時(shí)間：2024-03-04 14:41:16
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇工程熱力學(xué)意義，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
《熱處理原理與工藝》是材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬材料方向的核心課程，主要講授鐵碳合金過(guò)冷奧氏體發(fā)生珠光體、馬氏體、貝氏體等固態(tài)相變的原理，以及正火、退火、淬火、回火等熱處理的方法和工藝。從教學(xué)內(nèi)容上看，該課程不僅涉及到物理化學(xué)、金屬學(xué)、晶體學(xué)等多門理論，具有理論性強(qiáng)、抽象性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，而且又與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系緊密，具有實(shí)踐性強(qiáng)、知識(shí)更新速度快的特點(diǎn)。該課程既要求學(xué)生具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，又要求學(xué)生具備一定的分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，能夠根據(jù)固態(tài)相變的基本原理制訂合理的熱處理工藝路線。這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中有針對(duì)性地進(jìn)行理論結(jié)合實(shí)際、化理論為具體、化抽象為形象的授課，要達(dá)到這一目標(biāo)，實(shí)踐教學(xué)就成為其中的關(guān)鍵一環(huán)。
通過(guò)熱處理實(shí)踐促使學(xué)生對(duì)抽象問(wèn)題的理解，通過(guò)基本原理的運(yùn)用詮釋實(shí)踐過(guò)程的各種現(xiàn)象。因此，在該課程的教學(xué)中必須加大實(shí)踐教學(xué)的力度，對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行改革。筆者結(jié)合我院《熱處理原理與工藝》課程實(shí)踐教學(xué)開展的情況，提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐的幾點(diǎn)體會(huì)。
一、《熱處理原理與工藝》實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題
1.教學(xué)內(nèi)容陳舊，學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練不足。由于受重視程度或?qū)嶒?yàn)條件的限制，大多數(shù)熱處理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的進(jìn)步進(jìn)行改進(jìn)，這些很多年不變的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以具有挑戰(zhàn)性，學(xué)生難以發(fā)生興趣或產(chǎn)生求索的欲望，從而不重視實(shí)驗(yàn)，達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。而且，傳統(tǒng)的熱處理實(shí)驗(yàn)側(cè)重于學(xué)生單項(xiàng)技能和對(duì)知識(shí)的驗(yàn)證為主，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比重較輕，尤其是學(xué)生自主的開放性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練很少。這樣就不能將熱處理課程中的不同熱處理工藝串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，缺乏讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)地綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技能的主線。
2.教學(xué)模式單一，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺乏。材料專業(yè)涉及熱處理實(shí)踐的環(huán)節(jié)主要有課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)踐和畢業(yè)論文階段。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，教師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)等，學(xué)生根據(jù)流程進(jìn)行實(shí)際操作；在實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生在企業(yè)主要看生產(chǎn)過(guò)程和聽?zhēng)煾抵v解，動(dòng)手機(jī)會(huì)很少；在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教師擬定題目，下達(dá)任務(wù)書，學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師是教學(xué)的主體，學(xué)生根本沒(méi)有獨(dú)立思考，只要按照教師的要求“照單抓藥”即可。這種實(shí)踐教學(xué)模式難以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3.教學(xué)資源匱乏，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量難以保證。隨著學(xué)生規(guī)模的急劇增加，材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中不同程度的存在教學(xué)資源匱乏的問(wèn)題。一方面，學(xué)生的擴(kuò)招造成硬件設(shè)施的相對(duì)不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)任務(wù)安排與落實(shí)困難，造成實(shí)驗(yàn)安排在時(shí)間上相對(duì)集中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程給學(xué)生參與動(dòng)手的機(jī)會(huì)少，等等問(wèn)題，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)匆匆走過(guò)場(chǎng)。同時(shí)，學(xué)生人數(shù)的增多也增加了實(shí)習(xí)實(shí)踐的困難，企業(yè)不能接納更多的學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間變短，實(shí)習(xí)過(guò)程走馬觀花。這些原因?qū)е聼崽幚韺?shí)踐教學(xué)流于形式，實(shí)踐教學(xué)改革難以落到實(shí)處，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量自然難以保證。
二、《熱處理原理與工藝》實(shí)踐教學(xué)改革的措施
1.優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生自主性綜設(shè)實(shí)驗(yàn)的比重。將大部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整合成適合于使用仿真實(shí)驗(yàn)或多媒體教學(xué)軟件教學(xué)，增加綜設(shè)性實(shí)驗(yàn)比重，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件自主選材，自己設(shè)計(jì)熱處理工藝方案并實(shí)施操作，獨(dú)立觀察顯微組織和測(cè)試力學(xué)性能，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容科學(xué)前沿，注重傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合、學(xué)與用的結(jié)合，在此基礎(chǔ)上建立熱處理相關(guān)的開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)，鼓勵(lì)學(xué)生在課外根據(jù)個(gè)人興趣自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行探索研究，培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)踐能力和科研興趣。
2.充分挖掘校內(nèi)外資源，改善實(shí)踐教學(xué)條件。充分利用依托我院建設(shè)的國(guó)家復(fù)合改性聚合物工程技術(shù)研究中心、貴州省材料結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、貴州省激光技術(shù)應(yīng)用工程研究中心、材料測(cè)試與結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)中心等資源，建立儀器設(shè)備共享機(jī)制，為熱處理實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)條件。加強(qiáng)與中航工業(yè)143廠、183廠、154廠、標(biāo)準(zhǔn)件廠及西南工具集團(tuán)、貴州合潤(rùn)鋁業(yè)、貴州金飛輪轂等建有熱處理生產(chǎn)線的大中型企業(yè)合作，聯(lián)合建立了學(xué)生實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地，加強(qiáng)熱處理實(shí)踐教學(xué)條件建設(shè)，讓學(xué)生在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行熱處理實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力的鍛煉和體驗(yàn)。
3.改革實(shí)踐教學(xué)模式，建立多元化的實(shí)踐教學(xué)體系。利用我院每年舉辦的金相技能大賽和參加全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽的機(jī)會(huì)，組織學(xué)生進(jìn)行制樣培訓(xùn)和比賽。在此過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)不同熱處理狀態(tài)金相試樣的比較直觀了解到熱處理工藝對(duì)材料的組織性能的影響，能夠加深對(duì)熱處理的感性認(rèn)識(shí)。同時(shí)，向?qū)W生全面介紹本學(xué)院教師的科研方向、承擔(dān)的課題等信息，鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系相關(guān)教師申請(qǐng)參與科研實(shí)驗(yàn)，同時(shí)支持學(xué)生組成課題組申報(bào)國(guó)家級(jí)、省級(jí)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行金屬熱處理相關(guān)項(xiàng)目的研究，將熱處理的基本原理和工藝運(yùn)用到科研實(shí)踐中，進(jìn)一步提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，在實(shí)習(xí)過(guò)程中針對(duì)實(shí)習(xí)工廠生產(chǎn)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生帶著項(xiàng)目、帶著問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)習(xí)并撰寫實(shí)踐報(bào)告，增強(qiáng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力。
4.完善網(wǎng)絡(luò)資源，建立網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、微博、QQ群等方式搭建網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備資料、實(shí)驗(yàn)教學(xué)教案、儀器操作視頻、開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等相關(guān)信息共享在平臺(tái)上。學(xué)生可以在網(wǎng)上了解儀器設(shè)備功能、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、基本操作過(guò)程等內(nèi)容，根據(jù)自己的興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或自擬項(xiàng)目進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)，并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提出問(wèn)題、尋求幫助，教師可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上及時(shí)進(jìn)行解答指導(dǎo)，增強(qiáng)教師和學(xué)生的互動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立不僅可以提高學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的便利性，更可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
5.改進(jìn)考評(píng)辦法，發(fā)揮正向引導(dǎo)作用。為了從制度上引導(dǎo)、督促學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的熱處理實(shí)驗(yàn)積極性和學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)學(xué)生的考評(píng)辦法，將課程實(shí)驗(yàn)成績(jī)、項(xiàng)目實(shí)踐成績(jī)納入本課程的綜合成績(jī)中去，且占總成績(jī)比重不低于20%。課程實(shí)驗(yàn)考核主要從綜設(shè)性實(shí)驗(yàn)方案擬定、實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面進(jìn)行綜合評(píng)定，按百分制給出分?jǐn)?shù)，重點(diǎn)考查學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力；項(xiàng)目實(shí)踐考核只針對(duì)部分對(duì)科研有興趣的學(xué)生，其成績(jī)作為平時(shí)成績(jī)的加分因素，主要從科研項(xiàng)目的創(chuàng)新性和先進(jìn)性、實(shí)驗(yàn)方案的合理性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、論文的規(guī)范性等方面綜合評(píng)定。通過(guò)加大實(shí)踐環(huán)節(jié)在總成績(jī)中所占的比例，提高學(xué)生對(duì)熱處理實(shí)踐環(huán)節(jié)的重視程度，培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的能力。
關(guān)鍵詞 熱處理；多媒體教學(xué)；啟發(fā)式教學(xué)方法
中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-489X（2013）03-0112-02
Discussion on Teaching Strategy of Course of Principle and Process of Heat-treatment//Duan Yuanpei， Zhang Haitao， Li Chuanrui， Liu Minglang
Abstract Principle and Process of Heat-treatment is an important professional basic course for the specialty of material forming and control engineering. In order to improve the thirst for knowledge and learning effect of students， the “fun” was using as the main line and the teaching contents were innovated. Multimedia teaching， heuristic， discussion teaching method and strengthening practice teaching mode were also used in the teaching process.
