四、思考与讨论
该选修实验课已开设两年，每年选课学生人数都基本达到了最大容纳数，学生遍及全校各个学院的二、三、四3个年级。这种研究性教学不仅可以让学生学到机电系统的基本知识，更重要的是可以有效调动学生的积极性，对于培养学生发现问题并解决问题的能力、发扬创新精神具有突出的效果。如理学院光科0604班罗抗同学在总结中写到：“机器人构建与运用创新训练是一门寓教于乐的非常好的课程。它不同于一般的大学课程，在成山的书本与烦琐的公式定理之间游走，而是在一定的规则引导下，让我们自己去创造，自己去完善和改进，用机器人来达到自己心中理想的效果。通过这门课的学习，我受益匪浅，不仅学到了有关知识，开阔了眼界，更重要的是明白了学习的真正内含，明确了学习的方向。”这也是大部分同学在总结中反复提到的，学生对课程的教学效果是非常满意的。
发现的问题主要是：①机器人组件套数偏少，导致轮次过多，开放运行时缺少机动资源；②现有机器人属于基础性机器人，缺少一些先进复杂的机器人，因而，对那些基础较好的学生来说，不足以激发他们的创新思维。
综合学生的建议和教学过程中的体会，针对上述问题，提出如下建议：
（1）增加机器人组件套数，扩大最大容纳量，以适应学生旺盛的选课需要；
（2）增购一些先进复杂的机器人，以拓展学生视野，也为基础好的学生提供更大的创造空间。
参考文献
［1］刘健.实施研究性教学，培养大学生的创新能力［J］．北京市财贸管理干部学院学报，2006，（2）．
［2］陈远玲.研究性、开放性教学与团队学习［J］．高等农业教育，2006，（11）．
［3］秦志强.论工程教育的科学主导与工程回归［J］．高等工程教育研究，2005，（5）．
“工程热力学”课程教学方法的研究与实践
陈梅倩，陈淑玲，张华
（北京交通大学机械与电子控制工程学院，100044）
摘要：在“工程热力学”课程教学过程中，以强化研究性教学理念为目的，以突出专业特点为主线，从教学内容、教学方法、教学方式等多方面，进行了一些改革实践，有一些认识和体会与大家进行交流。
关键词：工程热力学 教学方法 实践
北京交通大学于2003年重新修订教学培养计划，将“工程热力学（B）”列为机械类专业基础平台课，课时缩减为32学时；将“工程热力学（A）”列为热能动力工程专业基础平台课，课时为48学时。如何在这样少的学时内搞好课程的教与学，提高教学质量，使“工程热力学”这门课程在培养基础宽厚、能力强、素质高的复合型人才方面发挥应有的作用，值得研究。笔者在“工程热力学”课程教学过程中，以突出专业特点为主线，从教学内容、教学方法、教学方式等多方面，进行了一些改革实践。
一、课程的性质与特点
工程热力学是一门研究能量转换规律和能量合理有效利用的学科，是众多理工科专业重要的公共技术基础理论课。能源问题是全球关注的焦点，开发新能源、节约现存资源对人类的生存和发展至关重要。工程领域的许多技术问题最终都归结为能量的利用和传递问题，掌握这门课程的基本理论和研究方法，对今后从事科学研究、工程应用等工作都非常重要。这门课程在培养21世纪复合型工程技术人才的科学素质中起着重要的作用。
“工程热力学”课程的特点是：内容多，理论性强；概念多而且抽象；公式多，应用条件复杂。在上课的初始，结合列举与专业方向相关的工程实例和问题，引出其中和热相关的背景材料，让学生初步了解该门课程的性质和任务，激发学生学习的热情和积极性。
二、改革教学内容，体现专业特色
（一）精选教材
