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“工程热力学”课程绪论部分教学方法探讨

“工程热力学”课程绪论部分教学方法探讨武和全，朱英杰（长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙410114）摘要：绪论是教材的先导与灵魂，通常包括本课程的重要性及任务、目的、主要内容和学习方法等内容。本文从“工程热力学”课程绪论部分的重要性及现阶段教学中常见问题出发，对如何完善绪论部分的教学方法进行了深入探讨。关键词：绪论；探讨；教学方法基金项目：长沙理工大学教改课题项目作者简介：武和全（1982-），男（汉族），湖北仙桃人，工学博士，讲师，长沙理工大学汽车与机械工程学院，主要讲授工程热力学及传热学等课程。绪论课是指每门课程正式教学前的前言课或者简介课，是不可缺少的教学环节，主要内容包括：课程的教学目的、内容、要求、重点、学习方法和教学总体安排等。作为课程教学的第一节课，绪论课的教学好坏直接影响学生对整个课程学习的热情和动力。“工程热力学”是众多工程类专业的主要专业基础课，对学生研究能力和解决实际问题能力的培养十分重要，因此，其绪论课程的教学尤为重要。教师应力求在与学生的第一次交流中就使其明确学习“工程热力学”的原因、目的、内容和方法等几个重要问题，以激发学生进一步学习“工程热力学”及相关课程的兴趣。一、绪论部分教学内容“工程热力学”课程的绪论总共包括四个部分，即：热能的利用、热力学的发展简史、课程的研究对象和主要内容以及热力学的研究方法。1.热能的利用。自然界中存在的能源主要有：风能、水能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等。在这些能源中，除风能和水能是以机械能的形式直接被利用外，其他各种能源只能直接或间接地（通过燃烧、核反应）提供热能。据统计，有85%～90%的能源是转换成热能后再加以利用的。热能利用的水平在一定程度上能够反映社会生产力的发展水平。热能的利用这部分一方面讲述了能源的定义、主要存在形式以及在人类生活各个方面的重要作用，另一方面讲述了能源中最常用的能源———热能的利用方式：通过各种类型的发动机及发电机，使燃料热能转变为机械能或者电能和热能的直接利用。2.热力学的发展历史。人们对热的本质及热现象的认识，经历了一个漫长曲折的探索过程。在古代，人们就知道热与冷的差别，能够利用摩擦生热、燃烧、传热、爆炸等热现象来达到一定的目的。但在很长时间内，人们只看到了热的现象，认为热是一种没有形体的“热素”，物体得之则热，失之则冷。直到1850年，迈耶（Mayer）和焦耳（Joule）等人经过艰苦实践，才确立了热能之间的当量关系，也就是确认了热力学第一定律。1850—1851年间，克劳修斯（Clausius）和汤姆逊（Thomson）先后提出了关于热能和机械能在转换上存在着方向性问题，即热力学第二定律的基本观点。热力学第一定律、第二定律是从无数实践经验中总结出来的、公理性的定律，这两个定律的确立奠定了热力学的基础。热力学形成初期，主要是研究热机中热能和机械能的转换。后来，随着热力学本身的不断发展，除了指导热机的发展外，又被广泛应用到其他自然科学和生产部门中。热力学不但与热机、制冷、热泵、空气分离、空气调节等传统工程有关，还发展到宇宙航行、新能源探索等新技术领域中，并相应地发展了新的理论，形成了若干分支。工程热力学就是热力学的一个重要分支。3“。工程热力学”课程的研究对象和主要内容。工程热力学是研究热能与机械能相互转换的一门学科。它的主要内容包括三部分：（1）介绍构成工程热力学理论基础的两个基本定律———热力学第一定律和热力学第二定律。（2）介绍常用工质的热力性质。（3）根据热力学的基本定律，结合工质的热力性质，分析计算实现热能和机械能相互转换的各种热力过程和热力循环，阐明提高转换效率的正确途径。4.热力学的研究方法。热力学的研究有两种途径：一是现象或经典热力学；二是统计热力学。经典热力学完全由宏观现象出发，以实践为基础来描述客观规律，把由大量分子组成的物质看成是连续均匀的整体，采用一些宏观物理量来描述物质所处的状况，并且根据两个基本定律，导出这些物理量之间的普遍关系，因此具有高度的普遍性和可靠性。经典热力学的结构比较简单，只要利用几个基本概念就能进行热力学定律的推演，而这些基本概念较为直观，易于理解，涉及的变量也少。统计热力学是研究热现象的微观理论，它从物质内部的微观结构出发，应用力学规律说明分子的运动，并用统计的方法说明大量分子紊乱运动的统计平均性质，因而它能够从物质内部的微观运动机理，更好地说明宏观热现象的物理实质。但它的分析过程较为复杂，不像宏观理论那样直观、简单，故主要用于理论研究工作。本科阶段的“工程热力学”课程主要采用宏观方法进行讨论。二、绪论部分的教学应该解决的问题1.明确学习目的，解决为什么要学的问题。“工程热力学”的特点是理论性强，概念多且抽象；公式推导多，应用条件复杂