Key words heat-treatment； multimedia teaching； heuristic teaching method
熱處理原理及工藝課程是安徽工程大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)內(nèi)容分為熱處理原理和熱處理工藝兩部分。其中，熱處理原理介紹奧氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變等鋼在加熱及冷卻過(guò)程中發(fā)生的組織及性能轉(zhuǎn)變規(guī)律；熱處理工藝介紹退火、正火等熱處理方法。通過(guò)對(duì)這門課的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生在掌握熱處理原理的基礎(chǔ)上合理地制訂熱處理工藝路線。
從教學(xué)內(nèi)容上看，熱處理原理部分理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，熱處理工藝部分又與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系緊密，如果不注意教學(xué)策略，學(xué)生在難于理解運(yùn)用的同時(shí)就會(huì)覺(jué)得枯燥無(wú)味，很難產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果也較差。然而，該課程的教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生既要具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，還要具備一定的分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。那么，怎樣實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)呢？針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，筆者嘗試采用以下策略進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，收到良好的教學(xué)效果。
1 以“趣”為主線
孔子說(shuō)過(guò)：“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者?！笨梢?，“興趣”才是最好的老師。因此，在熱處理原理及工藝課程的教學(xué)過(guò)程中，可深入挖掘教材內(nèi)容，通過(guò)舉例子講故事、從現(xiàn)象出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考等方法，有目的地設(shè)計(jì)“興奮點(diǎn)”以激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)思考能力，以適當(dāng)?shù)陌咐龁l(fā)學(xué)生的思維，探究現(xiàn)象的本質(zhì)，找出規(guī)律。
如在教學(xué)熱處理這章內(nèi)容時(shí)，先設(shè)計(jì)些觀察思考題，例如：“兩段直徑為1 mm的鋼絲，同時(shí)放在酒精燈上加熱到赤紅色，而后一段放在水中冷卻，另一段在空氣中自然冷卻。當(dāng)鋼絲完全冷卻后進(jìn)行折彎，發(fā)現(xiàn)在水中冷卻的鋼絲很容易折斷，而放在空氣中冷卻的鋼絲不易斷裂，甚至可以卷成圓圈。加熱溫度相同，由于冷卻方式的不同導(dǎo)致同種材料性能的差異，為什么？”“敲擊學(xué)生金工實(shí)習(xí)作品小錘子的錘頭，一錘頭工作面出現(xiàn)凹凸不平，而另一個(gè)經(jīng)熱處理的錘頭工作面仍然非常平整。兩鐵榔頭為同種材料所制，為何熱處理后工作面敲擊后仍平整如初？是什么原因?qū)е洛N頭性能的差異呢？”通過(guò)這些思考題的提出，好奇的學(xué)生就會(huì)把興趣轉(zhuǎn)移到熱處理課程枯燥、抽象的內(nèi)容上。
2 教學(xué)內(nèi)容改革
熱處理原理及工藝課程的教學(xué)內(nèi)容包含熱處理原理和熱處理工藝兩部分：第一部分“熱處理原理”概念多，理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，且與材料科學(xué)基礎(chǔ)等基礎(chǔ)課程內(nèi)容聯(lián)系密切；第二部分“熱處理工藝”部分與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系緊密。第一部分內(nèi)容是第二部分的理論基礎(chǔ)，而第二部分內(nèi)容是第一部分的應(yīng)用。因此在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)抓住主線，突出重點(diǎn)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，并且強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，熱處理領(lǐng)域新工藝、新理論不斷出現(xiàn)。因此，處理好傳統(tǒng)內(nèi)容與現(xiàn)代內(nèi)容的關(guān)系，適當(dāng)壓縮、簡(jiǎn)化經(jīng)典內(nèi)容，充實(shí)當(dāng)前熱處理領(lǐng)域的最新研究成果。如增加激光熱處理、真空熱處理等現(xiàn)代化的熱處理方法等內(nèi)容，使學(xué)生及時(shí)了解熱處理原理及工藝的最新研究和發(fā)展動(dòng)態(tài)。
3 采用多媒體教學(xué)
與“一塊黑板、一支粉筆、一本教材、一張嘴”的傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于其是圖、文、聲、像、動(dòng)畫、視頻的有機(jī)結(jié)合體。在熱處理原理及工藝課程上的教學(xué)工作中，采用多媒體教學(xué)手段，可將抽象的概念轉(zhuǎn)化為圖文并茂的畫面，將復(fù)雜的工藝過(guò)程轉(zhuǎn)化為直觀的視頻，使學(xué)生能夠充分利用視覺(jué)和聽覺(jué)來(lái)獲取新知識(shí)，教學(xué)內(nèi)容直觀易懂，課堂氣氛生動(dòng)活潑，易于被學(xué)生理解。并且采用多媒體教學(xué)方式，節(jié)省了大量的粉筆板書時(shí)間，使教師能夠有更多精力對(duì)學(xué)生課堂進(jìn)行管理和引導(dǎo)，提高了教學(xué)效率。
例如，對(duì)于與實(shí)踐聯(lián)系緊密的“鋼的熱處理工藝：淬火、正火、退火、回火等”內(nèi)容，學(xué)生很難想象熱處理的工藝過(guò)程。采用多媒體教學(xué)方法，將熱處理工藝制作成為動(dòng)畫或錄像放給學(xué)生觀看，使他們有身臨其境的感覺(jué)，對(duì)熱處理工藝過(guò)程有了直觀的了解，給課堂增添了更多趣味，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。目前已連續(xù)幾屆采用自制的多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，受到學(xué)生的廣泛歡迎，增強(qiáng)了教學(xué)效果。
4 采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法
熱處理原理及工藝課程知識(shí)系統(tǒng)性較強(qiáng)，且原理和工藝部分聯(lián)系緊密。因此，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意有關(guān)概念之間的內(nèi)部聯(lián)系，注重其本質(zhì)特點(diǎn)的講解，從而進(jìn)行它們異同的比較。并且，針對(duì)特定內(nèi)容進(jìn)行啟發(fā)誘導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)生不但活躍了思維，而且接受了新知識(shí)，鞏固了舊知識(shí)。但要想做好啟發(fā)教學(xué)，教師必須下功夫深入研究教材，通過(guò)多種途徑來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考。
在每節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，教師不與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，不僅使課堂氣氛沉重，學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，而且教師也不了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解掌握程度。在教學(xué)過(guò)程中，可以采用課堂提問(wèn)、組織討論等方式，與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)和交流。采用討論式教學(xué)方式不僅活躍課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和積極思考的能力，實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的良好反饋。但要想組織好課堂討論，教師首先要針對(duì)具體內(nèi)容設(shè)計(jì)討論主題，并且在討論過(guò)程中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)理論知識(shí)。
例如，對(duì)于零件的淬火熱處理工藝而言，淬火工藝的合理選擇有利于零件減少變形和開裂的傾向。因此，在“鋼的淬火熱處理工藝”這部分內(nèi)容的講解過(guò)程中，可以進(jìn)行分組討論，并且在討論過(guò)程中教師加以引導(dǎo)。這樣，大多數(shù)學(xué)生對(duì)淬火熱處理工藝有了更深的理解，針對(duì)具體零件可以正確選擇熱處理工藝路線。
5 強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)
熱處理原理及工藝課程的教學(xué)目標(biāo)之一即讓學(xué)生靈活運(yùn)用熱處理工藝來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，那么怎樣提高學(xué)生理論與實(shí)際聯(lián)系的能力呢？實(shí)驗(yàn)教學(xué)是解決這一問(wèn)題很好的途徑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，既可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，反過(guò)來(lái)又可以促進(jìn)理論教學(xué)效果的增強(qiáng)。
因此，為了培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，在學(xué)時(shí)緊的情況下，仍安排實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占總課時(shí)的17%。并且，為了提高學(xué)生的積極主動(dòng)性，將部分實(shí)驗(yàn)由演示性實(shí)驗(yàn)改為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。例如，鋼的淬透性測(cè)定實(shí)驗(yàn)，原來(lái)為演示性實(shí)驗(yàn)，即材料的熱處理過(guò)程由實(shí)驗(yàn)教師完成，僅由學(xué)生進(jìn)行硬度測(cè)試并繪制硬度隨深度變化曲線，確定硬化層深度，比較不同材料的淬透性?，F(xiàn)在該實(shí)驗(yàn)為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)給定材料的化學(xué)成分，根據(jù)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，首先合理制定淬火工藝路線，然后在實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立完成熱處理工藝操作，這一環(huán)節(jié)結(jié)束后再進(jìn)行硬度測(cè)試、不同材料淬透性比較等過(guò)程。新方式能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。
另外，還可通過(guò)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)彌補(bǔ)學(xué)校教學(xué)條件的不足，讓學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，親身感受實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。并且在學(xué)生參觀過(guò)程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的車間技術(shù)人員針對(duì)生產(chǎn)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致解說(shuō)，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行結(jié)合，使學(xué)習(xí)的知識(shí)不斷深化，從而大大提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。
6 結(jié)論
在熱處理原理及工藝的教學(xué)中，應(yīng)針對(duì)課程內(nèi)容特點(diǎn)，通過(guò)以“趣”為主線，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，采用多媒體教學(xué)，啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法及強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)等方式，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生更好地理解知識(shí)、掌握知識(shí)、靈活運(yùn)用知識(shí)。
參考文獻(xiàn)
[1]陸興.熱處理工程基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.