教学内容的改革首先要求有相适应的教材。教材是教师与学生之间教与学的桥梁，是体现教学内容的知识载体。为适应我校热能动力工程和机械类专业的培养目标和教学要求，笔者选用了沈维道主编的《工程热力学》作为热能动力工程专业的教材。该书在加强基础理论的同时注意吸收当今热工科技的新成果，注意联系工程实际和学生创新能力的培养。选用陶文铨、李永堂教授主编的《工程热力学》作为机械类专业教材。该书内容编排精简，具有完整系统的知识体系并反映学科领域的最新成果，为保证教学质量起到了关键作用。在给一部分机械类专业学生开设的双语课中，选择Yunus A.Cengel 等人所着的Thermodynamics（an engineering aPProach）英文版教材。该书深入浅出地把热力学的基本理论和工程应用紧密地联系在一起，书中配有不少取自一般工程部门及高新技术领域的元件、设备的插图，以及日常生活中热传递现象分析的插图，不仅能增进学生的感性认识，而且有利于培养学生的学习兴趣，很有启发性。从近年来国外出版的工程热力学教材来看，普遍具有这样的特点：内容丰富，生动活泼，联系实际，鼓励创新，插图考究，便于教学。
（二）教学内容的整合和优化
“工程热力学”课程课时少、内容多是一个十分突出的矛盾，面对这个问题，在对众多教材进行分析比较的基础上，博采众家之长，在教学内容的组织上进行了一些调整和优化。
教学内容的精简必须保持课程基本理论的严密性和系统性。工程热力学的内容可概括为基本理论和工程应用知识两大部分，其中基本概念、两大定律、工质的热力性质和热力过程是研究能量转换的基本理论，在课程内容的安排上应放在重要位置；而工程应用部分则是从工程观点出发，应用基本理论探讨各种热力设备有效利用能量的基本途径和方法，具有一定的共性，可以触类旁通，因此可根据专业要求和学时情况进行适当的压缩，这样重点突出，而且不会影响对课程内容的系统掌握。
工程热力学的公式推导比较多，如在课堂上详细讲解推导过程则要占用大量课时，而采用电子教案快速讲解公式推导则效果很差。因此，对课程中有关公式推导的内容要进行精心挑选和提炼，根据专业特点，按照上海交通大学童钧耕教授提出的“重公式，轻推导”的方法，强调对最后推导出的公式的理解，掌握公式的意义和应用，让学生抓住重点，学会科学的思维分析方法，并能够理论联系实际。
总之，课程教学内容的改革应从培养学生的需要出发，重在培养学生的科学素质和科学思维方式，提高学生分析问题和解决问题的科学研究能力，把教学重点放在基础理论部分，使学生掌握一般实际工程问题的模型建立方法，达到加强基础、培养能力的目的。
三、强化研究性教学理念，改革教学方法教学改革是高等教育改革的核心，其中教学方法与手段的改革是非常重要的，它直接影响着教学状况的好坏。
（一）创造研究氛围
“授之于鱼不如授之于渔”，德国教育家第斯多惠指出：“一个坏的教师廉价奉送真理，一个好的教师教人发现真理。”这就要求教师在进行教学时不仅要传授理论知识，更重要的是通过让学生与科学家对话的方式提出问题、认识问题和解决问题。因此，在不同的章节，有针对性地进行名家介绍，讲解名家发现某个概念、公式、定律的历史背景，结合这些生动有趣的小故事体现这些名家的研究特点和方法，对学生认识问题和解决问题的能力提出启发性的建议。比如，讲到焦耳和迈野各自对热力学第一定律的贡献时，向学生介绍：“焦耳是英国曼彻斯特的一个啤酒制造厂主，他曾是道尔顿的学生，但对化学的兴趣不大，他的实验研究是受法拉第发现电磁感应和电化学当量的启发，利用业余时间进行的，为了精确测量热功当量，总共延续了35年以上的时间，他对每一个看法都要通过实验的检验，每一个实验反过来又影响了他的看法。这样理论和实验相互引证，使焦耳的工作完成得很出色。他这种利用业余时间长期探求科学真理的精神，为他对热力学第一定律的发现提供了切实可靠的依据，得到了各国科学家的敬佩和很高的评价。”同时，提倡学生在课堂上随时提问、勇于质疑，鼓励学生通过网络和老师进行交流，充分营造研究性教学氛围。
（二）内容的归纳总结
在备课上下足功夫，充分做好每个段落的归纳、每次课的小结、每章的总结及这门课的全面总结。通过对每个段落的归纳总结，让学生知道每个段落内容侧重解决的问题，比如讲到热力系统的分类时，就会在此处强调每个系统在热力学研究方法中的作用，由开口系统和闭口系统引出热力学第一定律，由孤立系统引出热力学第二定律，为后面基本定律的学习打下伏笔。在每次课的小结中，把看似零散的概念和公式联系在一起，突出重点。在每章的总结中，根据本章的具体内容按照“要点提示”、“难点诠释”、“基本概念回顾”、“基本要求”等几个板块做好系统性的总结。
