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篇1
當前我們國家的高等院校和高職院校對工程熱力學課程教學的重要性認識不足，沒有充分的認識到工程熱力學教學質量與工業生產、環境保護、資源利用率提高等之間的關系。工程熱力學對學生綜合能力的提高有著不可或缺的作用，因此我們必須充分的探析在工程熱力學課程教學改革與實踐過程中存在的主要問題，這樣才能夠詳細的了解其改革現狀，為提高課程改革質量奠定良好的基礎。
（1）國家教育部門與高等院校、高職院校等教育機構對工程熱力學課程教學改革與實踐工作的重視程度偏低，沒有充分的認識到工程熱力學課程教學改革與實踐對提高教學質量、促進教育體制改革進程、提高經濟發展質量與速度之間的關系。工程熱力學是一門綜合性比較強的學科，并且也是建筑專業、環境保護與機械設計等專業的基礎課程，關系到這些工程熱力學相關專業的發展前景。相關的教育部門與組織在資金投入、技術支持、人才引進等方面相對短缺，嚴重的影響了工程熱力學課程教學改革與實踐的進程，沒有投入更多的基礎設備讓學生參與實踐。這樣下去就會嚴重的泯滅學生的學習積極性和創新性，不利于提高工程熱力學課程教學改革的質量與效率。
（2）在工程熱力學課程教學改革過程中重點不明確，相關方面的制度和政策不夠完善。雖然我們國家正在實行新一輪課程改革，在教育體制改革方面的力度比較大，但是仍然沒有徹底改變當前應試教育的局面，沒有完全的實現從應試教育向素質教育過渡的目標。在課程教學改革的過程中教師沒有積極創新，對課程教學改革與實踐認識不清，導致在理論教學與實踐教學時教學方式不當，沒能完全激發學生的潛力，這為后來的工程熱力學改革埋下隱患。不僅如此，相關的教育部門與學校在課程設置方面沒有考慮市場的發展需要，在課時、教學內容、教學形式以及考核方式等方面存在著嚴重的問題。
（3）工程熱力學課程教學改革過程中的教學方法不符合實際的情況，不能夠很好的提高課程教學改革與實踐的質量。許多教師仍然沿用傳統的教學方式，在教學內容上沒有較大的突破與創新，被陳舊與古板的方式與內容所束縛。在改革的過程中，其課程改革教學目標不夠明確，與工程熱力學相關的課程體系不夠完善與健全。不僅如此，在工程熱力學課程設置等方面沒有突出課程的專業特色與個性，不利于提高工程熱力學的地位與重要性。這樣學生的學習積極性與熱情會大大降低，無益于實現課程教學改革的目標。
3提高工程熱力學課程教學改革與實踐質量的相關對策
（1）國家教育部門與高等院校、高職院校等教育機構要不斷提高對工程熱力學課程教學改革與實踐工作的重視程度，充分的認識到工程熱力學課程教學改革與實踐對提高教學質量、促進教育體制改革進程、提高經濟發展質量與速度之間的關系。相關方面的教育部門與教育組織要加強政策支持與資金支持，為提高工程熱力學課程教學改革提供良好的條件，引進先進的設備與基礎設施為開展實踐活動提供良好的平臺，從而提高學生的理論知識水平與實踐操作能力。目前人們對生活與生產的要求越來越高，對環境的保護意識也越來越深厚，因此我們必須加強相關方面的教學質量，培養全面型與綜合型的人才，以此來適應經濟社會的發展趨勢。伴隨著社會現代化進程的加快，社會各界對人才的素質和質量標準也越來越高，因此教育制度改革迫在眉睫。
（2）明確工程熱力學課程教學改革的重點，逐漸完善與健全相關方面的課程教學改革體制，為高等院校和高職院校的課程教學改革與實踐提供指導性方案。相關的教育部門與學校在課程設置方面要充分考慮市場的發展需要，在課時、教學內容、教學形式以及考核方式等方面要積極創新。保持學科基本理論的嚴密性和系統性，逐漸強化工程熱力學相關專業所必須的教學內容，不斷的優化課程教學的內容。在教學的時候要讓學生充分的理解相關的工程熱力學的理論知識、公式與條件等等，這樣學生才能夠有足夠的理論知識進行實踐操作。不僅如此，還要培養學生查圖、查表的能力，要求學生學會用抽象、簡化和假設的熱力學方法去求解制冷、供暖等實際問題。
（3）工程熱力學課程教學改革過程中的教學方法要不斷適應市場的發展需要，這樣才能夠逐漸提高課程教學改革與實踐的質量。工程熱力學課程教學的相關教師和研究者應當積極創新，改變傳統的教學方法，摒棄陳舊的教學方式，提高工程熱力學課程教學改革與實踐的質量。不僅如此，教學研究者還要積極改變教學方式，教師應當根據課堂教學情況與學生的學習情況來改進教學方式，以此來激發學生的學習熱情。因為工程熱力學屬于一種理論性比較強的學科，學生在學習的過程中容易產生消極情緒，這樣就會嚴重阻礙課程教學改革的進展，不利于全面提高學生的綜合實力。教師要注重誘導式教學方式，提高學生的發散思維能力，貫徹創新意識。教師要根據課程教學內容和學生的差異性來幫助學生樹立正確的學習觀念，讓學生掌握符合自己實際情況的學習方式。這樣學生在學習工程熱力學知識的時候就會比較容易上手，在理解相關概念和理論知識的時候也會更加容易。教師在講解理論知識與進行實踐操作教學的過程中要靈活運用比較式指導方法，將相關的理論知識進行比對，加深學生的理解程度。同時也要積極使用相關方面的圖表，讓學生快速的理解抽象理論知識。教師在教學的過程中要積極采用多媒體教學與網絡教學，這也是充分利用教學資源的體現。由于學科本身具有的特性決定了工程熱力學的理論知識、定義、概念、公式等比較復雜抽象，學生不易理解，利用多媒體能夠幫助學生理解記憶，加深對工程熱力學原理的理解。網絡教學能夠促進學生與教師之間的交流，提高課程教學改革的質量。
篇2
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）05-0052-02
一、歐美教學體系中的全球氣候變化及節能減排教學
工業革命帶來的現代經濟增長，使人類的物質財富以史無前例的速度擴張。但是，由于這種經濟社會發展模式是以使用化石燃料為基礎，化石能源生產和消費排放的大量溫室氣體導致全球氣候變化，引發了氣候變暖、極端天氣、氣象災難、海平面上升，危及整個人類的生存和發展。為遏制全球氣候變化，人類必須大幅減少化石燃料的使用，減少溫室氣體排放。未來的經濟社會發展模式必須建立在低碳基礎之上，通過低碳發展，研發和推廣低碳能源技術、增加碳匯、發展碳吸收技術，以及節能減排、產業升級、消費模式更新和制度創新，大幅提高單位碳排放的生產效率，推動應對氣候變化取得新的重大進展。這種變化代表著一種新發展模式的出現，必將深刻地改變人類的生產和生活方式。
應對全球氣候變化，加強節能減排事業是國家基本國策，也是當代高等工程教育中必然要深入和強化的教學內容。但是，目前沒有將其全面而系統納入現有的高等教育培養體系中，在教材、課堂教學和素質培養過程中并沒有占有相應的重要地位，如何在現有的教學體系中整合這部分內容成為教育者共同關注的問題。
2007年，受美國自然科學基金會的資助，美國Connecticut大學舉辦了名為“Frontiers in Transport Phenomena Research and Education：Energy Systems，Biological Systems，Security，Information Technology and Nanotechnology（傳輸現象研究和教育前沿：能源系統、生態系統、國家安全、信息技術和納米技術）”的研討會。國際工程熱力學領域著名學者，美國內華達大學機械工程系的Yunus Cengel教授做了題為“Green Practices into Engineering and Non-Engineering Education to Combat Climate Change（工程中引入綠色實踐及挑戰氣候變化的非工程教育）”的特邀報告，加拿大皇后大學的Patrick Osthuizen教授做了題為“Some Factors to Consider in Teaching Renewable Energy in an Undergraduate Engineering Program（在工科本科生教學計劃中講授可再生能源的一些考慮因素）”的報告，旨在改進現有的工程教學體系，從而保證發達國家在可再生能源領域的全球領導力[1]。
實際上，長期以來，與氣候變化、能源高效利用、可再生能源開發與利用相關的教學和素質拓展內容在歐美的《工程熱力學》教材與教學體系中一直得到很好的整合，涉及現實中與能源相關的經濟、設計及國家安全問題，既學以致用，又幫助學生提高對工程實踐及安全的意識，還提高了學生的環境保護意識，代表了當前國際領域內工程熱力學教學的最高水平。如美國內達華大學（里諾校區）Yunus A. Cengel教授和北卡羅來納州立大學教授Michael Boles合著的《Thermodynamics：An Engineering Approach》一書[2]，是全球范圍內最為暢銷的工程熱力學教材，迄今為止已更新至第7版，其中關于能源與環境、氣候變化及能源有效利用的非傳統經典內容在書中所占的比重越來越大，彰顯了在前言中作者談到的著書宗旨：talks directly to tomorrow's engineers in a simple yet precise manner，that encourages creative thinking，and is read by the students with interest and enthusiasm（直接與未來的工程師以一種簡單而精確的方式對話，鼓勵創新性思維，讓學生讀起來感興趣并有熱情）。另一個例子是國際工程熱物理界著名學者Heniz Herwig教授所著的《Technische Thermodynamik（工程熱力學）》教材[3]，包含了溫室效應及核能、太陽能、風能、生物能等可再生能源在德國的實際應用案例。
二、教學內容的重新分配與系統整合
工程熱力學是研究熱能和機械能相互轉換規律及熱能有效利用的科學。“工程熱力學”課程是熱工、市政、航空航天等多個工程類專業的重要技術基礎課之一，課程的教學目的和主要任務是使學生掌握能量轉換的基本規律，并能正確運用這些規律進行熱工過程和熱力循環的分析計算[4]。本課程的學習不僅為學生學習專業課程提供必要的基礎理論知識，而且為學生畢業后解決生產實際問題和參加科學研究工作打下一定的理論基礎。以提高能源轉換效率為核心內容的“工程熱力學”課程與該主題有著天然的緊密聯系，可以在傳統的教學內容中納入現代元素，課程教學內容的重新分配與系統整合如表1所示。
三、實踐性環節
在實踐性環節中，[5]結合工程專業的科技創新活動，通過課程設計和課程論文，讓學生自己查閱資料，自己動手分析和解決問題，從而培養創造性思維能力和獨立研究能力，論文題目有中國可再生能源利用現狀調研、日常生活節能方案、教室照明用電浪費情況調查、航天系統能源設備調研等。
表2給出了一位2006年本科生完成的《個人節能計劃與實踐》的主要內容。
四、總結
應對全球氣候變化，節能減排是當代高等工程教育中必然要深入和強化的教學內容，但是目前尚未在教材、課堂教學和素質培養過程中占據相應的地位，在現有的教學體系中全面而有效整合這部分內容，業已成為國際工程教育界所共同關注的問題。歐美大學《工程熱力學》的教學體系中有效整合了氣候變化、能源高效利用、可再生能源開發與利用的內容，代表了當前國際領域內工程熱力學教學的最高水平。
筆者在寬專業和多學時“工程熱力學”教學實踐中，將與應對全球氣候變化與節能減排密切相關的國家政策、全球能源利用與環境污染現狀、能源的高效利用和新能源技術與工程熱力學各教學章節環節相整合，并指導學生開展實踐活動，取得了良好的教學效果，為“工程熱力學”課程教學與氣候變化與節能減排的整合進行了有效的探索和實踐。
參考文獻：
[1]楊玉順,張昊春,賀志宏.工程熱力學[M].北京:機械工業出版社,2009.
