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緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇工程熱力學(xué)意義，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
《熱處理原理與工藝》是材料科學(xué)與工程專業(yè)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(fā)生珠光體、馬氏體、貝氏體等固態(tài)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(xué)內(nèi)容上看，該課程不僅涉及到物理化學(xué)、金屬學(xué)、晶體學(xué)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(chǎn)聯(lián)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(xué)生具備堅實的基礎(chǔ)理論知識，又要求學(xué)生具備一定的分析解決實際問題的能力，能夠根據(jù)固態(tài)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(xué)過程中有針對性地進行理論結(jié)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(biāo)，實踐教學(xué)就成為其中的關(guān)鍵一環(huán)。
通過熱處理實踐促使學(xué)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(xiàn)象。因此，在該課程的教學(xué)中必須加大實踐教學(xué)的力度，對傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式進行改革。筆者結(jié)合我院《熱處理原理與工藝》課程實踐教學(xué)開展的情況，提出了實驗教學(xué)改革與實踐的幾點體會。
一、《熱處理原理與工藝》實踐教學(xué)存在的問題
1.教學(xué)內(nèi)容陳舊，學(xué)生自主實驗訓(xùn)練不足。由于受重視程度或?qū)嶒灄l件的限制，大多數(shù)熱處理實驗內(nèi)容沒有隨著實驗技術(shù)手段的進步進行改進，這些很多年不變的實驗內(nèi)容難以具有挑戰(zhàn)性，學(xué)生難以發(fā)生興趣或產(chǎn)生求索的欲望，從而不重視實驗，達不到預(yù)期目標(biāo)。而且，傳統(tǒng)的熱處理實驗側(cè)重于學(xué)生單項技能和對知識的驗證為主，綜合性、設(shè)計性實驗比重較輕，尤其是學(xué)生自主的開放性實驗訓(xùn)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(lián)起來進行實驗訓(xùn)練，缺乏讓學(xué)生進行系統(tǒng)地綜合運用所學(xué)知識與技能的主線。
2.教學(xué)模式單一，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺乏。材料專業(yè)涉及熱處理實踐的環(huán)節(jié)主要有課程實驗、實習(xí)實踐和畢業(yè)論文階段。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，教師詳細(xì)講解實驗原理、實驗步驟、注意事項等，學(xué)生根據(jù)流程進行實際操作；在實習(xí)實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生在企業(yè)主要看生產(chǎn)過程和聽師傅講解，動手機會很少；在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，教師擬定題目，下達任務(wù)書，學(xué)生在教師指導(dǎo)下進行實驗。在這些實踐環(huán)節(jié)，教師是教學(xué)的主體，學(xué)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(xué)模式難以提高學(xué)生的動手能力和分析問題、解決問題的能力，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3.教學(xué)資源匱乏，實踐教學(xué)質(zhì)量難以保證。隨著學(xué)生規(guī)模的急劇增加，材料專業(yè)實踐教學(xué)過程中不同程度的存在教學(xué)資源匱乏的問題。一方面，學(xué)生的擴招造成硬件設(shè)施的相對不足，導(dǎo)致實驗任務(wù)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(xué)生參與動手的機會少，等等問題，使得實驗教學(xué)匆匆走過場。同時，學(xué)生人數(shù)的增多也增加了實習(xí)實踐的困難，企業(yè)不能接納更多的學(xué)生進行實習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生實習(xí)時間變短，實習(xí)過程走馬觀花。這些原因?qū)е聼崽幚韺嵺`教學(xué)流于形式，實踐教學(xué)改革難以落到實處，實踐教學(xué)質(zhì)量自然難以保證。
二、《熱處理原理與工藝》實踐教學(xué)改革的措施
1.優(yōu)化實踐教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生自主性綜設(shè)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(xué)軟件教學(xué)，增加綜設(shè)性實驗比重，要求學(xué)生根據(jù)實驗條件自主選材，自己設(shè)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(xué)性能，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力；更新實驗內(nèi)容，創(chuàng)新實驗項目，確保實驗教學(xué)內(nèi)容科學(xué)前沿，注重傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合、學(xué)與用的結(jié)合，在此基礎(chǔ)上建立熱處理相關(guān)的開放性實驗項目庫，鼓勵學(xué)生在課外根據(jù)個人興趣自主選擇實驗項目進行探索研究，培養(yǎng)學(xué)生的自主實踐能力和科研興趣。
2.充分挖掘校內(nèi)外資源，改善實踐教學(xué)條件。充分利用依托我院建設(shè)的國家復(fù)合改性聚合物工程技術(shù)研究中心、貴州省材料結(jié)構(gòu)與強度重點實驗室、貴州省激光技術(shù)應(yīng)用工程研究中心、材料測試與結(jié)構(gòu)分析實驗中心等資源，建立儀器設(shè)備共享機制，為熱處理實踐教學(xué)創(chuàng)造良好的實驗條件。加強與中航工業(yè)143廠、183廠、154廠、標(biāo)準(zhǔn)件廠及西南工具集團、貴州合潤鋁業(yè)、貴州金飛輪轂等建有熱處理生產(chǎn)線的大中型企業(yè)合作，聯(lián)合建立了學(xué)生實踐實訓(xùn)基地，加強熱處理實踐教學(xué)條件建設(shè)，讓學(xué)生在生產(chǎn)現(xiàn)場直接進行熱處理實踐技能和創(chuàng)新能力的鍛煉和體驗。
3.改革實踐教學(xué)模式，建立多元化的實踐教學(xué)體系。利用我院每年舉辦的金相技能大賽和參加全國大學(xué)生金相技能大賽的機會，組織學(xué)生進行制樣培訓(xùn)和比賽。在此過程中，學(xué)生通過不同熱處理狀態(tài)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(rèn)識。同時，向?qū)W生全面介紹本學(xué)院教師的科研方向、承擔(dān)的課題等信息，鼓勵學(xué)生聯(lián)系相關(guān)教師申請參與科研實驗，同時支持學(xué)生組成課題組申報國家級、省級和校級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，在教師的指導(dǎo)下獨立進行金屬熱處理相關(guān)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(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。此外，在實習(xí)過程中針對實習(xí)工廠生產(chǎn)的實際情況，設(shè)計相關(guān)的實踐項目，讓學(xué)生帶著項目、帶著問題進行有針對性的實習(xí)并撰寫實踐報告，增強學(xué)生解決工程實際問題的意識和能力。
