)性定義是“抓不起來的物體”，一般性的定義是“氣體和液體”的總稱，但課程內(nèi)容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學、流體運動學、流體動力學及黏性流體等課程內(nèi)容都是基于不可壓的液體，同為流體，但氣體和液體的性質(zhì)及研究重點相差甚遠，“氣體”這種流體相關(guān)課程內(nèi)容的缺失為后續(xù)專業(yè)核心課程的學習帶來很大知識結(jié)構(gòu)缺陷。“傳熱學”(熱能的直接應(yīng)用)中，對導熱、對流傳熱(混合傳熱，主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應(yīng)用等課程內(nèi)容做了比較詳細的講解，但是后續(xù)專業(yè)核心課程對傳熱學中的知識需求很少，僅僅在脈動燃燒技術(shù)這一研究領(lǐng)域有所涉及?？傮w來看，不管是“工程熱力學”中的“工質(zhì)”，還是“工程流體力學”中的“氣體”，再或者“對流換熱”中的“流體”，其中“氣體”是課程的“最大公約數(shù)”，也是和林業(yè)機械這一專業(yè)核心課程相關(guān)的“最大公約數(shù)”。鑒于此，“工程熱力學”教學內(nèi)容總體上可以維持不變，部分章節(jié)可以簡化，不重要的知識點減少不必要的推導，側(cè)重理論、公式概念的理解和應(yīng)用，這樣可省出一部分課時?？傉n時不變的情況下可以合理縮減“傳熱學”的課時，對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學的試驗研究中也有重要應(yīng)用，可以在這里對相似準則進行深入講解，省出較多課時。將“工程流體力學”放在最突出的位置，省出來的課時分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內(nèi)氣體的流動”等內(nèi)容，以匹配林業(yè)機械核心專業(yè)課。

2．3樹立自主學習、終身學習意識

目前，流體力學板塊中關(guān)于可壓縮流體的課程內(nèi)容匱乏，教學中會鼓勵同學們在MOOC上尋找優(yōu)秀資源進行線上學習，使同學們樹立自主學習意識。通過工程流體力學板塊，我們在體力學的范疇內(nèi)將研究運動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法，這是一個顯著的改變，也是重要的進步，通過這一步，有助于培養(yǎng)同學們的終身學習意識。

結(jié)語

第5篇：工程熱力學的基本概念范文

（1）調(diào)查方法問卷調(diào)查．（2）調(diào)查對象調(diào)查對象分兩部分，一部分是化學系的本科四年級學生，另一部分是化學系的教師．（3）調(diào)查資料的匯總和分析對學生部分的調(diào)查資料由牟鵬用Excel匯總、整理，對教師的調(diào)查資料由陳偉使用Word完成．最后的統(tǒng)計分析由陳偉完成．

2調(diào)查結(jié)果

我們在化學系隨機挑選了5位教師和20位大四學生進行了問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下．表中數(shù)據(jù)均表示選某項的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比例，教師和學生分開統(tǒng)計．

2．1教師調(diào)查結(jié)果

（1）您認為學學物理的意義是什么？A．專業(yè)課的前導課程B．培養(yǎng)學生邏輯思考能力C．讓學生了解自然科學，提供背景知識D．培養(yǎng)物理學家E．毫無意義（2）與您曾經(jīng)所學的專業(yè)以及現(xiàn)在的教學、科研對大學物理的需要相比，您覺得大學物理的學時數(shù)／周應(yīng)是多少？（3）您曾經(jīng)所學的專業(yè)需要大學物理中哪些方面的知識？A．力學B．熱力學C．氣體動理論D．電磁學E．光學F．量子物理G．相對論（4）您現(xiàn)在所從事的教學、科研工作需要大學物理中哪些方面的知識？A．力學B．熱力學C．氣體動理論D．電磁學E．光學F．量子物理G．相對論（5）教師給出的大學物理的各項內(nèi)容與化學類專業(yè)的緊密程度鑒定．

2．2學生調(diào)查結(jié)果

2．2．1應(yīng)用化學（1）您認為學學物理的意義是什么？A．專業(yè)課的前導課程B．培養(yǎng)學生邏輯思考能力C．讓學生了解自然科學，提供背景知識D．培養(yǎng)物理學家E．毫無意義（2）您覺得您學的大學物理課時數(shù)與您現(xiàn)在的學習對大學物理的需求相比結(jié)果怎樣？A．少了B．剛好C．多了D．不知道或其他（3）大學物理的哪些內(nèi)容對您在專業(yè)學習、工作方面有幫助？A．力學B．熱力學C．電磁學D．光學E．近代物理F．其他2．2．2化學工程與工藝（1）您認為學學物理的意義是什么？A．專業(yè)課的前導課程B．培養(yǎng)學生邏輯思考能力C．讓學生了解自然科學，提供背景知識D．培養(yǎng)物理學家E．毫無意義（2）您覺得您學的大學物理時數(shù)與您現(xiàn)在的學習對大學物理的需求相比結(jié)果怎樣？A．少了B．剛好C．多了D．不知道或其他（3）大學物理的哪些內(nèi)容對您在專業(yè)學習、工作方面有幫助？A．力學B．熱力學C．電磁學D．光學E．近代物理F．其他

3總結(jié)

3．1定義大學物理

A：專業(yè)的前導課程，對大學物理的需求程度很高，專業(yè)課可能會直接用到大學物理的某些方法、概念和規(guī)律．大學物理B：為相關(guān)專業(yè)提供背景知識、思維方法．在專業(yè)學習中，可能會間接用到大學物理的某些方法、概念，比如使用儀器時，了解儀器的相關(guān)原理等．化學類專業(yè)屬于大學物理A，可以選用有一定深度的教材．