[2]張昊春,王洪杰,竇亞茹.高等工科《工程熱力學》創新教學模式研究和實踐[J],黑龍江教育,2010,(3):153-155.
篇3
2011，500pp
Hardback
ISBN9780521884556
B. R. Bakshi等編
本書從獨特的多學科的視角努力把嚴格的熱力學基礎知識在各個學科領域的應用展示出來，所有這些領域的探索都涉及了可持續發展問題。這些領域包括機械、化學工程、物理學、地理學、經濟學、生態學和工業生態學。
編者相信：需要一本像本書那樣能綜合反映熱力學基本原則在各個領域應用的專著，使人們能充分地了解熱力學基本原則可以在定性判斷“人類活動如何影響自然資源和環境”方面發揮重要的作用。所以本書的目的就是匯集各個領域的專家撰寫的各自領域內熱力學規則應用的最新成果，并將本書的最終目的演化為：不是在領域以外尋求解決本領域內的嚴格的科學和工程問題的方法，但是要吸取其他領域解決類似科學問題的經驗和智慧，定義好所要解決的問題的核心、堅定“環境保護”的原則，在本領域解決方法的基礎上適當融合其它學科的有效辦法，為將來有可能被稱之為“可持續性科學”的解決方法打下基礎。
全書分為4部分，含19篇論文，第1部分基礎，含第1-3章：1. 熱力學：廣義的有用能量和可用的最大功或放射本能（exergy）；2. 能量和放射本能（exergy）：研究資源利用需要的兩個概念？3. 熱力學給出的資源使用帳單。第2部分產品和過程，含第4-8章：4. 材料的分離和回收；5.轉換技術發展的一種基于熵的度量；6. 在生產過程中所用資源的熱力學分析；7. 超純度和能源利用：半導體制造的個案研究；8. 能源和利用：現狀、未來可能的發展路徑和熱力學的觀點。第3部分生命周期的評估和度量，含第9-13章：9. 用熱力學和統計學提高生命周期庫存數據的質量；10. 可持續發展技術：來自熱力學的度量；11. 生命周期評估中的熵的生產和資源消耗；12. 在工業和生態系統中的能量和物流；13.物流分析和投入產出分析的合成。第4部分經濟系統、社會系統、產業系統與生態系統，含第14-19章：14.能源和生態系統投入產出分析的早期發展；15. 放射本能（exergy）經濟學和放射本能（exergy）環境分析；16. 熵、經濟學和政策；17. 人口的一體化和隔離：熱力學家的一個觀點；18. 在生態系統中的放射本能（exeergy）分析：背景和挑戰；19. 熱力學用于可持續發展科學發展的思考。附錄：標準化學放射本能。
本書是由來自世界各個國家的24位專家撰寫。可供相關領域的大學生、研究生、教師、工程師和研究人員閱讀和參考。
吳永禮，
研究員
篇4
中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0076-02
雖然說研究生教育是一種專業教育，但是不能僅僅重視專業課程的學習，應當同時重視學生綜合能力的培養。研究生的教學工作需要結合研究生課程專業性、研究性、創新性等特點，探討研究出合適的教學方法。研究生需要一年的時間進行課程學習，所以課程教育的質量將直接影響到我國研究生的質量。而“高等工程熱力學”作為能源動力類專業的專業基礎課程，其重要性不言而喻，要結合課程特點不斷嘗試新的教學方法，提高“高等工程熱力學”的教學質量，為研究生的后續研究學習打下堅實的基礎。
一、課程教學中存在的問題
1.課程內容前沿性不足
世界信息化腳步在飛速發展的科技的推動下也日益加快，人們已進入知識經濟時代。但是研究生的課程和專業內容陳舊，前沿性明顯不足，使得飛快的知識更新速度與滯后的人才培養的矛盾日益顯著。加之有些教師在教學過程中使用十多年前的老教材，對問題的認知不夠深入，觀點不新，對高等工程熱力學的最新知識和研究成果了解較少，僅限于書本知識的講解，教學內容中缺乏對知識經濟時代的新知識和新科技的及時補充，使得研究生的教育方式傾向于本科生教育。
2.教學手段和教學方法單一
一些老師在講解“高等工程熱力學”時的教學方式仍主要采取老師講解的方式為主，雖然這與這門學科有一定難度有關，但是大部分研究生對這門課程有一定的知識基礎，所以可以讓研究生參與到課堂教學中來。而目前很少有老師可以做到這一點，這使得研究生的課程教育和本科生教育沒有太大區別，缺乏研究生教育應有的探究性、創新性、研發型、實踐性等特征。大多數老師采取本科生“灌輸式”的教學方法傳授知識，忽略研究生能力的培養，注重繼承學習傳統知識，忽略對知識的創新發展；注重課堂講授，忽略學生探討、創新交流；注重老師的引導，忽略學生的自主性學習。僅僅通過老師單向的知識傳授，很難達到研究生教育期望的教學效果。
3.評估管理體系不合理
在提高研究生課程教學質量的過程中，合理的評估管理體系是必不可少的。合理的評估體系有助于提高研究生的教學質量，進而提高研究生的培養質量，這也是建立合理評估管理體系的最根本目的。合理的評估管理體系包括學校對老師教學質量的評估和老師對學生學習效果的評估兩個方面。學校對老師教學質量的評估可以指導老師制訂合理的教學計劃、教學方法和考核學生方式，可以端正老師的教學態度。為使評估管理體系發揮良好的導向作用需要合理分配評估體系中各種指標的比例。老師對學生學習的評估，一般老師都以簡單方便的考試形式評估學生對這門課的學習情況，這往往不能完全真實反映出學生真實的知識水平。多種方式相結合的考核方式更能體現學生的綜合學習能力，因此應該同樣重視學生考核制度的制訂。
二、解決問題的方法
1.打破傳統考試模式
中國自古以來就是以考試的方式選拔人才，雖然是不得已而為之的方式，但因此也可能失去一些專業性的人才。因此在像“高等工程熱力學”這些課程的考核方式中，教師應敢于大膽突破傳統模式束縛。“高等工程熱力學”是一門理論性很強的課程，學好這門課不僅僅是掌握了一門基礎課程那么簡單，更多的是可以培養鍛煉學生的思維方式，所以課程考核可以采取開/閉卷與課程論文演講相結合的方式。開卷試題與閉卷試題相比有一定難度，但開卷可以提高學生文獻閱讀收集能力，閉卷則是學生課程基本功的最真實表現，采取開/閉卷的方式學生不僅牢牢掌握書本上的基礎知識，同時通過閱讀可以學習課程相關最新知識；此外，課程論文演講也同等重要，學生通過課后學習，在課上與老師同學一起探討交流，不僅有利于拓寬學生的發散性思維，同時這也是老師和同學一起學習進步的過程。
2.推行多元化的教學方式
陳舊的“課本+粉筆+黑板”教學模式已經不利于研究生的課程教學。研究生教學更多的是以研討性學習為主，而不能簡單地通過學位論文來實現研討性學習。這更多是在于平時對基礎性課程的研究性學習，而“高等工程熱力學”處在專業基礎的位置上，因此對其學習應當更加注重研究性，這樣才能更有幫助。況且研究生在本科階段對“工程熱力學“已經有很好的學習，進入研究生學習階段，更應推行研究性教學的新教學理念，老師應帶頭沖破傳統教學方式的束縛。首先，作為老師本身，需要先轉變教學模式，充分利用信息化時代的特點，充分利用網絡跟進最新知識和研究成果，提高教學課程的質量，結合課程特點采用多元化的教學方式，如討論式、參與式、啟發式等；其次，培養學生自主學習，獨立思考問題，積極開展小組討論，組織學術報告會，養成互相交流學習的好習慣，充分發揮研究生學習的主動性和積極性，建立一種更加注重培養學生獨立思考能力和創新能力并且以學生為中心的個性化教學方法。
3.理論結合實踐
理論教學是老師僅僅將理論知識傳授給學生，學生若通過實踐將理論知識消化、吸收、應用，轉化為自己的知識和能力，這樣才實現了教學的真正意義。許多前沿理論知識僅靠老師講解難以發揮學生的主動性和創造性，因此，老師可以每節課結束后布置下一節課的學習要點，學生通過自學在課上自由討論講解。這樣學生不僅可以復習上節課的內容，并且對下節課的內容也有自己的了解。更重要的是通過自學，學生可以知道自己知識的短板，在課堂中通過大家共同討論和老師的講解使這一內容更深刻地印在學生腦海中。這樣不僅促進研究生之間的相互學習，而且有利于培養研究生獨立思考、研究、分析和解決問題的能力，促進知識向能力轉化。
基于“高等工程熱力學”的工程應用背景，在課堂教學中，理論聯系實際尤為重要。學生通過自學獨立思考研究分析問題，老師可以通過案例教學使知識更加具體化，使學生更加容易接受。比如，把理想氣體的絕熱充氣過程與自行車打氣的生活常識相聯系，化抽象為具象，學生更容易理解并接受這些知識。諸如此類將熱力學的知識運用到生活中的事例很多，把抽象的理論知識與生動的工程實踐相結合，做到學以致用，更能激發學生對本課程的興趣，深化對物理概念和規律的理解，實現良好的教學效果，從而提高教學質量。此外在教學過程中應當適當地把科學發展現狀引入課程教學中，使課堂教學走在學科前端，同時可以增強課堂的趣味性，有效調動學生的求知欲和好奇心，激發學生學習的主動性，使學生自覺向“主動研究學習”轉變，從而提高課程的教學效果。
4.制訂合理的評估管理體系
合理的評估管理體系在改進和加強研究生課程教學的質量進程中發揮至關重要的作用。對于老師而言，合理的評估管理應包括評估方法、評估內容和評估結果。評估方法由相關人員制訂，要考慮合理性和可行性；評估內容包括老師對“高等工程熱力學”課程的時間安排、課程計劃、教學方式和學生考核方式幾個方面；評估結果則是綜合前兩者的考核結果，獎勵優秀教學老師，在“高等工程熱力學”任課老師中營造良好的教學競爭氛圍，達到提高研究生教學質量的目的。此外，評估結果有利于調動任課老師師的教學積極性，提高任課老師的教學水平，最終有利于提高研究生的教學質量，提高研究生的培養水平。對于學生而言，合理的評估管理體系即“高等工程熱力學”課程的考核方式，老師不能簡單通過一張試卷來區別學生知識的掌握水平，應當完善研究生課程考核制度，嚴格制訂研究生課程考核標準，實行結果和過程相結合的管理方法。不僅重視結果，更應當注重學生在學習過程中的態度，應把研究生課堂上的發言、討論、學術報告等情況按一定的比例計入課程總成績。這樣完整合理的管理評估體系才能更好地督促老師教學，督促學生研究性地學習“高等工程熱力學”課程。
參考文獻：
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[2]徐曉斕，袁穎.關于改進研究生課程教學的幾點思考[J].寧波大學學報，2005，（5）：74-75.
[3]萬運京.對提高研究生課程教學質量的若干思考[J].河南師范大學學報，2006，（6）：203-205.