[2]李傳瑞，丁麗，王銀鳳.熱處理原理及工藝課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].時(shí)代教育：教育教學(xué)版，2009（10）：27.
由于浮法玻璃的產(chǎn)量相當(dāng)巨大，所以其嚴(yán)重影響到我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)。浮法玻璃制造工藝一向被公認(rèn)為是玻璃生產(chǎn)工藝?yán)锩娴囊?guī)模生產(chǎn)技術(shù)水平最高的，但是它也存在諸多的問(wèn)題，比如：其溶制時(shí)間很長(zhǎng)、其溶制的溫度很高、其余熱和廢氣度環(huán)境的危害很大、能源和原材料的消耗量也很大等等。除此以外，生產(chǎn)出來(lái)的玻璃產(chǎn)品還依賴高溫、嚴(yán)格的氣氛控制以及長(zhǎng)時(shí)間保溫等來(lái)確保錫槽和熔窯等生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定。所以，對(duì)其的生產(chǎn)還需要做進(jìn)一步研究，以促進(jìn)發(fā)展的平衡。
化學(xué)熱力學(xué)就是一個(gè)能到做到全方位分析和研究的工具，不需要太多的數(shù)據(jù)就可以研究材料生產(chǎn)制備的熱加工過(guò)程和過(guò)程中材料的相結(jié)構(gòu)以及其性能的嬗變規(guī)律。對(duì)于這一點(diǎn)，在鋼鐵材料的研究運(yùn)用中最為顯著。然而，大家也都清楚，玻璃是典型的非晶態(tài)無(wú)定型的物質(zhì)，并且它的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，和相結(jié)構(gòu)和相組成比較簡(jiǎn)單的金屬材料是大有不同。因此，所采用的模型、計(jì)算方法還有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)以及其數(shù)據(jù)整理等都會(huì)不同，需要對(duì)此一一展開研究。本文是闡述通過(guò)嘗試使用化學(xué)熱力學(xué)方法來(lái)研究浮法玻璃的一些工作，希望可以啟到一定的作用。
化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算的研究平臺(tái)MTDATA
MTDATA是一整套電子計(jì)算機(jī)軟件程序包和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，是用于多項(xiàng)復(fù)雜體系化學(xué)熱力學(xué)、熱過(guò)程計(jì)算分析。它的工作原理就是以熱力學(xué)物理相平衡的原則。通過(guò)積累的簡(jiǎn)單系統(tǒng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和專門構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)作為基礎(chǔ)，根據(jù)選擇的或者設(shè)計(jì)的模型來(lái)展開計(jì)算分析工作。全過(guò)程通過(guò)相變熱力學(xué)計(jì)算分析以及非平衡計(jì)算的模型方法和實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)，就可以氣相在內(nèi)的體系各相間的真實(shí)相互轉(zhuǎn)變的關(guān)系，由此可以很清楚地知道材料的制備和加工的過(guò)程，從而找出可以提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)和環(huán)保的途徑，這樣有助于可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)平板玻璃而言，其結(jié)構(gòu)的形成，產(chǎn)品性能的變化，玻璃氣泡與玻璃產(chǎn)品性能，其熔化制備過(guò)程中的硅酸鹽反應(yīng)過(guò)程細(xì)節(jié)，氣氛與澄清，氣體成分分布以及熔窯侵蝕等對(duì)玻璃生產(chǎn)工藝過(guò)程很重要，可是傳統(tǒng)的方法卻很難深入到系統(tǒng)的研究，所以采用這種方法比較合適。
數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)庫(kù)
之前就有提到說(shuō)浮法玻璃的組成是非常的復(fù)雜的，而且整體體系的化學(xué)熱力學(xué)相變過(guò)程所涉及到的因素也很多。所以在這個(gè)計(jì)算處理的過(guò)程中，不能僅是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)疊加，需要專門設(shè)計(jì)計(jì)算的流程和模型以及專業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)才可以滿足。所以，NPL的方法是和皮爾金頓等企業(yè)合作建設(shè)MTOX數(shù)據(jù)庫(kù)，并且不斷地升級(jí)，可以涵蓋研究中可以包含的所有的氣體系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)庫(kù)的問(wèn)題對(duì)于研究的結(jié)果是否具有準(zhǔn)確性和實(shí)用性啟著關(guān)鍵的作用。在研究中，發(fā)現(xiàn)了浮法玻璃在高溫液態(tài)的時(shí)的氣態(tài)的含量對(duì)玻璃液的澄清和產(chǎn)品的光學(xué)性能影響較大。所有計(jì)算體系中，對(duì)采用的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)需要進(jìn)行部分實(shí)測(cè)和計(jì)算調(diào)整。因?yàn)橐话愕母》úＡФ际茄趸矬w系，含氧類的氣體為主，通過(guò)氧化物的氣體傳感器，利用電化學(xué)原理，形成系統(tǒng)的裝置，實(shí)施實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)在線測(cè)量，經(jīng)過(guò)整理、對(duì)比以及計(jì)算分析，便可以推算出玻璃窯和玻璃液中氣體的含量變化規(guī)律，以此作為化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。
玻璃形成的過(guò)程
普通硅酸鹽玻璃成分結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，玻璃結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程對(duì)于玻璃的研究者和制造者來(lái)說(shuō)，十分重要。如果可以掌握玻璃結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律以及與制備環(huán)境條件和原料的組成的關(guān)系，就可以很全面地控制玻璃的改性、玻璃的生產(chǎn)以及其加工，找到工藝制度需要改進(jìn)的地方和可以采用環(huán)保的生產(chǎn)的措施等等。雖然熱力學(xué)計(jì)算出的相比較復(fù)雜，但是它的結(jié)構(gòu)變化是對(duì)應(yīng)著普通平板玻璃液相形成的變化規(guī)律，這便可以結(jié)合現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)分析方法來(lái)分析總結(jié)出玻璃的結(jié)構(gòu)和形成的特點(diǎn)。
玻璃生產(chǎn)中所用的澄清劑
玻璃澄清也就是將玻璃里面的氣泡清除掉。現(xiàn)在采用熱力學(xué)研究的方法就是，通過(guò)設(shè)計(jì)研制的探測(cè)器，定位安放和測(cè)量獲得氣體、氣泡的信息。進(jìn)行計(jì)算，做好化學(xué)組成、溫度的研究，從而建立模型，掌握氣泡的衍生和變化的規(guī)律。從而專門研發(fā)相關(guān)的澄清劑和專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，促進(jìn)深入研究氣泡的形成變化。
總結(jié)
流行性出血熱合并重癥急性胰腺炎臨床少見，本例通過(guò)腹膜透析治療達(dá)到臨床治愈。
流行性出血熱（epidemic hemorrhagic fever，EHF）是病毒引起的自然疫源性疾病。本病的主要病理變化是全身小血管和毛細(xì)血管廣泛性損害，臨床上以發(fā)熱、低血壓、出血、腎臟損害等為特征。本院接收1例合并重癥急性胰腺炎應(yīng)用腹膜透析成功搶救治愈，現(xiàn)報(bào)告如下。