3．2大學物理的各項內(nèi)容與化學類專業(yè)的緊密程度

第6篇：工程熱力學的基本概念范文

一、合理安排課程教學內(nèi)容

卓越計劃分校內(nèi)學習和企業(yè)學習兩個培養(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)學習，累計1年在企業(yè)學習、實踐和畢業(yè)設(shè)計。因此，卓越工程師班的學生在學校學習時間比其他專業(yè)少。我校輕化工程專業(yè)的物理化學課程課時為80，所學內(nèi)容中，化學熱力學、化學平衡、化學動力學和電化學等章節(jié)知識與學生在大一階段學習的無機化學課程中的內(nèi)容有所重復。因此有的教學內(nèi)容應(yīng)以復習為主，不宜講解得面面俱到。如在講授熱力學第一、第二定律章節(jié)時，可以把這兩章的知識框架結(jié)構(gòu)介紹給學生，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，特別是熱力學第二定律;理論的延伸主要體現(xiàn)在熱力學定律在實際條件(如恒容、恒壓等)下的進一步具體化，此過程涉及大量計算公式及結(jié)論;理論的應(yīng)用是對熱力學定律在實際過程(主要為單純PVT變化、相變化以及化學變化)中的計算。從而使學生對熱力學第一、第二定律的知識既有宏觀的印象，又認識到物理化學課程中遵循的實踐理論實踐認識過程，這樣可為以后章節(jié)的學習奠定基礎(chǔ)。而對于以前沒有學習過的章節(jié)，則應(yīng)強調(diào)基礎(chǔ)知識和理論產(chǎn)生的意義，簡化理論的推導過程，注重理論的適用條件，加強理論知識的應(yīng)用實例。這樣的安排有利于學生把握知識的重點和難點，提高學習興趣，充分發(fā)揮其主觀能動性。

二、緊密聯(lián)系專業(yè)的教學

物理化學課程的學習為以后專業(yè)課程的學習打下理論基礎(chǔ)。但單純地講授物理化學課程知識而不與專業(yè)相聯(lián)系，就會讓學生覺得學習這門課程沒有意義。因此應(yīng)將輕化工程專業(yè)的專業(yè)課程知識滲透到物理化學課程的教學過程中，讓學生意識到物理化學課程對以后專業(yè)課程學習的重要性。所以，物理化學課教師應(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)知識與物理化學課程知識相結(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染料化學等課程與物理化學課程中的化學動力學、表面活性劑、膠體與界面化學等章節(jié)內(nèi)容相互聯(lián)系。教師在講授時就可以把這些專業(yè)課程中的典型實例與物理化學課的基礎(chǔ)知識點相結(jié)合，讓學生明白只有掌握物理化學的基礎(chǔ)知識后才能將專業(yè)課程學好。如在講授化學動力學章節(jié)時，可以聯(lián)系染整工藝原理課程中棉織物的染色工藝過程的實例，簡單介紹棉織物的染色包括練漂、燒毛、退漿、煮練及染色工藝過程。其中染色過程包含對溫度、pH值、反應(yīng)時間、染料濃度、助劑等工藝參數(shù)的控制，而這些工藝過程的控制其實是染料分子與棉纖維化學反應(yīng)動力學的控制，教師就可以引出反應(yīng)動力學速率方程、影響化學反應(yīng)動力學的因素等知識。

三、與工程人才培養(yǎng)目標相結(jié)合

物理化學課程一直以來被稱為理論化學，以抽象的理論、復雜的推導和繁瑣的計算為特點，是一門既難教又難學的課程。如果在講授中從理論到理論，只注意基本概念的講解、數(shù)學推導及計算，這就完全脫離了卓越工程師的培養(yǎng)目標。因此，為了把學生培養(yǎng)成具有工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力的應(yīng)用型人才，教師在講授時，應(yīng)根據(jù)理論的邏輯性和內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性，恰當?shù)匾肟蒲许椖?、企業(yè)生產(chǎn)工藝與過程以及實驗教學等實踐性環(huán)節(jié)相關(guān)內(nèi)容，以激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生發(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)中的接觸角知識時，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s-gs-l、90時，固體表面潤濕，為親水特性;當s-gs-l、90時，固體表面不潤濕，為疏水特性。教師可以通過如何將棉織物整理成拒水面料課題進行工程實例講解。由于棉纖維表面大量的羥基基團使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，可以通過在整理液中加入有機硅類WP-107A和有機氟類AG-480整理劑，使棉織物的表面形成有機硅和有機氟類的物質(zhì)，從而使s-gs-l、90，這樣就使棉織物具有拒水性能。這樣的教學加強了學生對工程實踐的理解，同時也使學生學會了如何將物理化學知識運用到實踐中去。

四、設(shè)計具有工程實踐特色的綜合實驗

輕化工程專業(yè)卓越工程師強調(diào)學生工程實踐能力的培養(yǎng)，而物理化學課程屬于基礎(chǔ)化學課程，更多的是注重基礎(chǔ)理論的學習。如何在基礎(chǔ)化學課程實踐教學中培養(yǎng)學生的工程實踐能力?筆者認為，在物理化學課程的實驗中開展具有工程實踐特色的綜合實驗項目，一方面，可以將理論聯(lián)系實踐，加強學生對基礎(chǔ)理論知識的理解和認識;另一方面，可以培養(yǎng)學生的工程能力和素養(yǎng)。例如，我們設(shè)計了改性活性炭材料的制備及對染料分子的吸附動力學研究綜合實驗。該實驗項目包含材料的制備及改性研究、染料分子的吸附動力學研究、數(shù)據(jù)的處理及分析等過程。通過該實驗項目的實施，讓學生將所學的物理化學知識運用到實踐中，鍛煉了學生的材料合成能力以及儀器操作與測試分析能力;同時也使學生學習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。