[4]曹星平.研究生課程教學方法思考[J].高等教育研究學報，2006，
篇5
多媒體技術是文本、圖像、動畫、聲音等運載信息的媒體結合體，以圖文并茂的形式為工程熱力學教學提供了多樣化、多視角、立體化的教學信息空間。在工程熱力學的課堂教學中，合理、適當的采用多媒體技術，不僅充實了教學內容，而且使課堂教學更加生動形象，提高了教學質量，教學效果良好吼
一、多媒體教學的必要性
工程熱力學課程的基本理論應用部分涉及許多圖片、圖形，內容圍繞工作原理圖、系統循環圖展開，傳統的板書教學需占大量的課堂時間手工繪制，效果不太理想，如果利用計算機制作成多媒體課件，集光、形、色于一體，形象直觀、內容生動，可以使視覺和聽覺同時發揮作用，增加課堂授課的生動性，激發學生學習的興趣，有利于學生認知能力的開發和對教學內容的理解。
〔一)及時更新教學內容。多媒體輔助教學，可以節約板書時間，有效地拓寬教學空間，在有限的時間內提供更多信息量，使教師有更多的時間進行重點、難點知識的講解。現代科學技術發展迅速，日新月異，而部分教材內容不可能及時更新，在課件制作中可補充大量最新技術資料，不僅解決教材內容相對滯后的問題，而且可引薦專業發展的前沿信息，拓展學生的視野。
(二)完善傳統教學手段。多媒體將傳統教學手段難以表達的內容和難以觀察到的微觀熱現象通過文字、圖像、聲音和動畫等形式生動的表現出來，加深了學生對知識的理解，激發了學習興趣和學習主動能動性。另外多媒體可通過字體的縮放、顏色的變化或明暗交替以及動態出現等方式來強調重點，使學生印象深刻，更容易記住這些知識點。
(三)增強學生感性認識。工程熱力學中有許多抽象的概念和過程，如孤立系統、平衡狀態、壓縮過程、水蒸汽定壓發生過程等。僅通過書本上的概念和簡單的插圖來講述或通過學生的想象來理解、掌握這些知識點是非常困難的，而借助多媒體技術就能使這些問題迎刃而解。多媒體課件支持FLASH動畫}WMV，AVI視頻等播放插件。如在講解內燃機結構和原理時，采用FLASH制作簡單的動畫來演示汽車內燃機的工作過程，學生在動畫中能非常直觀地看到內燃機的吸氣、壓縮、燃燒和排氣，再配合P-V圖畫出熱力過程，看起來一目了然，有利于學生對過程的理解和掌握，進而分析不同的壓縮過程所需功耗的不同。同時結合一些有趣的思考題。如:為何給球打氣時用濕布裹住氣筒外壁能節省體力?汽車油門是控制油量還是空氣量?這樣既能有效鞏固壓縮機省功原理，又與現實生活緊密聯系，極大的激發了學生的學習興趣。
二、多媒體教學內容的選擇
國內各類院校能源動力類專業基本都開設了工程熱力學課程，但可供課程使用的優良教材數量有限，且教材更新較慢，特別是工程背景和應用方面的知識較為匾乏。為此，首先應根據各高校學科專業特色，選擇合適的教材和參考書，為多媒體課件制作提供最基本的知識體系保障。其次各專業知識是相通的，但側重點不一樣，應補充介紹同一概念在不同工程運用背景下的區別和聯系，讓學生能更好的理解基本概念做到融會貫通。比如，熱力學能是工質的內部儲存能，是溫度和比容的函數。工程流體力學課程中，認為液體流動中溫度和比容為常數，所以熱力學能不變，研究中可以忽略。而工程熱力學研究中，熱力學能是重要的狀態參數，不能忽略其變化。最后要結合專業特色，拓展工程實踐知識，開展相關工程應用專題講座，避免計算時出現手提吹風機功率在60KW以上，甚至達363KW，而汽輪機噴管出口速度只有十幾米每秒的低級常識性錯誤。
三、多媒體課件制作應注意的問題
多媒體電子教案存在直觀、形象、生動、圖形圖像功能強大、易于展示最新科研成果、教學信息量大、學生易于復習等優點，但同時存在單幅信息量少、幅間信息不連貫、前后呼應不夠、學生思維不易跟上等問題。在制作時應該揚長避短處理好以下幾點問題。
(一)多媒體模板的制作。多媒體課件需合理照顧章節間的關系，但每張幻燈片的空間有限，難以有效發揮“標題”和“正文”的相互呼應。合理制作多媒體模板，是增加課件內容邏輯性和關聯性的重要保證。為此，應根據教學大綱內容制作本章節教學內容的主題目錄，教學時采用超鏈接的方式打開。其次建議每張幻燈片分成三個區域:標題區、正文區和腳注區，并用橫線嚴格區分，做成統一的模板。在標題區右上角，角注本章標題，而在標題區中央插人本節標題。正文第一行插入本節幻燈片主要內容標題，與正文呼應，使信息盡量連貫。腳注區可插人授課日期，頁碼等輔助信息，保證每頁幻燈片的完整性。最后，應制作復習提綱，與首頁主題目錄提綱和正文重點內容呼應。
(二)文字內容的確定。工程熱力學作為一門技術基礎課程，基本概念、基本原理、基本方法是要求學生掌握的重點，需要通過大量的文字來進行表述，因而課件上的文字內容不可避免要占有較大篇幅。需要特別注意的是切忌將大量教材內容原文照搬到課件上，授課時照本宣科。文字內容的確定必須經過反復推敲、歸納和總結，將核心內容提煉出來，完整的表述則通過授課或與同學之間的討論來完善。古人云:文章千古事，得失寸心知。幻燈片制作也是一樣，一定要精益求精。建議每張幻燈片不超過四段文字，每段文字不超過兩行。在需要特別強調的地方如前提條件和重要結論要點，用特殊強化處理標注，如PPT自帶的紅色五角星符號。當然對于課程中一些經典的概念和原理如孤立系統嫡增原理等建議給出原文，讓學生根據自己的理解提煉或用自己的言語表述，以加強對概念或原理的理解，同時培養學生的邏輯思維能力。
(三)圖像的選擇與處理。多媒體課件的優勢就是圖片功能強大，需要充分發揮。應選擇既反映工程實際又具有較高清晰度和對比度的優良圖片，這樣才不會出現投影放大后的圖像失真的問題，這一點需嚴格遵循寧缺勿濫的原則。對于原理性圖，如果直接采用軟件從書本上復制粘貼由于涉及圖像格式轉化會導致圖像像素丟失，圖像失真，建議利用PPT自帶的畫圖工具繪制，這樣既可以對圖像中各類曲線實現不同顏色、線條標記，又可以在播放時實現分層逐級播放。另外結合PPT動畫播放功能里的“擦除”效果，可實現曲線的動態繪制過程，利于學生理解和掌握熱力過程曲線。比如，理想氣體幾種基本熱力過程在P-V圖上同時出現時曲線煩亂，各區間物理意義復雜易混淆。采用上述方法可以得到很好的解決。
(四)多媒體課件的放映。在課件放映時，文字的出現應設為逐行或逐字播放，讓學生有時間記筆記和思考，不宜像放電影一樣整屏播出，此時內容繁多，眉毛連著胡子，學生分不清主次，很容易走神，更談不上理解和掌握。
作者的體會是應根據講解的思路和過程，逐級播放。特別是涉及公式推導時，應模擬黑板推導的過程，逐步或分塊出現。當然，這也會造成教師頻繁使用電腦，影響教師講解和學生思考的連貫性。建議使用多功能激光筆，實現遠程控制幻燈片播放。這樣教師一方面不用局限于講臺上，活動空間得到大大解放，另一方面也可以到講臺下加強與學生的近距離互動討論，有效維護課堂記錄。
四、多媒體教學中需注意的問題
效果優良的多媒體教學也存在學生視覺疲勞問題，這與黑板教學相比是一個固有缺陷。據贛南醫學院的一份調查數據顯示。大學生在課堂上被多媒體教學光照時間太長，學生連續2個課時接受多媒體教學，約22%產生輕度視覺疲勞，連續4個課時，輕度視覺疲勞則高達61%。可見，培養一支高素質多媒體教學課件制作隊伍，是消除學生視覺疲勞和提高教學質量的關鍵。積極參加多媒體教學課件制作學習班，學習適用于大學生最佳課件制作視覺效果的理論與方法，制定多媒體教學課件制作視覺審美的基本要素、基本規范和基本參數。
同時多媒體授課時光線較暗，如果課堂授課時教師只是點點鼠標，學生瞪大雙眼看，相互之間缺乏交流，學生容易昏昏欲睡。因此教師不能只站在講臺前一字不差地朗讀講課，應當隨時觀察學生聽課的精神狀態，適當地走到屏幕前指點內容，或者豐富教師自身的面部表情和肢體語言，利用提問、現場討論等互動交流以活躍課堂氣氛與調動學生學習積極性。
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一、嚴把課程考核質量關
對本校過控專業和儲運專業中《工程熱力學》的課程性質、購買教材情況、學生學習情況等多方面進行對比（如表1所示），從表中可知，不同專業學生的到課率和認真聽課率懸殊均很大，究其原因有以下三點。其一，學生未認識到選修課與必修課同等重要性，誤認為選修課教材不由學校統一購買且選修課程不由學校統一安排考試說明學校不重視選修課程。其二，由于學校多媒體教室有限，因此需要使用多媒體教室的選修課程原則上只能安排在周末或晚上，與學生的休閑娛樂時間沖突。其三，在選修課堂上做與學習無關事情的學生不在少數，學習功利心強。
表1 不同專業課程情況
選修課程成績評定重視課堂點名、課堂討論、課堂回答問題、課堂小測試、課后作業、小論文等過程考核環節，授課教師嚴把選修課程考核質量關，不給人情分。另外，可以借鑒西安交通大學、北京石油大學、西安石油大學等高校的做法，在學時允許的前提下，將《工程熱力學》改為必修課。
二、重視緒論課程建設
緒，絲端也，即是絲的頭，比喻事情的開始。《現代漢語詞典》中闡述為“學術論著的開頭部分，一般說明全書的大旨和內容等”[2]。筆者認為，“千頭萬緒，在此概論”，故稱“緒論”。可見，緒論課是對整體課程的總體概述和高度概括，起著提綱挈領、綱舉目張的作用。然而，通過查閱歷年的教學檢查資料和教學反饋意見，筆者發現在往屆教學環節中，課程緒論部分的教學安排和教學設計并未充分在“課程教學大綱”、“教學計劃進度表”、教案及授課過程中體現出來，存在對緒論課輕描淡寫甚至根本不講授緒論課的現象。直接進入正題，讓學生在第一課就面對抽象枯燥的知識，這讓很多學生無所適從。緒論課被忽視，究其原因，有以下三點：第一，起教學主導作用的教師乃至高校教學管理部門在主觀意識層面上沒有認識到緒論課的重要性。第二，緒論課既是課程的重點，又是課程的難點，并不容易把握。據報道，在美國通常只有資深教授才有資格講授緒論課。就緒論課對總體課程的統領作用及課程的廣度和深度而言，一堂精彩的緒論課，是對授課教師教學藝術、科研水平及知識面等綜合素質的全面考驗，因此緒論課最能體現一個教師的教學水平，有的教師深知其利害關系，不敢貿然應戰。第三，專業人才培養方案中課時被大量壓縮，教師無暇顧及緒論部分，此乃客觀原因。
在過控專業的選修課程開設中，允許學生以試聽第一節課的方式決定是否選擇此門課程，且要求教師合理設計板書。這一舉措對教師而言，要求更高，壓力與挑戰更大，促使教師摒棄照本宣科和敷衍應付，努力擴大知識面，結合理論與實踐，融入科研進課堂，學習教學藝術與授課技巧，等等。
作為課堂教學的第一課，緒論課既是課程的重點，更是課程的難點。《工程熱力學》緒論部分主要講授課程的研究對象、研究內容和研究方法等。研究對象是工程中能量轉換的基本規律及能量轉換與工質性質之間的關系，研究內容包括基本概念、基本定律、工質性質、熱力過程及工程應用，研究方法涉及宏觀和微觀兩方面。通過緒論課的學習，要求學生了解熱力學發展概況及工程熱力學發展現狀與趨勢，明確課程的學習目的、任務和主要內容，并掌握正確的學習方法。在緒論課中，教師要讓學生明白以下五點：為什么要學習這門課？這門課有什么作用？要學些什么內容？各內容之間存在哪些千絲萬縷的聯系？怎樣才能學好這門課？
要生動詳盡地闡明上述五方面內容，絕不能局限于書本，必須在有大量信息支撐的前提下，串講整本教材，舉工程事例，列工程現象，提出與生產生活緊密相關的問題，吊足學生胃口，在后續課程中陸續分析并解決問題，要讓學生在教師啟發下積極主動思考、收獲自己解決問題的喜悅與滿足。在緒論課中，有必要闡明此課程與后續課程的聯系，詳細介紹哪些知識點會在后續課程中涉及，讓學生重視并意識到課程學以致用的必要性。
三、全程注重學習力培養
對本科生而言，大學課堂并不是知識的簡單灌輸，而是思考能力、自學能力、分析解決問題能力的鍛煉與培養。并非所有畢業生均會從事本專業工作，在工作中也并非所學知識會直接涉及，只要學生能運用大學期間積累的學習力，通過正確途徑最終順利解決問題，便是本科教學的成功之處。
學習力的培養并非一蹴而就，需要在不同教學環節中全方位、多角度地練習。《工程熱力學》秉承這一授課理念，不將死記硬背的知識列為考核內容，亦不把簡單的套公式計算作為重要考核環節，重點落足于分析與思考，課堂全程采用啟發式提問教學方式，教師負責提問和引導，學生參與討論并回答問題，課堂氛圍輕松活躍。為避免抄襲作業現象的發生，應給每人布置不同題目，力求課外鞏固環節的有效性。
參考文獻：
[1]沈維道，等.工程熱力學（第四版）[M].高等教育出版社，2007.