1 病歷摘要
患者男性，39歲。因寒戰(zhàn)、高熱，腹痛伴腰痛4 d于2006年6月28日入院。病史：患者4天前無(wú)誘因出現(xiàn)發(fā)熱，體溫高達(dá)39℃，伴頭痛，全身酸痛，中上腹痛，呈持續(xù)性鈍痛向腰背部放散，腰痛，腹脹，無(wú)明確鼠類接觸史。入院時(shí)查體：血壓110/60 mm Hg，急性病容，全身皮膚黏膜無(wú)出血點(diǎn)及黃染，未見皮膚搔痕，顏面潮紅，眼結(jié)膜無(wú)充血。雙肺呼吸音清，心率90次/min，節(jié)律規(guī)整，各瓣膜聽診區(qū)未聞及病理性雜音，腹部飽滿，未見Grey-Turner征及Cullen征，未見腸型，左上腹部壓痛，無(wú)反跳痛及肌緊張，肝脾肋下未觸及腫大，腸鳴音弱，2～3次/min，移動(dòng)性濁音陰性，雙腎區(qū)叩擊痛（+），雙下肢無(wú)水腫。輔助檢查：血常規(guī)WBC 5．13×109/L，N 0．88，L 0．07，PLT 71×109/L，異型淋巴細(xì)胞0．07。尿常規(guī)RBC 9．2/HPF，WBC 5．4/HPF，PRO （+++），GLU（++）。胸片未見異常。生化特點(diǎn)：血ALT 183．7U/L，TBA 43．27 μmol/L，TB 21．7 μmol/L ，GGT 427．5 U/L,AST 306 U/L,M-AST 36．7 U/L，UREA 3．29 mmol/L，CR 75．7 μmol/L ，K+ 3．7 mol /L，AMY 269 U/L，P-AMY 206．8 U/L，LIP 410．3 U/L，ASO 457．7 IU/ml，CRP 79．66 mg/L，GLU 9．1 mmol/L，CK 279 U/L，CK-MB 28．8 U/L，HBDH 544 U/L，LDH 893 U/L。出血熱抗體IgM(+)，IgG(+)。血補(bǔ)體及免疫球蛋白正常。乙肝兩對(duì)半正常,肝炎分型陰性。超聲特點(diǎn)：雙腎彩超示雙腎形體飽滿，肝脂肪浸潤(rùn)，脾稍大，胰腺相對(duì)飽滿。胰腺CT：胰腺形態(tài)飽滿，胰周、腹腔間隙滲出，考慮胰腺炎。入院后監(jiān)測(cè)胰酶、肝功能、血糖、腎功能指標(biāo)進(jìn)行性升高，經(jīng)請(qǐng)?jiān)簝?nèi)會(huì)診，明確臨床診斷為流行性出血熱，急性重癥胰腺炎，急性腎功能衰竭，急性肝損害。治療上給予暫禁食，給予營(yíng)養(yǎng)支持、抗感染、抗病毒、減少胰液分泌、保肝、控制血糖、對(duì)癥治療。因腎功能進(jìn)行性惡化，住院第5天血肌酐最高達(dá)597．7 μmol/L，在原治療基礎(chǔ)上緊急行急性腹膜透析置管術(shù)，術(shù)后應(yīng)用Baxter雙聯(lián)腹膜透析液2000 ml，5次/d腹膜透析，患者癥狀及各項(xiàng)指標(biāo)顯著緩解，根據(jù)病情調(diào)整用藥，腹膜透析治療24 d，各項(xiàng)指標(biāo)均恢復(fù)正常，行腹膜透析管拔管術(shù)，繼續(xù)鞏固治療，于第30天治愈出院。現(xiàn)隨診11個(gè)月，各項(xiàng)指標(biāo)均正常。
2 討論
流行性出血熱（EHF）是由流行性出血熱病毒(EHFV)對(duì)人體呈泛嗜性感染[1],導(dǎo)致人體多器官損害,而臨床上以發(fā)熱、充血出血、休克、急性腎功能損害為突出表現(xiàn)的一組綜合征。其中流行性出血熱急性腎功能衰竭的發(fā)病機(jī)理主要是：①病毒直接損傷腎小管及毛細(xì)血管,以及由此造成的腎微循環(huán)障礙；②抗原抗體復(fù)合物沉積所致的腎單位損傷；③各種因素如血中腎素、血管緊張素Ⅱ(ATⅡ)、血栓素A2明顯增高;廣泛性毛細(xì)血管損傷所致的血漿外滲、血液濃縮等所引起的腎血管痙攣及腎血流量減少。
本病例不僅有上述癥狀、體征和實(shí)驗(yàn)室檢查，可確診為流行性出血熱，尚有以下特點(diǎn)：①該患為城市固定人口，無(wú)鼠類接觸史；②該患合并重癥急性胰腺炎，臨床少見；③合并嚴(yán)重急性肝損害、急性腎功能衰竭，無(wú)明顯分期表現(xiàn)，易誤診、漏診；④該患經(jīng)腹膜透析治療迅速緩解病情，達(dá)到治愈出院，隨診病情無(wú)復(fù)發(fā)，預(yù)后好。可見，此病例的臨床觀察及分析告訴我們：①鑒于當(dāng)前我國(guó)人口的流動(dòng)性比較大,特別是在城市就診的散發(fā)例或非高峰季節(jié)發(fā)病者,醫(yī)療工作者提高對(duì)本病的警惕性,是早期診斷的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。若是早期診斷,治療及時(shí)合理,則非典型病例或輕型病例,發(fā)熱期、休克期及少尿期病程可縮短,或表現(xiàn)輕微,或出現(xiàn)越期現(xiàn)象而呈不典型經(jīng)過(guò),使患者輕松、順利、安全地度過(guò)各期達(dá)到痊愈,否則死于休克期、少尿期的比例較高。②腹膜透析治療是一個(gè)有效的治療方法，可顯著縮短病程，提高治愈率，有助于提高患者生命質(zhì)量，減少醫(yī)療費(fèi)用，在臨床上應(yīng)廣泛推廣。
【關(guān)鍵詞】地?zé)崴?；梯?jí)綜合利用
引言
地?zé)崾且环N在合理利用條件下可再生的清潔能源。地?zé)豳Y源的利用可以大大降低煤炭、石油等的消耗，有利于減少二氧化硫等的排放，改善居住環(huán)境。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的政策，改善傳統(tǒng)的供暖模式所造成的環(huán)境污染和能源浪費(fèi)，北京中醫(yī)藥大學(xué)渤海校區(qū)（黃驊）地?zé)崴C合利工程采用地?zé)崴菁?jí)綜合利用技術(shù)，成功替代了原有的地?zé)嶂惫?，使地?zé)峁┡菜靡猿浞掷?，從而大大降低了資源的浪費(fèi)和環(huán)境熱污染。本文以中醫(yī)藥大學(xué)地?zé)崴菁?jí)綜合利用工程為例講述地?zé)崴菁?jí)綜合利用，取得了良好的使用效果，實(shí)現(xiàn)了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。
一、項(xiàng)目概況
本工程為中醫(yī)藥大學(xué)渤海校區(qū)（黃驊）一期供熱工程，為三棟教學(xué)樓、圖書館、實(shí)驗(yàn)樓、學(xué)生食堂、學(xué)生宿舍、教工宿舍及相應(yīng)附屬服務(wù)設(shè)施供暖。一期總建筑面積15.1萬(wàn)，全部由地?zé)崴畽C(jī)房供應(yīng)采暖熱源（行政樓除外，行政樓采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)），總供熱負(fù)荷約7000kW。
二、系統(tǒng)方案選擇
采用上述方式，一級(jí)板式換熱器可提供3139.5kW熱量；二級(jí)板式換熱器可提供3255.8 kW熱量，再加上熱泵機(jī)組的輸入功率可滿足一期工程的全部供熱需求。
三、主要設(shè)備選型
地?zé)崴畽C(jī)房選用2臺(tái)鈦合金防腐蝕板式換熱器，3臺(tái)螺桿式熱泵機(jī)組，相關(guān)詳細(xì)參數(shù)見表1。
四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析
五、結(jié)果與討論
由上述可知，在不采用地?zé)崴菁?jí)綜合利用的情況下，使用板換直接換熱供暖，僅能滿足約6萬(wàn)平米的建筑采暖，其余9萬(wàn)余平米得考慮采用天然氣鍋爐或者其他方式供暖，不僅初投資會(huì)高出很多，而且運(yùn)行費(fèi)用也會(huì)達(dá)到20-30元/的不利境地。所以采用地?zé)崴菁?jí)綜合利用，不僅工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定且可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房供熱的無(wú)人值守。不僅節(jié)省經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本而且具有非常好的環(huán)境排放效果，實(shí)現(xiàn)功能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及運(yùn)行費(fèi)用的全豐收，具有非常大的推廣價(jià)值。同時(shí)本工程的地?zé)峋€是由廢棄油井改造的，對(duì)于附近有廢棄油井的工程更具有借鑒意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)〔M〕.2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.
