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《熱處理原理與工藝》是材料科學與工程專業金屬材料方向的核心課程,主要講授鐵碳合金過冷奧氏體發生珠光體、馬氏體、貝氏體等固態相變的原理,以及正火、退火、淬火、回火等熱處理的方法和工藝。從教學內容上看,該課程不僅涉及到物理化學、金屬學、晶體學等多門理論,具有理論性強、抽象性強、綜合性強的特點,而且又與實際生產聯系緊密,具有實踐性強、知識更新速度快的特點。該課程既要求學生具備堅實的基礎理論知識,又要求學生具備一定的分析解決實際問題的能力,能夠根據固態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過程中有針對性地進行理論結合實際、化理論為具體、化抽象為形象的授課,要達到這一目標,實踐教學就成為其中的關鍵一環。
通過熱處理實踐促使學生對抽象問題的理解,通過基本原理的運用詮釋實踐過程的各種現象。因此,在該課程的教學中必須加大實踐教學的力度,對傳統的實踐教學模式進行改革。筆者結合我院《熱處理原理與工藝》課程實踐教學開展的情況,提出了實驗教學改革與實踐的幾點體會。
一、《熱處理原理與工藝》實踐教學存在的問題
1.教學內容陳舊,學生自主實驗訓練不足。由于受重視程度或實驗條件的限制,大多數熱處理實驗內容沒有隨著實驗技術手段的進步進行改進,這些很多年不變的實驗內容難以具有挑戰性,學生難以發生興趣或產生求索的欲望,從而不重視實驗,達不到預期目標。而且,傳統的熱處理實驗側重于學生單項技能和對知識的驗證為主,綜合性、設計性實驗比重較輕,尤其是學生自主的開放性實驗訓練很少。這樣就不能將熱處理課程中的不同熱處理工藝串聯起來進行實驗訓練,缺乏讓學生進行系統地綜合運用所學知識與技能的主線。
2.教學模式單一,學生創新能力培養缺乏。材料專業涉及熱處理實踐的環節主要有課程實驗、實習實踐和畢業論文階段。在實驗教學環節,教師詳細講解實驗原理、實驗步驟、注意事項等,學生根據流程進行實際操作;在實習實踐環節,學生在企業主要看生產過程和聽師傅講解,動手機會很少;在畢業設計環節,教師擬定題目,下達任務書,學生在教師指導下進行實驗。在這些實踐環節,教師是教學的主體,學生根本沒有獨立思考,只要按照教師的要求“照單抓藥”即可。這種實踐教學模式難以提高學生的動手能力和分析問題、解決問題的能力,缺乏對學生創新思維、創新能力的培養。
3.教學資源匱乏,實踐教學質量難以保證。隨著學生規模的急劇增加,材料專業實踐教學過程中不同程度的存在教學資源匱乏的問題。一方面,學生的擴招造成硬件設施的相對不足,導致實驗任務安排與落實困難,造成實驗安排在時間上相對集中,實驗過程給學生參與動手的機會少,等等問題,使得實驗教學匆匆走過場。同時,學生人數的增多也增加了實習實踐的困難,企業不能接納更多的學生進行實習,導致學生實習時間變短,實習過程走馬觀花。這些原因導致熱處理實踐教學流于形式,實踐教學改革難以落到實處,實踐教學質量自然難以保證。
二、《熱處理原理與工藝》實踐教學改革的措施
1.優化實踐教學內容,增加學生自主性綜設實驗的比重。將大部分驗證性實驗項目整合成適合于使用仿真實驗或多媒體教學軟件教學,增加綜設性實驗比重,要求學生根據實驗條件自主選材,自己設計熱處理工藝方案并實施操作,獨立觀察顯微組織和測試力學性能,鍛煉學生發現問題、分析問題、解決問題的能力;更新實驗內容,創新實驗項目,確保實驗教學內容科學前沿,注重傳統與現代的結合、學與用的結合,在此基礎上建立熱處理相關的開放性實驗項目庫,鼓勵學生在課外根據個人興趣自主選擇實驗項目進行探索研究,培養學生的自主實踐能力和科研興趣。
2.充分挖掘校內外資源,改善實踐教學條件。充分利用依托我院建設的國家復合改性聚合物工程技術研究中心、貴州省材料結構與強度重點實驗室、貴州省激光技術應用工程研究中心、材料測試與結構分析實驗中心等資源,建立儀器設備共享機制,為熱處理實踐教學創造良好的實驗條件。加強與中航工業143廠、183廠、154廠、標準件廠及西南工具集團、貴州合潤鋁業、貴州金飛輪轂等建有熱處理生產線的大中型企業合作,聯合建立了學生實踐實訓基地,加強熱處理實踐教學條件建設,讓學生在生產現場直接進行熱處理實踐技能和創新能力的鍛煉和體驗。
3.改革實踐教學模式,建立多元化的實踐教學體系。利用我院每年舉辦的金相技能大賽和參加全國大學生金相技能大賽的機會,組織學生進行制樣培訓和比賽。在此過程中,學生通過不同熱處理狀態金相試樣的比較直觀了解到熱處理工藝對材料的組織性能的影響,能夠加深對熱處理的感性認識。同時,向學生全面介紹本學院教師的科研方向、承擔的課題等信息,鼓勵學生聯系相關教師申請參與科研實驗,同時支持學生組成課題組申報國家級、省級和校級大學生創新創業訓練計劃,在教師的指導下獨立進行金屬熱處理相關項目的研究,將熱處理的基本原理和工藝運用到科研實踐中,進一步提高學生利用所學知識解決實際問題的能力。此外,在實習過程中針對實習工廠生產的實際情況,設計相關的實踐項目,讓學生帶著項目、帶著問題進行有針對性的實習并撰寫實踐報告,增強學生解決工程實際問題的意識和能力。
4.完善網絡資源,建立網上實驗平臺。通過網頁、微博、QQ群等方式搭建網上實驗平臺,將實驗設備資料、實驗教學教案、儀器操作視頻、開放實驗項目等相關信息共享在平臺上。學生可以在網上了解儀器設備功能、實驗方案設計、基本操作過程等內容,根據自己的興趣選擇實驗項目或自擬項目進行網上預約實驗,并可通過網絡平臺提出問題、尋求幫助,教師可以在網絡平臺上及時進行解答指導,增強教師和學生的互動。網絡平臺的建立不僅可以提高學生自主實驗的便利性,更可以激發學生的學習興趣,培養學生的動手能力和創新能力。