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至上世紀末，我國熱工課程開設的情況是：有150余所高等工業學校開設熱工類課程，分布在除臺灣、、青海三省區以外的境內高校。全國熱工課程教學的一般情況是：(1)熱工課程的設置主要在能源動力類、石油化工類、航天航空類、土建類、交通運輸、輕紡食品等大類專業；(2)熱工教學實驗以驗證性為主，測試手段比較落后，設備比較陳舊：(3)已經出版了一批由我國作者自行編寫的工程熱力學、傳熱學與熱工學教材。
6年多來，經過“211工程”、“985工程”建設項目的支持，我國熱工實驗教學情況有了較大改觀，開課的大類專業面有所擴大，機械類專業目前大多開出了少學時的熱工學課程。同時通過教育部組織的面向21世紀教學內容和課程體系的改革，以及21世紀初高等教育教學改革項目的實踐，出版了一批面向21世紀課程教材，使我國熱工課程教材的內容有了較大的更新，編著水平也明顯提高。在近十年中，國際上工業先進國家也同時在進行著類似的改革，并出現了一批比較優秀的新教材。與這些先進國家的熱工課程教學和新教材相比較，我國還有一定的差距，某些方面差距還比較大。
本文在簡要回顧了熱工課程教學的歷史后，著重介紹和分析了工業發達國家近十年中熱工及相關課程的教學與教材編著情況，最后提出作者的意見，以求教于國內同行專家和教師。
一、國外、境外熱工課程教學發展情況
1．熱工課程教學的歷史
近代熱科學的產生與初期的發展集中在歐洲國家。根據文獻[1]的觀點，熱科學研究的起源可以追溯到Galileo時代(1592)，而且早期熱學作為物理學的一部分，熱力學與傳熱學的研究是溶為一體的，例如Boltzmann從熱力學證明了Stefan由實驗得出的輻射四次方定律。又如熱力學第二定律的創建人之一Kelvin在1862年用以下的方法來估算地球的年齡：假設地球之初是溫度均勻(3900℃)的圓球，熱擴散率為常數，取為巖石沙礫之值，利用Fourier導熱微分方程，按半無限大物體計算，從初溫冷卻到目前地層深處的溫度梯度(1℃／27．8m)需要9800萬年。按現代的觀點看，Kelvin顯然求解了一個傳熱學的問題。
無論熱力學還是傳熱學，其發展都經歷了從“科學”到“工程”的過程，即，從初期作為物理學一部分的熱學演變、發展成密切結合工程實際的“工程熱力學”與“工程傳熱學”。以傳熱學為例，[2]在19世紀的物理學中熱量傳遞方式只有導熱與輻射，其基本定律均已得到解決。然而大量的工程問題中還遇到流體與固體間的熱交換，雖然牛頓早在1701年就提出了對流換熱的初期思想，但并沒有真正解決工程計算問題，一直到進入20世紀，經過一批主要是德國科學家的努力，包括Prandtl、Karmann、Nusselt、Blasius以及后來的Eckert，也有前蘇聯科學家(如Kirpichev等)的貢獻，傳熱學開始由“科學”演變成“工程”，其中整理試驗數據的量綱分析方法或相似原理引入傳熱學的對流換熱是一個標志性的轉折。第二次世界大戰后，傳熱學的研究中心由德國轉移到美國，其中Jakob、Karmann及Eckert三位德國科學家的移居美國起了很大的作用。歐美國家工程熱力學與傳熱學課程的開設始于何時，暫時無法查考。就教材而言，最早的一本傳熱學可能是德國科學家Grober的著作(1921)。[3]然而影響較大的要推McAdams的“Heat transmission”(1933)。[4]隨后Jakob與Hawkins的教材，[5]Eckert的教材[5]相繼問世，成為20世紀40～50年代的代表作。Holman的傳熱學第一版出版于1963年。[7]此后歐美以及前蘇聯的傳熱學教材出版情況可見文獻[8]。
2．近代熱工課程開設情況
到20世紀80年代后，工程熱力學與傳熱學已經成為歐美國家機械類學生的必修課，有的學校還設為工科學生的基礎課。根據我們的調查統計，在境外的高等工程教育中，傳熱學與熱力學課程的開設相當普遍。[9]我們曾經調查過國外20余所大學開設熱工課程的情況。從返回的調查表看出，機械工程系、化工系、核能工程系、材料系等均普遍開設熱工類課程。有的學校把熱學類課程作為工學院的公共課程，如美國依阿華(Iowa)州立大學工學院在2000年開出的81門課程中(不含基礎課)，包括有電子、信息、計算機、控制、電磁場等系列的課程，其中熱學方面的基本課程有4門，即熱力學I、熱力學II、傳熱學及熱流系統設計。麻省理工、普渡大學及密西根大學等，熱力學和傳熱傳質學都是機械系設置的主要課程之一。表1是密西根大學工學院機械系學科基礎和專業課課程學分情況，從中可以看出熱工理論課程所占的分量。
在美國高等學校中，機械工程系主修課程的設置一般分為兩個層次，即(1)基本層次，該層次中的課程一般覆蓋了該校機械系各個研究方向的最基本的原理，是所有學生的必修課，在這一層次課程中均包含熱力學與傳熱學的基本原理課程在內。(2)專門化層次，該層次中按專門方向不同而分成若干組課程供學生選修。歐美這樣的課程設置值得我們借鑒。
3．最近十年美國熱工課程教學的發展
在最近十年中，美國高等學校工科熱工課程的教學呈現出許多新的發展趨向值得我們重視。首先在熱工課程教材方面，美國高校中出現了像Cengel與Boles的Thermodynamics――An Engineering Approach，[10]Cengel的Heat transfer――A practical approach，[11]Incropera／DeWitt的Fundamentals of heat transfer[12]這樣取材豐富、構思新穎、內容先進的教材。有關這些教材特點的
詳細分析見參考文獻[8]。
在熱工實驗方面，20世紀末美國高校也進行了面向21世紀的探索，例如美國普渡大學DeWitt等三位教授進行了題為“Curriculum for the 21th Century”的研究，[13]對于傳熱學試驗提出了以下改革內容：
(1)減少“傳統”的實驗，增加學生進行團隊項目的時間；(2)增加有挑戰性的工程設計項目；(3)給予動手訓練機會；(4)訓練與工程界合作；(5)培養交流項目結果的能力。
為此，該校改進了原有的實驗系統，配備了數據采集系統，同時從工業界不斷引入設計性的實驗課題，并分解成為團隊項目的內容。從普渡大學機械系的這一改革思路看強調了減少傳統的實驗，增加來自工業界實際項目的訓練；強調了團隊合作的訓練；強調了培養交流與動手的能力。
當然傳統的實驗還是需要的，是加深學生對教學內容的理解以及培養動手能力的環節。在傳統實驗的內容與組織上也要注意綜合性的培養。我們來看普渡大學的傳統傳熱學實驗課程的內容，參見表2。
由表2可見，就這些傳統的實驗內容而言，其綜合性與測試技術的訓練也是比較好的。
二、對今后教學改革與發展的一些思考
1．熱工課程教材怎樣適應不同類型學生的培養需要
熱工課程的基本知識應當成為工科各專業學生必須具備的技術素質，熱工課程應當成為我國工科學生、尤其是機械類專業的學生的共同的工程基礎課程。這是由于：(1)熱現象是自然界中最普遍的物理現象，同時各個工程技術領域中及日常生活中的各種其他形式能量最終大都是以熱能的形式耗散于環境及宇宙之中。因而作為介紹熱能的有效、合理的利用和轉換、傳遞技術的熱工課程，不僅應是許多大類專業的重要技術基礎課，而且也應是21世紀所有工科類專業學生的一門公共技術基礎課。(2)我國中長期能源發展規劃制定了節能優先戰略，提高能源利用率是確保我國中長期能源供需平衡的先決條件。無論是從國內資源還是世界資源的可獲量考慮，中國只有創造比目前工業化國家更高的能源效率，才能在有限的資源保證下，實現高速經濟增長和達到中等發達國家人均水平。因此，工科學生應該具備合理用能、節能的意識并懂得其基本技術。而熱工課程的內容是合理用能及節能理論中最基礎與核心的部分，熱工基礎課程在工科各專業人才培養中具有重要的作用和地位。
按照這一觀點，在我國工科21類專業中，[14]至少有6大類(能源動力類、化工制藥類、航空與航天類、環境與安全類、武器類、土建類)專業應該開出高學時的工程熱力學與傳熱學的課程，其中能源動力類是最典型的一個大類專業。我國目前設有能源動力大類專業的學校有130余所。按照教育部分類辦學的思想(研究型，教學型以及介于其間的類型)，這一百多所學校不可能是屬于同一類型的學校。那么同是高學時工程熱力學與傳熱學在教材上是否要有所區分?還是可以采用同一種教材由主講教師酌情選講?如果有區分，區分主要在哪些方面?這一問題涉及到熱工課程教學指導委員會在制定基本要求以及今后組織教材編寫方面的一個基本考慮，需要通過深入研究取得共識。
2．如何使教材內容適時地跟上學科與工程技術的發展
近代工程技術的發展給本科熱工課程教學帶來了巨大的變化。[8]例如，20年前的本科生教材很少有關于火用分析方面的內容，而現在這個狀態參數已經被廣泛接受并用來分析設備過程的能量利用情況。近代高新技術的發展給傳熱學增添了許多新的內容，近十年內發展起來的納米微米傳熱學就是一例。
相對于傳熱學，工程熱力學國內外教材的內容顯得過于穩定，近年來出版的教材中新技術的概念介紹極少。比如，當前中國的長期能源問題已經十分突出，為保護環境，執行可持續發展的方針，在工程熱力學教材上，對新的、先進的能源利用方式(聯合循環發電、氫能利用、燃料電池、分布式發電和熱電冷三聯供、新能源發電等等)是否應該有適當的反映?超臨界和超超臨界循環是傳統燃煤汽輪發電機組提高經濟性與環保性的有效途徑，也是近年來國外燃煤火電廠的重要發展方向及我國要積極研發的方向，在工程熱力學的新教材和今后的教學中也應有相應的地位。
3．熱工課程的實驗教學改革與更新應當怎樣進行
熱工課程包含的兩門學科，熱力學與傳熱學，都是應用科學，實驗教學無疑是完整的課程教學的組成部分。多年的經驗表明，實驗教學的改革與發展某種程度上比課程本身還要困難，主要是涉及到設備的購置、更新所需的經費問題。在國家實施“211工程”二期或者“985工程”的建設中怎樣利用有限的資源(財力)來改革、更新熱工教學實驗值得重視。在建設實際動手的實驗臺位時，是否也可利用多媒體的工具建設或購置一些“軟件實驗”作為補充?[15]在動手的實驗方面，前蘇聯曾經出版過有關傳熱學實驗教學的圖書，[16]20世紀80年代熱工教學指導委員會也組織出版過這樣的圖書。[17]目前有否必要再組織出版這樣的參考書?
