启发式教学在《工程热力学》中的应用
科技信息2008年第28期
SCIENCE &TECHNO LO GY INFORMATION 0.引言
传统的注入式教学方法,最大的不足在于学生缺乏学习的主动性。现在提倡的启发式教学,则是以教师为主导、学生为主体的一种民主、科学的教学方式。它能够有效调动学生的学习积极性,充分发挥学生在教学过程中的主体作用,产生师生互动的教学效果。下面就《工程热力学》这门课程,谈谈我在启发式教学方面所做的几点尝试。
1.合理设置问题情景,启发学生积极思维
设置问题情景,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。
例如在讲熵的作用时,先提出一个这样的问题:温度升高,物体是否一定吸收热量?绝大多数学生根据固有的经验,认为一定吸热。接着我就从熵的定义来分析此看法的不正确性。通过这个例子,既活跃了气氛,又加深了对熵这个概念的理解。
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,在备课时一定要多花心思。
2.及时回忆相关知识,增加学生信心
我们在讲课时往往会遇到这种情况:要讲的新内容中涉及到学生没有掌握好的旧知识,如果老师没有把旧知识讲透,学生就会失去学习新内容的信心,更不用说兴趣了。工程热力学不仅涉及到很多前续课程如高等数学、大学物理等的知识,各个章节之间都有千丝万缕的联系,因此及时复习,加深理解很重要。
例如在讲授压气机余隙容积前,先给学生复习公差配合及工艺的基本知识,这样学生就会顺理成章的接受余隙容积的概念,从而能够真正理解掌握余隙容积对压缩机的影响。又如在讲授燃气轮机、内燃机循环时,及时复习金属蠕变、材料刚度等内容,使学生对实际燃气轮机循环为何不采用卡诺循环的理解不仅限在工质性质而拓展到工程实际的可能性上。
3.讲透基本概念,避免学生产生厌学情绪
在授课的过程中,涉及到很多基本概念,这些概念构成了工程热力学独特研究方法的基础。在讲述的时候,我尽量避免对概念平铺直叙,多注重物理意义的阐述,用日常生活中发生的现象引出问题,分析问题,精选一定的例题,同时让学生提问,引导学生积极思考,提高课堂效率。例如在讲热力平衡的概念时,反复强调三点:一是系统与外界没有任何相互作用,二是系统内部没有势差,三是系统的状态参数不随时间发生变化。一般学生在理解热力平衡概念时总是理解了第三点,而忽略了第一点和第二点。针对这种情况,给出一道例题:“铁棒一端在沸水中,一端在冰水混合物中,经过一定时间以后,铁棒是否处于
平衡态?”[1]通过对这道例题的分析讲解,让同学真正掌握了这个概念。又如在讲述可逆过程膨胀功的时候,首先复习了力学中功的概念,然
后从概念入手,对于一个微元过程,给出了膨胀功的定义式!w=P sur d "(p s ur 是外界压力,v 是比体积),接着根据可逆过程的特点P sur =p s ys (p s ys 表示系统内部压力,通常用p 表示),说明克服外力的膨胀功可以用系统
内部的参数来表达,即:!w=p sy s d "=p d ",那么对于热力过程则有w 1-2=
2
1
!
"。这两个公式都说明了可逆过程的膨胀功是过程量,不同的过程,
、之间的关系不一样,那么在平面坐标图上,曲线的形状不一
样,因此,膨胀功的大小也不一样。为了进一步加强学生理解,给出一道例题:“某种工质从初态1出发可逆膨胀到终态2,膨胀过程中,工
质的压力服从:(1)p "为定值(2)p=6-3"(3)p "2为定值,试分别求出这三个过程中气体的膨胀功,并定性在p-v 平面坐标图上表示出来”。膨胀功是过程量,和状态量有本质差别,在课堂上并不是单纯讲解这道例题,而是让同学们一起动手做,然后进行讨论,这样一来,同学们就完全理解了膨胀功,能正确地理解概念的含义,又能逐步学会熟练地利用他们来分析问题,而且印象深刻,为下面学习可逆过程的热量奠定了基础。这种先引出概念,然后阐述,然后用实例来加强理解的方法在教学过程中取得了很好的效果。
4.从习题入手,启发学生创造性
在工程热力学的教学过程中,我尝试着启发学生的创造性。在课后布置习题的时候,常常布置一些和实际生活相关的或者没有唯一答案的题目。这些题目的范围十分广泛,内容不完全限于课堂上讲授的知识。例如“试分别举例说明热力学第一定律和第二定律对生产活动或日常生活的指导作用”。又如“摄氏零度的冰在大气中融化,求其做功能力的损失”;“某循环在700K 的热源及400K 的冷源之间工作,试判断循环是热机循环还是制冷循环,可逆还是不可逆?”。再如“闭口系统经历一个放热过程,分析系统熵变有哪几种可能性,为什么?”。通过对这些题目的分析求解,学生的综合思维能力得到了锻炼,不但使学生形成思考问题的习惯,而且也活跃了学习的气氛。
5.筛选前沿知识,提高学生兴趣
在备课时我尝试着将一些新的学术动态融入到课程教学之中,这
样可以提高学生学习的兴趣和目的性,让他们学习如何利用基本知识解决本专业的实际问题。例如讲授制冷循环和热泵循环,在详细阐述了两个循环的工作原理及能量方程以后,又给他们介绍了有关水源热泵的信息。水源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源,即在冬季把地能中的热量“取”出来提高温度后,供给室内采暖;在夏季,把室内的热量取出来,释放到地能中去。通过对水源热泵的了解,同学们不仅可以熟练掌握理解热泵循环和制冷循环的工作原理,而且还对热力学第二定律所阐述的关于能量有品质高下之分有了更深刻的认识。
6.讲科学家的故事,增加学生探索科学的兴趣
热力学第一、第二定律是工程热力学理论的两大支柱,它们在教学中占有重要地位。这两个定律的形成和近代科学史的发展紧密相关,其中一些概念(如熵等)还被广泛应用到其它学科,为了使学生全面深刻地理解和熟练应用它们,避免学习中产生枯燥和太抽象的感觉,增加其学习兴趣,我试着在教学中介绍与之相关的科学史等方面的知识。例如在讲授第一定律时,介绍有关“热素说”与“热动说”的争论,以
及伦福德、戴维、牛顿和卡诺等人在推翻“热素说”、确立“热动说”方面
的贡献等[2]。又如在讲授第二定律时,补充了“
热寂说”的有关知识,介绍熵在信息学、混沌学和宇宙演化等方面的应用等。我还把有关科学家(如焦耳、迈耶、亥姆霍兹、克劳休斯、开尔文、卡诺等)的贡献、照片、生平趣事融合进这两个定律中进行讲授。这样既增加了课程内容的趣
味性,无形中扩展了学生的知识面,也对他们进行了科学发展史的教育,很多学生对科学更加感兴趣。
7.理论联系生活,吸引学生注意力
工程热力学理论性强、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(下转第5页)
启发式教学在《工程热力学》中的应用
张琴张慢来黄天成
(长江大学机械工程学院湖北荆州
434023)
【摘要】本文介绍了作者在《工程热力学》的课堂教学中,为有效调动学生的学习积极性,充分发挥学生在教学过程中的主体作用,采用启发式教学方法,进行课堂教学改革的实践与体会。
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关键词】启发式教学;工程热力学;教学改革○高校讲坛○6
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