4.完善網(wǎng)絡(luò)資源，建立網(wǎng)上實驗平臺。通過網(wǎng)頁、微博、QQ群等方式搭建網(wǎng)上實驗平臺，將實驗設(shè)備資料、實驗教學(xué)教案、儀器操作視頻、開放實驗項目等相關(guān)信息共享在平臺上。學(xué)生可以在網(wǎng)上了解儀器設(shè)備功能、實驗方案設(shè)計、基本操作過程等內(nèi)容，根據(jù)自己的興趣選擇實驗項目或自擬項目進行網(wǎng)上預(yù)約實驗，并可通過網(wǎng)絡(luò)平臺提出問題、尋求幫助，教師可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上及時進行解答指導(dǎo)，增強教師和學(xué)生的互動。網(wǎng)絡(luò)平臺的建立不僅可以提高學(xué)生自主實驗的便利性，更可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。
5.改進考評辦法，發(fā)揮正向引導(dǎo)作用。為了從制度上引導(dǎo)、督促學(xué)生重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的熱處理實驗積極性和學(xué)習(xí)興趣，改進學(xué)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(shè)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?jǐn)?shù)，重點考查學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)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(xué)生，其成績作為平時成績的加分因素，主要從科研項目的創(chuàng)新性和先進性、實驗方案的合理性、實驗結(jié)果的正確性、論文的規(guī)范性等方面綜合評定。通過加大實踐環(huán)節(jié)在總成績中所占的比例，提高學(xué)生對熱處理實踐環(huán)節(jié)的重視程度，培養(yǎng)學(xué)生理論知識應(yīng)用于實踐的能力。
關(guān)鍵詞 熱處理；多媒體教學(xué)；啟發(fā)式教學(xué)方法
中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)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(xué)材料成型及控制工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)內(nèi)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(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變等鋼在加熱及冷卻過程中發(fā)生的組織及性能轉(zhuǎn)變規(guī)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(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生在掌握熱處理原理的基礎(chǔ)上合理地制訂熱處理工藝路線。
從教學(xué)內(nèi)容上看，熱處理原理部分理論性強，內(nèi)容抽象，熱處理工藝部分又與實際生產(chǎn)聯(lián)系緊密，如果不注意教學(xué)策略，學(xué)生在難于理解運用的同時就會覺得枯燥無味，很難產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果也較差。然而，該課程的教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生既要具備堅實的基礎(chǔ)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(xiàn)這一目標(biāo)呢？針對教學(xué)內(nèi)容的特點，筆者嘗試采用以下策略進行教學(xué)實踐，收到良好的教學(xué)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?！笨梢姡芭d趣”才是最好的老師。因此，在熱處理原理及工藝課程的教學(xué)過程中，可深入挖掘教材內(nèi)容，通過舉例子講故事、從現(xiàn)象出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考等方法，有目的地設(shè)計“興奮點”以激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)思考能力，以適當(dāng)?shù)陌咐龁l(fā)學(xué)生的思維，探究現(xiàn)象的本質(zhì)，找出規(guī)律。
如在教學(xué)熱處理這章內(nèi)容時，先設(shè)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(dāng)鋼絲完全冷卻后進行折彎，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致同種材料性能的差異，為什么？”“敲擊學(xué)生金工實習(xí)作品小錘子的錘頭，一錘頭工作面出現(xiàn)凹凸不平，而另一個經(jīng)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?qū)е洛N頭性能的差異呢？”通過這些思考題的提出，好奇的學(xué)生就會把興趣轉(zhuǎn)移到熱處理課程枯燥、抽象的內(nèi)容上。
2 教學(xué)內(nèi)容改革
熱處理原理及工藝課程的教學(xué)內(nèi)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(nèi)容抽象，且與材料科學(xué)基礎(chǔ)等基礎(chǔ)課程內(nèi)容聯(lián)系密切；第二部分“熱處理工藝”部分與實際生產(chǎn)聯(lián)系緊密。第一部分內(nèi)容是第二部分的理論基礎(chǔ)，而第二部分內(nèi)容是第一部分的應(yīng)用。因此在教學(xué)過程中，教師應(yīng)抓住主線，突出重點，注重理論聯(lián)系實際，并且強化實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，熱處理領(lǐng)域新工藝、新理論不斷出現(xiàn)。因此，處理好傳統(tǒng)內(nèi)容與現(xiàn)代內(nèi)容的關(guān)系，適當(dāng)壓縮、簡化經(jīng)典內(nèi)容，充實當(dāng)前熱處理領(lǐng)域的最新研究成果。如增加激光熱處理、真空熱處理等現(xiàn)代化的熱處理方法等內(nèi)容，使學(xué)生及時了解熱處理原理及工藝的最新研究和發(fā)展動態(tài)。
3 采用多媒體教學(xué)
與“一塊黑板、一支粉筆、一本教材、一張嘴”的傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，多媒體教學(xué)的優(yōu)勢在于其是圖、文、聲、像、動畫、視頻的有機結(jié)合體。在熱處理原理及工藝課程上的教學(xué)工作中，采用多媒體教學(xué)手段，可將抽象的概念轉(zhuǎn)化為圖文并茂的畫面，將復(fù)雜的工藝過程轉(zhuǎn)化為直觀的視頻，使學(xué)生能夠充分利用視覺和聽覺來獲取新知識，教學(xué)內(nèi)容直觀易懂，課堂氣氛生動活潑，易于被學(xué)生理解。并且采用多媒體教學(xué)方式，節(jié)省了大量的粉筆板書時間，使教師能夠有更多精力對學(xué)生課堂進行管理和引導(dǎo)，提高了教學(xué)效率。
例如，對于與實踐聯(lián)系緊密的“鋼的熱處理工藝：淬火、正火、退火、回火等”內(nèi)容，學(xué)生很難想象熱處理的工藝過程。采用多媒體教學(xué)方法，將熱處理工藝制作成為動畫或錄像放給學(xué)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(diào)動了學(xué)生的興趣，增強了學(xué)習(xí)效果。目前已連續(xù)幾屆采用自制的多媒體課件進行教學(xué)，受到學(xué)生的廣泛歡迎，增強了教學(xué)效果。
4 采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法
熱處理原理及工藝課程知識系統(tǒng)性較強，且原理和工藝部分聯(lián)系緊密。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)注意有關(guān)概念之間的內(nèi)部聯(lián)系，注重其本質(zhì)特點的講解，從而進行它們異同的比較。并且，針對特定內(nèi)容進行啟發(fā)誘導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)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(fā)教學(xué)，教師必須下功夫深入研究教材，通過多種途徑來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，啟發(fā)學(xué)生進行獨立思考。
