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一、課程教學內容體系建設

教學內容改革是教學改革最核心、最基本的問題。教學內容主要由熱力學第一定律、熱力學第二定律熵分析法和分析、新的能量系統分析評價方法介紹組成。其中，根據教學目的與任務有效組織教學內容，要與基礎課程工程熱力學第一定律、第二定律知識點的學習有機結合，既避免教學內容的簡單重復，又要使學生通過本課程的學習對第一定律、第二定律有更為深刻的認知，并使學生能夠利用兩個熱力學基本定律熟練進行能量系統分析與評價、以及高效學習和應用新的分析、評價與優化方法。

1.熱力學第一定律

熱力學第一定律是工程熱力學教學內容的重點，主要講授閉口系統與穩流開口系的熱力學第一定律能量方程式的表達式及應用。在本課程中，進一步強調熱力學第一定律的一般表達式即：“進入系統的能量-離開系統的能量=系統總儲存能的變化”的正確靈活應用，重點介紹如何分析、列出非穩態充、放氣熱力過程的能量方程式，幫助學生進一步增強利用第一定律進行能量分析的能力。同時，通過對節流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等熱力過程分析來幫助同學們對第一定律的局限性有更為深入的理解。

2.熱力學第二定律熵分析法

熱力學第二定律是工程熱力學教學內容的重點與難點，主要講授熱力學第二定律的數學表達式，具體包括：卡諾循環+卡諾定理、克勞修斯積分不等式、閉口系及開口系統熵方程、孤立系統熵增原理。在本課程中，考慮到判斷一個熱力循環是否可行、可逆的數學判據容易理解而且是熱力過程的特例，故重點講述閉口系及開口系熵方程、孤立系統熵增原理。在該部分從以下四個方面進行介紹：對于狀態參數熵的辨析：辨析熵是狀態參數與過程無關，強調判斷一個熱力過程能否進行、可逆的參量不是過程熵變而是過程熵產，引出后面由熵方程及孤立系統熵增原理計算過程熵產的知識點；重點講授熵方程的一般表達式，即：“進入系統的熵-離開系統的熵+過程熵產=系統熵變化”，通過典型例題幫助同學能夠利用熵方程列出閉口及開口系熵方程，并求取過程熵產；重點解析孤立系統熵增原理的實質及解題特點，并通過典型例題幫助學生認識到孤立系統熵增原理與熵方程的一致性：孤立系統熵增即熵方程中的熵產；作功能力損失方面除了介紹計算公式、通過計算熱力過程熵產及作功能力損失，還著重結合對節流、自由膨脹、混合、換熱、可逆定溫放熱壓縮等具體熱力過程分析讓學生體會第一定律與第二定律之間的聯系及第二定律的獨有貢獻。

3.熱力學第二定律分析法

由于學時有限并且概念抽象難以理解，分析法在工程熱力學中屬于選講內容，即便講授，也多是簡要介紹。本課程中，分析法是授課重點，從以下四個方面進行講授：第一，概念及計算公式，包括機械、熱量（冷量）、內能、焓和化學。第二，重點講授方程的一般表達式“進入系統的-離開系統的-過程損=系統變化”，通過典型例題幫助同學能夠利用方程列出閉口及開口系方程，并求取過程損。同時，在分析典型例題時，引導學生同時用熵分析法來計算過程的作功能力損失，讓學生自覺地認識到分析法中所得到的損失即熵分析法中計算的作功能力損失、體會兩種分析法的一致性及分析法的優勢。第三，效率、損系數的概念及公式，以及在典型熱力設備、過程及熱力循環中的計算。第四，針對本學科領域典型的火力發電裝置、燃氣輪機發電裝置和低溫制冷裝置、LNG液化裝置、天然氣凈化裝置、油田聯合站等，設置工程背景很強的案例，教師與同學們一起分析循環裝置及各組成設備的效率、損失及損系數等，讓同學們認識到分析法在進行系統能量分析時的重要性及提高利用該方法解決實際工程問題的能力。

4.新發展起來的能量系統分析與優化方法

介紹能級分析法、經濟學、夾點技術、全生命周期分析法、能值理論等新發展起來的能量系統分析與優化方法的基本理論及應用，鼓勵學生查閱相關文獻獲取更多知識。這部分內容與留給學生的學習報告緊密相關，將在下文介紹。目前還沒有適合于本專業本科教學的系統節能方面的教材，本課程教學內容主要參考自沈維道等主編《工程熱力學》、朱明善等編著《工程熱力學》、傅秦生編著《能量系統的熱力學分析方法》和馮霄編著《化工節能原理與技術》、何雅玲主編《工程熱力學精要分析典型題解》等教材及專著，結合教學團隊多年來收集整理的工程案例編寫成講義供教師及學生使用。