第7篇：工程熱力學的基本概念范文

1核心課程體系的構(gòu)建

1.1核心課程體系構(gòu)建的原則

欽州學院開設(shè)化學工程與工藝專業(yè)有良好的機遇,同時也有多方面的挑戰(zhàn)。要辦好欽州學院化學工程與工藝專業(yè),貫徹學院打造五大品牌專業(yè)的精神,需要從緊密聯(lián)系北部灣區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)方面著眼,努力辦出具有石化特色的化學工程與工藝專業(yè),重點建立一套緊密結(jié)合石化下游產(chǎn)業(yè)鏈、注重過程開發(fā)和工程實踐能力培養(yǎng)的核心課程體系。在核心課程設(shè)置方面,確立夯實專業(yè)基礎(chǔ)、強化工程意識、注重實驗技能、拓寬專業(yè)口徑,注重石化特色的原則。 所謂化工過程,主要包含分離過程和反應(yīng)過程兩種過程。與這兩種過程緊密相關(guān)的一系列化工類課程共同構(gòu)成了化工類課程的核心。按照“門數(shù)適宜,重點突出,相互支撐,形成一體”的要求,選擇化工熱力學、分離工程、傳遞原理、反應(yīng)工程和化工工藝學等五門理論課以及與這五門理論課相關(guān)的化工專業(yè)實驗課作為核心課程,建設(shè)具有石化特色化學工程與工藝專業(yè)的核心課程體系,全力打造化學工程與工藝這一品牌專業(yè)。在這五門理論課程中,分離工程和反應(yīng)工程分別研究各類分離過程和反應(yīng)過程,它們構(gòu)成了化工過程課程最核心的部分?；崃W是化工過程研究、開發(fā)和設(shè)計的理論基礎(chǔ),是化學工程的重要分支之一,與化學反應(yīng)工程、分離工程關(guān)系密切。化工熱力學的核心價值在于研究過程進行的方向和限度,為分離過程和反應(yīng)過程提供相平衡、反應(yīng)平衡數(shù)據(jù),并對化工過程進行熱力學分析[1]。反應(yīng)工程是與工程實際緊密聯(lián)系的課程之一,它廣泛地將化工熱力學、化學動力學、流體力學、傳熱、傳質(zhì)以及生產(chǎn)工藝、環(huán)境保護、經(jīng)濟學等反面的理論知識和經(jīng)驗綜合于工業(yè)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的設(shè)計和優(yōu)化中[2]。

分離工程是化工專業(yè)基礎(chǔ)課程,講述的是如何將混合物進行分離與提純的學科。作為專門研究分離方法的分離工程課程對學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)有很重要的作用。該課程闡明了化工分離過程的本質(zhì)規(guī)律,重點研究分離方法的工業(yè)化途徑,設(shè)備設(shè)計放大效應(yīng),最優(yōu)分離路線的工業(yè)化,及最優(yōu)操作條件。在選擇具體分離方法時,不僅要考慮技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟上的合理性,而且要考慮能耗、環(huán)保、設(shè)備放大和開發(fā)成本等諸多問題[3]。傳遞原理旨在研究化工動量、熱量及質(zhì)量(俗稱三傳)的傳遞現(xiàn)象,用一種統(tǒng)一的觀點來處理三種傳遞現(xiàn)象,并研究動量、熱量和質(zhì)量傳遞之間的類似性,是研究分離機理、分離效率和宏觀反應(yīng)動力學的基礎(chǔ)理論,同時也是反應(yīng)器放大研究的基礎(chǔ)理論之一。與化工熱力學不同,傳遞原理是一門探討傳遞速率的課程,它對過程開發(fā)、過程設(shè)計、生產(chǎn)操作、優(yōu)化控制及過程機理研究都有重要的使用意義[4]?；すに噷W重在工藝過程的分析,即在特定條件下,進行分離過程、反應(yīng)過程的比較選擇、整合優(yōu)化?；すに噷W是大學基礎(chǔ)化學、化工熱力學、化工動力學、反應(yīng)工程、分離工程等專業(yè)基礎(chǔ)可和專業(yè)課的綜合運用?；崃W和傳遞原理旨在加強專業(yè)基礎(chǔ),化工專業(yè)實驗、反應(yīng)工程和分離工程重在強化工程意識,化工工藝學拓展了專業(yè)適應(yīng)面,可以突出石化特色。

