论文部分内容阅读
摘要:随着我国教育政策的调整,高校的本科培养方向朝着宽专业口径发展,由于专业课程科目增加,原本开设的作为热能动力工程和轮机工程必修的的专业基础课“工程热力学”与“传热学”,合并为一门“工程热力学与传热学”,课时数也相应减少。本文从教学实践出发,多方面阐述了如何在有限的课时数内,取得良好的教学效果,培养学生逻辑思维,科学的分析能力和一定的创新能力,为以后的专业课学习打下竖实的基础。
关键词:有限课时;工程热力学与侍热学;问题情景
作者简介:董丽娜(1979-),女,辽宁沈阳人,大连海洋大学机械工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:热力学与传热学、测试技术与传感器。(辽宁 大连 116026)
由于21世纪的人才教育向着拓宽专业口径,培养复合型人才的方向发展,同时随着本行业科学技术的不断发展更新,要求学生所应掌握的知识面也比以前更宽。为了适应时代的发展,大连海洋大学机械工程学院(以下简称“我院”)对热能与动力工程专业调整了培养计划。调整后的新计划所牵涉内容比以前更广泛,由于开设的专业课程增多,我院把专业必修课“工程热力学”和“传热学”两门课的课时数适当删减,合并为一门72学时的“工程热力学与传热学”。工程热力学由原来的64学时减到38学时,传热学由原来的48学时减到34学时。由于大部分教学内容并未删减,这就造成了章节小结和习题课的课时压缩量大,课程进度快,这样很容易导致学生对该门课程理解不透彻,知识掌握得教条与僵硬,一知半解,对问题的分析不够灵活。
教师的课堂授课方法和方式对学生学习成绩的好坏有着重要的影响,如何在较短的学时数内掌握重要章节和典型问题,取得良好的教学效果,使学生在较短的时间内可以学好“工程热力学与传热学”(以下简称本课程)这门课程。笔者通过教学改革与实践,收到了较好的效果,现在此进行分析总结如下。
一、加强教学的条理性、逻辑性
许多学生觉得本课程内容繁多,在学习过程中顾此失彼,被许多问题困扰,其原因之一就是学生理不清各章之间、各节之间以及章节内部知识点的关系。因此在授课过程中教师必须注重教学的条理性。
授课教师应该在第一节课就把整门课的条理脉络给学生列出来,让学生在学习之前就对这门课有一个整体的把握。比如从工程热力学的几个定义拓展开来让学生认识整个工程热力学研究的内容。工程热力学是从工程应用的角度研究热能与其他形式的能量(尤其是机械能)相互转换规律的一门学科。工程热力学研究的主要内容是能量转换规律和工程应用两大块。能量转换必须遵守的规律就是热力学第一定律和热力学第二定律;而能量的转换离不开物质,而工质就是热能和机械能转换的媒介,工质的性质也会影响能量转换的效果,所以还要研究理想气体、蒸汽、湿空气,而要持续不断地进行热能和机械能的转换,则要通过热力循环来完成。所以工程热力学的应用就是要学习各种热机的工作过程。这样,通过这三个定义的学习就让学生大体了解了工程热力学的研究内容。
课程的讲授,仅有条理性还不够,还要重视各项目之间的逻辑关系和对知识地整体整合和理解,如果只强调条理性,学生只会死记硬背这些知识点的罗列,所以要在条理性的基础上,进一步强调各个项目的逻辑关联,促使学生从整体上把握知识,避免平铺直叙,使学习效果达到知识点由点及线到面的程度。因此在授课过程中教师要注重给学生强调逻辑关联性。
比如讲授熵的内容。里面有大量的推理和论证,逻辑关系颇为复杂,如果教师适当安排教学内容的顺序,调整和重组知识结构,使其更加符合学生的学习心理特征,引导学生用科学的逻辑思维分析问题,这将有助于学生理解透彻,尽快掌握知识,缩短授课时间。
二、根据教学目标,突出重点、难点