[2] 地源熱泵工程技術(shù)規(guī)范GB 50366-2005（2009）。
[3] 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50736-2012。
[4] 建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50242-2002。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)物理；工程熱力學(xué)；教學(xué)
作者簡(jiǎn)介：高蓬輝（1979-），男，山西興縣人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，副教授；張東海（1977-），男，江蘇徐州人，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，副教授。（江蘇 徐州 221116）
基金項(xiàng)目：本文系中國(guó)礦業(yè)大學(xué)青年教師教學(xué)改革資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2001207）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）22-0087-02
“工程熱力學(xué)”為能源工程、機(jī)械工程、化學(xué)工程、材料工程以及航空航天工程等多門學(xué)科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，熱工理論的研究與應(yīng)用直接決定能源轉(zhuǎn)化效率、節(jié)能技術(shù)及環(huán)境保護(hù)實(shí)施的成效，對(duì)于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。因此，作為高校工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，加強(qiáng)“工程熱力學(xué)”的教學(xué)效果就尤為重要。我國(guó)近兩百所高校開設(shè)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，全部將“工程熱力學(xué)”課程設(shè)置為主干專業(yè)基礎(chǔ)課之一。“工程熱力學(xué)”課程不僅是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)直接為學(xué)生今后的科研和工作實(shí)踐提供理論指導(dǎo)，具有重要的學(xué)習(xí)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。[1]
筆者根據(jù)自身在“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中的切身體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，指出應(yīng)注重將基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理理論知識(shí)融會(huì)于“工程熱力學(xué)”課程講授過(guò)程中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)中抽象概念和過(guò)程的深入理解，達(dá)到提高和改善教學(xué)效果的重要作用和目的。
一、基礎(chǔ)數(shù)學(xué)物理知識(shí)在熱力學(xué)理論中的體現(xiàn)
熱力學(xué)的先修課程主要有高等數(shù)學(xué)和普通物理等課程，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識(shí)薄弱，需要在課堂教學(xué)中講解大量的高等數(shù)學(xué)知識(shí)，才能使課堂教學(xué)質(zhì)量得到保證，然而卻浪費(fèi)了“工程熱力學(xué)”課程自身的教學(xué)時(shí)數(shù)，因此探索基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識(shí)體系與熱力學(xué)之間合理的聯(lián)系以及有機(jī)過(guò)渡的教學(xué)方法成為熱力學(xué)教學(xué)中必須重視的問(wèn)題之一。
熱力學(xué)作為一門非常系統(tǒng)且抽象的學(xué)科，其科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性主要是通過(guò)各個(gè)章節(jié)中貫穿其中的數(shù)學(xué)體系來(lái)構(gòu)建而成的。如何科學(xué)、深入理解這些繁雜這些概念和數(shù)學(xué)結(jié)論，成為課堂教學(xué)活動(dòng)中非常關(guān)鍵的一環(huán)。以下我們將例舉熱力學(xué)中非常重要的一些基于數(shù)理知識(shí)的基本概念和理論推導(dǎo)過(guò)程。
1.狀態(tài)參數(shù)
在熱力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，我們把系統(tǒng)中瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡(jiǎn)稱為狀態(tài)。[2]熱力狀態(tài)反映了工質(zhì)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均特性，描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。而狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)，與熱力過(guò)程無(wú)關(guān)，狀態(tài)參數(shù)的這一特性的數(shù)學(xué)特征為點(diǎn)函數(shù)，表示為：
（1）
循環(huán)積分為：
（2）
在教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)將微分的理念融入到狀態(tài)參數(shù)概念的講解中，并通過(guò)全微分將熱力系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)為點(diǎn)函數(shù)的特性進(jìn)一步闡述，使學(xué)生深入理解熱力狀態(tài)參數(shù)的特殊性。
2.微變量dh與變化量h的區(qū)別
在熱力學(xué)第一定律的學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)于焓有兩個(gè)非常相似的公式：
（3）
（4）
上式（3）和（4），從外形來(lái)看，非常相似，且學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，也容易忽視其細(xì)微差別。從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)對(duì)其進(jìn)行區(qū)分。式（3）為焓的微分計(jì)算表達(dá)式，dh為焓的微變量值；式（4）為焓的改變量計(jì)算表達(dá)式，h為焓的變化量，即式（4）是通過(guò)對(duì)式（3）進(jìn)行積分后得到的。這些細(xì)微概念上的差別，帶來(lái)完全不同的熱力學(xué)分析。通過(guò)上述的詳細(xì)講解和區(qū)別，可以加深學(xué)生對(duì)熱力學(xué)中相關(guān)公式和計(jì)算過(guò)程的理解。
3.卡諾循環(huán)與極限的概念
卡諾循環(huán)解決了在一定的高溫?zé)嵩碩1和低溫?zé)嵩碩2間，熱功轉(zhuǎn)換最大效率的問(wèn)題。由于卡諾循環(huán)是典型的可逆循環(huán)，在整個(gè)熱力轉(zhuǎn)換過(guò)程中，沒(méi)有熵產(chǎn)，即沒(méi)有不可逆因素所引起的做功能力的損失，因此，該循環(huán)熱效率ηtc=1-T2/T1成為兩熱源T1、T2之間工作熱機(jī)的最大循環(huán)熱效率。
在課堂講解中，聯(lián)系實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和生活中的熱力機(jī)械，指出實(shí)際熱力機(jī)械的熱功轉(zhuǎn)換效率都低于卡諾循環(huán)熱效率ηtc，原因在于卡諾循環(huán)作為可逆循環(huán)，是一理想熱力循環(huán)，其熱效率為實(shí)際生產(chǎn)、生活中熱力循環(huán)效率的極限。[3]因此，實(shí)際生產(chǎn)和生活中的熱力循環(huán)效率只能小于卡諾循環(huán)的熱效率，不可能大于卡諾循環(huán)的熱效率。這樣從數(shù)學(xué)極限的角度也解釋了為什么卡諾循環(huán)效率是一定高、低溫?zé)嵩撮g工作熱機(jī)的最大效率的問(wèn)題，使學(xué)生更加容易理解卡諾循環(huán)這節(jié)的相關(guān)概念和理論。
4.音速
研究流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，我們提出了音速α，并且對(duì)定熵流動(dòng)中音速用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：
（5）
在得到音速與溫度之間的函數(shù)關(guān)系時(shí)，指出理想氣體定熵過(guò)程方程式：
（6）
對(duì)式（6）進(jìn)行變形，得到 （7）
在將式（7）代入式（5）時(shí)，遇到與是否等效的問(wèn)題，從形式看，一為偏微分關(guān)系，另一為全微分關(guān)系。但從變量與因變量的角度來(lái)看，同樣反映出變量與因變量間的函數(shù)變化關(guān)系，在課堂教學(xué)過(guò)程中，需要對(duì)這一細(xì)微差別進(jìn)行講解，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理過(guò)程以及數(shù)學(xué)關(guān)系的理解，不可一帶而過(guò)，從而造成學(xué)生概念以及數(shù)學(xué)關(guān)系理解上的斷層和缺失。
二、構(gòu)筑基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)與“工程熱力學(xué)”課程有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方法