5.改進考評辦法,發揮正向引導作用。為了從制度上引導、督促學生重視實驗教學環節,提高學生的熱處理實驗積極性和學習興趣,改進學生的考評辦法,將課程實驗成績、項目實踐成績納入本課程的綜合成績中去,且占總成績比重不低于20%。課程實驗考核主要從綜設性實驗方案擬定、實際操作、實驗分析、實驗報告等方面進行綜合評定,按百分制給出分數,重點考查學生的創新思維和創新能力、實踐動手能力;項目實踐考核只針對部分對科研有興趣的學生,其成績作為平時成績的加分因素,主要從科研項目的創新性和先進性、實驗方案的合理性、實驗結果的正確性、論文的規范性等方面綜合評定。通過加大實踐環節在總成績中所占的比例,提高學生對熱處理實踐環節的重視程度,培養學生理論知識應用于實踐的能力。
關鍵詞 熱處理;多媒體教學;啟發式教學方法
中圖分類號:G642.4 文獻標識碼:B 文章編號: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材料成型及控制工程專業一門重要的專業基礎課,教學內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變、馬氏體轉變等鋼在加熱及冷卻過程中發生的組織及性能轉變規律;熱處理工藝介紹退火、正火等熱處理方法。通過對這門課的學習,可以讓學生在掌握熱處理原理的基礎上合理地制訂熱處理工藝路線。
從教學內容上看,熱處理原理部分理論性強,內容抽象,熱處理工藝部分又與實際生產聯系緊密,如果不注意教學策略,學生在難于理解運用的同時就會覺得枯燥無味,很難產生學習興趣,教學效果也較差。然而,該課程的教學目標要求學生既要具備堅實的基礎理論知識,還要具備一定的分析解決實際問題的能力。那么,怎樣實現這一目標呢?針對教學內容的特點,筆者嘗試采用以下策略進行教學實踐,收到良好的教學效果。
1 以“趣”為主線
孔子說過:“知之者不如好之者,好之者不如樂之者。”可見,“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過程中,可深入挖掘教材內容,通過舉例子講故事、從現象出發引導學生思考等方法,有目的地設計“興奮點”以激發學生興趣,培養學生的學習思考能力,以適當的案例啟發學生的思維,探究現象的本質,找出規律。
如在教學熱處理這章內容時,先設計些觀察思考題,例如:“兩段直徑為1 mm的鋼絲,同時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。當鋼絲完全冷卻后進行折彎,發現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致同種材料性能的差異,為什么?”“敲擊學生金工實習作品小錘子的錘頭,一錘頭工作面出現凹凸不平,而另一個經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?是什么原因導致錘頭性能的差異呢?”通過這些思考題的提出,好奇的學生就會把興趣轉移到熱處理課程枯燥、抽象的內容上。
2 教學內容改革
熱處理原理及工藝課程的教學內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,內容抽象,且與材料科學基礎等基礎課程內容聯系密切;第二部分“熱處理工藝”部分與實際生產聯系緊密。第一部分內容是第二部分的理論基礎,而第二部分內容是第一部分的應用。因此在教學過程中,教師應抓住主線,突出重點,注重理論聯系實際,并且強化實驗教學環節。
隨著科學技術的迅速發展,熱處理領域新工藝、新理論不斷出現。因此,處理好傳統內容與現代內容的關系,適當壓縮、簡化經典內容,充實當前熱處理領域的最新研究成果。如增加激光熱處理、真空熱處理等現代化的熱處理方法等內容,使學生及時了解熱處理原理及工藝的最新研究和發展動態。
3 采用多媒體教學
與“一塊黑板、一支粉筆、一本教材、一張嘴”的傳統教學方式相比,多媒體教學的優勢在于其是圖、文、聲、像、動畫、視頻的有機結合體。在熱處理原理及工藝課程上的教學工作中,采用多媒體教學手段,可將抽象的概念轉化為圖文并茂的畫面,將復雜的工藝過程轉化為直觀的視頻,使學生能夠充分利用視覺和聽覺來獲取新知識,教學內容直觀易懂,課堂氣氛生動活潑,易于被學生理解。并且采用多媒體教學方式,節省了大量的粉筆板書時間,使教師能夠有更多精力對學生課堂進行管理和引導,提高了教學效率。
例如,對于與實踐聯系緊密的“鋼的熱處理工藝:淬火、正火、退火、回火等”內容,學生很難想象熱處理的工藝過程。采用多媒體教學方法,將熱處理工藝制作成為動畫或錄像放給學生觀看,使他們有身臨其境的感覺,對熱處理工藝過程有了直觀的了解,給課堂增添了更多趣味,極大地調動了學生的興趣,增強了學習效果。目前已連續幾屆采用自制的多媒體課件進行教學,受到學生的廣泛歡迎,增強了教學效果。
4 采用啟發式、討論式教學方法
熱處理原理及工藝課程知識系統性較強,且原理和工藝部分聯系緊密。因此,在教學過程中應注意有關概念之間的內部聯系,注重其本質特點的講解,從而進行它們異同的比較。并且,針對特定內容進行啟發誘導,激發學生的求知欲望,使學生不但活躍了思維,而且接受了新知識,鞏固了舊知識。但要想做好啟發教學,教師必須下功夫深入研究教材,通過多種途徑來調動學生學習的積極主動性,啟發學生進行獨立思考。
在每節課的教學過程中,教師不與學生進行互動,不僅使課堂氣氛沉重,學生失去學習興趣,而且教師也不了解學生對知識點的理解掌握程度。在教學過程中,可以采用課堂提問、組織討論等方式,與學生進行互動和交流。采用討論式教學方式不僅活躍課堂氣氛,調動學生學習的積極性,而且能培養學生獨立思考和積極思考的能力,實現教學質量的良好反饋。但要想組織好課堂討論,教師首先要針對具體內容設計討論主題,并且在討論過程中應注重引導學生聯系所學理論知識。
例如,對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”這部分內容的講解過程中,可以進行分組討論,并且在討論過程中教師加以引導。這樣,大多數學生對淬火熱處理工藝有了更深的理解,針對具體零件可以正確選擇熱處理工藝路線。