4．在熱工課程的教材與教學過程中怎樣加強學生的能力與創新精神的培養
近期世界范圍的內的教育改革都十分注意對學生解決問題的能力與創新精神的培養，這從最近出版的美國教材中可以明顯看出。由于中外教育體制、教育傳統和教學理念方面的不同，在吸收西方教材先進經驗的同時，我們應當努力探索適應我國具體情況的措施與方法。過去的實踐表明，首先教師本身除了從事教學以外一定要參加科研，以豐富自己的學識、提高自己的業務水平。在教學過程中每位教師都應努力將教學內容與自己的學術經歷結合起來，努力使書本上的資料成為活生生的實例。在教學法方面注意啟發性，輔以對部分學有余力學生的講座等課外活動，等，這些都能收到一定成效。但是從總體上說，熱工課程教學中探索對學生的能力與創新精神的培養仍然是進一步研究的課題。
5．是否要開出經過整合的新型熱工課程
為適應不同類型專業的需要，可以開設出一些綜合性的新的熱工類課程。無論是能量轉換、熱量傳遞還是質量傳輸，都有如何提高轉換效率、傳遞效率和節約能源的問題，其中的關鍵是要減少過程的熵產(或不可逆損失)以及強化傳遞過程。這是它們共同的最重要的東西，可否開設一門綜合熱力學、傳熱學、傳質學和流體力學的新課――例如可稱為“熱設計及優化”。國外目前已經有這類圖書出版，第一步可以翻譯過來作為參考教材。如果關于“優化”的內容能結合一些專業過程中的具體問題，那么這樣的課程就會受到相關專業的歡迎。
6．熱工課程的雙語教學應當怎樣進行
雙語教學是目前教育部提倡進行的一項教學改革，
而熱工基礎課程也常常被選為進行工程技術課程的雙語教學的對象。[18]這里涉及到許多具體問題：在編寫漢語教材時怎樣照顧到雙語教學的需要?怎樣選擇英語工程熱力學與傳熱學教材?怎樣循序漸進地進行教學，以真正收到雙語教學的實效而不流于形式?
7．對我國中青年熱工課程教師學術趨向的思考
要提高我國熱工課程教學質量，關鍵在于教師。與我國人才隊伍總體情況一樣，我國熱工課程教師隊伍的主體已經由30～45歲的中青年教師所構成。這個主體的特點是學歷層次較高，大多數具有博士學位，一般具有碩士學位。為使我國熱工課程教學接近或者達到發達國家的平均水平，關鍵在于這支教師隊伍。就他們的學術發展而言，目前他們的學術趨向面臨一個主要問題是：是否需要將熱力學與傳熱學融為一體，固然可以有所側重，但是不是不要截然分開?這方面，國外的一些情況值得我們借鑒：英國的Spalding是著名的計算傳熱學與流體力學專家，但是他也寫過一本工程熱力學的教科書：[19]Cengel以他的傳熱學教科書而知名，但他同時又是工程熱力學教科書的作者，[10]而且Cengel的工程熱力學與他的傳熱學同樣著名；田長霖教授是熟知的傳熱學大家，但他與Lienhard合作寫過一本統計熱力學教科書。[20]將熵產分析用于傳熱問題的首創者Bejan也是集熱力學與傳熱學于一身的知名學者。[21-22]我國的中青年熱工課程教師值得對此進行思考。
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篇8
Tribes的學生Revamps還發表了熱經濟學孤立化原理的數學論證。隨后，美國的另一學派代表人物R.Gaggioli，他以代數為主要數學計算模式，進而發展了代數模式的熱經濟學。德國的Beyer，結構系數模式經濟學發展為符號經濟學，也稱知陣模式熱經濟學(因為西方國家習慣稱知陣為符號)，知陣模式代表了熱經濟學的成熟階段。
到了1995年，王加漩等科學工作者開始在我國推行國際上各種流派的火用經濟學的先進理論。部分學者根據我國的具體國情對其研究應用，并且已經取得了一定的成就，逐漸形成了各自的流派。
2熱經濟學的原理與優勢
目前存在的能量評價方法包括以熱力學第一定律為基礎的能量分析法。這種分析法雖然操作簡單，且已經被廣泛應用，但評價值側重于量而沒有評價質。另一種是以熱力學第一定律和第二定律和火用平衡理論為框架的火用分析法。這種方法在對能量系統進行綜合分析優化的時候，得出的結果往往無法顧及經濟因素。目前最為科學全面的分析是法是本文研究的將熱力學分析與經濟因素綜合分析的熱經濟學分析法也稱火用經濟學分析法。這種方法結合了工程經濟學、系統工程、最優化技術以及決策理論等基本思想，兼顧能量使用的量與質，并將系統的火用流價格數據化，能夠評估兼顧能量使用效率與經濟價值的綜合結果，這種分析法在復雜的工程分析、診斷、優化、改進中，都有重大作用，技術優勢非常明顯。
熱經濟學的分析能夠全面輔助系統的優化，它的基本原理是在進行系統優化時，確定考慮的變量及變量之間的關系，然后選擇約束條件和決策變量，最后用數學手段描述出目標函數與約束方程，進行求解。求解答案能夠對項目設計提供重要參考資料，包括對可行方案的選擇、對改進措施的評價、對成本的真實計算以及單元系統的維護與更替。
3熱經濟學的應用
熱經濟學是分析現代工程系統中一切與能力相關的系統的熱力學方法，一般來說，從原則上區分，可以分為兩大類方法，一是在卡諾和克勞修斯研究框架中，利用系統能平衡概念分析的系統各項技術、經濟指標的完善程度，通過把被研究系統與卡諾循環理想循環系統進行對比，從它們之間的接近的程度判定系統的完善程度。
二是以吉布斯理論為框架，采取熱力學勢概念的分析方法，分析系統中能量轉換過程，以熱力學勢為分析重點，進而分析各種形式之下功的數值。從這一原理出發，我們可以評估被分析系統任意一點上的物流與能流所做功的性能。這一點能夠無視系統的機構復雜程度而直接對系統性能進行評估，所以，我們可以充分利用這一方法的特點，分析得到需要的全部信息。這種方法，首先在化學熱力學領域被廣泛應用，而其他領域一般仍沿用第一類方法。
在我國熱經濟學分析法被引入到熱力系統，我國學者首先主要通過概念模型來分析熱力系統，并實際通過繪制結構圖對實際操作進行了指導，熱經濟學理論并且被用于分析復雜的能量體系，模擬故障診斷，并用于計算成本。
在系統的優化方面，熱經濟學被用于對系統進行分析，分析的內容包括燃料、產品流的成本，和最紅產品的形成過程，在此過程中，通過計算編輯火用成本的變化能夠建立能量損耗分析模型，實現了在線診斷系統性能的目標，隨后熱經濟學概念引入到火電機組，建立了加熱器故障診斷指標的通用數學模型，實現了加熱器故障診斷的可能性。還有學者通過研究火用流的計價和費用分配問題，對把輸入的火用流進行拆分，提出了基于能級相近最大化相供的火用流計價策略，并將此原理應用于熱電聯產熱力系統之中。
篇9
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）18-0057-02
現代社會能源主要來源于化石燃料的燃燒，能源短缺已成為世界各國面臨的迫切問題，尋求新型燃料以及研發高效低污染燃燒裝置已成為各國面臨的重大任務。 “燃料與燃燒”是一門研究化石燃料及其燃燒規律的傳統學科，同時又是一門反映最新燃料及燃燒技術，并與之保持同步的新學科。
作為高等院校熱能與動力專業方向的重要專業基礎課，“燃料與燃燒”以“高等數學”、“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等傳統基礎課程的知識為基礎，由于涉及學科多，應用知識繁復，與其他基礎課程相比，具有課程理論難度大、跨度大、知識點多且零散和對數學要求高等特點[1，2]。為此，針對我校熱能與動力工程專業人才培養特點和要求，結合多年教學實踐經驗，對“燃料與燃燒”課程教學內容的制訂及教學手段的選擇提出自己的建議。
一、課程內容及特點
1.課程內容
“燃料與燃燒”包括燃料、化學熱力學、化學動力學、燃料的著火理論、火焰的傳播與穩定理論、預混燃燒理論和擴散燃燒理論等基礎理論，液體燃料、固體燃料的燃燒過程及其經典的模型等教學模塊；課程主要包含：（1）燃料、（2）燃燒過程的物質平衡與熱平衡、（3）化學反應動力學、（4）燃燒系統守恒方程、（5）著火和燃燒界限、（6）預混氣的燃燒、（7）層流預混火焰、（8）層流擴散燃燒、（9）氣體湍流燃燒、（10）液體燃料的擴散燃燒、（11）固體燃料的燃燒、（12）燃燒污染與防治、（13）船舶動力裝置的燃燒等教學內容。
2.課程特點
實際燃燒過程涉及質量、動量和能量的交換和變換，涉及燃料和氧化劑之間的化學反應，具體過程十分復雜。“燃料與燃燒”課程知識點多、理論性強、學科交叉性強。因此，一方面，該課程的學習要求學生很好地掌握前期“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等專業基礎課程的內容；另一方面，該課程的學習又可以促進了學生對上述課程知識點的理解。
“燃料與燃燒”課程理論性強、知識涉及面廣，是一門典型的理論和實驗相結合的學科。由于燃燒過程的復雜性，截至目前，燃燒科學的研究仍然以實驗研究為主。先進診斷技術的不斷出現使得燃燒實驗獲取的數據更加可靠、準確[3]。20世紀以來，著火模型、火焰傳播理論、反應流體力學和計算流體力學等的建立使燃燒理論有了長足的發展。并且，隨著大型計算機的出現，使得采用數值模擬方法研究燃燒過程已經成為發展趨勢[4]，這些都有力地促進了燃燒技術的發展。但這些理論模型對于本科生而言很難理解。這就要求授課老師探索適合本科生知識結構及認知水平的教學內容和教學手段。
二、教學方法
1.教材的選擇
“燃料與燃燒”這門課程知識點多、理論性強、概念抽象，如何上好這門課，選擇適合的教材是非常重要的環節。好的教材有利于制訂合理的教學內容和教學計劃，可以有效促進教師的教學和學生的學習。目前市面上發行的教材主要有國外教材的國內翻譯版和國內教材兩類，比如Kuo. Kenneth K.的《Principles of Combustion》和Turns. S. R.的《An Introduction to Combustion》以及國內顧恒祥編著的《燃料與燃燒》教材和嚴傳俊的《燃燒學》等，這兩類教材各有特點。合適的教材應該能夠與學生的知識結構及認知能力相適應，與該課程的教學目標相適應[5]。