通过总结让学生对知识点的掌握由点及线再到面的程度，学会融会贯通，比较全面地掌握这门课程。这就需要教师很好地组织课堂教学，教学中各章节内容的授课方式、推理和论证应该充分体现逻辑性，强调重点，分清主次，让学生明确学习目标，在有限的学时内加强学生的理解，使学生尽快掌握所学知识。在授课过程中，不断渗透和强调知识的承上启下性和储备性。
（三）类比法
类比法是一种直接的对应思维方法，具有迅速、简捷的特点。如在基本概念一章中，把热量和容积功两个过程量放在一起进行比较，见表1，让学生熟悉这两个概念的区别和联系，而且由可逆过程容积功的计算公式演绎出热量的计算公式，将其作为学生认识熵的开始。通过表2对热力学第一定律和热力学第二定律进行类比，使学生充分认识到两大定律在热力学理论研究及工程应用中的重要作用。贯穿于工程热力学课程的是热力学第一定律和第二定律。热力学第一定律是工程热力学的基石，揭示了各种形式的能量在传递和转变时必须遵守的在数量上守恒的普遍规律，但热力学第一定律只反映不同形式的各种能量的共性，不能揭示能量传递和转换过程的本质。热力学第二定律解决了热力过程的方向性和可行性问题，特别是熵分析法对于分析热力过程具有更为重要的意义。通过类比法给学生讲清本课程主要内容间的内在联系，使学生能系统掌握本课程的全部内容并正确运用热力分析方法。
（四）考试方式和考核内容的改进
采用半开卷甚至开卷的形式，加大平时成绩的权重，不提倡死记硬背基本概念和基本定律，而侧重考查对基本概念和基本定律的理解和应用，将其渗透于判断题、填空题、简答题和计算题等题型中。在备课中就要整理组织好讲课时用于穿插提问的问题，利用有限的上课前的复习时间，通过提问引导学生对重点概念和定律的理解，多年的教学实践证明这种考试形式和考试内容的改进有利于对学生进行素质教育和研究能力的培养。
（五）培养抽象思维和创新思维能力
设置基础课的目的不只是为后续课和专业课服务，更重要的是培养学生的科学素质和科学思维方式，提高他们分析并解决问题的科学研究能力。因此，一方面把重点放在基础理论部分，使学生牢固掌握基本概念和基本定律，另一方面帮助学生培养抽象思维能力，让他们熟悉一般实际工程问题的模型建立方法，学会对复杂的物理现象进行分析，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。例如，在稳定流动能量方程式的应用中，通过对换热器和叶轮机械热力过程的建模过程体现了这种抽象思维的实用性。教学中还适当地介绍本学科在工业、民用及高新技术领域的一些应用实例，加深学生对基础知识的理解，提高学生学习的兴趣和积极性。例如，讲到绝热滞止的概念时，结合相关公式，说明滞止点的确定对超音速飞机设计的重要性及在进行测温误差分析时的作用，就会让学生感觉到所学内容生动起来，而且会让他们体会到探究知识的奥妙。培养创新思维不一定要求学生在学科研究方面有创新的见地，而更多的是鼓励学生进行从知识的获取过程来看具有创新意义的思维。在以学生为主体的教学活动中，教师的职责是发挥主导作用。对某些章节，教师可以少讲，只做一些必要的提示，留出一定的时间和空间，让学生自己看书，让学生提问、质疑，和教师一起讨论和交流。教师作为“主导”者，其作用主要在于“导”。“导”的形式多种多样，“导”的内容丰富多彩，“导”以思维，“导”以方法，“导”以能力，“导”以理想。
教学有一定的规律，但没有固定的模式，只有转变教育思想，更新教育观念，在课堂教学中，实行重点教学，精讲多练，重视图表应用，理论联系实际和做好总结归纳对提高本课程的教学质量有显着效果。改变传统的灌输式教学方法、增强研究性教学理念，是提高教学质量、培养高质量人才的必由之路。