5 強化實踐教學
熱處理原理及工藝課程的教學目標之一即讓學生靈活運用熱處理工藝來解決實際問題,那么怎樣提高學生理論與實際聯系的能力呢?實驗教學是解決這一問題很好的途徑,通過實驗教學環節,既可以培養學生理論聯系實際的思維方式,提高學生的實踐能力,反過來又可以促進理論教學效果的增強。
因此,為了培養學生理論聯系實際獨立解決問題的能力,在學時緊的情況下,仍安排實驗8學時,實驗學時占總課時的17%。并且,為了提高學生的積極主動性,將部分實驗由演示性實驗改為設計性實驗,由學生自己動手完成實驗的全過程。例如,鋼的淬透性測定實驗,原來為演示性實驗,即材料的熱處理過程由實驗教師完成,僅由學生進行硬度測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。現在該實驗為綜合設計性實驗,學生根據給定材料的化學成分,根據學習的理論知識,首先合理制定淬火工藝路線,然后在實驗室獨立完成熱處理工藝操作,這一環節結束后再進行硬度測試、不同材料淬透性比較等過程。新方式能更好地調動學生學習的主動性,強化了學生對理論知識的理解。
另外,還可通過認識實習、生產實習等實踐教學環節來彌補學校教學條件的不足,讓學生走進企業,親身感受實際生產環境,體驗實際生產過程。并且在學生參觀過程中,經驗豐富的車間技術人員針對生產內容進行細致解說,引導學生把所學理論知識與實際生產過程進行結合,使學習的知識不斷深化,從而大大提高該課程的教學質量。
6 結論
在熱處理原理及工藝的教學中,應針對課程內容特點,通過以“趣”為主線,對教學內容進行改革,采用多媒體教學,啟發式、討論式教學方法及強化實踐教學等方式,以激發學生學習的積極性和主動性,使學生更好地理解知識、掌握知識、靈活運用知識。
參考文獻
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[2]李傳瑞,丁麗,王銀鳳.熱處理原理及工藝課程教學的改革與實踐[J].時代教育:教育教學版,2009(10):27.
由于浮法玻璃的產量相當巨大,所以其嚴重影響到我國的經濟和相關產業。浮法玻璃制造工藝一向被公認為是玻璃生產工藝里面的規模生產技術水平最高的,但是它也存在諸多的問題,比如:其溶制時間很長、其溶制的溫度很高、其余熱和廢氣度環境的危害很大、能源和原材料的消耗量也很大等等。除此以外,生產出來的玻璃產品還依賴高溫、嚴格的氣氛控制以及長時間保溫等來確保錫槽和熔窯等生產設備的穩定。所以,對其的生產還需要做進一步研究,以促進發展的平衡。
化學熱力學就是一個能到做到全方位分析和研究的工具,不需要太多的數據就可以研究材料生產制備的熱加工過程和過程中材料的相結構以及其性能的嬗變規律。對于這一點,在鋼鐵材料的研究運用中最為顯著。然而,大家也都清楚,玻璃是典型的非晶態無定型的物質,并且它的結構極為復雜,和相結構和相組成比較簡單的金屬材料是大有不同。因此,所采用的模型、計算方法還有對應的數據庫以及其數據整理等都會不同,需要對此一一展開研究。本文是闡述通過嘗試使用化學熱力學方法來研究浮法玻璃的一些工作,希望可以啟到一定的作用。
化學熱力學計算的研究平臺MTDATA
MTDATA是一整套電子計算機軟件程序包和數據庫技術,是用于多項復雜體系化學熱力學、熱過程計算分析。它的工作原理就是以熱力學物理相平衡的原則。通過積累的簡單系統的熱力學數據和專門構建的數據庫來作為基礎,根據選擇的或者設計的模型來展開計算分析工作。全過程通過相變熱力學計算分析以及非平衡計算的模型方法和實際測量的數據,就可以氣相在內的體系各相間的真實相互轉變的關系,由此可以很清楚地知道材料的制備和加工的過程,從而找出可以提高產品質量的關鍵點和環保的途徑,這樣有助于可持續發展。針對平板玻璃而言,其結構的形成,產品性能的變化,玻璃氣泡與玻璃產品性能,其熔化制備過程中的硅酸鹽反應過程細節,氣氛與澄清,氣體成分分布以及熔窯侵蝕等對玻璃生產工藝過程很重要,可是傳統的方法卻很難深入到系統的研究,所以采用這種方法比較合適。
數據的采集和數據庫
之前就有提到說浮法玻璃的組成是非常的復雜的,而且整體體系的化學熱力學相變過程所涉及到的因素也很多。所以在這個計算處理的過程中,不能僅是簡單的數據疊加,需要專門設計計算的流程和模型以及專業的數據庫才可以滿足。所以,NPL的方法是和皮爾金頓等企業合作建設MTOX數據庫,并且不斷地升級,可以涵蓋研究中可以包含的所有的氣體系統。其數據庫的問題對于研究的結果是否具有準確性和實用性啟著關鍵的作用。在研究中,發現了浮法玻璃在高溫液態的時的氣態的含量對玻璃液的澄清和產品的光學性能影響較大。所有計算體系中,對采用的數據和數據庫需要進行部分實測和計算調整。因為一般的浮法玻璃都是氧化物體系,含氧類的氣體為主,通過氧化物的氣體傳感器,利用電化學原理,形成系統的裝置,實施實驗室和生產在線測量,經過整理、對比以及計算分析,便可以推算出玻璃窯和玻璃液中氣體的含量變化規律,以此作為化學熱力學計算的基礎數據之一。
玻璃形成的過程
普通硅酸鹽玻璃成分結構很復雜,玻璃結構的形成過程對于玻璃的研究者和制造者來說,十分重要。如果可以掌握玻璃結構的形成規律以及與制備環境條件和原料的組成的關系,就可以很全面地控制玻璃的改性、玻璃的生產以及其加工,找到工藝制度需要改進的地方和可以采用環保的生產的措施等等。雖然熱力學計算出的相比較復雜,但是它的結構變化是對應著普通平板玻璃液相形成的變化規律,這便可以結合現代的結構分析方法來分析總結出玻璃的結構和形成的特點。
玻璃生產中所用的澄清劑
玻璃澄清也就是將玻璃里面的氣泡清除掉。現在采用熱力學研究的方法就是,通過設計研制的探測器,定位安放和測量獲得氣體、氣泡的信息。進行計算,做好化學組成、溫度的研究,從而建立模型,掌握氣泡的衍生和變化的規律。從而專門研發相關的澄清劑和專門的數據庫,促進深入研究氣泡的形成變化。
總結