2核心課程體系的優(yōu)化

為了保障以上核心課程體系的順利實施,建議結(jié)合欽州學院化學工程與工藝現(xiàn)有的教學計劃,從下面幾個方面作出適當?shù)恼{(diào)整。

2.1加強數(shù)理基礎(chǔ)教學力度,適度拓展

新世紀的工程人才必須有熟練應(yīng)用數(shù)學、科學與工程等知識的能力,有進行設(shè)計、實驗分析與數(shù)據(jù)處理的能力。在兩年的教學實踐中,學生普遍反映數(shù)理基礎(chǔ)不夠扎實,一些數(shù)學問題不知所云,比如熱力學計算中要應(yīng)用迭代法求解狀態(tài)方程、精餾過程計算、反映工程中的偏微分方程求解等等,問題大都源于數(shù)學基礎(chǔ)較薄弱。因此建議加開線性代數(shù)、運籌學、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)值計算、C程序語言、數(shù)學物理方法,流體力學等數(shù)理和計算機基礎(chǔ)課程。多所兄弟院校也早就開設(shè)了這些基礎(chǔ)課程。線性代數(shù)和運籌學的開設(shè)可以解決反應(yīng)器設(shè)計過程的優(yōu)化問題;概率論與數(shù)理統(tǒng)計是實驗數(shù)據(jù)處理和理解反應(yīng)工程中一些基本概念的基礎(chǔ);數(shù)值計算和C程序語言兩門課程是工科學生重要的基礎(chǔ)課程,加開這兩門課程也是落實我校化學工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)計劃中對學生計算機水平的要求,對學生的就業(yè)能力的提高有好處;數(shù)學物理方法和流體力學是傳遞工程等課程的基礎(chǔ),加開這兩門課程可以大大的提高學生工程數(shù)學能力,為就業(yè)和進一步深造打下更堅實的數(shù)理基礎(chǔ)?？紤]到Matlab在科學和工程計算領(lǐng)域的突出作用,建議開設(shè)Matlab在化工中的應(yīng)用的相關(guān)課程[5]?；崃W和化工原理是反應(yīng)工程的基礎(chǔ),故將化工熱力學和從第四、五學期調(diào)整至第三、四學期;化工原理和反應(yīng)工程兩門課程共同構(gòu)成了化學工程最核心的部分課程,將化工原理從第四、五學期調(diào)整至第二、三學期,反應(yīng)工程從第三學期調(diào)整至第五學期,也是考慮到化工原理是反應(yīng)工程的基礎(chǔ)。同時,將計算機模擬與仿真刪去,將其中的知識分散到加開的MATLAB在化工中的應(yīng)用和數(shù)值計算這兩門課程中。從上表2中還可以看出,加開的課程中,突出了數(shù)理課程的基礎(chǔ),同時,適度的拓展經(jīng)濟和計算機相關(guān)的課程,也增加化工制圖和電工學等實踐性較強的課程,這對培養(yǎng)學生的工程實踐能力是必不可少的。

2.2整合化工專業(yè)實驗

為了整合學院教學資源,最大限度地利用現(xiàn)有的一切教學設(shè)備,建議從各門化學工程與工藝核心課程的專業(yè)實驗中選出一些經(jīng)典的、與石化行業(yè)緊密相關(guān)的進行重新編排,單獨設(shè)置一門大學化工基礎(chǔ)實驗課程,分成三個學期展開教學。另外,考慮到傳統(tǒng)的化工專業(yè)實驗教材以單一驗證實驗為主,無法滿足新世紀綜合素質(zhì)人才培養(yǎng)的要求,可將化工實驗按由淺入深的原則劃分成驗證型實驗、設(shè)計型實驗和綜合型實驗三個層次。盡量精簡驗證型實驗,增加設(shè)計型實驗和綜合型實驗?？梢詮慕處煹囊恍┛蒲许椖恐羞x出一部分讓學生參與,將這些項目設(shè)計成設(shè)計型或綜合型實驗,這樣,通過學生的親身體驗科研過程,培養(yǎng)了正確的科研習慣,為學生的就業(yè)和進一步的深造打下好的基礎(chǔ)。