在每節(jié)課的教學(xué)過程中，教師不與學(xué)生進行互動，不僅使課堂氣氛沉重，學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，而且教師也不了解學(xué)生對知識點的理解掌握程度。在教學(xué)過程中，可以采用課堂提問、組織討論等方式，與學(xué)生進行互動和交流。采用討論式教學(xué)方式不僅活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且能培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和積極思考的能力，實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)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(nèi)容設(shè)計討論主題，并且在討論過程中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)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(nèi)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(dǎo)。這樣，大多數(shù)學(xué)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(xué)
熱處理原理及工藝課程的教學(xué)目標(biāo)之一即讓學(xué)生靈活運用熱處理工藝來解決實際問題，那么怎樣提高學(xué)生理論與實際聯(lián)系的能力呢？實驗教學(xué)是解決這一問題很好的途徑，通過實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，既可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思維方式，提高學(xué)生的實踐能力，反過來又可以促進理論教學(xué)效果的增強。
因此，為了培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際獨立解決問題的能力，在學(xué)時緊的情況下，仍安排實驗8學(xué)時，實驗學(xué)時占總課時的17%。并且，為了提高學(xué)生的積極主動性，將部分實驗由演示性實驗改為設(shè)計性實驗，由學(xué)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(xué)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?，F(xiàn)在該實驗為綜合設(shè)計性實驗，學(xué)生根據(jù)給定材料的化學(xué)成分，根據(jù)學(xué)習(xí)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(huán)節(jié)結(jié)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(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，強化了學(xué)生對理論知識的理解。
另外，還可通過認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)來彌補學(xué)校教學(xué)條件的不足，讓學(xué)生走進企業(yè)，親身感受實際生產(chǎn)環(huán)境，體驗實際生產(chǎn)過程。并且在學(xué)生參觀過程中，經(jīng)驗豐富的車間技術(shù)人員針對生產(chǎn)內(nèi)容進行細(xì)致解說，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)理論知識與實際生產(chǎn)過程進行結(jié)合，使學(xué)習(xí)的知識不斷深化，從而大大提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。
6 結(jié)論
在熱處理原理及工藝的教學(xué)中，應(yīng)針對課程內(nèi)容特點，通過以“趣”為主線，對教學(xué)內(nèi)容進行改革，采用多媒體教學(xué)，啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法及強化實踐教學(xué)等方式，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，使學(xué)生更好地理解知識、掌握知識、靈活運用知識。
參考文獻
[1]陸興.熱處理工程基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.
[2]李傳瑞，丁麗，王銀鳳.熱處理原理及工藝課程教學(xué)的改革與實踐[J].時代教育：教育教學(xué)版，2009（10）：27.
由于浮法玻璃的產(chǎn)量相當(dāng)巨大，所以其嚴(yán)重影響到我國的經(jīng)濟和相關(guān)產(chǎn)業(yè)。浮法玻璃制造工藝一向被公認(rèn)為是玻璃生產(chǎn)工藝?yán)锩娴囊?guī)模生產(chǎn)技術(shù)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(huán)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(chǎn)出來的玻璃產(chǎn)品還依賴高溫、嚴(yán)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(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定。所以，對其的生產(chǎn)還需要做進一步研究，以促進發(fā)展的平衡。
化學(xué)熱力學(xué)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(shù)據(jù)就可以研究材料生產(chǎn)制備的熱加工過程和過程中材料的相結(jié)構(gòu)以及其性能的嬗變規(guī)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(tài)無定型的物質(zhì)，并且它的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，和相結(jié)構(gòu)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(yīng)的數(shù)據(jù)庫以及其數(shù)據(jù)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(xué)熱力學(xué)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(xué)熱力學(xué)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(shù)據(jù)庫技術(shù)，是用于多項復(fù)雜體系化學(xué)熱力學(xué)、熱過程計算分析。它的工作原理就是以熱力學(xué)物理相平衡的原則。通過積累的簡單系統(tǒng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和專門構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫來作為基礎(chǔ)，根據(jù)選擇的或者設(shè)計的模型來展開計算分析工作。全過程通過相變熱力學(xué)計算分析以及非平衡計算的模型方法和實際測量的數(shù)據(jù)，就可以氣相在內(nèi)的體系各相間的真實相互轉(zhuǎn)變的關(guān)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(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵點和環(huán)保的途徑，這樣有助于可持續(xù)發(fā)展。針對平板玻璃而言，其結(jié)構(gòu)的形成，產(chǎn)品性能的變化，玻璃氣泡與玻璃產(chǎn)品性能，其熔化制備過程中的硅酸鹽反應(yīng)過程細(xì)節(jié)，氣氛與澄清，氣體成分分布以及熔窯侵蝕等對玻璃生產(chǎn)工藝過程很重要，可是傳統(tǒng)的方法卻很難深入到系統(tǒng)的研究，所以采用這種方法比較合適。
數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)庫