“工程熱力學(xué)”課程的一個(gè)重要特點(diǎn)是基本理論多，基本概念抽象。為此，在課堂教學(xué)中針對(duì)基本理論部分，把講解重點(diǎn)放在基本理論和基本概念的深入理解上，如狀態(tài)參數(shù)、可逆過(guò)程、熱功轉(zhuǎn)換、熱力學(xué)第一、二定律、卡諾循環(huán)、卡諾定律、熵等，這些一定要詳細(xì)講解、分析透徹。特別是熱力學(xué)第二定律的課堂教學(xué)中，因?yàn)樵摬糠謨?nèi)容概念抽象、原理費(fèi)解，又不能用實(shí)驗(yàn)來(lái)演示，所以學(xué)生學(xué)習(xí)非常困難，但熱力學(xué)第二定律作為“工程熱力學(xué)”課程的核心內(nèi)容之一，非常重要。凡此種種，筆者作為“工程熱力學(xué)”課程的講授教師，在教學(xué)活動(dòng)中，認(rèn)為通過(guò)將基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)與“工程熱力學(xué)”課程有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方法，可以提高和改善課堂教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生對(duì)“工程熱力學(xué)”課程內(nèi)容的掌握和理解。教學(xué)活動(dòng)中可以采取以下的方法，以實(shí)現(xiàn)將基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)與“工程熱力學(xué)”課程結(jié)合的教學(xué)：
1.課程準(zhǔn)備階段
在“工程熱力學(xué)”課程的備課階段，先將本章節(jié)內(nèi)容難以理解的概念、定理以及公式推導(dǎo)過(guò)程摘出來(lái)，同時(shí)考慮這些部分與哪些基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識(shí)相關(guān)，并將這部分?jǐn)?shù)理知識(shí)作為課堂講授內(nèi)容的鋪墊部分準(zhǔn)備到“工程熱力學(xué)”課程的課堂教學(xué)活動(dòng)中，即將這部分基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)寫入課堂講義、PPT教學(xué)幻燈片中。
2.課堂講授階段
在“工程熱力學(xué)”課程的課堂講授過(guò)程中，將熱力學(xué)基本概念、原理和公式的推導(dǎo)與基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)結(jié)合起來(lái)，在講授過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)本身內(nèi)容與基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識(shí)的互動(dòng)講解，從而達(dá)到改善教學(xué)效果、使學(xué)生易于理解和掌握的教學(xué)目的，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)復(fù)雜、難懂內(nèi)容的系統(tǒng)把握和理解。
3.課后反饋階段
課后可以與學(xué)生圍繞課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行溝通，對(duì)課堂教學(xué)不足之處進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，一方面可以掌握學(xué)生的掌握情況，另一方面可以對(duì)教學(xué)方法不斷改進(jìn)，起到再次升華的作用。
三、結(jié)論
“工程熱力學(xué)”作為能源、機(jī)械和化工等眾多學(xué)科領(lǐng)域方面的一門基礎(chǔ)專業(yè)課，其重要性不言而喻。如何改進(jìn)已有的教學(xué)方法，改善和提高現(xiàn)有的課堂教學(xué)效果，成為各高?！肮こ虩崃W(xué)”課程教師所共同關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文從筆者自身的教學(xué)體會(huì)出發(fā)，根據(jù)“工程熱力學(xué)”課程內(nèi)容的特點(diǎn)，提出將基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)融入到“工程熱力學(xué)”的教學(xué)活動(dòng)中，并給出了實(shí)現(xiàn)將基礎(chǔ)數(shù)理知識(shí)與“工程熱力學(xué)”課程結(jié)合的教學(xué)方法和途徑，為“工程熱力學(xué)”課程的講授提供了新的思路和方法，對(duì)其他課程的教學(xué)改革也有一定的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]歐陽(yáng)琴，寇廣孝.建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)“工程熱力學(xué)”課程改革探索[J].教育教學(xué)研究，2011，（12）：191-192.
關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)；熵；不可逆；卡諾定理微觀意義
中圖分類號(hào)：TK123 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）48-0181-03
熵是熱力學(xué)中一個(gè)非常重要并且抽象的概念，學(xué)生能否全面地、徹底地掌握第二定律，對(duì)熵概念以及熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)的理解至關(guān)重要。
目前工程熱力學(xué)的教學(xué)中普遍存在一個(gè)問(wèn)題[1，2]，就是熵概念的引入時(shí)機(jī)和方式。這些教材中，熵概念的第一次引出，即以其微分形式：dS=dQrev/T。熵的這個(gè)定義只給出了狀態(tài)函數(shù)熵的微分或熵變，并沒(méi)有熵的直接表達(dá)式[3]。這種只提出熵的定義，卻不闡明熵自身的物理意義的引進(jìn)方式，使得學(xué)生對(duì)熵的物理意義全然不知，只是一味的死記硬背熵變計(jì)算公式。這時(shí)候的熵可謂是“千呼萬(wàn)喚始出來(lái)，猶抱琵琶半遮面”。然而，在后期進(jìn)入到熱力學(xué)第二定律的章節(jié)學(xué)習(xí)后，熵隨著第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式又突然冒了出來(lái)，而且還花樣翻新，例如克勞修斯不等式：dS≥dQ/Tr。通常這個(gè)時(shí)候，學(xué)生開始犯糊涂了，與前面熵初次引入時(shí)的熵變定義式搞混了，而后緊接著還要推出孤立系統(tǒng)的熵增原理等，如果整體教學(xué)中缺乏清晰的主線和脈絡(luò)、不闡明不可逆引起熵增的實(shí)質(zhì)原因，卻鋪開來(lái)廣講或一味地讓學(xué)生沉浸在大量的熵變計(jì)算中，效果差強(qiáng)人意，如很多學(xué)生常把孤立系統(tǒng)的熵只增不減理解為熵只增不減，或者不明白為什么處處可逆的卡諾循環(huán)的熱效率也不能達(dá)到百分之百。這樣的錯(cuò)誤表明學(xué)生對(duì)熱力學(xué)第二定律尚未真正掌握。
熱力學(xué)第二定律的教學(xué)是從分析自然現(xiàn)象展開的：如打碎的雞蛋不可能自行復(fù)原、水不能在自然條件下由低處流到高處等，這些現(xiàn)象表明一切自然發(fā)生過(guò)程都有其特殊的方向性。再者，我們熟悉這樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)：當(dāng)兩個(gè)不同溫度的物體相互接觸時(shí)，熱量不可能自動(dòng)地由低溫物體傳到高溫物體，而這恰恰就是由克勞修斯提出的熱二定律的一種經(jīng)典表述，此時(shí)熱二定律看起來(lái)還如此簡(jiǎn)單，學(xué)生尚不難理解，但僅僅停留在這個(gè)層面理解熱二定律，顯然是不夠的。熱力學(xué)二定律雖來(lái)源于生活，但遠(yuǎn)高于生活。在指出另一種由開爾文從熱轉(zhuǎn)化功的角度闡述的熱二定律時(shí)，學(xué)生開始有點(diǎn)迷糊了。開爾文表述為：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從單一熱源吸取熱量，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其他影響。
按照通常的教學(xué)程序，接下來(lái)的教學(xué)點(diǎn)就是卡諾循環(huán)。如果這個(gè)時(shí)候，再把講課的重點(diǎn)放在對(duì)構(gòu)成卡諾循環(huán)的兩個(gè)定熵、兩個(gè)定溫過(guò)程的講解上，學(xué)生感覺(jué)熱二定律更難捉摸了，何況這之后還要推導(dǎo)熵的不等式，熵――這個(gè)令物理學(xué)家都“混亂”的概念可能一下子就把學(xué)生擊倒了。如果這樣安排教學(xué)，定會(huì)加劇學(xué)生對(duì)第二定律整章內(nèi)容的恐懼心理，甚至最終導(dǎo)致放棄對(duì)熱二定律整章的學(xué)習(xí)，
所以，在這些內(nèi)容的教學(xué)中，絕不能循規(guī)蹈矩，應(yīng)適時(shí)地對(duì)教學(xué)的順序做相應(yīng)的調(diào)整，緊緊抓住一條清晰的脈絡(luò)討論，不廣講、不偏離主線太多，抓住本質(zhì)（類比干），在該過(guò)程中適時(shí)地、善巧地引出一些主要的第二定律表述（枝），順藤摸瓜，最終完全揭示熱力學(xué)第二定律的內(nèi)涵。這樣，學(xué)生容易抓住主線，對(duì)整章的知識(shí)框架有清晰的認(rèn)識(shí)，就不會(huì)對(duì)紛繁的不同表述和不等式望而生畏。教師在后期的具體教學(xué)中，再去圍繞其他各種表述進(jìn)行細(xì)化討論和延展，就可事半功倍。這種先抓本質(zhì)的教學(xué)思路非常適合熱力學(xué)第二定律和熵――這種既紛雜，又抽象的教學(xué)內(nèi)容。
下面以一種脈絡(luò)式的教學(xué)思路對(duì)熱二定律進(jìn)行探究，層層遞進(jìn)，分析現(xiàn)象得到結(jié)論，引出提問(wèn)，再分析，得到下一個(gè)結(jié)論，直至把熱力學(xué)第二定律實(shí)質(zhì)詮釋出來(lái)。