第8篇：工程熱力學的基本概念范文

化工原理系列課程包括：理論課、實驗課、生產(chǎn)或仿真實習和課程設(shè)計四個環(huán)節(jié)。其中化工單元操作過程設(shè)計方法、操作原理及其計算是理論課程教學的重要內(nèi)容，而迅速準確地進行工程計算是課程設(shè)計的基礎(chǔ)，所以組織好化工原理理論課程教學是落實化工原理整體教學的關(guān)鍵。目前，化工原理主要授課內(nèi)容：流體流動、流體輸送機械、非均相物系的分離和固體流態(tài)化、傳熱、精餾、吸收、萃取、干燥等單元的基本概念、原理和工程計算方法，而通用過程模擬軟件中幾乎包括所有常見的化工單元基本模塊，在講課過程中，教師可以在講授基本原理后，使用軟件中的相關(guān)計算模塊對其工作特性進行模擬展示。東南大學化學化工學院肖國民、李浩揚等，利用Fluent、Aspenplus軟件應(yīng)用于講授和解決“三傳”問題。其中利用Fluent軟件，對固定床反應(yīng)器進行動量模擬，結(jié)合反應(yīng)動力學模型和對流傳熱模型等，研究反應(yīng)器內(nèi)一氧化碳與硝酸二乙酯偶聯(lián)反應(yīng)，從而獲得反應(yīng)器內(nèi)速度、溫度和各物質(zhì)濃度的分布情況，模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好。這一過程給學生清晰的展示了：不僅固定床反應(yīng)器內(nèi)部的“三傳”均和反應(yīng)的進行程度相輔相成，而且若想準確計算、設(shè)計或優(yōu)化一個單元操作過程，實驗情況與計算模擬必須相互反饋，相得益彰。利用Aspenplus軟件對二苯基甲烷二異氰酸酯換熱器進行設(shè)計和工程開發(fā)，與傳統(tǒng)的換熱器設(shè)計計算方法相比，結(jié)果具有可靠性高、計算用時少、繪圖快、和各專業(yè)集成效應(yīng)強等優(yōu)勢。通過對甲醇—水精餾過程模擬，說明該軟件可用于質(zhì)量傳遞方面的計算。教學實踐證明，該方法不僅可以全面反映塔內(nèi)物料組成、質(zhì)量分布狀況等工藝計算結(jié)果，而且還可通過系統(tǒng)內(nèi)置板式塔或填料塔的各種塔內(nèi)件參數(shù)，得到塔結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計，另外學生還可以通過改變模擬計算條件，綜合考察各因素對分離效果的影響，便于教學。中國石油大學（華東）化學工程學院劉相、王蘭娟利用軟件：Mathcad、Aspenplus和AutoCAD與傳統(tǒng)的課程設(shè)計相結(jié)合的教學方式，簡化繁瑣的計算過程，強化學生的工程意識和制圖規(guī)范，使化工原理課程設(shè)計逐步走入規(guī)范化軌道。中國石油大學（華東）化學工程學院孫蘭義，張月明等，選擇烯烴分離裝置作為研究對象應(yīng)用于化工原理課程設(shè)計教學之中，利用Aspenplus、ProII獲得了最佳回流比、理論板數(shù)等重要數(shù)據(jù)，計算機教學的引入為化工原理課程設(shè)計教學注入了新的活力。江蘇技術(shù)師范學院化學與環(huán)境工程學院張春勇，鄭純智等利用Aspenplus軟件在流體流動和輸送機械、傳熱、精餾、吸收與脫吸中應(yīng)用，在教學過程中使學生看到的都是工程實例，充分踐行了理論聯(lián)系實際這一教學原則。嘉興學院生物與化學工程學院韋曉燕，譚軍等，山東科技大學化學與環(huán)境工程學院張治山、高軍[21]等將Aspenplus過程模擬系統(tǒng)有目、有步驟地應(yīng)用于化工原理系列課程教學，通過單元模型操作型問題、實際案例分析和課程設(shè)計三個階段的訓練，使學生加深對化工單元設(shè)計的理解，達到培養(yǎng)“知識”+“能力”型人才的目的。另外，北京石油化工學院化學工程系葛明蘭，李翠清等和安陽大學化工系李安林，張換平等將ChemCAD軟件應(yīng)用與化工課程設(shè)計和簡捷精餾模型，青海大學化工學院李曉昆，張宏等將ECSS軟件應(yīng)用在板式精餾塔工藝計算中。華南理工大學化學與化工學院鄭秀玉，李瓊還將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化工仿真實習教學的改革與實踐當中，取得了寶貴的教學經(jīng)驗。實際工程問題的解決方案通常是多方面因素綜合，且呈非線性關(guān)系作用的結(jié)果，解答需要經(jīng)過多次運算與討論分析。如操作型計算，盡管與設(shè)計型應(yīng)用的原理是一樣的，但是因為思考問題的角度不同，使得此類問題復雜、靈活，綜合條件的選擇計算不是一次完成，而是需要多次試算，反復迭代，加之公式復雜，計算步驟繁多，計算量很大。模擬軟件的應(yīng)用是解決這類問題行之有效的捷徑，既幫助學生加深了對各化工單元的認識與理解，又培養(yǎng)了他們解決實際工程問題的能力。