之前就有提到說浮法玻璃的組成是非常的復(fù)雜的，而且整體體系的化學(xué)熱力學(xué)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(shù)據(jù)疊加，需要專門設(shè)計計算的流程和模型以及專業(yè)的數(shù)據(jù)庫才可以滿足。所以，NPL的方法是和皮爾金頓等企業(yè)合作建設(shè)MTOX數(shù)據(jù)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(tǒng)。其數(shù)據(jù)庫的問題對于研究的結(jié)果是否具有準(zhǔn)確性和實用性啟著關(guān)鍵的作用。在研究中，發(fā)現(xiàn)了浮法玻璃在高溫液態(tài)的時的氣態(tài)的含量對玻璃液的澄清和產(chǎn)品的光學(xué)性能影響較大。所有計算體系中，對采用的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫需要進行部分實測和計算調(diào)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(xué)原理，形成系統(tǒng)的裝置，實施實驗室和生產(chǎn)在線測量，經(jīng)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(guī)律，以此作為化學(xué)熱力學(xué)計算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。
玻璃形成的過程
普通硅酸鹽玻璃成分結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，玻璃結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的形成規(guī)律以及與制備環(huán)境條件和原料的組成的關(guān)系，就可以很全面地控制玻璃的改性、玻璃的生產(chǎn)以及其加工，找到工藝制度需要改進的地方和可以采用環(huán)保的生產(chǎn)的措施等等。雖然熱力學(xué)計算出的相比較復(fù)雜，但是它的結(jié)構(gòu)變化是對應(yīng)著普通平板玻璃液相形成的變化規(guī)律，這便可以結(jié)合現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)分析方法來分析總結(jié)出玻璃的結(jié)構(gòu)和形成的特點。
玻璃生產(chǎn)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(xiàn)在采用熱力學(xué)研究的方法就是，通過設(shè)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(xué)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(guī)律。從而專門研發(fā)相關(guān)的澄清劑和專門的數(shù)據(jù)庫，促進深入研究氣泡的形成變化。
總結(jié)
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(xì)血管廣泛性損害，臨床上以發(fā)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(yīng)用腹膜透析成功搶救治愈，現(xiàn)報告如下。
1 病歷摘要
患者男性，39歲。因寒戰(zhàn)、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(xiàn)發(fā)熱，體溫高達39℃，伴頭痛，全身酸痛，中上腹痛，呈持續(xù)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(jié)膜無充血。雙肺呼吸音清，心率90次/min，節(jié)律規(guī)整，各瓣膜聽診區(qū)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(qū)叩擊痛（+），雙下肢無水腫。輔助檢查：血常規(guī)WBC 5．13×109/L，N 0．88，L 0．07，PLT 71×109/L，異型淋巴細(xì)胞0．07。尿常規(guī)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(tài)飽滿，胰周、腹腔間隙滲出，考慮胰腺炎。入院后監(jiān)測胰酶、肝功能、血糖、腎功能指標(biāo)進行性升高，經(jīng)請院內(nèi)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(yǎng)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(chǔ)上緊急行急性腹膜透析置管術(shù)，術(shù)后應(yīng)用Baxter雙聯(lián)腹膜透析液2000 ml，5次/d腹膜透析，患者癥狀及各項指標(biāo)顯著緩解，根據(jù)病情調(diào)整用藥，腹膜透析治療24 d，各項指標(biāo)均恢復(fù)正常，行腹膜透析管拔管術(shù)，繼續(xù)鞏固治療，于第30天治愈出院?，F(xiàn)隨診11個月，各項指標(biāo)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(dǎo)致人體多器官損害,而臨床上以發(fā)熱、充血出血、休克、急性腎功能損害為突出表現(xiàn)的一組綜合征。其中流行性出血熱急性腎功能衰竭的發(fā)病機理主要是：①病毒直接損傷腎小管及毛細(xì)血管,以及由此造成的腎微循環(huán)障礙；②抗原抗體復(fù)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(xì)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(yán)重急性肝損害、急性腎功能衰竭，無明顯分期表現(xiàn)，易誤診、漏診；④該患經(jīng)腹膜透析治療迅速緩解病情，達到治愈出院，隨診病情無復(fù)發(fā)，預(yù)后好?？梢?，此病例的臨床觀察及分析告訴我們：①鑒于當(dāng)前我國人口的流動性比較大,特別是在城市就診的散發(fā)例或非高峰季節(jié)發(fā)病者,醫(yī)療工作者提高對本病的警惕性,是早期診斷的一個重要環(huán)節(jié)。若是早期診斷,治療及時合理,則非典型病例或輕型病例,發(fā)熱期、休克期及少尿期病程可縮短,或表現(xiàn)輕微,或出現(xiàn)越期現(xiàn)象而呈不典型經(jīng)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(zhì)量，減少醫(yī)療費用，在臨床上應(yīng)廣泛推廣。
【關(guān)鍵詞】地?zé)崴?；梯級綜合利用
引言
地?zé)崾且环N在合理利用條件下可再生的清潔能源。地?zé)豳Y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(huán)境。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策，改善傳統(tǒng)的供暖模式所造成的環(huán)境污染和能源浪費，北京中醫(yī)藥大學(xué)渤海校區(qū)（黃驊）地?zé)崴C合利工程采用地?zé)崴菁壘C合利用技術(shù)，成功替代了原有的地?zé)嶂惫沟責(zé)峁┡菜靡猿浞掷?，從而大大降低了資源的浪費和環(huán)境熱污染。本文以中醫(yī)藥大學(xué)地?zé)崴菁壘C合利用工程為例講述地?zé)崴菁壘C合利用，取得了良好的使用效果，實現(xiàn)了非常好的經(jīng)濟效益。
一、項目概況
本工程為中醫(yī)藥大學(xué)渤海校區(qū)（黃驊）一期供熱工程，為三棟教學(xué)樓、圖書館、實驗樓、學(xué)生食堂、學(xué)生宿舍、教工宿舍及相應(yīng)附屬服務(wù)設(shè)施供暖。一期總建筑面積15.1萬，全部由地?zé)崴畽C房供應(yīng)采暖熱源（行政樓除外，行政樓采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)），總供熱負(fù)荷約7000kW。
二、系統(tǒng)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(shè)備選型
地?zé)崴畽C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(guān)詳細(xì)參數(shù)見表1。
四、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)分析
五、結(jié)果與討論
由上述可知，在不采用地?zé)崴菁壘C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?zé)崴菁壘C合利用，不僅工藝流程簡單，運行穩(wěn)定且可以實現(xiàn)機房供熱的無人值守。不僅節(jié)省經(jīng)濟運行成本而且具有非常好的環(huán)境排放效果，實現(xiàn)功能、經(jīng)濟、環(huán)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?zé)峋€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：
[1] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊〔M〕.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.