为了让学生全面掌握工程热力学与传热学的知识,教师在授课过程中既要全面覆盖知识点,又不能遗漏零散的知识点。既要注意知识的系统性,又要注意知识的特殊性。这样就使得授课教师往往会采用满堂灌的方法,教育心理学指出学生很少能整堂课集中注意力来接受教师的灌输。所以在每章节学习前都要提点本章的教学目标,列出重点难点,让学生能有目的、有重点地学习本章节内容。
由于本门课程的公式比较多,以前教师在黑板上长篇累牍地推导公式,学生认为每一个环节都很重要,把握不到重点。另外学生的推导公式能力不是很强,容易迷惑,在有限的课时数内,学生无法完全掌握课程中所有公式的推导。虽然公式推导可以培养学生科学研究的逻辑思维,但热能与动力工程专业和轮机工程专业的学生以后的方向是进人工程应用领域,工程实践中,往往应用的是推导得出的公式。另外课时压缩后时间有限,所以要重点强调对最后推导出的公式的理解,公式的意义和应用。比如传热学中各种对流换热过程的换热系数求解,不仅求解方法多,计算公式多,每个公式还有各自的适用范围。现在对各种对流换热过程的特征和公式这部分的教学目标发生了变化:要求学生了解各种对流换热过程的流动特征,包括定性温度和定形尺寸,了解各种对流换热过程的换热系数的计算公式、准则方程。不再要求学生记忆公式及其应用范围,而是要求学生重点掌握影响对流换热系数的因素。
三 充分利用比拟法教学
比拟法是理论思维的一种重要的逻辑推理方法,它以比较为基础,在已有知识的基础上,通过对不同的事物及其运动规律进行比较,找出它们的相似点或相同点,然后将其中一事物的有关知识或结论推理比拟到另一事物中去。因此它是人们有效地认识自然界普遍规律的一种试探性工具,在实际中同样具有重要的应用价值。
在工程热力学中,准平衡过程是很难理解的。因为就热力系本身而言,热力学仅对平衡状态进行描述,“平衡”就意味着宏观是静止的;而要实现能量的转换,热力系又必须通过状态的变化即过程来完成,“过程”就意味着平衡被破坏。而准平衡过程则是一个把过程和静止这两个矛盾统一起来的概念,其定义为:由一系列连续的平衡态组成的过程称为准平衡过程。准平衡过程实现条件有两个。
(1)推动过程进行的势差无限小。这样保证系统在任意时刻皆无限接近于平衡态。
(2)过程进行得足够缓慢,即弛豫时间远小于过程进行时间。为了理解这个概念及其实现条件,教师可以把电影的放映与其进行类比。电影的胶片是静态的,相当于乎衡状态,而电影是动态的,相当于热力过程,电影放映就能把静止的胶片变成动态的影片,就相当于准平衡过程。电影放映也有两个实现条件:1)相邻的胶片之间的差别十分小,这样才能保证电影播放得连贯流畅。2)胶片播放的足够快:相邻胶片的转换时间小于视觉暂留时间。这样学生就很容易理解和掌握准平衡过程的定义和实现条件。
而在传热学的教学中,可以使用比拟法的就更多了,首先引入电场与温度场的类比,特别是学生在先学习了电工学,了 解了电势,电流,电阻的概念后,将温度场中的温度差,热流及热阻的特点与其相对比,随后,在对流换热中将已学的专业基础课流体力学中的动量传递与传热学中的热量传递,质量传递的特点相类比,找到它们之间的相互关系,而且流体力学中的一些原理及数学表达形式可以完全类比到传热学中,使对流换热及传质问题得以大大简化。热传递的三种基本方式一一导热、对流及辐射是整篇传热学的精髓,对它们的研究始终贯穿着电阻与热阻的类比。
四、改进教学方法,充分利用多媒体
压缩学时后,为了加快教学进度,本课程使用了多媒体进行教学,刚开始时,手段单一,仅仅使用Powerpoint,而且课时减少后,使得每次课教学内容增多、信息量也相应加大,学生学习量大。多媒体教学减少了传统教学中教师在黑板上写和画的过程,学生自然也随之少了这样一个精神稍微松弛的间歇过程,随着教师教学过程中点击鼠标,按照多媒体上的文字、图片等讲解,学生在课堂上精神必须高度集中,否则就会遗漏许多知识点,同时也来不及记笔记,课后不能很好的复习。这样一堂课下来,学生十分劳累,效率不见得会提高。也有损身心健康。