流行性出血熱合并重癥急性胰腺炎臨床少見,本例通過腹膜透析治療達到臨床治愈。
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血管廣泛性損害,臨床上以發熱、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用腹膜透析成功搶救治愈,現報告如下。
1 病歷摘要
患者男性,39歲。因寒戰、高熱,腹痛伴腰痛4 d于2006年6月28日入院。病史:患者4天前無誘因出現發熱,體溫高達39℃,伴頭痛,全身酸痛,中上腹痛,呈持續性鈍痛向腰背部放散,腰痛,腹脹,無明確鼠類接觸史。入院時查體:血壓110/60 mm Hg,急性病容,全身皮膚黏膜無出血點及黃染,未見皮膚搔痕,顏面潮紅,眼結膜無充血。雙肺呼吸音清,心率90次/min,節律規整,各瓣膜聽診區未聞及病理性雜音,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,移動性濁音陰性,雙腎區叩擊痛(+),雙下肢無水腫。輔助檢查:血常規WBC 5.13×109/L,N 0.88,L 0.07,PLT 71×109/L,異型淋巴細胞0.07。尿常規RBC 9.2/HPF,WBC 5.4/HPF,PRO (+++),GLU(++)。胸片未見異常。生化特點: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(+)。血補體及免疫球蛋白正常。乙肝兩對半正常,肝炎分型陰性。超聲特點:雙腎彩超示雙腎形體飽滿,肝脂肪浸潤,脾稍大,胰腺相對飽滿。胰腺CT:胰腺形態飽滿,胰周、腹腔間隙滲出,考慮胰腺炎。入院后監測胰酶、肝功能、血糖、腎功能指標進行性升高,經請院內會診,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,給予營養支持、抗感染、抗病毒、減少胰液分泌、保肝、控制血糖、對癥治療。因腎功能進行性惡化,住院第5天血肌酐最高達597.7 μmol/L,在原治療基礎上緊急行急性腹膜透析置管術,術后應用Baxter雙聯腹膜透析液2000 ml,5次/d腹膜透析,患者癥狀及各項指標顯著緩解,根據病情調整用藥,腹膜透析治療24 d,各項指標均恢復正常,行腹膜透析管拔管術,繼續鞏固治療,于第30天治愈出院。現隨診11個月,各項指標均正常。
2 討論
流行性出血熱(EHF)是由流行性出血熱病毒(EHFV)對人體呈泛嗜性感染[1],導致人體多器官損害,而臨床上以發熱、充血出血、休克、急性腎功能損害為突出表現的一組綜合征。其中流行性出血熱急性腎功能衰竭的發病機理主要是:①病毒直接損傷腎小管及毛細血管,以及由此造成的腎微循環障礙;②抗原抗體復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、體征和實驗室檢查,可確診為流行性出血熱,尚有以下特點:①該患為城市固定人口,無鼠類接觸史;②該患合并重癥急性胰腺炎,臨床少見;③合并嚴重急性肝損害、急性腎功能衰竭,無明顯分期表現,易誤診、漏診;④該患經腹膜透析治療迅速緩解病情,達到治愈出院,隨診病情無復發,預后好。可見,此病例的臨床觀察及分析告訴我們:①鑒于當前我國人口的流動性比較大,特別是在城市就診的散發例或非高峰季節發病者,醫療工作者提高對本病的警惕性,是早期診斷的一個重要環節。若是早期診斷,治療及時合理,則非典型病例或輕型病例,發熱期、休克期及少尿期病程可縮短,或表現輕微,或出現越期現象而呈不典型經過,使患者輕松、順利、安全地度過各期達到痊愈,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量,減少醫療費用,在臨床上應廣泛推廣。
【關鍵詞】地熱水;梯級綜合利用
引言
地熱是一種在合理利用條件下可再生的清潔能源。地熱資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,改善居住環境。為了響應國家節能減排的政策,改善傳統的供暖模式所造成的環境污染和能源浪費,北京中醫藥大學渤海校區(黃驊)地熱水綜合利工程采用地熱水梯級綜合利用技術,成功替代了原有的地熱直供,使地熱供暖尾水得以充分利用,從而大大降低了資源的浪費和環境熱污染。本文以中醫藥大學地熱水梯級綜合利用工程為例講述地熱水梯級綜合利用,取得了良好的使用效果,實現了非常好的經濟效益。
一、項目概況
本工程為中醫藥大學渤海校區(黃驊)一期供熱工程,為三棟教學樓、圖書館、實驗樓、學生食堂、學生宿舍、教工宿舍及相應附屬服務設施供暖。一期總建筑面積15.1萬,全部由地熱水機房供應采暖熱源(行政樓除外,行政樓采用地源熱泵空調系統),總供熱負荷約7000kW。
二、系統方案選擇
采用上述方式,一級板式換熱器可提供3139.5kW熱量;二級板式換熱器可提供3255.8 kW熱量,再加上熱泵機組的輸入功率可滿足一期工程的全部供熱需求。
三、主要設備選型
地熱水機房選用2臺鈦合金防腐蝕板式換熱器,3臺螺桿式熱泵機組,相關詳細參數見表1。
四、技術經濟指標分析
五、結果與討論
由上述可知,在不采用地熱水梯級綜合利用的情況下,使用板換直接換熱供暖,僅能滿足約6萬平米的建筑采暖,其余9萬余平米得考慮采用天然氣鍋爐或者其他方式供暖,不僅初投資會高出很多,而且運行費用也會達到20-30元/的不利境地。所以采用地熱水梯級綜合利用,不僅工藝流程簡單,運行穩定且可以實現機房供熱的無人值守。不僅節省經濟運行成本而且具有非常好的環境排放效果,實現功能、經濟、環境及運行費用的全豐收,具有非常大的推廣價值。同時本工程的地熱井還是由廢棄油井改造的,對于附近有廢棄油井的工程更具有借鑒意義。
參考文獻:
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關鍵詞:數學物理;工程熱力學;教學