[2] 地源熱泵工程技術(shù)規(guī)范GB 50366-2005（2009）。
[3] 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GB 50736-2012。
[4] 建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50242-2002。
關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)物理；工程熱力學(xué)；教學(xué)
作者簡介：高蓬輝（1979-），男，山西興縣人，中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，副教授；張東海（1977-），男，江蘇徐州人，中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，副教授。（江蘇 徐州 221116）
基金項目：本文系中國礦業(yè)大學(xué)青年教師教學(xué)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(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0087-02
“工程熱力學(xué)”為能源工程、機械工程、化學(xué)工程、材料工程以及航空航天工程等多門學(xué)科的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，熱工理論的研究與應(yīng)用直接決定能源轉(zhuǎn)化效率、節(jié)能技術(shù)及環(huán)境保護實施的成效，對于人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。因此，作為高校工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，加強“工程熱力學(xué)”的教學(xué)效果就尤為重要。我國近兩百所高校開設(shè)建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)，全部將“工程熱力學(xué)”課程設(shè)置為主干專業(yè)基礎(chǔ)課之一。“工程熱力學(xué)”課程不僅是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)，同時直接為學(xué)生今后的科研和工作實踐提供理論指導(dǎo)，具有重要的學(xué)習(xí)意義和實際應(yīng)用價值。[1]
筆者根據(jù)自身在“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)過程中的切身體會和經(jīng)驗，指出應(yīng)注重將基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理理論知識融會于“工程熱力學(xué)”課程講授過程中，促進學(xué)生對熱力學(xué)中抽象概念和過程的深入理解，達到提高和改善教學(xué)效果的重要作用和目的。
一、基礎(chǔ)數(shù)學(xué)物理知識在熱力學(xué)理論中的體現(xiàn)
熱力學(xué)的先修課程主要有高等數(shù)學(xué)和普通物理等課程，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生高等數(shù)學(xué)知識薄弱，需要在課堂教學(xué)中講解大量的高等數(shù)學(xué)知識，才能使課堂教學(xué)質(zhì)量得到保證，然而卻浪費了“工程熱力學(xué)”課程自身的教學(xué)時數(shù)，因此探索基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識體系與熱力學(xué)之間合理的聯(lián)系以及有機過渡的教學(xué)方法成為熱力學(xué)教學(xué)中必須重視的問題之一。
熱力學(xué)作為一門非常系統(tǒng)且抽象的學(xué)科，其科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性主要是通過各個章節(jié)中貫穿其中的數(shù)學(xué)體系來構(gòu)建而成的。如何科學(xué)、深入理解這些繁雜這些概念和數(shù)學(xué)結(jié)論，成為課堂教學(xué)活動中非常關(guān)鍵的一環(huán)。以下我們將例舉熱力學(xué)中非常重要的一些基于數(shù)理知識的基本概念和理論推導(dǎo)過程。
1.狀態(tài)參數(shù)
在熱力學(xué)的教學(xué)過程中，我們把系統(tǒng)中瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡稱為狀態(tài)。[2]熱力狀態(tài)反映了工質(zhì)大量分子熱運動的平均特性，描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。而狀態(tài)參數(shù)是熱力系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)，與熱力過程無關(guān)，狀態(tài)參數(shù)的這一特性的數(shù)學(xué)特征為點函數(shù)，表示為：
（1）
循環(huán)積分為：
（2）
在教學(xué)活動中，應(yīng)將微分的理念融入到狀態(tài)參數(shù)概念的講解中，并通過全微分將熱力系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)為點函數(shù)的特性進一步闡述，使學(xué)生深入理解熱力狀態(tài)參數(shù)的特殊性。
2.微變量dh與變化量h的區(qū)別
在熱力學(xué)第一定律的學(xué)習(xí)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(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，也容易忽視其細(xì)微差別。從數(shù)學(xué)角度來看，在教學(xué)過程中應(yīng)對其進行區(qū)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(xì)微概念上的差別，帶來完全不同的熱力學(xué)分析。通過上述的詳細(xì)講解和區(qū)別，可以加深學(xué)生對熱力學(xué)中相關(guān)公式和計算過程的理解。
3.卡諾循環(huán)與極限的概念
卡諾循環(huán)解決了在一定的高溫?zé)嵩碩1和低溫?zé)嵩碩2間，熱功轉(zhuǎn)換最大效率的問題。由于卡諾循環(huán)是典型的可逆循環(huán)，在整個熱力轉(zhuǎn)換過程中，沒有熵產(chǎn)，即沒有不可逆因素所引起的做功能力的損失，因此，該循環(huán)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(huán)熱效率。
在課堂講解中，聯(lián)系實際工業(yè)生產(chǎn)和生活中的熱力機械，指出實際熱力機械的熱功轉(zhuǎn)換效率都低于卡諾循環(huán)熱效率ηtc，原因在于卡諾循環(huán)作為可逆循環(huán)，是一理想熱力循環(huán)，其熱效率為實際生產(chǎn)、生活中熱力循環(huán)效率的極限。[3]因此，實際生產(chǎn)和生活中的熱力循環(huán)效率只能小于卡諾循環(huán)的熱效率，不可能大于卡諾循環(huán)的熱效率。這樣從數(shù)學(xué)極限的角度也解釋了為什么卡諾循環(huán)效率是一定高、低溫?zé)嵩撮g工作熱機的最大效率的問題，使學(xué)生更加容易理解卡諾循環(huán)這節(jié)的相關(guān)概念和理論。
4.音速
研究流體在管道內(nèi)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(shù)關(guān)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(guān)系，另一為全微分關(guān)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(shù)變化關(guān)系，在課堂教學(xué)過程中，需要對這一細(xì)微差別進行講解，以促進學(xué)生對物理過程以及數(shù)學(xué)關(guān)系的理解，不可一帶而過，從而造成學(xué)生概念以及數(shù)學(xué)關(guān)系理解上的斷層和缺失。
二、構(gòu)筑基礎(chǔ)數(shù)理知識與“工程熱力學(xué)”課程有機結(jié)合的教學(xué)方法