在改革了教学方法后,釆用了多媒体和板书结合的教学方法。同时从网上找到大量的动画与视频,丰富了教学手段,大大提高了知识的传播效率和学生的学习效率,例如:以前在介绍流体流动状态受雷诺数的影响时,学生理解很吃力,现在通过看一个军队行进状态变化的Plash,学生很容易理解了。
所以,多媒体在本课程中应用的积极作用是值得肯定的。在教学中适当地辅助多媒体的手段,不但可以使教师更加生动和清晰地讲解知识点,及时便捷地完善教学内容,并且也有助于学生对知识的理解、记忆和应用,极大地提升学习效率。
五、合理设置问题情景,启发学生积极思维
本课程理论性强、解题灵活、难点较多。是一门非常难教难学的课程。但是,这门课程又与我们的日常生活和实际工程有着密切的关系。在讲授新内容时,教师可以先通过日常生活或工程实际中的典型事例引出,学生会觉得这些事例就在身边或非常实用,这样就能一下子抓住他们的注意力,大大增加学习的兴趣。例如在第一次向学生提到能量守恒定律时,先不引入需要辅助概念的系统或者循环,而是以每个人的积蓄为例,得到的钱数,减去花掉的钱数,就等于积蓄的变化量,如果有信用卡,那这个变化量有可能是负数。每次笔者在举这个例子时,学生都会哄堂大笑,印象却很深刻。
设置问题隋景,也叫“问题教学法”,就是教师在课堂讲授时,并不是把教学内容作为现成的知识向学生传授,而是不断地将所要讲授的内容作为一个一个问题向学生提出,采用课堂上一问一答的问难质疑上课方式。这样不仅用“提问式”引起学生的注意,使学生集中精力听课,而且还用“启发式,激发学生积极思维,主动思考问题、解决问题发挥想象力,调动学生学习的积极性和主动性,从而开发学生的智力,培养学生的逻辑推理能力,为了调动学生的兴趣。授课教师要适时提出一些具有思考性和启发性甚至是综合性、研究性的问题,这些问题尽量是一些工程热力学传热学概念的生活实例或工程实例。比如在讲湿空气一这章时,先让学生思考简单问题:“为什么梅雨季节晒衣服不易干?”学习了含湿量、露点等概念后,再提问:“为什么冬季靠近冷山的墙面会结水?”、“冬季室内有供暖装置时,为什么会感到空气干燥?’而在讲解传热学时。让学生思考“冬天在室外用手摸树木和铁栏杆,感觉哪个冷?冷的那个的温度真的是比较低吗?”、“人体为恒温体,若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度,那么在冬天与夏天,人在房间里所穿的衣服能否一样,为什么?”等等。
但是值得注意的是,在设计问题时要注意问题的难易程度,问题太难或过于简单都会使学生失去学习的兴趣。因此,在备课时授课教师一定要多花心思。
六、合理利用练习册,随堂小测试
本课程把工程热力学和传热学合并后知识点增多,学时数减少,所以对习题课课时进行了大量的压缩。学生一次课需要接收大量的信息,大部分时间都是教师在讲解,学生自我思考空间少,知识在讲解之后,印象并不是很深刻,有一些概念性的知识不会灵活应用,造成学生对概念掌握得不牢,对题目的分析解决能力不强,这些问题在学生的考试成绩上会有所体现。
而习题训练又是必不可少的,不仅可以巩固课堂知识,还能增强学生的综合分析能力,必要的习题训练与课堂相辅相成,使课堂讲授在有限的课时内达到比较好的教学效果。教学改革后除了利用上课时间讲解例题之外,给学生配备了与教材配套的习题集。把习题集作为作业,习题集中每章的知识点都很全面,通过批改作业。可以发现学生的薄弱环节,有针对性地讲解问题,这样既节约了课堂时间,也没有减少学生的习题训练。
同时在授课过程中抽出几分钟到十几分钟的时间,用一些选择,填空和改错形式的小题目作为课堂测试,让学生主动思考,不仅可以加深学生对知识的理解,还起到了二次学习的作用,这种教学方法收到了非常好的效果,特别是加深了对基本概念的理解。
七、结束语