作者簡介:高蓬輝(1979-),男,山西興縣人,中國礦業大學力學與建筑工程學院,副教授;張東海(1977-),男,江蘇徐州人,中國礦業大學力學與建筑工程學院,副教授。(江蘇 徐州 221116)
基金項目:本文系中國礦業大學青年教師教學改革資助項目(項目編號:2001207)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)22-0087-02
“工程熱力學”為能源工程、機械工程、化學工程、材料工程以及航空航天工程等多門學科的發展奠定了基礎,熱工理論的研究與應用直接決定能源轉化效率、節能技術及環境保護實施的成效,對于人類社會的可持續發展具有重大意義。因此,作為高校工科專業的重要基礎課,加強“工程熱力學”的教學效果就尤為重要。我國近兩百所高校開設建筑環境與能源應用工程專業,全部將“工程熱力學”課程設置為主干專業基礎課之一。“工程熱力學”課程不僅是后續專業課程學習的理論基礎,同時直接為學生今后的科研和工作實踐提供理論指導,具有重要的學習意義和實際應用價值。[1]
筆者根據自身在“工程熱力學”課程教學過程中的切身體會和經驗,指出應注重將基礎數學、物理理論知識融會于“工程熱力學”課程講授過程中,促進學生對熱力學中抽象概念和過程的深入理解,達到提高和改善教學效果的重要作用和目的。
一、基礎數學物理知識在熱力學理論中的體現
熱力學的先修課程主要有高等數學和普通物理等課程,在教學中發現許多學生高等數學知識薄弱,需要在課堂教學中講解大量的高等數學知識,才能使課堂教學質量得到保證,然而卻浪費了“工程熱力學”課程自身的教學時數,因此探索基礎數學、物理知識體系與熱力學之間合理的聯系以及有機過渡的教學方法成為熱力學教學中必須重視的問題之一。
熱力學作為一門非常系統且抽象的學科,其科學性、嚴謹性主要是通過各個章節中貫穿其中的數學體系來構建而成的。如何科學、深入理解這些繁雜這些概念和數學結論,成為課堂教學活動中非常關鍵的一環。以下我們將例舉熱力學中非常重要的一些基于數理知識的基本概念和理論推導過程。
1.狀態參數
在熱力學的教學過程中,我們把系統中瞬間表現的工質熱力性質的總狀況,稱為工質的熱力狀態,簡稱為狀態。[2]熱力狀態反映了工質大量分子熱運動的平均特性,描述工質狀態特性的各種物理量稱為工質的狀態參數。而狀態參數是熱力系統狀態的單值函數,與熱力過程無關,狀態參數的這一特性的數學特征為點函數,表示為:
(1)
循環積分為:
(2)
在教學活動中,應將微分的理念融入到狀態參數概念的講解中,并通過全微分將熱力系統狀態參數為點函數的特性進一步闡述,使學生深入理解熱力狀態參數的特殊性。
2.微變量dh與變化量h的區別
在熱力學第一定律的學習過程中,對于焓有兩個非常相似的公式:
(3)
(4)
上式(3)和(4),從外形來看,非常相似,且學生在學習過程中,也容易忽視其細微差別。從數學角度來看,在教學過程中應對其進行區分。式(3)為焓的微分計算表達式,dh為焓的微變量值;式(4)為焓的改變量計算表達式,h為焓的變化量,即式(4)是通過對式(3)進行積分后得到的。這些細微概念上的差別,帶來完全不同的熱力學分析。通過上述的詳細講解和區別,可以加深學生對熱力學中相關公式和計算過程的理解。
3.卡諾循環與極限的概念
卡諾循環解決了在一定的高溫熱源T1和低溫熱源T2間,熱功轉換最大效率的問題。由于卡諾循環是典型的可逆循環,在整個熱力轉換過程中,沒有熵產,即沒有不可逆因素所引起的做功能力的損失,因此,該循環熱效率ηtc=1-T2/T1成為兩熱源T1、T2之間工作熱機的最大循環熱效率。
在課堂講解中,聯系實際工業生產和生活中的熱力機械,指出實際熱力機械的熱功轉換效率都低于卡諾循環熱效率ηtc,原因在于卡諾循環作為可逆循環,是一理想熱力循環,其熱效率為實際生產、生活中熱力循環效率的極限。[3]因此,實際生產和生活中的熱力循環效率只能小于卡諾循環的熱效率,不可能大于卡諾循環的熱效率。這樣從數學極限的角度也解釋了為什么卡諾循環效率是一定高、低溫熱源間工作熱機的最大效率的問題,使學生更加容易理解卡諾循環這節的相關概念和理論。
4.音速
研究流體在管道內流動時,我們提出了音速α,并且對定熵流動中音速用下面的公式進行計算:
(5)
在得到音速與溫度之間的函數關系時,指出理想氣體定熵過程方程式:
(6)
對式(6)進行變形,得到 (7)
在將式(7)代入式(5)時,遇到與是否等效的問題,從形式看,一為偏微分關系,另一為全微分關系。但從變量與因變量的角度來看,同樣反映出變量與因變量間的函數變化關系,在課堂教學過程中,需要對這一細微差別進行講解,以促進學生對物理過程以及數學關系的理解,不可一帶而過,從而造成學生概念以及數學關系理解上的斷層和缺失。
二、構筑基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法
“工程熱力學”課程的一個重要特點是基本理論多,基本概念抽象。為此,在課堂教學中針對基本理論部分,把講解重點放在基本理論和基本概念的深入理解上,如狀態參數、可逆過程、熱功轉換、熱力學第一、二定律、卡諾循環、卡諾定律、熵等,這些一定要詳細講解、分析透徹。特別是熱力學第二定律的課堂教學中,因為該部分內容概念抽象、原理費解,又不能用實驗來演示,所以學生學習非常困難,但熱力學第二定律作為“工程熱力學”課程的核心內容之一,非常重要。凡此種種,筆者作為“工程熱力學”課程的講授教師,在教學活動中,認為通過將基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法,可以提高和改善課堂教學效果,促進學生對“工程熱力學”課程內容的掌握和理解。教學活動中可以采取以下的方法,以實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學:
1.課程準備階段