針對本課程的特點，教材的內容要全要新，應能夠較好地反映當前燃燒理論發展水平及技術發展現狀。教材內容應當包括燃料、化學熱力學、化學動力學、燃燒物理基礎、預混燃燒及擴散燃燒、液體及固體燃料的燃燒等。由于是面向本科生的教材，應當內容簡單易懂、表述深入淺出、實例豐富直觀、結構邏輯清晰，能有效銜接理論分析與工程實例，這樣才能提高學生學習興趣。目前國內出版的《燃料與燃燒》教材要么理論性太強，要么涵蓋內容不全面，要么內容深度不夠，總之都存在這樣或那樣的問題。為此，根據我校本科熱能與動力工程專業方向學生培養的目標和特點，我校“燃料與燃燒”課程組的老師編寫了適合我校學生使用的《燃料與燃燒》教材，該教材系統地闡述了燃燒的基本原理和理論；詳細講述了燃料動力學燃燒的計算方法，詳細論述了燃燒熱力學和燃燒化學反應動力學，著重介紹了船舶動力裝置涉及的預混燃燒和油滴蒸發控制的擴散燃燒；最后，為及時反映燃燒技術的最新研究進展，增添了新型船舶動力裝置所采用的燃燒技術[6]。在教材的編撰過程中，大量引用了我校教師及研究生們的研究成果。教材針對性強、內容新穎，強調了“燃料與燃燒”課程的理論性和工程應用性，培養了學生學以致用、理論聯系實際的能力和素養。
2.教學內容設計
“燃料與燃燒”課程教學內容應該具有目標性、實效性、科學性、啟發性，為此在其教學內容的設計過程中，應該注意以下幾點：
①內容要重點突出。“燃料與燃燒”課程內容包括化學熱力學、反應動力學基礎、著火理論、火焰傳播與穩定理論、液體燃料及固體燃料的燃燒等部分，但在各部分內容的講解上要有重點。課程中化學熱力學和化學動力學基礎是整個課程的理論基礎，講解內容包括化學平衡、熱化學、化學反應速率、質量作用定律、反應級數、活化分子碰撞理論及鏈鎖反應理論等。其中，化學反應速率、質量作用定律、阿累尼烏斯公式和鏈鎖反應理論可作重點講解。關于著火理論，授課重點放在閉口系統著火理論模型的建立和結果分析上，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、物理化學因素和散熱強度的關系。對于火焰傳播與穩定理論，授課的重點在火焰傳播概念、氣體的動力燃燒與擴散燃燒及火焰穩定的基本原理與方法的講解。對于預混燃燒，授課的重點在瑞利公式、郎肯-雨果尼奧公式的推導，以及爆震波、緩燃波的性質，并分析層流火焰的傳播速度。對于擴散燃燒和液體燃料的燃燒，重點在伯克-舒曼理論、燃料射流的唯象分析、液體燃料的霧化、蒸發模型及液滴的質量燃燒速率。對于固體燃料的燃燒，碳的燃燒化學反應及碳粒的燃燒速度可作為授課重點。
②理論與實踐相結合。“燃料與燃燒”是一門理論性及實踐性都很強的學科。課程涉及的相關理論模型比較抽象，不易掌握。因此，該課程的教學內容必須與工程或生活實踐緊密結合。在課程教學內容設計過程中必須將理論與具體工程案例或燃燒相關生活案例相結合，以具體案例作為切入點，將復雜抽象的理論概念穿插到生動、具體的案例中進行講解。對于熱能與動力專業的本科生，筆者結合船舶柴油機，利用燃燒學理論講解燃燒室結構設計、燃油燃燒過程、過量空氣系數、著火等這些具體設計方案背后的理論依據，從而強化對燃燒理論的理解；結合汽油機和柴油機，講解點燃和壓燃，講解不同燃燒方式對汽油機和柴油機的影響，講解烴類燃料著火點和自燃點的區別；結合家用燃氣灶臺，講解燃料的擴散燃燒。通過以上措施，使學生課本理論與實踐統一。
3.教學方法設計
①采用啟發式教育。在“燃料與燃燒”課程教學過程中從學生的知識結構及認知能力出發，結合具體的教學內容和教學目標，采用提問、討論和案例分析等多種方式，讓學生參與教學過程，激發學生的學習熱情，使他們在活躍、開放的教學氛圍中理解掌握燃料與燃燒相關的知識點，并逐步掌握應用相關知識點分析解決實際問題的能力和提升團隊合作能力。
②多媒體與板書的有機結合。隨著計算機技術的發展，多媒體技術已成為課堂教學的重要手段。多媒體教學課件圖文并茂、內容豐富、信息量大。就“燃料與燃燒”而言，燃燒過程細節可以被生動地顯示出來，危險實驗也可被充分地展示出來，使學生能夠更加深刻、有效地理解相關燃燒理論和燃燒過程。但是，使用多媒體技術授課，老師講課速度加快，課程信息量增加，學生課堂緊張度增加，易造成學生的思維跟不上授課速度，影響教學效果。板書比較靈活，便于控制授課節奏，適合于講解復雜理論模型，教師在授課過程中，可以通過板書引領學生的思維，進行詳細的講解和推導，學生易于理解和融會知識。但是，板書速度慢、效率低。因此，在“燃料與燃燒”課程教學過程中，將多媒體教學與傳統板書有機結合，揚長避短，充分發揮各自優勢，以達到最佳的教學效果。
③多種考核手段的結合。在教學過程中，采用多樣化的考核手段，了解學生對課程知識點的掌握情況，督促學生的學習。平時成績、課堂提問、課后作業、案例分析、階段考試和小論文等都可以作為考核手段。但無論采用何種形式的考核手段都應當從激發學生的學習熱情、提高學生的學習效果和增加學生對本課程本專業的認識出發。
三、結論
綜上所述，“燃料與燃燒”融合了“大學物理”、“工程熱力學”、“傳熱學”、“流體力學”、“氣體動力學”和“高等數學”等課程的知識。在教學過程中應點面集合，重點突出，理論聯系實際，加強對學生實踐能力、團隊合作能力和創新能力的培養，不斷更新教學內容。同時，作為老師，需要不斷學習，及時掌握該課程新的知識點，及時更新教學內容。
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篇10
一、引言
根據不可逆過程熱力學，換熱器的不可逆性用熵產率來度量。前人普遍認為換熱器的總熵產率包括兩個部分，一部分是冷、熱流體間有限溫差傳熱產生的熵產率，另一部分是粘性流體有摩阻流動產生的熵產率。熵產率最小對應于換熱設備最優，這一優化準則被稱為換熱過程（設備）優化的最小熵產原理，也被稱為熱力學優化。
二、換熱器散熱場
針對以導熱或對流方式冷卻電子器件的散熱通道網絡，給出了散熱通道網絡的等效熱阻和等效流阻的定義，并把它們作為散熱通道網絡導熱和流動不可逆性的度量。以等效熱阻或等效流阻最小為目標優化了散熱通道網絡的結構參數。以下是網絡優化常用數學模型：
多股流溫差場均勻性因子為：
該多股流換熱器溫差場均勻性因子，考慮多股流溫差性造成的均勻性因子與換熱性能的不統一性，而將冷熱流體間的不同溫度采用了無量綱溫差。通過對多股流換熱器溫差場均勻性因子的溫度無量綱形式，使得冷熱流體間的溫差都處于0~1的范圍內。該因子能夠有效地反映熱交換流體沿程(換熱器縱向)的溫度均勻分布特性，而不會將不同組(換熱器橫向)溫差不均勻造成的影響誤差引入，更能較為有效的反映多股流換熱器的熱交換性能。
三、散熱網絡優化
針對網絡多流的換熱器綜合與優化，在兩股流網絡換熱器綜合與優化的概念中，本文提出了多股流網絡換熱器優化與綜合的方案，這種方法可以直接使用常規的兩股流換熱器網絡綜合及優化的理論成果。具體研究方案為：
四、多股流優化方案
獲得整體網絡初始優化構型，再依據合并法則將多個兩股流換熱器進行有機組合成換熱器的多股流，得到換熱器多股流的伊始出入口溫差和其它相關匹配數據。換熱器的多股流形成以后，從多股流換熱器的絕對優選設計著手，利用多股流換熱器溫差場的均勻性因子作為評價主要目標和指標函數，在特定數據的優化多股流換熱器條件下，得到多股流換熱器本身的最佳流體結構和并行通道排組列方式。
多股流換熱器的設計方案多是在某一局部的工況下進行的，并且采用入口參數在其柔性變化范圍內不會對多股流換熱器性能產生影響。在換熱器多股流優化網絡中，可加入多股流換熱器的柔性方案，將換熱器多股流的進口區間處進行優化變量約束，即在尋求多股流換熱器的最佳進口溫度的柔性區間范圍內。以上概述相應的推導過程：
對平均配置冷卻流體的網絡流動通道規定它的流阻等效為網絡流動通道的耗散率粘性除以流量總體積的二次方。以流阻等效最小值做為網絡流動通道的優化方向，討論了其對影響最優網絡流動通道結構的三個因素，第一因素是結構維數（又分為一維、二維和三維），第二因素是通道直徑分布（可以是不規則或規則），以及第三因素的幾何限制因素（散熱表面積一定或兩者均一定、散熱通道總體積一定）。可以總結三個因素的影響為：隨節點數目的增長，流阻等效最小的網絡結構通道會向單維（幾字形）向二維（并行通道）、進而向多維（多分道）轉變。
在平均配置的前提下，散熱率均分可表示為：即將打造某一通道網絡采取耗費某種限制的“源泉”，則最先的通道網絡則會使單位“源”所發出的散熱率在整個網絡通道上呈現均勻。
五、方案的實例應用
針對發動機內艙散熱場區域，如發動機本身、車輪內徑、車身內柱、變速箱傳動面等表面形狀十分復雜，采用平均配置結構化并行生成網絡流動通道；對于發動機艙外部網絡流動通道，以及在車體表面附近的網絡流動通道計算區域，也可采用多股流優化生成流場網格；同時，在距離汽車較遠的流場計算區域，采用結構化多股流。因此，對于整個流場計算區域，生成了結構化、多股流優化等組成的網格，全流場流體單元網絡得到有效整合。
多股流換熱器也可應用于低溫情況，但是低溫縱向溫度呈現與熱負荷分布情況具有其獨特性，這也是因為換熱器中多元并行工做介質組分及系統運行高低壓等熱力學因素、多股流換熱器本身換熱性能以及混合工質沿程不均勻的相變傳熱特性共同決定的。需要注意多股流作用下的特殊條件，其他的均相同即可。
五、結論
在網絡換熱器兩股流基礎上，對優化網絡換熱器多股流的綜合方案可以直接采用還算捷徑的常規網絡流換熱器兩股優化與綜合的技術，在換熱器多股流的引導下，較為方便的簡化網絡優化資源配置。
六、參考文獻
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根據“厚基礎、重實踐、強能力”的人才培養戰略，華北電力大學制訂了熱能動力工程專業2008版本科專業人才培養方案，確定了“培養基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高，具有一定創新能力、較強實踐能力和良好發展潛力的高級專門人才”的培養目標。教學計劃中突出了創新型人才的培養，要求明確各課程及其教學環節在人才培養中的地位，進一步發揮其培養創新型人才的作用。