2在化學反應(yīng)工程、分離工程教學中的應(yīng)用

化學反應(yīng)工程和化工分離工程皆為化學工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其主要研究內(nèi)容的共性為過程開發(fā)、工藝設(shè)計以及實際生產(chǎn)操作過程中遇到的工程問題。在化工生產(chǎn)過程中，化學反應(yīng)是生產(chǎn)的核心，而分離過程則是其前的原料凈化和其后的產(chǎn)品精制，一般來說分離裝置的費用占總投資的70%以上。過程模擬系統(tǒng)中，基本上包含了教學過程中所包含的各式反應(yīng)器模型，另外系統(tǒng)還集成了用戶自定義模塊，用戶可根據(jù)實際需求二次開發(fā)反應(yīng)器模塊子程序。而對于化工分離過程的模擬無論是從可模擬介質(zhì)的種類和塔器的形式上，還是從模擬結(jié)果的精度上，都堪稱化工模擬技術(shù)發(fā)展的代表。如：在AspenPlus中用于模擬所有類型的多級汽-液、液-液平衡為例，其計算分為簡捷、嚴格法兩種。簡捷法計算單元模塊庫有三類：簡捷法精餾設(shè)計、簡捷法精餾核算和石油簡捷蒸餾。嚴格法計算單元模塊庫有六類：嚴格精餾、復雜塔嚴格精餾、石油嚴格蒸餾、基于質(zhì)量傳遞速率蒸餾、嚴格間歇蒸餾和嚴格液-液萃取，每一類單元模塊庫中又有多個以進料、加熱器（冷凝器）和側(cè)線物流等不同組合形式，如：嚴格精餾不僅可用于兩相(汽-液)計算，還可用于三相(汽-液-液)計算，即可模擬：普通蒸餾、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精餾、平衡和反應(yīng)比例控制蒸餾等工藝過程，而石油嚴格蒸餾庫中就有近50種形式可選，所以過程模擬系統(tǒng)不僅可以滿足化工分離工程課程主要內(nèi)容的需要，而且對其后繼石化、煉化等工藝課程，也有較大的幫助。天津科技大學王彥飛，朱亮等采用教學內(nèi)容與AspenPlus軟件相結(jié)合以提高教學質(zhì)量，討論環(huán)氧丙烷水解絕熱連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器模型的多解性，在課堂上非?？焖僦庇^的讓學生清楚了解多定態(tài)現(xiàn)象以及產(chǎn)生的原因，有助于學生對反應(yīng)過程的理解，并通過軟件使用可以回答，“如果改變某些條件，那么對于結(jié)果有哪些影響？”這樣的問題。南京化工職業(yè)技術(shù)學院化工系戴斌，徐宏利用化工過程模擬系統(tǒng)ChemCAD二次開發(fā)工具，在SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的工藝設(shè)計上，通過使用VBA語言編程，實現(xiàn)有復雜反應(yīng)動力學方程的反應(yīng)器工藝設(shè)計。變換不同的SO2轉(zhuǎn)化工藝條件，計算得到與之對應(yīng)的反應(yīng)器體積，從而為裝置技改、去瓶頸和優(yōu)化提供依據(jù)。上海應(yīng)用技術(shù)學院吳錫慧，郁平等對化學反應(yīng)工程教學改革和實踐，在實驗中引入AspenPlus軟件強化計算機應(yīng)用，提高了學生們的設(shè)計和綜合分析能力。該軟件也正被學生用在大學生化工設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計和科技創(chuàng)新等環(huán)節(jié)。天津大學化工學院李士雨，齊向娟給出了應(yīng)用ChemCAD模擬軟件更新分離過程教學內(nèi)容的初步方案包括：分離過程熱力學、自由度分析的原理和方法、單級平衡和多級平衡模擬計算等。得出：無論從國內(nèi)外化工分離過程教學內(nèi)容的更新趨勢上看，還是從工業(yè)界對分離過程教學內(nèi)容需求的變化上看，在分離過程教學內(nèi)容中增加計算機模擬分析方法是大勢所趨。華東理工大學化工學院李偉，朱家文等采用模擬軟件ProII在化工分離習題課上，同時改變熱力學方法、閃蒸條件、壓力等，完成不同條件下的多種閃蒸計算。進行丙烯精制塔精確計算可對塔操作參數(shù)進行多方案計算和比較，實現(xiàn)整體優(yōu)化；通過調(diào)節(jié)操作參數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的純度和塔的能耗比較，在其之間建立量化概念，這對于思考許多分離基本問題是十分有益的。江蘇石油化工學院朱建軍、林西平等利用AspenPlus軟件對醋酸與乙醇催化反應(yīng)精餾塔進行模擬，回流比、進料組成、進料位置等對醋酸與乙醇收率的影響進行了分析，結(jié)果表明：運用AspenPlus軟件可以有效、快捷、方便地模擬脂化反應(yīng)精餾過程，結(jié)果可靠,精度高。江漢大學化學與環(huán)境工程學院吳宇瓊將AspenPlus軟件引入分離工程課程及實驗教學中。通過演示軟件操作錄像、學習模擬經(jīng)典實例等方法，使學生迅速掌握并使用軟件，借此求解泡、露點及塔板數(shù)等。廣西大學化學化工學院秦祖贈，葛利等利用ProII對膨脹器的氣體加工裝置進行模擬，福建農(nóng)林大學材料工程學院盧澤湘，范立維等利用AspenPlus對甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反應(yīng)精餾工藝進行模擬，并進行教學演示和講解。著重在混合物熱力學性質(zhì)的計算、多組分平衡分離過程計算上，真正做到了“嚴格計算”。同時指出軟件對化工熱力學、化工設(shè)計等課程的學習也會有較大的幫助，連續(xù)三年化工專業(yè)本科生對過程模擬系統(tǒng)的學習興趣調(diào)查中“，學習興趣強烈”的分別占到總?cè)藬?shù)：72.8%、83.2%、86.8%。將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化學反應(yīng)工程教學，避免了大量計算公式推導、復雜數(shù)值計算等問題，可以在少用課時的情況下，盡量全面地展示化學反應(yīng)工程的核心內(nèi)容。多組分多平衡級分離的嚴格計算，是設(shè)計分離設(shè)備和優(yōu)化操作過程的必要計算手段，也是化工分離工程教學的主要內(nèi)容。使用過程模擬系統(tǒng)，在進行MESH方程推導及基本算法介紹的同時，使得塔的精確計算和將熱力學中相對獨立的知識運用到具體的分離過程中，解決其工程實際問題成為可能，并且可以對塔的操作參數(shù)、分離要求和設(shè)備投資、運行費用等問題進行分析計算，極大地提高了學習的深度與廣度，使學生更加主動積極，綜合分析和解決實際工程問題的能力明顯提高。

3結(jié)語

第9篇：工程熱力學的基本概念范文

關(guān)鍵詞：傳熱學；教學改革；教學方法；考試方式

作者簡介：田娟榮（1976-），女，陜西渭南人，北京京北職業(yè)技術(shù)學院建筑工程系，講師。（北京 101400）

中圖分類號：G712     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）01-0077-02

“傳熱學”是研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學，與工程熱力學、流體力學并稱能源動力的三大支柱[1]。傳熱學課程是高職高專院校建筑設(shè)備工程技術(shù)專業(yè)的一門非常重要的職業(yè)基礎(chǔ)課程，是從事通風空調(diào)、供熱及鍋爐設(shè)備工作的高等技術(shù)管理和施工安裝技術(shù)人員必須掌握的基礎(chǔ)理論知識，具有很強的應(yīng)用性。本文針對該課程的特點和在教學中存在的問題，并結(jié)合自己的教學實踐及教學體會，對傳熱學課程的教學改革做了探討和總結(jié)。

一、“傳熱學”課程的特點和教學中存在的問題

1.課程的特點

“傳熱學”課程雖然屬于職業(yè)基礎(chǔ)課，但其不像流體力學和工程熱力學那樣系統(tǒng)嚴謹完備且偏重理論，而是一門發(fā)展中的應(yīng)用性極強的基礎(chǔ)課程，同時傳遞現(xiàn)象的理論分析又涉及到許多數(shù)學理論與方法，如導熱微分方程是數(shù)學物理方法課程中的三大偏微分方程之一[2]。傳熱學課程為學習后繼的專業(yè)課程提供必要的理論基礎(chǔ)和分析解決工程問題的能力。傳熱學課程的內(nèi)容多且散，各部分內(nèi)容相對獨立，連貫性差；同時圖表及經(jīng)驗公式、半經(jīng)驗公式較多，且難以理解與記憶，這給學生的學習帶來了一定難度。因此，如何提高傳熱學課程的教學質(zhì)量，加強能力培養(yǎng)，是目前一個迫切需要解決的問題。