二、教學方式改革

教學中的主體是學生，調動學生學習主動性，提高其學習興趣和學習效果是教學方式改革的目的。學生們對于國際上最新的、與未來工作緊密相關及實用性強的知識以及確實能提高自身素質與能力的教學環節更感興趣。

1.采用多媒體與板書有機結合的教學模式

充分利用多媒體教學信息量大，圖像、視頻生動形象的特點，同時結合傳統板書講解復雜推導更容易被學生掌握的優點以提升教學效果。這種授課方式既可以增大授課信息量、有效吸引學生注意力，同時又能使學生通過與老師一起板書推導對所學重點、難點有更為深刻的認知。

2.提高課堂教學吸引力

通過針對每一個重要概念及知識點設計的系列典型例題、思考題吸引學生注意力，激發學生學習興趣，引導其積極參與到教學中來。而且教學團隊經過多年的教學和科研積累，收集并提煉出與石化工程緊密關聯的工程案例，通過案例的討論和分析，增強學生學習理論知識的興趣，提升課堂教學的互動效果，增強學生運用理論知識分析并解決工程實際問題的能力。

3.布置作業形式靈活多樣

對于重要的基本概念，以讀書筆記的作業形式激發學生學習興趣。本課程涉及眾多抽象概念和公式，追溯熱量、溫度、熵、熱力學第二定律、等重要基本概念的由來、發展歷程，可使學生在搜集資料的過程中對這些概念有一個直接的感性認知，同時也有助于學生認識到這些知識在本學科發展中的重要作用。要求學生組成2~3人的學習小組，除常規課下作業外，課上作業以小組為單位完成。課上作業為教師針對每次課的重點和難點內容設計的多為填空、選擇和問答形式的練習題，課前打印好分發給每個學習小組。在講課過程中，留出適合時間讓學生及時完成。教學實踐表明課上作業非常利于學生把握住和消化吸收重難點知識，且能提高學生學習的注意力，達到良好的教學效果。

三、課程考核方式的教學改革

本課程考試采用閉卷+學習報告的形式。在閉卷考試中，只有一種類型題，即計算題。本課程一個重要教學目的就是使學生能夠熟練、正確應用第一、第二定律尤其是分析法分析實際裝置的用能情況，所以考查學生的學習效果應用型計算題是較為合適的。學習報告要求每個學習小組（2~3人組成）圍繞與本學科緊密相關的實際裝置進行國內外能量分析與優化方面的調研，提交1份不少于4000字、有5篇以上參考文獻的學習報告，并根據報告內容制作ppt，每小組選派1名學生進行報告，匯報10分鐘，討論5分鐘。報告題目憑學生興趣自選。學習報告這種考核形式不僅促使學生自主學習，開闊視野，加深認知，而且可以鍛煉和提高學生多方面的能力。學生們自選的題目有：超臨界及超超臨界蒸汽動力裝置；燃氣輪機裝置；燃氣蒸汽聯合循環裝置；冷熱電三聯供裝置；地源熱泵裝置；低溫磁制冷裝置；煤制油裝置；燃料電池；低溫地熱發電裝置；天然氣壓氣站燃氣輪機余熱利用；天然氣凈化裝置；油田聯合站；LNG接收站冷能利用等等。近4年的教學實踐也表明學生們非常接受和歡迎這種考核形式，并且每一年都會有讓教師感到驚喜的學習報告，這也說明要想學生切實提高學習能力、扎實掌握專業知識確實也需要教師有意識地去創造機會及科學引導。五、教學效果經過近4年的教學實踐，團隊通過對歷年學生評教、學生考試成績分析以及學生在本科畢業設計及成為本校研究生后所選與系統節能原理相關方向課題的表現等進行了調研，證明該課程改革是卓有成效的。學生對工程熱力學及系統節能知識的接受能力增強，學習興趣明顯提高。靈活適宜的授課方式、作業形式以及考試方式受到學生的普遍歡迎。總之，通過課程建設與教學實踐，使學生在學習過程中發揮了主體作用，激發了學生學習興趣，提高了學生的綜合能力，教學效果良好，達到了既定教學目標。

作者：馬利敏姬忠禮張永學趙洪濱郭煜熊至宜單位：中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院