專業基礎課程作為提高人才培養質量和培養創新型人才的基礎環節，起著舉足輕重的地位[1]。其教學目的是要求學生掌握課程的基本理論、基本方法和基本實驗技能，培養學生分析和解決實際問題的能力，通過知識的不斷積累和融合，為后續課程的學習打下扎實的基礎。教學過程涉及教學目的、教學內容、教學方法、實驗教學和考試方法等多個環節。目前，各教學環節均存在可深層次挖掘的潛力，尚未充分發揮在人才培養、尤其是創新型人才培養中的作用。這表現在教學方法上仍為“師授生錄”的傳統模式、學生主體作用不突出；教學內容上為重理論、輕實踐的“一手硬、一手軟”現象；實驗內容多為驗證性實驗，深層次和邊緣性的實驗現象未被重視和挖掘；考試方法多為理論內容，忽視實驗教學內容等諸多方面。教學實踐中，如能對上述各環節進行深入研究和探討，充分挖掘其深層次內涵，并在實踐中加以實施，必能有效提高人才培養質量。
本文以華北電力大學熱能動力工程專業的專業基礎課工程熱力學、流體力學和傳熱學為研究對象，旨在通過深入研究各教學環節在人才培養，尤其是創新型人才培養中的地位和作用，達到全面提高教學效果的目的，將培養目標真正落到實處。
1 明確教學目的
教學目的是培養創新型人才的指南和方向。熱能動力工程專業設置有電廠熱能動力工程、電廠集控運行、制冷與空調工程等三個專業方向。三個方向雖有不同，但其專業基礎課均為工程熱力學、流體力學和傳熱學，是學習各后續專業課的前提和基礎。這三門課程既相互獨立，又相互銜接，如流體力學的學習需要工程熱力學的知識，傳熱學的學習又以工程熱力學和流體力學的內容為基礎，因此開課順序依次為工程熱力學、流體力學和傳熱學。
三門專業基礎課程教學目的又各具特色。工程熱力學的教學目的是通過學習工程熱力學的基本理論和基本知識，重點掌握熱力學基本概念，熱力學第一、第二定律，水和水蒸氣性質，動力裝置循環和制冷循環等。流體力學要求學生掌握流體力學基本概念和基本理論，重點掌握流體的平衡和運動規律、勢流理論、邊界層理論、相似原理和氣體動力學基礎等。傳熱學的目的是使學生掌握有關熱量傳遞的基本理論知識（熱傳導、對流換熱、輻射換熱和換熱器），具備分析和計算傳熱學問題的能力。同時，各專業基礎課均要求掌握一定的實驗技術和實驗操作技能。
熱能動力工程專業中的諸多實際現象或科學問題，可能需要其中一門或多門課程的知識，或者可以從不同方向進行分析，進而達到全面認識的目的。因此，上述三門課程的學習不可偏廢，而且只有明確了各專業基礎的教學目的和要求，才能達到人才培養的基本要求。
2 優化教學內容
教學內容是培養創新型人才的核心。教師應根據課程教學大綱的要求，明確教學內容中的基本要求和核心要求。在此基礎上，適當拓寬、拓展教學內容，同時密切關注、跟蹤本專業不斷涌現的新的發展方向，不斷將與課程相關的新問題、新現象和新理論補充進來，通過豐富和優化教學內容，從而激發學生的學習興趣和動力。
如工程熱力學中，對于復雜動力裝置的分析以往多從熱I律（焓）角度進行研究，而目前文獻多從熱II律（焓和熵）角度出發，以找到節能降耗的薄弱環節和實現能量的梯級利用；又如流體力學和傳熱學近年來涌現了大量新問題，如微納尺度內流體的流動與傳熱，活性劑溶液鋪展過程的指進現象，負壓狀態下液滴的霧化過程等，以及新技術的應用，如高速攝像技術、PIV測速技術等等。在這些方面，教師可結合相關領域的研究和應用現狀，或自身的科研進展和興趣，將新的科學現象、科研成果融入本科教學，在拓寬知識面和提高學生科研興趣時，逐漸培養和發現創新型人才，并使部分有想法的同學提前進入預研狀態。
3 改進教學方法
教學方法是培養創新人才的關鍵環節，教學方法不同其教學效果也會有所不同。對于專業基礎課，教學內容多為經典的理論內容或方程推導，并由此展開實際應用的討論，目前這類課程多采用以教師為主的講授式方法。授課中，以教師為主體，學生基本處于被動位置，學生在課堂上很少主動提問或敢于就不同見解與教師商榷[2,3]。實踐表明，這種傳統的教學模式不僅不能發揮學生的主動性，也不利于創新型人才的培養。因此，轉變教學觀念、改進教學方法，逐步形成研究型教學的現代教育理念就成為培養創新型人才的迫切需要。當然，不同的教學內容應選擇恰當的教學模式，切不可盲目“一刀切”。對于基礎性和原理性的內容，仍以教師講授為主；在此前提下，針對課程有關內容（如持不同觀點），通過合理運用啟發式教學、討論式教學、準研討式教學[4]等形式，鼓勵學生廣開思路，敢于“于不疑處有疑”，在積極主動的教學活動中促進學生創新意識的培養。
發揮學生主體作用是培養創新人才的催化劑。為此，教師應逐步樹立教師主導、學生主體的教學理念[5]。教學中，積極創造良好的課堂氛圍，充分調動學生的主觀能動性，激發其學習動機和興趣，使其逐步成為教學活動的主角，從而將知識轉化為能力、將興趣轉化為動力、將質疑和問題轉化為研究課題。例如流體力學中，機翼理論中關于機翼升力的形成過程，又如關于邊界層分離現象中的分離位置，這些內容在不同教材有著不同的觀點，同學可自行查閱書籍和文獻，進而展開討論；傳熱學中，如何正確理解外掠圓管換熱局部換熱系數在不同雷諾數下的回升現象與邊界層發展和分離的關系，以及各種新型高效換熱器的型式和機理，而且同學均充分發揮想象力，從理論上提出新型換熱器。另外，有些拓展性內容也可讓學生講解，如流體力學講到超聲速流動及其現象時，對于音障現象及其對飛機的影響，可由1名同學來講，既拓展了知識面，又激發了學習興趣。
教學之外，針對學生對知識的求知欲、對新問題和未知現象的探索精神，充分發揮其主觀能動性和獨立思考的能力，鼓勵學生敢于想象，大膽提出自己的設想和觀點，逐步達到學以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前，部分學生在專業教師指導下，利用動力系實驗基地，積極參與全國和學校大學生創新計劃、數學建模比賽、大學生挑戰杯和大學生節能大賽等科技活動，以及教師的一些縱、橫向科研項目中。通過主持或參與具體的科研項目，不斷發現和解決新問題，逐步提高了自身的創新能力，同時也鍛煉了組織能力，培養了團隊精神，綜合能力得到明顯提升。通過上述實踐活動，目前已涌現出一些具有一定創新意識和創新能力的學生，或發表了學術論文，或授權了實用新型專利。而且也作為保送研究生的優選條件之一，也進一步促進了學生的參與熱情和科研積極性。
4 挖掘實驗教學內容
實驗教學是培養創新人才的有力手段。實驗教學不僅是對理論內容的實際驗證，更重要的是培養學生實驗技能和分析能力的重要措施[6]，也是發揮學生主體作用的最有效的實踐環節之一。專業基礎課實驗分為驗證性和綜合性實驗，驗證性實驗側重對基本原理的驗證和再現，綜合性實驗則側重于較復雜現象的分析，二者側重點各有不同。實驗中，若能充分發揮學生的主體作用和探究精神，通過深挖實驗教學內容的內涵，鼓勵對有關邊緣性現象的觀察和深層次問題的探索，勢必能在很大程度上提高培養學生的創新意識和能力。因此，實驗中，強調學生親自動手操作實驗、主動分析實驗現象、獨立思考問題和解釋問題。
驗證性實驗也能在很大程度上提高學習效果。如流動演示實驗中，在突然擴大的流動通道內，可清晰地觀察到突擴前的截面上其流線為接近于平行直線，這也是為何在理論分析中可以把該截面近似作為緩變流截面的原因所在，若不通過實驗現象，僅靠想象既不直觀又缺乏說服力，而且可通過改變流速，進一步驗證這一假設是否始終成立。又如流體力學中的伯努利方程實驗，該實驗再現了各測點處的總水頭和靜水頭在不同流量下沿流動方向的變化規律，若脫離實驗過程，也可以從能量守恒和能量轉換的角度得出上述規律，這當然需要扎實的理論基礎和分析能力，但理論和實驗教學的有機結合，可起到事半功倍的效果。
綜合實驗更能全面考察學生的學習效果和運用知識的能力。如換熱器綜合實驗中，為何對于相同的換熱器結構，逆流情形下的傳熱系數要小于順流情形；并聯管路特性及流量分配實驗中，為何具有相同結構的各并聯管道其流量不同，壓力損失也不同；離心泵并聯及工況調節實驗中，在不同負荷下，采用共用閥和非共用閥進行調節其經濟性為何不同；邊緣性現象，如泵性能實驗中的汽蝕特征及噪聲特性也值得進一步研究。
另外，對于實驗數據的處理，坐標系選用線性坐標還是對數坐標，參數是以有量綱還是無量綱形式進行整理，實驗數據壞點的正確剔除和有效數據的保留等，都有充分發揮的余地，也是培養學生科學思考問題和獲得正確結果的關鍵之處。
5 改革考試方法和內容
考試作為教學活動的最后一環，是教學成效和學習效果的綜合反映，教學過程的各個環節，尤其是薄弱環節都可以從成績分布上反映出來。因此，考試方法和內容是否能夠有效地反映了教和學的全過程，將在一定程度上影響創新型人才的培養。為此，筆者一改過去單純采用閉卷考試的方法，從內容到形式上進行了多方面嘗試，探討了多種教學環節有機結合的考試方法，力求實現對教學效果的全過程評價。
目前，在考試內容方面，一是在符合教學大綱要求的前提下，將實驗教學內容納入考核范圍，分值為150%，內容包括實驗現象和參數變化的分析、儀器的測量原理和用途等。實踐表明，此項措施的實施在很大程度促進了對實驗教學全過程的重視，取得了預期的效果。二是增加了理論聯系實際較強的題目，或綜合性題目或拓展性題目，分值為10%，進一步提高提煉科學問題或全面綜合運用知識的能力，也有助于發現創新型的學生。在考試方法方面，采取了包括開卷考試、期中+期末考試、實驗成績+期末考試、平時測評+期末考試等在內的多種方式。無論是開卷還是閉卷，均將復雜必要的公式附在試卷上或給出相關提示，將考核重點放在知識的應用能力和分析能力上面。期中+期末和平時+期末這兩種方式通過強調平時的知識積累和復習，做到及時發現問題、及時解決問題。
總之，以專業基礎課為載體，通過深挖和細化教學活動各環節的深層次潛力，將創新型人才的培養貫穿于教學的全過程，可促進教學效果和人才質量的全面提高。
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篇12
研究宏觀低速的理論是牛頓力學,研究對象為宏觀低速運動的物體。例如:汽車、火車的運動,地球衛星的發射。在牛頓力學中,牛頓認為:質量、時間、空間都是絕對的。也就是說,對于時間來講不存在延長和收縮的問題,即時間是在一秒鐘,一秒鐘地或一個小時,一個小時地均勻流失。對于空間和質量來講也不存在著變大或變小的問題。牛頓力學的三大定律,就是在這樣的基礎上建立的。
1.2 宏觀高速階段
研究宏觀高速的理論是愛因斯坦的相對論力學,愛因斯坦在1905年發表了論文相對論力學。愛因斯坦認為空間、質量、時間都是相對的。并且找出了動質量和靜質量之間的關系:其中m0為靜質量;m為動質量。
