鄭福珍 王全福

黑龍江建筑職業(yè)技術學院 哈爾濱 150028

熱工學理論基礎是供熱與通風空調(diào)工程技術專業(yè)主要的專業(yè)基礎課程，是為后續(xù)專業(yè)課的學習提供必要理論基礎的學科。熱力學第二定律在專業(yè)領域應用中比較廣泛，是在教學過程中應該注重加強的應用性課程內(nèi)容。這部分內(nèi)容理論性很強，而高職高專學生普遍存在基礎差、課時少、課程內(nèi)容多等特點，因此理論講解很容易使學生感到枯燥無味，從而產(chǎn)生厭學情緒。

結合目前熱工學教學方法研究[1-2]，本文根據(jù)熱力學第二定律內(nèi)容，結合高職高專學生的特點，就如何讓學生學好熱力學第二定律并能較好地服務于專業(yè)課程，談一些教學經(jīng)驗和結果。

1 合理提煉教學內(nèi)容

高職高專院校的學生與本科院校的學生培養(yǎng)目標不同，他們今后接觸更多的是工程技術中應用性、實踐性比較強的工作和問題，理論研究很少。因此，在專業(yè)基礎課教學內(nèi)容的選擇上要分清主次、合理提煉、適當取舍。在教學實踐中，應把專業(yè)基礎課的重點放在應用性強的內(nèi)容上進行講授，適當降低理論基礎的深度，大膽舍去理論性強而實際工作中應用有限的內(nèi)容，如克勞修斯積分式、孤立系統(tǒng)熵增原理等。

熱力學第二定律這部分內(nèi)容在生產(chǎn)實際中應用很廣泛，而且是高職高專學生在將來學習、工作中經(jīng)常要接觸應用到的知識，因此，教師在教學中必須加強學生對該知識點的掌握和理解。

2 聯(lián)系實際的教學引導

學習的興趣是學生積極思考的前提，更是達到成功教學目的的關鍵。如何在教學開始前進行恰當而又能激發(fā)學生興趣的引導，是每次課成功講述的前提。如果能在教學過程中，適時巧妙地將理論講解和實際生活聯(lián)系起來，必能極大地激發(fā)學生學習的興趣和動力，讓學生能更充分地參與進來，成為學習的主體，激發(fā)出學習興趣。所以在實際教學中，教師可以在講解理論之前提出幾個實際生活中存在的相關問題，這樣既可以吸引學生的注意力，還能激發(fā)他們聯(lián)系相關理論的興趣，更能加深學生對相關理論的理解和應用能力。

在熱力學第二定律講解前，提出問題，如：水是否可以自發(fā)地由低處流向高處？熱量是否可以自發(fā)地由低溫傳向高溫？答案很簡單，問題繼續(xù)引出：如果想要實現(xiàn)它們的逆過程應該怎么辦？讓學生結合實際生活說說逆過程的應用。學生非常積極地回答,說出很多應用實例，如：從水井中用水泵抽水；夏季空調(diào)房間的溫度低于室外環(huán)境的溫度；冰箱內(nèi)的溫度低于室內(nèi)溫度；等等。學生的充分參與和思考，大大激發(fā)了學習興趣。

3 服務專業(yè)的教學理念

專業(yè)基礎課是為高職高專學生學習專業(yè)課服務的，高深的邏輯理論推導并不會直接服務于專業(yè)，所以教學過程中聯(lián)系好專業(yè)課講解，會使學生對理論知識具有更深刻的理解和具體的認識，也為后續(xù)專業(yè)課學習打下堅實基礎。

圖1 蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)

圖2 火力發(fā)電系統(tǒng)