在“工程熱力學”課程的備課階段,先將本章節內容難以理解的概念、定理以及公式推導過程摘出來,同時考慮這些部分與哪些基礎數學、物理知識相關,并將這部分數理知識作為課堂講授內容的鋪墊部分準備到“工程熱力學”課程的課堂教學活動中,即將這部分基礎數理知識寫入課堂講義、PPT教學幻燈片中。
2.課堂講授階段
在“工程熱力學”課程的課堂講授過程中,將熱力學基本概念、原理和公式的推導與基礎數理知識結合起來,在講授過程中,實現熱力學本身內容與基礎數學、物理知識的互動講解,從而達到改善教學效果、使學生易于理解和掌握的教學目的,實現學生對復雜、難懂內容的系統把握和理解。
3.課后反饋階段
課后可以與學生圍繞課程教學內容進行溝通,對課堂教學不足之處進行查漏補缺,一方面可以掌握學生的掌握情況,另一方面可以對教學方法不斷改進,起到再次升華的作用。
三、結論
“工程熱力學”作為能源、機械和化工等眾多學科領域方面的一門基礎專業課,其重要性不言而喻。如何改進已有的教學方法,改善和提高現有的課堂教學效果,成為各高校“工程熱力學”課程教師所共同關注的關鍵問題之一。本文從筆者自身的教學體會出發,根據“工程熱力學”課程內容的特點,提出將基礎數理知識融入到“工程熱力學”的教學活動中,并給出了實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學方法和途徑,為“工程熱力學”課程的講授提供了新的思路和方法,對其他課程的教學改革也有一定的借鑒意義。
參考文獻:
[1]歐陽琴,寇廣孝.建筑環境與設備工程專業“工程熱力學”課程改革探索[J].教育教學研究,2011,(12):191-192.
關鍵詞:熱力學第二定律實質;熵;不可逆;卡諾定理微觀意義
中圖分類號:TK123 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)48-0181-03
熵是熱力學中一個非常重要并且抽象的概念,學生能否全面地、徹底地掌握第二定律,對熵概念以及熱力學第二定律實質的理解至關重要。
目前工程熱力學的教學中普遍存在一個問題[1,2],就是熵概念的引入時機和方式。這些教材中,熵概念的第一次引出,即以其微分形式:dS=dQrev/T。熵的這個定義只給出了狀態函數熵的微分或熵變,并沒有熵的直接表達式[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方式,使得學生對熵的物理意義全然不知,只是一味的死記硬背熵變計算公式。這時候的熵可謂是“千呼萬喚始出來,猶抱琵琶半遮面”。然而,在后期進入到熱力學第二定律的章節學習后,熵隨著第二定律的數學表達式又突然冒了出來,而且還花樣翻新,例如克勞修斯不等式:dS≥dQ/Tr。通常這個時候,學生開始犯糊涂了,與前面熵初次引入時的熵變定義式搞混了,而后緊接著還要推出孤立系統的熵增原理等,如果整體教學中缺乏清晰的主線和脈絡、不闡明不可逆引起熵增的實質原因,卻鋪開來廣講或一味地讓學生沉浸在大量的熵變計算中,效果差強人意,如很多學生常把孤立系統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的熱效率也不能達到百分之百。這樣的錯誤表明學生對熱力學第二定律尚未真正掌握。
熱力學第二定律的教學是從分析自然現象展開的:如打碎的雞蛋不可能自行復原、水不能在自然條件下由低處流到高處等,這些現象表明一切自然發生過程都有其特殊的方向性。再者,我們熟悉這樣的經驗事實:當兩個不同溫度的物體相互接觸時,熱量不可能自動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典表述,此時熱二定律看起來還如此簡單,學生尚不難理解,但僅僅停留在這個層面理解熱二定律,顯然是不夠的。熱力學二定律雖來源于生活,但遠高于生活。在指出另一種由開爾文從熱轉化功的角度闡述的熱二定律時,學生開始有點迷糊了。開爾文表述為:不可能制成一種循環動作的熱機,只從單一熱源吸取熱量,使之完全變成有用的功而不產生其他影響。
按照通常的教學程序,接下來的教學點就是卡諾循環。如果這個時候,再把講課的重點放在對構成卡諾循環的兩個定熵、兩個定溫過程的講解上,學生感覺熱二定律更難捉摸了,何況這之后還要推導熵的不等式,熵――這個令物理學家都“混亂”的概念可能一下子就把學生擊倒了。如果這樣安排教學,定會加劇學生對第二定律整章內容的恐懼心理,甚至最終導致放棄對熱二定律整章的學習,
所以,在這些內容的教學中,絕不能循規蹈矩,應適時地對教學的順序做相應的調整,緊緊抓住一條清晰的脈絡討論,不廣講、不偏離主線太多,抓住本質(類比干),在該過程中適時地、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第二定律的內涵。這樣,學生容易抓住主線,對整章的知識框架有清晰的認識,就不會對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中,再去圍繞其他各種表述進行細化討論和延展,就可事半功倍。這種先抓本質的教學思路非常適合熱力學第二定律和熵――這種既紛雜,又抽象的教學內容。
下面以一種脈絡式的教學思路對熱二定律進行探究,層層遞進,分析現象得到結論,引出提問,再分析,得到下一個結論,直至把熱力學第二定律實質詮釋出來。
首先,通過兩個熱機的常見工程實例――火力發電廠和汽車發動機動力循環入手,引出熱力學第二定律在熱轉化成功的過程中有低溫熱源存在、同時有部分熱量被拋入低溫熱源的現實(講解電廠冷卻塔以及汽車尾氣余熱排放至外界環境)。由實例可初步得到任何熱機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。該結論映證了開爾文說法。
結論1:熱一定律告訴我們效率不能大于100%,開爾文說法得到熱機效率只能小于100%。
提問1:效率不能等于百分之百,等于多少,99%?