根据调整后的“工程热力学与传热学”课程特点改进教学方法,通过调整和组织教学内容,使之符合学生的学习心理,加上课后有效地组织习题训练。引导学生掌握科学的学习方法,合理设置问题情景,增加学生学习兴趣,可以在有限的课时内,达到良好的教学效果。
责任编辑 苏宇嵬
关键词:有限课时;工程热力学与侍热学;问题情景
作者简介:董丽娜(1979-),女,辽宁沈阳人,大连海洋大学机械工程学院,讲师,工学硕士,主要研究方向:热力学与传热学、测试技术与传感器。(辽宁 大连 116026)
由于21世纪的人才教育向着拓宽专业口径,培养复合型人才的方向发展,同时随着本行业科学技术的不断发展更新,要求学生所应掌握的知识面也比以前更宽。为了适应时代的发展,大连海洋大学机械工程学院(以下简称“我院”)对热能与动力工程专业调整了培养计划。调整后的新计划所牵涉内容比以前更广泛,由于开设的专业课程增多,我院把专业必修课“工程热力学”和“传热学”两门课的课时数适当删减,合并为一门72学时的“工程热力学与传热学”。工程热力学由原来的64学时减到38学时,传热学由原来的48学时减到34学时。由于大部分教学内容并未删减,这就造成了章节小结和习题课的课时压缩量大,课程进度快,这样很容易导致学生对该门课程理解不透彻,知识掌握得教条与僵硬,一知半解,对问题的分析不够灵活。
教师的课堂授课方法和方式对学生学习成绩的好坏有着重要的影响,如何在较短的学时数内掌握重要章节和典型问题,取得良好的教学效果,使学生在较短的时间内可以学好“工程热力学与传热学”(以下简称本课程)这门课程。笔者通过教学改革与实践,收到了较好的效果,现在此进行分析总结如下。
一、加强教学的条理性、逻辑性
许多学生觉得本课程内容繁多,在学习过程中顾此失彼,被许多问题困扰,其原因之一就是学生理不清各章之间、各节之间以及章节内部知识点的关系。因此在授课过程中教师必须注重教学的条理性。
授课教师应该在第一节课就把整门课的条理脉络给学生列出来,让学生在学习之前就对这门课有一个整体的把握。比如从工程热力学的几个定义拓展开来让学生认识整个工程热力学研究的内容。工程热力学是从工程应用的角度研究热能与其他形式的能量(尤其是机械能)相互转换规律的一门学科。工程热力学研究的主要内容是能量转换规律和工程应用两大块。能量转换必须遵守的规律就是热力学第一定律和热力学第二定律;而能量的转换离不开物质,而工质就是热能和机械能转换的媒介,工质的性质也会影响能量转换的效果,所以还要研究理想气体、蒸汽、湿空气,而要持续不断地进行热能和机械能的转换,则要通过热力循环来完成。所以工程热力学的应用就是要学习各种热机的工作过程。这样,通过这三个定义的学习就让学生大体了解了工程热力学的研究内容。
课程的讲授,仅有条理性还不够,还要重视各项目之间的逻辑关系和对知识地整体整合和理解,如果只强调条理性,学生只会死记硬背这些知识点的罗列,所以要在条理性的基础上,进一步强调各个项目的逻辑关联,促使学生从整体上把握知识,避免平铺直叙,使学习效果达到知识点由点及线到面的程度。因此在授课过程中教师要注重给学生强调逻辑关联性。
比如讲授熵的内容。里面有大量的推理和论证,逻辑关系颇为复杂,如果教师适当安排教学内容的顺序,调整和重组知识结构,使其更加符合学生的学习心理特征,引导学生用科学的逻辑思维分析问题,这将有助于学生理解透彻,尽快掌握知识,缩短授课时间。
二、根据教学目标,突出重点、难点
为了让学生全面掌握工程热力学与传热学的知识,教师在授课过程中既要全面覆盖知识点,又不能遗漏零散的知识点。既要注意知识的系统性,又要注意知识的特殊性。这样就使得授课教师往往会采用满堂灌的方法,教育心理学指出学生很少能整堂课集中注意力来接受教师的灌输。所以在每章节学习前都要提点本章的教学目标,列出重点难点,让学生能有目的、有重点地学习本章节内容。