首先，通過(guò)兩個(gè)熱機(jī)的常見工程實(shí)例――火力發(fā)電廠和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力循環(huán)入手，引出熱力學(xué)第二定律在熱轉(zhuǎn)化成功的過(guò)程中有低溫?zé)嵩创嬖?、同時(shí)有部分熱量被拋入低溫?zé)嵩吹默F(xiàn)實(shí)（講解電廠冷卻塔以及汽車尾氣余熱排放至外界環(huán)境）。由實(shí)例可初步得到任何熱機(jī)的效率不僅不能大于百分之百，也不能等于百分之百，也即效率必須小于百分之百。該結(jié)論映證了開爾文說(shuō)法。
結(jié)論1：熱一定律告訴我們效率不能大于100%，開爾文說(shuō)法得到熱機(jī)效率只能小于100%。
提問(wèn)1：效率不能等于百分之百，等于多少，99%？
在熱力學(xué)第二定律尚未問(wèn)世之前，熱機(jī)工程師錯(cuò)誤地把熱機(jī)效率的最理想目標(biāo)定為100%。1824年，法國(guó)工程師卡諾對(duì)此提出了質(zhì)疑，他在確定的高溫?zé)嵩碩1與低溫?zé)嵩碩2之間，構(gòu)建一個(gè)最理想（即熱效率最大）的熱機(jī)循環(huán)――卡諾循環(huán)。按最理想的假定，該循環(huán)至少應(yīng)保證過(guò)程無(wú)摩擦（無(wú)耗散）和傳熱無(wú)溫差（準(zhǔn)靜態(tài)）等條件，也即循環(huán)必須可逆。但即便這樣一個(gè)最理想的熱機(jī)循環(huán)效率也并不等于或者接近100%，而是依賴于高低溫?zé)嵩幢旧淼臏囟龋?？濁c=1-T2/T1卡諾定理）。
以前述的兩個(gè)典型的熱機(jī)實(shí)例分析。目前，火電廠蒸汽動(dòng)力循環(huán)[4]，一般T1=500℃，環(huán)境為T2=25℃，按照卡諾循環(huán)最理想效率為62%，大大低于100%；汽車燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)，T1=1000℃，T2=25℃，卡諾效率為76%，也低于100%。
結(jié)論2：在確定溫度的高低溫?zé)嵩粗g的全可逆理想循環(huán)，熱效率有一峰值，受溫度限制，可能遠(yuǎn)低于100%。（機(jī)理暫不解釋，見結(jié)論6后的反推）
提問(wèn)2：實(shí)際工程中，摩擦耗散等不可逆因素必定不可避免，這對(duì)熱機(jī)的效率又有何影響？
經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)表明：一切實(shí)際過(guò)程都包含摩擦，粘滯，電阻等耗散因素，必然是不可逆的。仍以上面提到的熱機(jī)實(shí)例來(lái)分析。實(shí)際工程中，蒸汽動(dòng)力循環(huán)熱效率為45%左右（
結(jié)論3：自然界中，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際宏觀過(guò)程都是不可逆的，不可逆損失造成熱效率降低。
一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的不可逆過(guò)程，其逆過(guò)程決不可能不付任何代價(jià)的自動(dòng)進(jìn)行。例如：為什么熱量可以從高溫?zé)嵩醋詣?dòng)的傳向低溫?zé)嵩?，而不?huì)自動(dòng)地從低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?。因此，一個(gè)過(guò)程的不可逆性與其說(shuō)是決定于過(guò)程本身，不如說(shuō)是決定于它的初態(tài)和終態(tài)。這也預(yù)示存在著一個(gè)與初態(tài)和終態(tài)有關(guān)的某個(gè)狀態(tài)函數(shù)，用以左右一個(gè)過(guò)程的方向。
問(wèn)題3：一個(gè)自發(fā)（不可逆過(guò)程）初態(tài)和終態(tài)有什么本質(zhì)的不同？
以氣體絕熱自由膨脹分析自發(fā)過(guò)程初態(tài)與終態(tài)的區(qū)別：理想氣體絕熱自由膨脹是不可逆的。一剛性絕熱容器被隔板分開，左邊有氣態(tài)工質(zhì)，右邊真空，在隔板被抽去的瞬間，氣體聚集在左半部，這是一種非平衡態(tài)，此后氣體將自動(dòng)膨脹充滿整個(gè)容器，最終達(dá)到平衡態(tài)。其反過(guò)程由平衡態(tài)回到非平衡態(tài)的過(guò)程不可能自動(dòng)發(fā)生。觀察到絕熱自由膨脹初終態(tài)有兩方面的不同：
1.終態(tài)體積變大，分子相互位置分布更加無(wú)序；
2.可利用與右側(cè)空間的勢(shì)差推動(dòng)活塞向外輸出容積變化功，但由于進(jìn)行自發(fā)膨脹，作功為零。
對(duì)于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，如果處于非平衡態(tài)（與外界存在勢(shì)差，有作功能力），我們認(rèn)為它處于較有序的狀態(tài)，如果處于平衡態(tài)（與外界無(wú)勢(shì)差，無(wú)作功能力），我們認(rèn)為它處于較無(wú)序的狀態(tài)。
再者，功熱轉(zhuǎn)換的自發(fā)過(guò)程：高速行駛的汽車，突遇事故瞬間停止，原有動(dòng)能耗散成環(huán)境中的熱能，能量的數(shù)量雖然守恒，但能量的無(wú)序性增加。而該過(guò)程的逆過(guò)程――環(huán)境熱轉(zhuǎn)換成動(dòng)能顯然不能自發(fā)進(jìn)行。熱是分子混亂運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)，而功是分子有序運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。功轉(zhuǎn)變成熱是從規(guī)則運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，混亂度增加，是自發(fā)的過(guò)程；而要將無(wú)序運(yùn)動(dòng)的熱轉(zhuǎn)化為有序運(yùn)動(dòng)的功就不可能自動(dòng)發(fā)生。
結(jié)論4：熱力學(xué)第二定律：各種自發(fā)過(guò)程的方向性具有共同的本質(zhì)：無(wú)序性（混亂度）增加，能量質(zhì)衰退。
問(wèn)題4：如何定量地描寫狀態(tài)的無(wú)序性的變化（如增加）和作功能力的變化（如衰減）？
從以上例子可以看出：熱力學(xué)第二定律揭示一切不可逆過(guò)程都是向混亂度增加的方向進(jìn)行，可用一個(gè)新的狀態(tài)函數(shù)作為表征系統(tǒng)混亂度的一種量度，狀態(tài)函數(shù)――“熵S”被引出。
所以，熵的物理意義：系統(tǒng)無(wú)序性（混亂度）的量度。
結(jié)論5：孤立系統(tǒng)中的熵永不減少。孤立系統(tǒng)中發(fā)生可逆過(guò)程，其熵不變，作功能力無(wú)衰減；孤立系統(tǒng)中發(fā)生不可逆過(guò)程，其熵增加，作功能力降低。熱力學(xué)第二定律也可表述為：一切自發(fā)過(guò)程總是向著熵增加的方向進(jìn)行，向能質(zhì)衰減的方向進(jìn)行。
問(wèn)題5：為什么宏觀演化必定按“熵增”的方向進(jìn)行，熵增的本質(zhì)是什么？
以54張撲克牌的排序?yàn)槔治鲎园l(fā)過(guò)程熵增的根本原因。新?lián)淇俗畛醯呐判驑O其有序，我們稱其為一種微觀態(tài)，概率為1/54！。隨機(jī)洗牌后，混亂度增大，此時(shí)排序非?；靵y的微觀態(tài)數(shù)要大很多。這樣，撲克牌從有序自發(fā)到無(wú)序（孤立系統(tǒng)熵增大）的過(guò)程，就是撲克排序從小概率往大概率發(fā)展的過(guò)程。然而，這個(gè)過(guò)程的逆過(guò)程，也即微觀態(tài)數(shù)減小的過(guò)程，是從概率大往概率小發(fā)展，不能自動(dòng)進(jìn)行。這就是為什么即使洗無(wú)數(shù)次牌，也不可能再出現(xiàn)當(dāng)初最有序的低熵狀態(tài)。這就反映了不可逆過(guò)程熵增的本質(zhì)，即熱力學(xué)概率增大。
可以從54張牌的系統(tǒng)拓展到由大量分子構(gòu)成的熱力學(xué)系統(tǒng)，同樣遵從這樣一個(gè)規(guī)律。
結(jié)論6：系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進(jìn)行，這是熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義。
再回到結(jié)論2，可對(duì)卡諾定理進(jìn)行微觀解釋：可逆熱機(jī)循環(huán)中，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，將其中最大可以轉(zhuǎn)化為功的部分W轉(zhuǎn)化為了功，這部分能量從熱功，能量品質(zhì)升高，這樣一個(gè)非自發(fā)過(guò)程不能不費(fèi)代價(jià)的進(jìn)行，同時(shí)一定要使得另外一部分熱量Q2從高溫?zé)嵩磦飨蛄说蜏責(zé)嵩?，這部分能量的品質(zhì)降低去與之補(bǔ)償，兩者正好相抵，這是可逆的情況。如果熱機(jī)不可逆，相同的Q1情況下，傳給低溫?zé)嵩吹臒崃看笥赒2，能量品質(zhì)降低的份額大于能量品質(zhì)升高的份額，總體由于不可逆造成能量品質(zhì)衰退，作功減少。
經(jīng)過(guò)以上脈絡(luò)法教學(xué)方式層層遞進(jìn)，主線清晰，學(xué)生能夠緊跟教學(xué)思路，分析現(xiàn)象，得到結(jié)論，引出新問(wèn)，再分析，一步步接近熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)。該教學(xué)方式最大的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在只需要半個(gè)小時(shí)的課時(shí)就可清楚地揭示熱力學(xué)第二定律的核心機(jī)理，而后可圍繞這個(gè)核心再展開不等式推導(dǎo)等其他教學(xué)內(nèi)容。這樣的教學(xué)方式，做到了使學(xué)生概念清晰，思路明確，故能取得事半功倍的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]康樂(lè)明，吳家正等.工程熱力學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.