2.課程在教學中存在的問題

（1）課程內(nèi)容的設(shè)計未突出“高職”特色。現(xiàn)有的高職傳熱學教材，仍然采用傳統(tǒng)的教材編寫模式，側(cè)重知識的系統(tǒng)性和邏輯性，沒有形成清晰、完整的技能培養(yǎng)體系。大部分傳熱學教材在內(nèi)容上與本科教材并無太大區(qū)別，理論性很強，公式推導很多。同時教師大都采用傳統(tǒng)的教學方法，使傳熱學課程偏向于介紹原理和公式推導，最后套用公式解題。另外，因為在推導過程中要用到很多高等數(shù)學的知識，而高職學生高等數(shù)學基礎(chǔ)較差，所以學生感覺課程推導太多，太難，無從理解，從而喪失了學好這門課的信心。還有些學生認為這些原理和公式推導根本沒有用，從而不愿去學習?？傊?，目前傳熱學課程內(nèi)容的設(shè)計只重視了高等教育“高”的一般特性，而忽略了“職”的特色，使高職教育以應(yīng)用能力為主線這一本質(zhì)要求落不到實處。

（2）教學方法和教學手段不能滿足高職教育的要求。傳熱學課程理論性強、公式多，歷屆學生都反映課程難度大。以前在本課程的教學當中，主要采用傳統(tǒng)的教學方法，教師講學生聽，學生基本不參與教學活動，教學內(nèi)容主要根據(jù)傳統(tǒng)教材的章節(jié)順序一一講授。這種教學方法是以灌輸學科知識為宗旨，把學習理解為封閉在書本上知識的獲得過程，過多倚重接受學習，忽視發(fā)現(xiàn)學習、探究學習和行動學習在人的發(fā)展中的價值，忽視社會經(jīng)驗的獲得和實踐能力的形成。事實證明這種教學方式不能滿足如今高職教育的要求，對該課程的教學改革勢在必行。

（3）考試方式太單一。目前，傳熱學課程的考試方式大都采用閉卷考試的形式。這種考試方式也存在著很大的問題。因為該課程中有大量的經(jīng)驗公式，特別是對流換熱這部分內(nèi)容，大部分公式都是經(jīng)驗公式，而且往往對同一個問題又有好幾個公式可供選擇，加之這些公式較為復雜，若讓學生將這些公式熟記，這根本不可能，而且也沒有必要。因此，閉卷考試時這部分內(nèi)容的命題將面臨很大難度，最后將不得不將這些內(nèi)容刪除，這樣使考試命題范圍必然受到很大的限制。如果采用開卷考試的形式，又可能使學生過于依賴課本，考前不做復習，考試中遇到問題不獨立思考，而是急于翻書找答案，使考試達不到應(yīng)有的目的。因此，單一的考試方式已不適合高職教育的人才培養(yǎng)宗旨。

綜上所述，認真分析目前傳熱學教學中存在的問題，對現(xiàn)行傳熱學課程的教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和考試方式等內(nèi)容進行改革勢在必行。

二、教學內(nèi)容的改革

教學內(nèi)容的改革是教學改革的核心。為了突出“高職”特色，本課程采用了項目化教學方式，以職業(yè)崗位所需的基本技能為依據(jù)來設(shè)計課程內(nèi)容，向著學時縮短、注重應(yīng)用、內(nèi)容更新等方向發(fā)展。講授的內(nèi)容系統(tǒng)、注重經(jīng)典知識的講解和現(xiàn)代科學技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的結(jié)合。根據(jù)實際工程的施工需要，將課程分為五個學習項目，供學生學習。五個學習項目分別為管道保溫層設(shè)計計算、換熱器設(shè)計計算、換熱器校核計算、空調(diào)房間的負荷計算和冷庫圍護結(jié)構(gòu)隔熱計算。每個學習項目又分為若干個學習情境。由于高職學生畢業(yè)后大部分從事施工工作，所以在力求講清基本概念及數(shù)學模型建立的基礎(chǔ)上，簡化或省略一些與今后工作聯(lián)系不大的數(shù)學推導過程，而將重點放在這些知識點的應(yīng)用上。教學中結(jié)合補充傳熱學的最新研究成果、研究方法和日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的各種傳熱學問題，增加學生的感性認識、擴大知識面和提高解決實際問題的能力，突出高職教育以應(yīng)用能力為主線的培養(yǎng)目標。

為了使學生對傳熱學課程的教學內(nèi)容、教學進度有一個全面的了解，根據(jù)實際教學情況，自編了傳熱學教學補充材料。補充材料包括課程標準、教學計劃、習題與思考題、復綱、實驗及實訓指導書與任務(wù)書等。

三、教學方法和教學手段的改革

1.教學方法改革

在教學過程中，結(jié)合課程特點，根據(jù)不同的教學內(nèi)容實施特色的教學模式，分別采用了項目教學法、課堂講授法、分組討論法、自學指導法等多種形式。

（1）項目教學法。全部學習內(nèi)容根據(jù)傳熱學的五個學習項目展開，通過師生共同實施一個完整的項目工作而進行教學活動。在項目教學中，教師處于主導地位，學生處于主體地位，人人參與創(chuàng)造性實踐活動，注重完成項目的過程性；學習過程成為學生在項目中實踐的過程，理解和把握課程要求的知識和技能，體驗創(chuàng)新的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的思想和方法。