“工程熱力學(xué)”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(xué)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(tài)參數(shù)、可逆過程、熱功轉(zhuǎn)換、熱力學(xué)第一、二定律、卡諾循環(huán)、卡諾定律、熵等，這些一定要詳細(xì)講解、分析透徹。特別是熱力學(xué)第二定律的課堂教學(xué)中，因為該部分內(nèi)容概念抽象、原理費解，又不能用實驗來演示，所以學(xué)生學(xué)習(xí)非常困難，但熱力學(xué)第二定律作為“工程熱力學(xué)”課程的核心內(nèi)容之一，非常重要。凡此種種，筆者作為“工程熱力學(xué)”課程的講授教師，在教學(xué)活動中，認(rèn)為通過將基礎(chǔ)數(shù)理知識與“工程熱力學(xué)”課程有機結(jié)合的教學(xué)方法，可以提高和改善課堂教學(xué)效果，促進學(xué)生對“工程熱力學(xué)”課程內(nèi)容的掌握和理解。教學(xué)活動中可以采取以下的方法，以實現(xiàn)將基礎(chǔ)數(shù)理知識與“工程熱力學(xué)”課程結(jié)合的教學(xué)：
1.課程準(zhǔn)備階段
在“工程熱力學(xué)”課程的備課階段，先將本章節(jié)內(nèi)容難以理解的概念、定理以及公式推導(dǎo)過程摘出來，同時考慮這些部分與哪些基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識相關(guān)，并將這部分?jǐn)?shù)理知識作為課堂講授內(nèi)容的鋪墊部分準(zhǔn)備到“工程熱力學(xué)”課程的課堂教學(xué)活動中，即將這部分基礎(chǔ)數(shù)理知識寫入課堂講義、PPT教學(xué)幻燈片中。
2.課堂講授階段
在“工程熱力學(xué)”課程的課堂講授過程中，將熱力學(xué)基本概念、原理和公式的推導(dǎo)與基礎(chǔ)數(shù)理知識結(jié)合起來，在講授過程中，實現(xiàn)熱力學(xué)本身內(nèi)容與基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識的互動講解，從而達到改善教學(xué)效果、使學(xué)生易于理解和掌握的教學(xué)目的，實現(xiàn)學(xué)生對復(fù)雜、難懂內(nèi)容的系統(tǒng)把握和理解。
3.課后反饋階段
課后可以與學(xué)生圍繞課程教學(xué)內(nèi)容進行溝通，對課堂教學(xué)不足之處進行查漏補缺，一方面可以掌握學(xué)生的掌握情況，另一方面可以對教學(xué)方法不斷改進，起到再次升華的作用。
三、結(jié)論
“工程熱力學(xué)”作為能源、機械和化工等眾多學(xué)科領(lǐng)域方面的一門基礎(chǔ)專業(yè)課，其重要性不言而喻。如何改進已有的教學(xué)方法，改善和提高現(xiàn)有的課堂教學(xué)效果，成為各高?！肮こ虩崃W(xué)”課程教師所共同關(guān)注的關(guān)鍵問題之一。本文從筆者自身的教學(xué)體會出發(fā)，根據(jù)“工程熱力學(xué)”課程內(nèi)容的特點，提出將基礎(chǔ)數(shù)理知識融入到“工程熱力學(xué)”的教學(xué)活動中，并給出了實現(xiàn)將基礎(chǔ)數(shù)理知識與“工程熱力學(xué)”課程結(jié)合的教學(xué)方法和途徑，為“工程熱力學(xué)”課程的講授提供了新的思路和方法，對其他課程的教學(xué)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(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)“工程熱力學(xué)”課程改革探索[J].教育教學(xué)研究，2011，（12）：191-192.
關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第二定律實質(zhì)；熵；不可逆；卡諾定理微觀意義
中圖分類號：TK123 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）48-0181-03
熵是熱力學(xué)中一個非常重要并且抽象的概念，學(xué)生能否全面地、徹底地掌握第二定律，對熵概念以及熱力學(xué)第二定律實質(zhì)的理解至關(guān)重要。
目前工程熱力學(xué)的教學(xué)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(tài)函數(shù)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(xué)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(xué)第二定律的章節(jié)學(xué)習(xí)后，熵隨著第二定律的數(shù)學(xué)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(xué)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(tǒng)的熵增原理等，如果整體教學(xué)中缺乏清晰的主線和脈絡(luò)、不闡明不可逆引起熵增的實質(zhì)原因，卻鋪開來廣講或一味地讓學(xué)生沉浸在大量的熵變計算中，效果差強人意，如很多學(xué)生常把孤立系統(tǒng)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(huán)的熱效率也不能達到百分之百。這樣的錯誤表明學(xué)生對熱力學(xué)第二定律尚未真正掌握。
熱力學(xué)第二定律的教學(xué)是從分析自然現(xiàn)象展開的：如打碎的雞蛋不可能自行復(fù)原、水不能在自然條件下由低處流到高處等，這些現(xiàn)象表明一切自然發(fā)生過程都有其特殊的方向性。再者，我們熟悉這樣的經(jīng)驗事實：當(dāng)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(jīng)典表述，此時熱二定律看起來還如此簡單，學(xué)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(xué)二定律雖來源于生活，但遠(yuǎn)高于生活。在指出另一種由開爾文從熱轉(zhuǎn)化功的角度闡述的熱二定律時，學(xué)生開始有點迷糊了。開爾文表述為：不可能制成一種循環(huán)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(chǎn)生其他影響。
按照通常的教學(xué)程序，接下來的教學(xué)點就是卡諾循環(huán)。如果這個時候，再把講課的重點放在對構(gòu)成卡諾循環(huán)的兩個定熵、兩個定溫過程的講解上，學(xué)生感覺熱二定律更難捉摸了，何況這之后還要推導(dǎo)熵的不等式，熵――這個令物理學(xué)家都“混亂”的概念可能一下子就把學(xué)生擊倒了。如果這樣安排教學(xué)，定會加劇學(xué)生對第二定律整章內(nèi)容的恐懼心理，甚至最終導(dǎo)致放棄對熱二定律整章的學(xué)習(xí)，
所以，在這些內(nèi)容的教學(xué)中，絕不能循規(guī)蹈矩，應(yīng)適時地對教學(xué)的順序做相應(yīng)的調(diào)整，緊緊抓住一條清晰的脈絡(luò)討論，不廣講、不偏離主線太多，抓住本質(zhì)（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(xué)第二定律的內(nèi)涵。這樣，學(xué)生容易抓住主線，對整章的知識框架有清晰的認(rèn)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(xué)中，再去圍繞其他各種表述進行細(xì)化討論和延展，就可事半功倍。這種先抓本質(zhì)的教學(xué)思路非常適合熱力學(xué)第二定律和熵――這種既紛雜，又抽象的教學(xué)內(nèi)容。
下面以一種脈絡(luò)式的教學(xué)思路對熱二定律進行探究，層層遞進，分析現(xiàn)象得到結(jié)論，引出提問，再分析，得到下一個結(jié)論，直至把熱力學(xué)第二定律實質(zhì)詮釋出來。
首先，通過兩個熱機的常見工程實例――火力發(fā)電廠和汽車發(fā)動機動力循環(huán)入手，引出熱力學(xué)第二定律在熱轉(zhuǎn)化成功的過程中有低溫?zé)嵩创嬖凇⑼瑫r有部分熱量被拋入低溫?zé)嵩吹默F(xiàn)實（講解電廠冷卻塔以及汽車尾氣余熱排放至外界環(huán)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(jié)論映證了開爾文說法。