在熱力學第二定律尚未問世之前,熱機工程師錯誤地把熱機效率的最理想目標定為100%。1824年,法國工程師卡諾對此提出了質疑,他在確定的高溫熱源T1與低溫熱源T2之間,構建一個最理想(即熱效率最大)的熱機循環――卡諾循環。按最理想的假定,該循環至少應保證過程無摩擦(無耗散)和傳熱無溫差(準靜態)等條件,也即循環必須可逆。但即便這樣一個最理想的熱機循環效率也并不等于或者接近100%,而是依賴于高低溫熱源本身的溫度(?濁c=1-T2/T1卡諾定理)。
以前述的兩個典型的熱機實例分析。目前,火電廠蒸汽動力循環[4],一般T1=500℃,環境為T2=25℃,按照卡諾循環最理想效率為62%,大大低于100%;汽車燃氣動力循環,T1=1000℃,T2=25℃,卡諾效率為76%,也低于100%。
結論2:在確定溫度的高低溫熱源之間的全可逆理想循環,熱效率有一峰值,受溫度限制,可能遠低于100%。(機理暫不解釋,見結論6后的反推)
提問2:實際工程中,摩擦耗散等不可逆因素必定不可避免,這對熱機的效率又有何影響?
經驗和事實表明:一切實際過程都包含摩擦,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實例來分析。實際工程中,蒸汽動力循環熱效率為45%左右(
結論3:自然界中,一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的,不可逆損失造成熱效率降低。
一個自發進行的不可逆過程,其逆過程決不可能不付任何代價的自動進行。例如:為什么熱量可以從高溫熱源自動的傳向低溫熱源,而不會自動地從低溫熱源傳向高溫熱源。因此,一個過程的不可逆性與其說是決定于過程本身,不如說是決定于它的初態和終態。這也預示存在著一個與初態和終態有關的某個狀態函數,用以左右一個過程的方向。
問題3:一個自發(不可逆過程)初態和終態有什么本質的不同?
以氣體絕熱自由膨脹分析自發過程初態與終態的區別: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,左邊有氣態工質,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,此后氣體將自動膨脹充滿整個容器,最終達到平衡態。其反過程由平衡態回到非平衡態的過程不可能自動發生。觀察到絕熱自由膨脹初終態有兩方面的不同:
1.終態體積變大,分子相互位置分布更加無序;
2.可利用與右側空間的勢差推動活塞向外輸出容積變化功,但由于進行自發膨脹,作功為零。
對于一個熱力學系統,如果處于非平衡態(與外界存在勢差,有作功能力),我們認為它處于較有序的狀態,如果處于平衡態(與外界無勢差,無作功能力),我們認為它處于較無序的狀態。
再者,功熱轉換的自發過程:高速行駛的汽車,突遇事故瞬間停止,原有動能耗散成環境中的熱能,能量的數量雖然守恒,但能量的無序性增加。而該過程的逆過程――環境熱轉換成動能顯然不能自發進行。熱是分子混亂運動的一種表現,而功是分子有序運動的結果。功轉變成熱是從規則運動轉化為不規則運動,混亂度增加,是自發的過程;而要將無序運動的熱轉化為有序運動的功就不可能自動發生。
結論4:熱力學第二定律:各種自發過程的方向性具有共同的本質:無序性(混亂度)增加,能量質衰退。
問題4:如何定量地描寫狀態的無序性的變化(如增加)和作功能力的變化(如衰減)?
從以上例子可以看出:熱力學第二定律揭示一切不可逆過程都是向混亂度增加的方向進行,可用一個新的狀態函數作為表征系統混亂度的一種量度,狀態函數――“熵S”被引出。
所以,熵的物理意義:系統無序性(混亂度)的量度。
結論5:孤立系統中的熵永不減少。孤立系統中發生可逆過程,其熵不變,作功能力無衰減;孤立系統中發生不可逆過程,其熵增加,作功能力降低。熱力學第二定律也可表述為:一切自發過程總是向著熵增加的方向進行,向能質衰減的方向進行。
問題5:為什么宏觀演化必定按“熵增”的方向進行,熵增的本質是什么?
