新能源科学与工程专业《工程热力学》课程的教学思考与创新

葛立超　许昌

摘要：《工程热力学》为新能源科学与工程专业的专业必修课，该课程具有历史悠久、知识点多、专业性强、覆盖面广等特点。本文探讨了在时代特征明显、学科交叉性强和创新能力要求高的新能源专业教学特色下如何更加高效、科学和合理地教授《工程热力学》的思考和认识，并对本课程与新能源专业的结合和创新教学进行了研究，以期为“新工科”背景下新能源专业人才的培养和相应课程的教学提供参考。

关键词：工程热力学；新能源；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0103-02

2011年教育部正式批准设置新能源科学与工程本科专业，隶属能源动力类专业目录，分属一级学科动力工程及工程热物理。本专业为面向新能源产业，培养在风能、太阳能、生物质能等新能源领域从事相关工程技术开发研究、工程设计、优化运行及生产管理工作的跨学科复合型高级人才，及具有较强工程实践和创新能力的专门人才，适应了当下“新工科”的发展趋势[1]。

《工程热力学》作为能源动力类专业基础课，讲述能量的转换原理和过程。新能源科学与工程专业在传统能动专业基础上发展起来，又适应时代特征，交叉了材料、电气、控制、信息等众多学科，所学内容纷繁复杂，缩减了传统专业课程的比重，增加了许多交叉学科及新兴领域课程。在这样的教学背景和特色下，教学内容的优化和精选是教学创新和改革的关键。作为专业必修课，在学时有限的情况下，如何最大限度地讲授最有价值的知识点和内容架构成为教学的关键[2]。

一、课程特点

《工程热力学》是一门逻辑性强，理论和概念多，内容交叉渗透的课程，由于概念理论深奥、公式繁多导致学生难学教师难教的普遍现象[3，4]。

《工程热力学》主要按照基本概念理论和基本热力动力过程等内容划分为若干章节[5]。针对较为庞大的知识架构和体系，如何在短学时下更有效地进行讲授并让新能源专业的学生们乐于学习能够听懂是一个需要认真思考并及时实践的重要课题。

二、教学方法与思考

1.注重科学素养的培训，谨记创新理念的培养。高等教育的理念在于大学生科学素养的培训与创新能力的培养，探索表面现象背后的科学本质，尤其是作为“新工科”的毕业生，更应具备与时俱进、不断革新的创造性思维意识。在讲述新能源专业工热基础课《工程热力学》能源转换原理知识点时，不局限于书本上所介绍的单纯依靠介质动力循环来实现一次能源向二次能源的转换，应启发同学们去积极思考能量新的转换途径。目前热力学讲述的一次能源向二次能源的轉换主要依靠气体和水蒸气等工质在高低温热源之间的动力循环来实现化学能向电能、动能等能量形式的转换，这将受限于所采用工质的性质及循环最高效率两方面因素而导致现有效率普遍不高、能源的大量浪费和温室效应，并且需要大型的机械系统和旋转设备来实现。可以启发同学们思考是否可以不走这样的传统思维，寻求新的能量转换的方式，如燃料电池（直接实现化学能向电能的转换）、热光伏发电（热量和光直接转换为电）等等。目前由于研究所限，新的方式通常效率较低，也难以实现规模化，但这种新思路、新方法要体现在日常的教学过程中，启迪发散思维，并付诸今后的实践当中，培养创新型的“新工科”人才。

2.明确概念和理论的理解，淡化公式的推导和演变。新能源专业是应时代需要国家着力发展的新兴交叉学科，涉及的知识繁杂众多，在兼顾传统核心课程的基础上引入了很多跨学科专业课，因此带来众多课程学时缩减的普遍现象，造成教学过程和学习过程都相对困难的情况，如何更高效、更好地讲授课程核心内容成为关键难点。尤其《工程热力学》，本身内容繁杂，难度较大，概念和公式特别多，初学者极易迷糊和混淆，短学时下给新能源专业的授课教师造成较大的困扰。对于“新工科”专业的学生，需要接受的新知识较多，传统知识的比重应当有所缩减，在平时的教学过程中，有所侧重，将教学和自学相结合，在课堂有限的时间内将背景知识、专业理论、基本概念和重要公式讲清楚，注重知识架构和学习思路的形成，公式的推导和演变可以放到课下，有兴趣的学生自己去探索。如在讲气体和水蒸气的各种热力过程和动力循环时，可以只把结论性的过程及效率公式讲一讲，推导过程简单带过，放到课下研究。这样可以做到重点清晰、条理分明，有助于学生们把握书本和课程的脉络。

3.营造活跃的课堂氛围，寻找与实际生活的联系。大学教育较大地依靠于学生的积极性和主动性，因此必须要在课堂有限时间内调动同学们的兴趣和热情，从而使其更好地去消化理解所学内容。《工程热力学》是能动类专业基础课，学习起来相对枯燥乏味，课堂活跃氛围的营造尤为关键。首先，应注重思路的讲授，拎清楚主要知识点，把学习这门课的目的及整本书的架构灌输给大家，在以后每一章节学习中，同样注重目的性和思路的培养，引导同学们积极主动地进入到课程中。在教学过程中知识点的讲授秉持从自然现象到物理模型再到抽象数学公式最后再回归自然工程应用中。加大背景知识的介绍及与实际生活的结合，如在讲授燃气轮机动力循环时，结合2017年上半年国产大飞机C919的成功试飞，成就我国的航空梦想，激发同学们的航空人热情。教学中注重将课本枯燥的理论知识多与生活中的现象相结合。

4.与“新工科”和新能源的专业特色相结合。新能源科学与工程专业属于新兴产业专业，学科领域广泛，涉及能源类（如生物质能、太阳能、风能）、化工类（如基础化学、物理化学、新能源材料）、力学类（如工程力学、流体力学）等多门课程和领域。在实际的教学过程中，应充分结合专业特色和特点，多讲授与本专业相结合相关的知识。《工程热力学》是与能动类专业紧密结合的专业基础课，其中包含许多本专业所涉及的基本过程、理论和知识，有很多与目前的新能源都相关，在上课讲授过程中要紧紧围绕新能源专业的特点和培养目标，注重传统核心知识体系与当前能源发展趋势的结合。水蒸气的性质及以其为工质的朗肯循环是传统热力发电的核心理论，而在新能源光热发电中，无论前期聚光采用何种形式，后端的发电过程都是基于水蒸气工质的朗肯循环，只是温度区间不同。生物质发电、垃圾电厂等新能源中凡是涉及热电转换的部分都是基于上述循环理论展开的。因此在讲述朗肯循环知识点时可以结合当前世界及我国新能源发电的现状和形式来给新能源专业的同学们做一个较深入的普及和学习。

三、结语

根据新能源科学与工程专业特点，教师还应在日常教学过程中，不断优化课程内容，探索教学方法，践行教学改革，提升教学质量，使本专业课程体系更加科学合理，更好地适应社会发展和全球能源变革大局，不断培养满足时代发展需要的合格新能源科学与工程专业人才。

参考文献：

[1]周开发，曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究，2017，5（3）：22-35.

[2]陈登宇.新能源科学与工程专业热工类课程的教学模式研究[J].教育教学论坛，2016，（52）：176-177.

[3]陈国杰.《工程热力学》教学改革探讨[J].教育教学论坛，2014，（31）：73-74.

[4]刘青荣，裘薇，段芮，张涛，朱群志.行业类高校“工程热力学”教学质量提高方法探讨[J].教育教学论坛，2016，（42）：182-183.

[5]沈维道，童钧耕.工程热力学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2007.