1.3 微觀低速階段
其理論是薛定諤,海森堡兩個創立的量子力學。研究對象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見的物質。
1.4 微觀高速階段
理論是量子場論,研究對象為宇宙射線,放射性元素。例如:“鐳”。量子場論就是粒子通過相互作用而被產生,湮滅或相互轉化的規律。例如:通過對天外射線射向地球宇宙射線的研究發現“反粒子”,即電子的反粒子正電子。負電子與正電子相互作用湮沒—— 轉化為二個γ光子,例如“閃電”。
2物理學與工程技術的關系
物理學與工程技術有著密切的關系,他們之間是相互促進共同發展的。我們平時常說科學技術,實際上科學和技術是兩個不同的概念。科學解決理論問題,而技術解決實際問題。科學是發現自然界當中確實存在的事實,并且建立理論,把這些理論和現象聯系起來。科學主要是探索未知,而技術是把科學取得的成果和理論應用于實際當中,從而解決實際問題。所以技術是在理論相對比較成熟的領域里邊工作。科學與工程技術相互促進的模式主要有以下兩種。
2.1 技術—— 物理—— 技術
例如:蒸汽機的發明和蒸汽機在工業當中的應用形成了第一次工業革命—— 熱力學統計物理—— 蒸汽機效率的提高,內燃機,燃氣輪機的發明。這一次主要是這樣:由于蒸汽機的發明,在當初工業應用上,出現了很多應用技術的問題。例如蒸汽機發明的初期熱效率很低,大概不到5％。這樣,就對物理提出了很尖銳的問題。那就是熱機的效率最高能達到多少？熱機的效率有沒有上限？上限是多少？再一個就是通過什么樣的方式來提高熱機的效率？由于這些問題就促進了物理學的發展,正是在這些問題解決的過程當中,逐漸形成和建立了熱力學統計物理。而熱力學統計物理很好地回答了提高熱機效率的途徑,以及提高熱機效率的限度等等這些理論上的問題。
2.2 物理—— 技術—— 物理
例如:(1)電磁學—— 發電機,電力電器,無線電通信技術—— 電磁學;電磁學從庫侖定律的發現,以及法拉第發現電磁感應定律,直到1865年麥克斯韋建立電磁學基本理論,這些都是科學家在實驗室里邊逐漸形成的,這都是理論建立的過程,而這些理論應用于實際就發明了電動機、發電機等其它電器以及無線電通信技術,而這些實用技術的進一步發展又給電磁學提出來了許多需要解決的實際問題。正是這些問題的逐步解決,使得電磁學更加的完善和在理論上進一步得到了提高。(2)量子力學,半導體物理—— 晶體管超級大規模集成電路技術,電子計算機技術,激光技術—— 量子力學,激光物理;量子力學是20世紀初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論,這種理論應用于解決晶體的問題就形成了半導體技術,而半導體技術的進一步發展就發明了大規模集成電路和超大規模集成電路,而超大規模集成電路的發明是產生電子計算機的主要物質基礎,而正是由于電子計算機技術的發展又向量子力學提出了一些其他更加深刻需要解決的問題,而這些問題的解決就促進了量子力學的進一步發展和完善。(3)狹義相對論,質能關系E=mc2,E=mc2—— 原子彈及核能的利用—— 核物理,粒子物理,高能物理;狹義相對論是20世紀初期愛因斯坦建立的一種理論,他是為了解決電磁學等其他物理學科上的一些經典物理當中理論上的一些不協調和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論,這種理論當中有一個很重要的理論結果,那就是質能關系E=mc2,E=mc2。而這種質能關系被我們稱為打開核能寶庫的鑰匙,這一理論結果的應用直接導致了或者指導了核能的應用,而對于核能的進一步應用又提出了許多新的問題,而這些新問題的進一步解決使得理論更加完善而得到進一步提高,從而形成像核物理,粒子物理,以及高能物理等等,那么實際技術上問題的解決又進一步促進了物理學的發展。
3結語
應該說物理和技術有著密切的聯系,物理原理及理論的初創式開發和應用都形成了當時的高新技術,物理學仍然是當代高新技術的主要源泉。所有新技術的產生都在物理學中經歷了長期醞釀。例如:1909年盧瑟福的粒子散射實驗—— 40年后的核能利用;1917年愛因斯坦的受激發射理論—— 1960年第一臺激光器的誕生等,整個信息技術的產生、發展,其硬件部分都是以物理學為基礎的。
參考文獻
[1] 張啟仁.經典場論[M].北京:科學出版社,2003.
[2] 井孝功.量子力學[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2004.
[3] 關洪.空間:從相對論到M理論的歷史[M].北京:清華大學出版社,2004.
[4] 保羅·貝內特[著],蘇福忠[譯].時間[M].上海:上海人民美術出版社,2003.
[5] G.司蒂文遜,C.W.凱爾密司特.狹義相對論[M].上海:上海科學技術出版社,1963.
篇13
1 物理學的發展過程
1.1 宏觀低速階段
研究宏觀低速的理論是牛頓力學，研究對象為宏觀低速運動的物體。例如：汽車、火車的運動，地球衛星的發射。在牛頓力學中，牛頓認為：質量、時間、空間都是絕對的。也就是說，對于時間來講不存在延長和收縮的問題，即時間是在一秒鐘，一秒鐘地或一個小時，一個小時地均勻流失。對于空間和質量來講也不存在著變大或變小的問題。牛頓力學的三大定律，就是在這樣的基礎上建立的。
1.2 宏觀高速階段
研究宏觀高速的理論是愛因斯坦的相對論力學，愛因斯坦在1905年發表了論文相對論力學。愛因斯坦認為空間、質量、時間都是相對的。并且找出了動質量和靜質量之間的關系：其中m0為靜質量；m為動質量。
1.3 微觀低速階段
其理論是薛定諤，海森堡兩個創立的量子力學。研究對象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見的物質。
1.4 微觀高速階段
理論是量子場論，研究對象為宇宙射線，放射性元素。例如“鐳”。量子場論就是粒子通過相互作用而被產生，湮滅或相互轉化的規律。例如：通過對天外射線射向地球宇宙射線的研究發現“反粒子”，即電子的反粒子正電子。負電子與正電子相互作用湮沒——轉化為二個γ光子，例如“閃電”。
2 物理學與工程技術的關系
物理學與工程技術有著密切的關系，他們之間是相互促進共同發展的。我們平時常說科學技術，實際上科學和技術是兩個不同的概念。科學解決理論問題，而技術解決實際問題。科學是發現自然界當中確實存在的事實，并且建立理論，把這些理論和現象聯系起來。科學主要是探索未知，而技術是把科學取得的成果和理論應用于實際當中，從而解決實際問題。所以技術是在理論相對比較成熟的領域里邊工作。科學與工程技術相互促進的模式主要有以下兩種。
2.1 技術——物理——技術
例如：蒸汽機的發明和蒸汽機在工業當中的應用形成了第一次工業革命——熱力學統計物理——蒸汽機效率的提高，內燃機，燃氣輪機的發明。這一次主要是這樣：由于蒸汽機的發明，在當初工業應用上，出現了很多應用技術的問題。例如蒸汽機發明的初期熱效率很低，大概不到5%。這樣，就對物理提出了很尖銳的問題。那就是熱機的效率最高能達到多少？熱機的效率有沒有上限？上限是多少？再一個就是通過什么樣的方式來提高熱機的效率？由于這些問題就促進了物理學的發展，正是在這些問題解決的過程當中，逐漸形成和建立了熱力學統計物理。而熱力學統計物理很好地回答了提高熱機效率的途徑，以及提高熱機效率的限度等等這些理論上的問題。
2.2 物理——技術——物理
例如：
①電磁學——發電機，電力電器，無線電通信技術——電磁學；電磁學從庫侖定律的發現，以及法拉第發現電磁感應定律，直到1865年麥克斯韋建立電磁學基本理論，這些都是科學家在實驗室里邊逐漸形成的，這都是理論建立的過程，而這些理論應用于實際就發明了電動機、發電機等其它電器以及無線電通信技術，而這些實用技術的進一步發展又給電磁學提出來了許多需要解決的實際問題。正是這些問題的逐步解決，使得電磁學更加的完善和在理論上進一步得到了提高。
②量子力學，半導體物理——晶體管超級大規模集成電路技術，電子計算機技術，激光技術——量子力學，激光物理；量子力學是20世紀初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論，這種理論應用于解決晶體的問題就形成了半導體技術，而半導體技術的進一步發展就發明了大規模集成電路和超大規模集成電路，而超大規模集成電路的發明是產生電子計算機的主要物質基礎，而正是由于電子計算機技術的發展又向量子力學提出了一些其他更加深刻需要解決的問題，而這些問題的解決就促進了量子力學的進一步發展和完善。
③狹義相對論，質能關系E=mc2， E=mc2——原子彈及核能的利用——核物理，粒子物理，高能物理；狹義相對論是20世紀初期愛因斯坦建立的一種理論，他是為了解決電磁學等其他物理學科上的一些經典物理當中理論上的一些不協調和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論，這種理論當中有一個很重要的理論結果，那就是質能關系E=mc2，E=mc2。而這種質能關系被我們稱為打開核能寶庫的鑰匙，這一理論結果的應用直接導致了或者指導了核能的應用，而對于核能的進一步應用又提出了許多新的問題，而這些新問題的進一步解決使得理論更加完善而得到進一步提高，從而形成像核物理，粒子物理，以及高能物理等等，那么實際技術上問題的解決又進一步促進了物理學的發展。
3 結語
應該說物理和技術有著密切的聯系，物理原理及理論的初創式開發和應用都形成了當時的高新技術，物理學仍然是當代高新技術的主要源泉。所有新技術的產生都在物理學中經歷了長期醞釀。例如：1909年盧瑟福的粒子散射實驗——40年后的核能利用；1917年愛因斯坦的受激發射理論——1960年第一臺激光器的誕生等，整個信息技術的產生、發展，其硬件部分都是以物理學為基礎的。
參考文獻：
[1]張啟仁.經典場論 [M] .北京 ：科學出版社 ，2003.
[2]井孝功.量子力學 [M] .哈爾濱 ：哈爾濱工業大學出版社，2004.