熱力學第二定律與后續(xù)專業(yè)課學習聯(lián)系密切，授課過程中，先用圖示法（圖1、圖2）為學生講解蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)及火力發(fā)電系統(tǒng)原理并提出問題：“為什么有相當多的熱量要在凝汽器中散給冷卻水？全部用來轉(zhuǎn)化為汽輪機的機械能可不可以？”“要想實現(xiàn)從低溫的冷藏室中把熱量不斷地取出釋放給高溫的冷卻水，自發(fā)過程不能實現(xiàn)，想要實現(xiàn)怎么辦？”學生結合原理和問題，很容易得出冷藏室溫度低于冷卻水的溫度，熱量不能自發(fā)地由低溫冷藏室傳向高溫冷卻水，要想實現(xiàn)這個非自發(fā)過程必須有一個補償條件，即壓縮機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為熱能的自發(fā)過程。熱能不能無條件地全部轉(zhuǎn)化為機械能，鍋爐中水獲得熱量變成蒸汽，蒸汽不可能把獲得熱量全部轉(zhuǎn)化成汽輪機旋轉(zhuǎn)的機械能，必須伴有一個補償過程，即凝汽器內(nèi)高溫乏汽向低溫冷卻水的自發(fā)散熱過程。

通過這樣的講解，學生很容易得出：自發(fā)過程具有不可逆性，但并不是意味著自發(fā)過程的逆過程不能實現(xiàn)，這種自發(fā)過程的逆過程是可以實現(xiàn)的，但是它的進行是有條件的，也就是必須有另外的補償過程同時發(fā)生。例如使熱量由低溫物體傳向高溫物體的非自發(fā)過程，可以通過消耗機械能轉(zhuǎn)化為熱能的自發(fā)條件補償來實現(xiàn)；熱能轉(zhuǎn)化為機械能也是一個非自發(fā)過程，但是可以通過使一部分熱量自發(fā)的從熱源流向冷源這一自發(fā)過程的補償，熱能就可以轉(zhuǎn)化為機械能?？梢缘贸觯悍亲园l(fā)過程進行的條件是有一個自發(fā)過程與之同時進行，如圖3所示。

圖3 自發(fā)過程與非自發(fā)過程的關系

4 結合專業(yè)回歸理論

根據(jù)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)及火力發(fā)電系統(tǒng)原理回歸熱力學第二定律的內(nèi)容講解。熱力學第二定律的兩種經(jīng)典描述：1）德國科學家克勞修斯（Clausius）在1865年提出，“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化”；2）開爾文于1851年提出，“不可能制造只從一個熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為機械功而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機”[3]。根據(jù)兩種描述可以看出熱力學第二定律并不是很直接，學生很難理解掌握，具有抽象性強、記憶困難的特點。

對這兩種描述進行簡單變形，克勞修斯描述可以變化為“要想把熱量從低溫物體傳到高溫物體必然引起其他變化”；開爾文描述可以變化為“要想制造出只從一個熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為機械功的循環(huán)發(fā)動機必然引起其他變化”。簡單變化之后，熱力學第二定律的難點落在到底引起什么樣的變化，結合剛剛講過的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)及火力發(fā)電系統(tǒng)原理，學生很容易提煉得出結論，即蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)引起的變化是增加了壓縮機對系統(tǒng)的做功，火力發(fā)電系統(tǒng)引起的變化是系統(tǒng)部分熱量散給外界環(huán)境。

5 小結

綜上所述，通過熱力學第二定律的講解經(jīng)驗，可以得出高職高專專業(yè)基礎課教學改革應不斷探索一系列行之有效的教學方法，努力提高學生學習的熱情和興趣，引導學生在實踐中充分運用知識，為今后的職業(yè)生涯打下堅實的基礎。

[1]黃凱旋,劉建華.《熱工學》教學改革的嘗試[J].集美大學學報:教育科學版,2001(3).

[2]鄒玲,黎愛純.熱工實驗教學改革的實踐與探討[J].實驗室研究與探索,2000(4):40-41.

[3]劉學來,宋永軍,金洪文.熱工學理論基礎[M].北京:中國電力出版社,2008.