結(jié)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(xué)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(biāo)定為100%。1824年，法國工程師卡諾對此提出了質(zhì)疑，他在確定的高溫?zé)嵩碩1與低溫?zé)嵩碩2之間，構(gòu)建一個最理想（即熱效率最大）的熱機循環(huán)――卡諾循環(huán)。按最理想的假定，該循環(huán)至少應(yīng)保證過程無摩擦（無耗散）和傳熱無溫差（準(zhǔn)靜態(tài)）等條件，也即循環(huán)必須可逆。但即便這樣一個最理想的熱機循環(huán)效率也并不等于或者接近100%，而是依賴于高低溫?zé)嵩幢旧淼臏囟龋?？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(huán)[4]，一般T1=500℃，環(huán)境為T2=25℃，按照卡諾循環(huán)最理想效率為62%，大大低于100%；汽車燃?xì)鈩恿ρh(huán)，T1=1000℃，T2=25℃，卡諾效率為76%，也低于100%。
結(jié)論2：在確定溫度的高低溫?zé)嵩粗g的全可逆理想循環(huán)，熱效率有一峰值，受溫度限制，可能遠(yuǎn)低于100%。（機理暫不解釋，見結(jié)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(jīng)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(huán)熱效率為45%左右（
結(jié)論3：自然界中，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)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(fā)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?zé)嵩醋詣拥膫飨虻蜏責(zé)嵩矗粫詣拥貜牡蜏責(zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?。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(tài)和終態(tài)。這也預(yù)示存在著一個與初態(tài)和終態(tài)有關(guān)的某個狀態(tài)函數(shù)，用以左右一個過程的方向。
問題3：一個自發(fā)（不可逆過程）初態(tài)和終態(tài)有什么本質(zhì)的不同？
以氣體絕熱自由膨脹分析自發(fā)過程初態(tài)與終態(tài)的區(qū)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(tài)工質(zhì)，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(tài)，此后氣體將自動膨脹充滿整個容器，最終達到平衡態(tài)。其反過程由平衡態(tài)回到非平衡態(tài)的過程不可能自動發(fā)生。觀察到絕熱自由膨脹初終態(tài)有兩方面的不同：
1.終態(tài)體積變大，分子相互位置分布更加無序；
2.可利用與右側(cè)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(fā)膨脹，作功為零。
對于一個熱力學(xué)系統(tǒng)，如果處于非平衡態(tài)（與外界存在勢差，有作功能力），我們認(rèn)為它處于較有序的狀態(tài)，如果處于平衡態(tài)（與外界無勢差，無作功能力），我們認(rèn)為它處于較無序的狀態(tài)。
再者，功熱轉(zhuǎn)換的自發(fā)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(huán)境中的熱能，能量的數(shù)量雖然守恒，但能量的無序性增加。而該過程的逆過程――環(huán)境熱轉(zhuǎn)換成動能顯然不能自發(fā)進行。熱是分子混亂運動的一種表現(xiàn)，而功是分子有序運動的結(jié)果。功轉(zhuǎn)變成熱是從規(guī)則運動轉(zhuǎn)化為不規(guī)則運動，混亂度增加，是自發(fā)的過程；而要將無序運動的熱轉(zhuǎn)化為有序運動的功就不可能自動發(fā)生。
結(jié)論4：熱力學(xué)第二定律：各種自發(fā)過程的方向性具有共同的本質(zhì)：無序性（混亂度）增加，能量質(zhì)衰退。
問題4：如何定量地描寫狀態(tài)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(xué)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(tài)函數(shù)作為表征系統(tǒng)混亂度的一種量度，狀態(tài)函數(shù)――“熵S”被引出。
所以，熵的物理意義：系統(tǒng)無序性（混亂度）的量度。
結(jié)論5：孤立系統(tǒng)中的熵永不減少。孤立系統(tǒng)中發(fā)生可逆過程，其熵不變，作功能力無衰減；孤立系統(tǒng)中發(fā)生不可逆過程，其熵增加，作功能力降低。熱力學(xué)第二定律也可表述為：一切自發(fā)過程總是向著熵增加的方向進行，向能質(zhì)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(zhì)是什么？
以54張撲克牌的排序為例分析自發(fā)過程熵增的根本原因。新?lián)淇俗畛醯呐判驑O其有序，我們稱其為一種微觀態(tài)，概率為1/54！。隨機洗牌后，混亂度增大，此時排序非?；靵y的微觀態(tài)數(shù)要大很多。這樣，撲克牌從有序自發(fā)到無序（孤立系統(tǒng)熵增大）的過程，就是撲克排序從小概率往大概率發(fā)展的過程。然而，這個過程的逆過程，也即微觀態(tài)數(shù)減小的過程，是從概率大往概率小發(fā)展，不能自動進行。這就是為什么即使洗無數(shù)次牌，也不可能再出現(xiàn)當(dāng)初最有序的低熵狀態(tài)。這就反映了不可逆過程熵增的本質(zhì)，即熱力學(xué)概率增大。
可以從54張牌的系統(tǒng)拓展到由大量分子構(gòu)成的熱力學(xué)系統(tǒng)，同樣遵從這樣一個規(guī)律。
結(jié)論6：系統(tǒng)從熱力學(xué)概率小的狀態(tài)向熱力學(xué)概率大的狀態(tài)進行，這是熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義。
再回到結(jié)論2，可對卡諾定理進行微觀解釋：可逆熱機循環(huán)中，工質(zhì)從高溫?zé)嵩次諢崃縌1，將其中最大可以轉(zhuǎn)化為功的部分W轉(zhuǎn)化為了功，這部分能量從熱功，能量品質(zhì)升高，這樣一個非自發(fā)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?zé)嵩磦飨蛄说蜏責(zé)嵩?，這部分能量的品質(zhì)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?zé)嵩吹臒崃看笥赒2，能量品質(zhì)降低的份額大于能量品質(zhì)升高的份額，總體由于不可逆造成能量品質(zhì)衰退，作功減少。
經(jīng)過以上脈絡(luò)法教學(xué)方式層層遞進，主線清晰，學(xué)生能夠緊跟教學(xué)思路，分析現(xiàn)象，得到結(jié)論，引出新問，再分析，一步步接近熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)。該教學(xué)方式最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在只需要半個小時的課時就可清楚地揭示熱力學(xué)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(dǎo)等其他教學(xué)內(nèi)容。這樣的教學(xué)方式，做到了使學(xué)生概念清晰，思路明確，故能取得事半功倍的教學(xué)效果。
參考文獻：
[1]沈維道，童鈞耕.工程熱力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]康樂明，吳家正等.工程熱力學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.