以54張撲克牌的排序為例分析自發過程熵增的根本原因。新撲克最初的排序極其有序,我們稱其為一種微觀態,概率為1/54!。隨機洗牌后,混亂度增大,此時排序非常混亂的微觀態數要大很多。這樣,撲克牌從有序自發到無序(孤立系統熵增大)的過程,就是撲克排序從小概率往大概率發展的過程。然而,這個過程的逆過程,也即微觀態數減小的過程,是從概率大往概率小發展,不能自動進行。這就是為什么即使洗無數次牌,也不可能再出現當初最有序的低熵狀態。這就反映了不可逆過程熵增的本質,即熱力學概率增大。
可以從54張牌的系統拓展到由大量分子構成的熱力學系統,同樣遵從這樣一個規律。
結論6:系統從熱力學概率小的狀態向熱力學概率大的狀態進行,這是熱力學第二定律的統計意義。
再回到結論2,可對卡諾定理進行微觀解釋:可逆熱機循環中,工質從高溫熱源吸收熱量Q1,將其中最大可以轉化為功的部分W轉化為了功,這部分能量從熱功,能量品質升高,這樣一個非自發過程不能不費代價的進行,同時一定要使得另外一部分熱量Q2從高溫熱源傳向了低溫熱源,這部分能量的品質降低去與之補償,兩者正好相抵,這是可逆的情況。如果熱機不可逆,相同的Q1情況下,傳給低溫熱源的熱量大于Q2,能量品質降低的份額大于能量品質升高的份額,總體由于不可逆造成能量品質衰退,作功減少。
經過以上脈絡法教學方式層層遞進,主線清晰,學生能夠緊跟教學思路,分析現象,得到結論,引出新問,再分析,一步步接近熱力學第二定律的實質。該教學方式最大的優勢體現在只需要半個小時的課時就可清楚地揭示熱力學第二定律的核心機理,而后可圍繞這個核心再展開不等式推導等其他教學內容。這樣的教學方式,做到了使學生概念清晰,思路明確,故能取得事半功倍的教學效果。
參考文獻:
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【關鍵詞】工程熱力學;教學方式;改革;體會
【中圖分類號】G426 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-5962(2013)02(a)-0061-01
《工程熱力學》是一門應用性、實踐性較強的專業基礎課,是能源、機械、航空航天、材料、化學、生物等領域專業的重要技術基礎課程,是培養在涉及能源特別是與熱能相關的各領域中具有創新能力人才的基礎,由于該課程具有內容多、跨度大、概念抽象等特點,因此,如何啟發和引導學生理解、掌握課程中的基本理論知識,激發學生的學習熱情和主動性就顯得的極為重要。本文作者根據多年講授《工程熱力學》課程的經歷,通過一些教學方式改革的初步嘗試,逐步總結出了一些提高工程熱力學教學效果的體會,以與其他同行進行探討。
1、重新構建知識體系
《工程熱力學》作為專業技術基礎課,它既有專業基礎課的一般特點,理論性強,是專業學習的理論和基礎;又有專業課的特色,即技術性強,有較強的針對性和實用性。但高職高專工程熱力學教材種類多,處處可尋,卻給人“千人一面”的印象,教材內容大量沿襲了傳統內容,知識體系相對單一。為了加強對學生綜合素質、能力的培養,在教學實踐中對傳統的教學內容可以做一些整合,重新構建知識體系。
從宏觀角度,工程熱力學內容可以分成兩塊課程體系結構:基礎理論和實際應用。從知識體系劃分,工程熱力學內容可以分成三塊課程體系結構:概念、定理與定律;工質的基本熱力性質;實際工作過程。
(1)概念(主要包括系統、平衡狀態、狀態參數、可逆過程、循環、功和熱等);定理和定律(主要包括:熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律、卡諾定理、蓋斯定律、基爾霍夫定律等)。
(2)研究工質(主要包括理想氣體;實際氣體;水蒸氣;濕空氣;制冷工質)的基本熱力性質。
(3)研究各種熱工設備中的工作過程。即應用熱力學概念、定理或基本定律,分析計算工質在各種熱工設備中經歷的狀態變化過程和循環中的主要熱力參數(主要包括壓力、溫度、體積、內能、焓、熵、功、熱量、熱效率等),并探討和分析影響能量轉換效果的因素,以其提高轉換效果的途徑。
從課程內容的角度,學生在學習了熱力學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和過程基本規律之后,可以應用這些基本知識分析、解決一些實際問題,達到對所學知識的第一次初步理解和應用。然后,在進一步學習了實際氣體熱力性質和過程之后,更深層次的應用前面所學的基本知識,深入分析實際裝置中的熱力過程(噴管過程,壓氣機過程)和多種循環,從而達到能在更高的認知層面上進一步綜合、靈活應用工程熱力學的知識去解決實際問題。
2、注重基礎理論的講授和公式的運用
《工程熱力學》中基本的理論、概念對學生掌握知識的運用非常重要,因此,在課程講授過程中,應注重學生對基本概念的理解和掌握上。在對基本概念講授時,將概念的含義、公式中每個參數的含義、單位都要給學生做非常明確的解釋,要求學生真正理解概念和公式的意義。同時,在講授基本理論時,要對基本理論必須理解嚴密,舉例恰當,用語準確,以使學生對概念有非常清晰的理解。
工程熱力學中的公式很多,設計到的公式推導量很大。但是,并不是所有的公式都需要在課堂上進行推導。在教學中,應將影響到公式推導過程的關鍵地方給學生詳細解釋,而對于比較簡單、學生在課下能夠自己推導的則一語帶過,這樣,有利于學生對過程的理解,同時還不會影響到授課的進度。
工程熱力學公式的合理應用是對學生最基本的要求,因此在授課中,要注重學生對公式中物理參數含義的理解,結合公式推導過程加以分析和記憶,從而深入理解公式的內涵和具體應用過程。
3、充分利用網絡教學平臺
教育的核心是“授以漁,而非魚”,無論多么優秀的教師也無法傾其所有把學生今后所需要的知識都“灌”給學生,而且,單靠一本教材的單一化課堂教學,往往容易造成難以激發學生的學習熱情,教學信息量不夠飽滿等缺點。為了方便學生課后學習、增強學生的學習自主性、豐富教學素材,我們要充分利用網絡教學平臺,在網絡上共享課件與講義、多種教材與參考書、習題庫與解答、試題庫及標準答案,這樣,各類層次的學生都可在課后。充分利用網站內的教學資源,查閱、下載相關資料,溫習、鞏固和擴充課堂所學知識,達到各自的學習目的。同時,教師還能及時通過網絡在線解答學生的疑問,縮短了師生間的距離。
4、理論與實際相結合
《工程熱力學》課程理論性雖然很強,但與實際結合緊密,因此,在講授每一個概念和基本理論時,舉一些與實際生活緊密相關的例子,有助于學生更好地理解概念和理論,例如,在介紹熱力學第二定律的實質時,要讓學生明白熱力過程的方向性,可以舉一些實際生活中的例子,如,轉動的自行車輪在空氣中沒有外力作用下,將轉動的動能轉換成熱能停止下來,但反過來,自行車車輪不可能吸收空氣中的熱能將其轉換成動能再旋轉起來,這樣,既激發了學生的學習熱情,又將基本理論與實際結合了起來,使學生通過生活中的實例加深對工程熱力學基本理論知識的掌握和應用。