（2）案例教學法。根據(jù)本課程的教學內(nèi)容，選用提高學生對實際工程問題的處理能力。在教學過程中，緊密聯(lián)系課程的教學內(nèi)容和學生的專業(yè)方向，選用實際工程案例及學生在生活中熟悉的傳熱現(xiàn)象作為范例進行教學，創(chuàng)造逼真的教學情境，使學生感受到傳熱學領(lǐng)域跟自己的實際生活息息相關(guān)，努力地激發(fā)學生學習傳熱學的興趣。例如有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻，為使稀飯涼得更快一些，你認為他應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的涼水，為什么？冬天，新建的居民樓剛住進去時比住了很久的舊樓感覺更冷，為什么？同樣的室內(nèi)溫度，為什么夏天在室內(nèi)穿短袖就可以了，而冬天卻要穿毛衣呢？通過這些問題的提出，學生開始對傳熱學知識感興趣，而且感覺傳熱學知識的應(yīng)用無時不在，無處不在。學生通過對這些問題的思考和討論，會提出很多問題，老師通過回答問題會自然地引入傳熱學的基本內(nèi)容。

（3）分組討論法。分組討論法是雙向交流的教學方法，它可以激發(fā)學生就所要討論的問題進行積極地思考，提高學生的思維能力和認識水平。組織學生分組，小組成員之間交流對工作任務(wù)的認識，分組按照討論方案進行工作任務(wù)的學習，最后小組派代表進行匯報答辯，進行自評與互評。

通過學生與學生之間的交流培養(yǎng)團體合作精神，通過學生與教師的交流促進了師生關(guān)系，通過學生的大膽發(fā)言提高學生的口頭表達能力和增強心理素質(zhì)，通過引導樹立對立面，鼓勵學生勇于質(zhì)疑，提出自己的新觀點，促進學生的創(chuàng)造性思維的發(fā)展，從而進一步深化素質(zhì)教育[2]。

（4）自學指導法。對于傳熱學的發(fā)展現(xiàn)狀、傳熱學在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用概況及當前存在的問題等內(nèi)容，可以安排學生進行自學。一般提前將題目布置給學生，學生通過上網(wǎng)搜索或在圖書館找資料學習，來完成學習任務(wù)。最后再講自己總結(jié)的內(nèi)容與小組成員進行交流討論，小組進行總結(jié)，派代表進行匯報。通過自學指導法，引導學生學會科學的學習方法，培養(yǎng)學生自主學習的能力。

2.教學手段改革

在教學過程中注意現(xiàn)代教學技術(shù)手段的應(yīng)用，給學生營造一種立體的、全面的、動態(tài)的學習情景，借助多媒體技術(shù)，使抽象的概念具體化，復雜問題簡單化，讓學生易學易懂，激發(fā)學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性。但是，純理論推導的部分采用多媒體課件的效果并不理想，雖然信息量很大，但接受下來的不多，課后又無筆記可查。因此，在講解一些理論推導等理論性很強的內(nèi)容時，仍然采用傳統(tǒng)的板書教學。板書教學條理性強，還可以以提問的方式刺激并調(diào)動學生積極參與課堂教學活動。這種多媒體教學與板書結(jié)合的方式深受學生的歡迎。

四、考試方式的改革

全面、合理、客觀、嚴格的考試內(nèi)容和考試方法，也是提高教學質(zhì)量的一種手段。合適的考題、恰當?shù)目荚嚪绞?，可以較準確地檢測學生掌握所學知識和應(yīng)用能力提高的情況，也可以促使學生在考前更好地按教學要求進行復習，而且還可以較客觀地檢驗教師的教學效果，對整個教學狀況有一個客觀、科學的評價[3]。為此，我們設(shè)計了“全方位多層次”的考核辦法。課程成績以100分計，其中平時成績占20%，設(shè)計性實驗、討論匯報等占30%，期末成績占50%。平時成績中，作業(yè)、小測驗占10%，課堂提問、互動占5%，學習態(tài)度、紀律占5%。

對于期末考試，如果采用傳統(tǒng)的閉卷考試形式，則會使教師的出題范圍受到很大的限制。因為傳熱學課程中有大量的經(jīng)驗公式，這些公式不可能也沒必要讓學生死記硬背，但若閉卷考試，這部分內(nèi)容就不太好出題。如果采用開卷考試，則很多學生就會認為考試很簡單，沒有從思想上重視考試，對于一些基本概念、基本原理也不去詳細復習，考試時過于依賴教材，反而導致及格率偏低。這樣學生對于基本概念、基本原理的掌握也非常不利。針對以上分析及傳熱學課程的特點，筆者認為采用“一頁紙開卷”的考試形式最佳。也就是教師在考試之前給每個學生發(fā)一張蓋有公章及教師簽名的A4紙，學生在復習過程中可以在這張紙上寫上公式等任何自己認為對考試有幫助的內(nèi)容，在考試時可將這張紙帶入考場參加考試。采用“一頁紙開卷”的考試方式，教師出題范圍不受限制，又為學生節(jié)省了大量死記硬背公式的時間，同時還有助于學生對課程重點知識的總結(jié)、歸納和篩選。

五、結(jié)語

通過幾屆學生的試驗表明，傳熱學課程按照上述方法改革之后取得了良好的教學效果。學生通過學習，可以熟練掌握傳熱學課程的基本理論知識，為后續(xù)專業(yè)課程奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，同時，學生的實踐知識、計算機應(yīng)用能力、團隊協(xié)作能力及自主學習能力等都得到了綜合鍛煉，滿足高等職業(yè)教育的人才培養(yǎng)目標。

參考文獻：

[1]李敏,李湛.工程熱力學與傳熱學多媒體應(yīng)用分析[J].理工高教研究,2004,(1):101-102.