【關(guān)鍵詞】工程熱力學(xué)；教學(xué)方式；改革；體會
【中圖分類號】G426 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1006-5962（2013）02（a）-0061-01
《工程熱力學(xué)》是一門應(yīng)用性、實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課，是能源、機械、航空航天、材料、化學(xué)、生物等領(lǐng)域?qū)I(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)在涉及能源特別是與熱能相關(guān)的各領(lǐng)域中具有創(chuàng)新能力人才的基礎(chǔ)，由于該課程具有內(nèi)容多、跨度大、概念抽象等特點，因此，如何啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生理解、掌握課程中的基本理論知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性就顯得的極為重要。本文作者根據(jù)多年講授《工程熱力學(xué)》課程的經(jīng)歷，通過一些教學(xué)方式改革的初步嘗試，逐步總結(jié)出了一些提高工程熱力學(xué)教學(xué)效果的體會，以與其他同行進行探討。
1、重新構(gòu)建知識體系
《工程熱力學(xué)》作為專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，它既有專業(yè)基礎(chǔ)課的一般特點，理論性強，是專業(yè)學(xué)習(xí)的理論和基礎(chǔ)；又有專業(yè)課的特色，即技術(shù)性強，有較強的針對性和實用性。但高職高專工程熱力學(xué)教材種類多，處處可尋，卻給人“千人一面”的印象，教材內(nèi)容大量沿襲了傳統(tǒng)內(nèi)容，知識體系相對單一。為了加強對學(xué)生綜合素質(zhì)、能力的培養(yǎng)，在教學(xué)實踐中對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容可以做一些整合，重新構(gòu)建知識體系。
從宏觀角度，工程熱力學(xué)內(nèi)容可以分成兩塊課程體系結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用。從知識體系劃分，工程熱力學(xué)內(nèi)容可以分成三塊課程體系結(jié)構(gòu)：概念、定理與定律；工質(zhì)的基本熱力性質(zhì)；實際工作過程。
（1）概念（主要包括系統(tǒng)、平衡狀態(tài)、狀態(tài)參數(shù)、可逆過程、循環(huán)、功和熱等）；定理和定律（主要包括：熱力學(xué)第零定律、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、卡諾定理、蓋斯定律、基爾霍夫定律等）。
（2）研究工質(zhì)（主要包括理想氣體；實際氣體；水蒸氣；濕空氣；制冷工質(zhì)）的基本熱力性質(zhì)。
（3）研究各種熱工設(shè)備中的工作過程。即應(yīng)用熱力學(xué)概念、定理或基本定律，分析計算工質(zhì)在各種熱工設(shè)備中經(jīng)歷的狀態(tài)變化過程和循環(huán)中的主要熱力參數(shù)（主要包括壓力、溫度、體積、內(nèi)能、焓、熵、功、熱量、熱效率等），并探討和分析影響能量轉(zhuǎn)換效果的因素，以其提高轉(zhuǎn)換效果的途徑。
從課程內(nèi)容的角度，學(xué)生在學(xué)習(xí)了熱力學(xué)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(zhì)和過程基本規(guī)律之后，可以應(yīng)用這些基本知識分析、解決一些實際問題，達到對所學(xué)知識的第一次初步理解和應(yīng)用。然后，在進一步學(xué)習(xí)了實際氣體熱力性質(zhì)和過程之后，更深層次的應(yīng)用前面所學(xué)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(huán)，從而達到能在更高的認(rèn)知層面上進一步綜合、靈活應(yīng)用工程熱力學(xué)的知識去解決實際問題。
2、注重基礎(chǔ)理論的講授和公式的運用
《工程熱力學(xué)》中基本的理論、概念對學(xué)生掌握知識的運用非常重要，因此，在課程講授過程中，應(yīng)注重學(xué)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(shù)的含義、單位都要給學(xué)生做非常明確的解釋，要求學(xué)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(yán)密，舉例恰當(dāng)，用語準(zhǔn)確，以使學(xué)生對概念有非常清晰的理解。
工程熱力學(xué)中的公式很多，設(shè)計到的公式推導(dǎo)量很大。但是，并不是所有的公式都需要在課堂上進行推導(dǎo)。在教學(xué)中，應(yīng)將影響到公式推導(dǎo)過程的關(guān)鍵地方給學(xué)生詳細(xì)解釋，而對于比較簡單、學(xué)生在課下能夠自己推導(dǎo)的則一語帶過，這樣，有利于學(xué)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(xué)公式的合理應(yīng)用是對學(xué)生最基本的要求，因此在授課中，要注重學(xué)生對公式中物理參數(shù)含義的理解，結(jié)合公式推導(dǎo)過程加以分析和記憶，從而深入理解公式的內(nèi)涵和具體應(yīng)用過程。
3、充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺
教育的核心是“授以漁，而非魚”，無論多么優(yōu)秀的教師也無法傾其所有把學(xué)生今后所需要的知識都“灌”給學(xué)生，而且，單靠一本教材的單一化課堂教學(xué)，往往容易造成難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)信息量不夠飽滿等缺點。為了方便學(xué)生課后學(xué)習(xí)、增強學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、豐富教學(xué)素材，我們要充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，在網(wǎng)絡(luò)上共享課件與講義、多種教材與參考書、習(xí)題庫與解答、試題庫及標(biāo)準(zhǔn)答案，這樣，各類層次的學(xué)生都可在課后。充分利用網(wǎng)站內(nèi)的教學(xué)資源，查閱、下載相關(guān)資料，溫習(xí)、鞏固和擴充課堂所學(xué)知識，達到各自的學(xué)習(xí)目的。同時，教師還能及時通過網(wǎng)絡(luò)在線解答學(xué)生的疑問，縮短了師生間的距離。
4、理論與實際相結(jié)合
《工程熱力學(xué)》課程理論性雖然很強，但與實際結(jié)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(guān)的例子，有助于學(xué)生更好地理解概念和理論，例如，在介紹熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)時，要讓學(xué)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(zhuǎn)動的自行車輪在空氣中沒有外力作用下，將轉(zhuǎn)動的動能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成動能再旋轉(zhuǎn)起來，這樣，既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又將基本理論與實際結(jié)合了起來，使學(xué)生通過生活中的實例加深對工程熱力學(xué)基本理論知識的掌握和應(yīng)用。