【關(guān)鍵詞】工程熱力學(xué)；教學(xué)方式；改革；體會(huì)
【中圖分類號(hào)】G426 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1006-5962（2013）02（a）-0061-01
《工程熱力學(xué)》是一門應(yīng)用性、實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是能源、機(jī)械、航空航天、材料、化學(xué)、生物等領(lǐng)域?qū)I(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)在涉及能源特別是與熱能相關(guān)的各領(lǐng)域中具有創(chuàng)新能力人才的基礎(chǔ)，由于該課程具有內(nèi)容多、跨度大、概念抽象等特點(diǎn)，因此，如何啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生理解、掌握課程中的基本理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性就顯得的極為重要。本文作者根據(jù)多年講授《工程熱力學(xué)》課程的經(jīng)歷，通過(guò)一些教學(xué)方式改革的初步嘗試，逐步總結(jié)出了一些提高工程熱力學(xué)教學(xué)效果的體會(huì)，以與其他同行進(jìn)行探討。
1、重新構(gòu)建知識(shí)體系
《工程熱力學(xué)》作為專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，它既有專業(yè)基礎(chǔ)課的一般特點(diǎn)，理論性強(qiáng)，是專業(yè)學(xué)習(xí)的理論和基礎(chǔ)；又有專業(yè)課的特色，即技術(shù)性強(qiáng)，有較強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性。但高職高專工程熱力學(xué)教材種類多，處處可尋，卻給人“千人一面”的印象，教材內(nèi)容大量沿襲了傳統(tǒng)內(nèi)容，知識(shí)體系相對(duì)單一。為了加強(qiáng)對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)、能力的培養(yǎng)，在教學(xué)實(shí)踐中對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容可以做一些整合，重新構(gòu)建知識(shí)體系。
從宏觀角度，工程熱力學(xué)內(nèi)容可以分成兩塊課程體系結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用。從知識(shí)體系劃分，工程熱力學(xué)內(nèi)容可以分成三塊課程體系結(jié)構(gòu)：概念、定理與定律；工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)；實(shí)際工作過(guò)程。
（1）概念（主要包括系統(tǒng)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)、可逆過(guò)程、循環(huán)、功和熱等）；定理和定律（主要包括：熱力學(xué)第零定律、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、卡諾定理、蓋斯定律、基爾霍夫定律等）。
（2）研究工質(zhì)（主要包括理想氣體；實(shí)際氣體；水蒸氣；濕空氣；制冷工質(zhì)）的基本熱力性質(zhì)。
（3）研究各種熱工設(shè)備中的工作過(guò)程。即應(yīng)用熱力學(xué)概念、定理或基本定律，分析計(jì)算工質(zhì)在各種熱工設(shè)備中經(jīng)歷的狀態(tài)變化過(guò)程和循環(huán)中的主要熱力參數(shù)（主要包括壓力、溫度、體積、內(nèi)能、焓、熵、功、熱量、熱效率等），并探討和分析影響能量轉(zhuǎn)換效果的因素，以其提高轉(zhuǎn)換效果的途徑。
從課程內(nèi)容的角度，學(xué)生在學(xué)習(xí)了熱力學(xué)第一定律與第二定律，初步了解和掌握了理想氣體熱力性質(zhì)和過(guò)程基本規(guī)律之后，可以應(yīng)用這些基本知識(shí)分析、解決一些實(shí)際問(wèn)題，達(dá)到對(duì)所學(xué)知識(shí)的第一次初步理解和應(yīng)用。然后，在進(jìn)一步學(xué)習(xí)了實(shí)際氣體熱力性質(zhì)和過(guò)程之后，更深層次的應(yīng)用前面所學(xué)的基本知識(shí)，深入分析實(shí)際裝置中的熱力過(guò)程（噴管過(guò)程，壓氣機(jī)過(guò)程）和多種循環(huán)，從而達(dá)到能在更高的認(rèn)知層面上進(jìn)一步綜合、靈活應(yīng)用工程熱力學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。
2、注重基礎(chǔ)理論的講授和公式的運(yùn)用
《工程熱力學(xué)》中基本的理論、概念對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)的運(yùn)用非常重要，因此，在課程講授過(guò)程中，應(yīng)注重學(xué)生對(duì)基本概念的理解和掌握上。在對(duì)基本概念講授時(shí)，將概念的含義、公式中每個(gè)參數(shù)的含義、單位都要給學(xué)生做非常明確的解釋，要求學(xué)生真正理解概念和公式的意義。同時(shí)，在講授基本理論時(shí)，要對(duì)基本理論必須理解嚴(yán)密，舉例恰當(dāng)，用語(yǔ)準(zhǔn)確，以使學(xué)生對(duì)概念有非常清晰的理解。
工程熱力學(xué)中的公式很多，設(shè)計(jì)到的公式推導(dǎo)量很大。但是，并不是所有的公式都需要在課堂上進(jìn)行推導(dǎo)。在教學(xué)中，應(yīng)將影響到公式推導(dǎo)過(guò)程的關(guān)鍵地方給學(xué)生詳細(xì)解釋，而對(duì)于比較簡(jiǎn)單、學(xué)生在課下能夠自己推導(dǎo)的則一語(yǔ)帶過(guò)，這樣，有利于學(xué)生對(duì)過(guò)程的理解，同時(shí)還不會(huì)影響到授課的進(jìn)度。
工程熱力學(xué)公式的合理應(yīng)用是對(duì)學(xué)生最基本的要求，因此在授課中，要注重學(xué)生對(duì)公式中物理參數(shù)含義的理解，結(jié)合公式推導(dǎo)過(guò)程加以分析和記憶，從而深入理解公式的內(nèi)涵和具體應(yīng)用過(guò)程。
3、充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
教育的核心是“授以漁，而非魚”，無(wú)論多么優(yōu)秀的教師也無(wú)法傾其所有把學(xué)生今后所需要的知識(shí)都“灌”給學(xué)生，而且，單靠一本教材的單一化課堂教學(xué)，往往容易造成難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)信息量不夠飽滿等缺點(diǎn)。為了方便學(xué)生課后學(xué)習(xí)、增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、豐富教學(xué)素材，我們要充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)上共享課件與講義、多種教材與參考書、習(xí)題庫(kù)與解答、試題庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)答案，這樣，各類層次的學(xué)生都可在課后。充分利用網(wǎng)站內(nèi)的教學(xué)資源，查閱、下載相關(guān)資料，溫習(xí)、鞏固和擴(kuò)充課堂所學(xué)知識(shí)，達(dá)到各自的學(xué)習(xí)目的。同時(shí)，教師還能及時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線解答學(xué)生的疑問(wèn)，縮短了師生間的距離。
4、理論與實(shí)際相結(jié)合
《工程熱力學(xué)》課程理論性雖然很強(qiáng)，但與實(shí)際結(jié)合緊密，因此，在講授每一個(gè)概念和基本理論時(shí)，舉一些與實(shí)際生活緊密相關(guān)的例子，有助于學(xué)生更好地理解概念和理論，例如，在介紹熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)時(shí)，要讓學(xué)生明白熱力過(guò)程的方向性，可以舉一些實(shí)際生活中的例子，如，轉(zhuǎn)動(dòng)的自行車輪在空氣中沒(méi)有外力作用下，將轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能停止下來(lái)，但反過(guò)來(lái)，自行車車輪不可能吸收空氣中的熱能將其轉(zhuǎn)換成動(dòng)能再旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這樣，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又將基本理論與實(shí)際結(jié)合了起來(lái)，使學(xué)生通過(guò)生活中的實(shí)例加深對(duì)工程熱力學(xué)基本理論知識(shí)的掌握和應(yīng)用。