由于本门课程的公式比较多,以前教师在黑板上长篇累牍地推导公式,学生认为每一个环节都很重要,把握不到重点。另外学生的推导公式能力不是很强,容易迷惑,在有限的课时数内,学生无法完全掌握课程中所有公式的推导。虽然公式推导可以培养学生科学研究的逻辑思维,但热能与动力工程专业和轮机工程专业的学生以后的方向是进人工程应用领域,工程实践中,往往应用的是推导得出的公式。另外课时压缩后时间有限,所以要重点强调对最后推导出的公式的理解,公式的意义和应用。比如传热学中各种对流换热过程的换热系数求解,不仅求解方法多,计算公式多,每个公式还有各自的适用范围。现在对各种对流换热过程的特征和公式这部分的教学目标发生了变化:要求学生了解各种对流换热过程的流动特征,包括定性温度和定形尺寸,了解各种对流换热过程的换热系数的计算公式、准则方程。不再要求学生记忆公式及其应用范围,而是要求学生重点掌握影响对流换热系数的因素。
三 充分利用比拟法教学
比拟法是理论思维的一种重要的逻辑推理方法,它以比较为基础,在已有知识的基础上,通过对不同的事物及其运动规律进行比较,找出它们的相似点或相同点,然后将其中一事物的有关知识或结论推理比拟到另一事物中去。因此它是人们有效地认识自然界普遍规律的一种试探性工具,在实际中同样具有重要的应用价值。
在工程热力学中,准平衡过程是很难理解的。因为就热力系本身而言,热力学仅对平衡状态进行描述,“平衡”就意味着宏观是静止的;而要实现能量的转换,热力系又必须通过状态的变化即过程来完成,“过程”就意味着平衡被破坏。而准平衡过程则是一个把过程和静止这两个矛盾统一起来的概念,其定义为:由一系列连续的平衡态组成的过程称为准平衡过程。准平衡过程实现条件有两个。
(1)推动过程进行的势差无限小。这样保证系统在任意时刻皆无限接近于平衡态。
(2)过程进行得足够缓慢,即弛豫时间远小于过程进行时间。为了理解这个概念及其实现条件,教师可以把电影的放映与其进行类比。电影的胶片是静态的,相当于乎衡状态,而电影是动态的,相当于热力过程,电影放映就能把静止的胶片变成动态的影片,就相当于准平衡过程。电影放映也有两个实现条件:1)相邻的胶片之间的差别十分小,这样才能保证电影播放得连贯流畅。2)胶片播放的足够快:相邻胶片的转换时间小于视觉暂留时间。这样学生就很容易理解和掌握准平衡过程的定义和实现条件。
而在传热学的教学中,可以使用比拟法的就更多了,首先引入电场与温度场的类比,特别是学生在先学习了电工学,了 解了电势,电流,电阻的概念后,将温度场中的温度差,热流及热阻的特点与其相对比,随后,在对流换热中将已学的专业基础课流体力学中的动量传递与传热学中的热量传递,质量传递的特点相类比,找到它们之间的相互关系,而且流体力学中的一些原理及数学表达形式可以完全类比到传热学中,使对流换热及传质问题得以大大简化。热传递的三种基本方式一一导热、对流及辐射是整篇传热学的精髓,对它们的研究始终贯穿着电阻与热阻的类比。
四、改进教学方法,充分利用多媒体
压缩学时后,为了加快教学进度,本课程使用了多媒体进行教学,刚开始时,手段单一,仅仅使用Powerpoint,而且课时减少后,使得每次课教学内容增多、信息量也相应加大,学生学习量大。多媒体教学减少了传统教学中教师在黑板上写和画的过程,学生自然也随之少了这样一个精神稍微松弛的间歇过程,随着教师教学过程中点击鼠标,按照多媒体上的文字、图片等讲解,学生在课堂上精神必须高度集中,否则就会遗漏许多知识点,同时也来不及记笔记,课后不能很好的复习。这样一堂课下来,学生十分劳累,效率不见得会提高。也有损身心健康。
在改革了教学方法后,釆用了多媒体和板书结合的教学方法。同时从网上找到大量的动画与视频,丰富了教学手段,大大提高了知识的传播效率和学生的学习效率,例如:以前在介绍流体流动状态受雷诺数的影响时,学生理解很吃力,现在通过看一个军队行进状态变化的Plash,学生很容易理解了。
所以,多媒体在本课程中应用的积极作用是值得肯定的。在教学中适当地辅助多媒体的手段,不但可以使教师更加生动和清晰地讲解知识点,及时便捷地完善教学内容,并且也有助于学生对知识的理解、记忆和应用,极大地提升学习效率。
五、合理设置问题情景,启发学生积极思维
本课程理论性强、解题灵活、难点较多。是一门非常难教难学的课程。但是,这门课程又与我们的日常生活和实际工程有着密切的关系。在讲授新内容时,教师可以先通过日常生活或工程实际中的典型事例引出,学生会觉得这些事例就在身边或非常实用,这样就能一下子抓住他们的注意力,大大增加学习的兴趣。例如在第一次向学生提到能量守恒定律时,先不引入需要辅助概念的系统或者循环,而是以每个人的积蓄为例,得到的钱数,减去花掉的钱数,就等于积蓄的变化量,如果有信用卡,那这个变化量有可能是负数。每次笔者在举这个例子时,学生都会哄堂大笑,印象却很深刻。
设置问题隋景,也叫“问题教学法”,就是教师在课堂讲授时,并不是把教学内容作为现成的知识向学生传授,而是不断地将所要讲授的内容作为一个一个问题向学生提出,采用课堂上一问一答的问难质疑上课方式。这样不仅用“提问式”引起学生的注意,使学生集中精力听课,而且还用“启发式,激发学生积极思维,主动思考问题、解决问题发挥想象力,调动学生学习的积极性和主动性,从而开发学生的智力,培养学生的逻辑推理能力,为了调动学生的兴趣。授课教师要适时提出一些具有思考性和启发性甚至是综合性、研究性的问题,这些问题尽量是一些工程热力学传热学概念的生活实例或工程实例。比如在讲湿空气一这章时,先让学生思考简单问题:“为什么梅雨季节晒衣服不易干?”学习了含湿量、露点等概念后,再提问:“为什么冬季靠近冷山的墙面会结水?”、“冬季室内有供暖装置时,为什么会感到空气干燥?’而在讲解传热学时。让学生思考“冬天在室外用手摸树木和铁栏杆,感觉哪个冷?冷的那个的温度真的是比较低吗?”、“人体为恒温体,若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度,那么在冬天与夏天,人在房间里所穿的衣服能否一样,为什么?”等等。
但是值得注意的是,在设计问题时要注意问题的难易程度,问题太难或过于简单都会使学生失去学习的兴趣。因此,在备课时授课教师一定要多花心思。
六、合理利用练习册,随堂小测试
本课程把工程热力学和传热学合并后知识点增多,学时数减少,所以对习题课课时进行了大量的压缩。学生一次课需要接收大量的信息,大部分时间都是教师在讲解,学生自我思考空间少,知识在讲解之后,印象并不是很深刻,有一些概念性的知识不会灵活应用,造成学生对概念掌握得不牢,对题目的分析解决能力不强,这些问题在学生的考试成绩上会有所体现。
而习题训练又是必不可少的,不仅可以巩固课堂知识,还能增强学生的综合分析能力,必要的习题训练与课堂相辅相成,使课堂讲授在有限的课时内达到比较好的教学效果。教学改革后除了利用上课时间讲解例题之外,给学生配备了与教材配套的习题集。把习题集作为作业,习题集中每章的知识点都很全面,通过批改作业。可以发现学生的薄弱环节,有针对性地讲解问题,这样既节约了课堂时间,也没有减少学生的习题训练。
同时在授课过程中抽出几分钟到十几分钟的时间,用一些选择,填空和改错形式的小题目作为课堂测试,让学生主动思考,不仅可以加深学生对知识的理解,还起到了二次学习的作用,这种教学方法收到了非常好的效果,特别是加深了对基本概念的理解。
七、结束语
根据调整后的“工程热力学与传热学”课程特点改进教学方法,通过调整和组织教学内容,使之符合学生的学习心理,加上课后有效地组织习题训练。引导学生掌握科学的学习方法,合理设置问题情景,增加学生学习兴趣,可以在有限的课时内,达到良好的教学效果。
责任编辑 苏宇嵬