陳慶東

(濱州學(xué)院理學(xué)院 山東 濱州 256600)

王俊平

(濱州學(xué)院航空工程學(xué)院 山東 濱州 256600)

1 引言

工程熱力學(xué)[1,2]以能量傳遞、轉(zhuǎn)移過(guò)程中數(shù)量守恒和質(zhì)量蛻變?yōu)橹骶€闡述了工程熱力學(xué)的基本概念，基本定律，氣體及蒸汽的熱力性質(zhì)，各種熱力過(guò)程和循環(huán)的分析計(jì)算及熱力學(xué)在化學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用等內(nèi)容．它是很多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[3,4]，例如，能源動(dòng)力類、化工與制藥類、航空航天類、機(jī)械類、交通運(yùn)輸類、核工程類及土木類等專業(yè)．

工程熱力學(xué)課程內(nèi)容概念性很強(qiáng)，原理抽象晦澀，課本內(nèi)容和生活實(shí)際脫離較大，學(xué)生對(duì)其很難提起興趣，因此，做好工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是很有必要的，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中增加對(duì)工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，更好地加深對(duì)物理原理的理解，將課本的原理在實(shí)際中的實(shí)驗(yàn)操作中實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)．

2 工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

2.1 儀器臺(tái)套數(shù)少實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置不合理

最近幾年隨著高校的招生規(guī)模的擴(kuò)大[5]，在校學(xué)生的規(guī)模越來(lái)越大，但是很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)還是沒(méi)有跟上，很多高校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視，認(rèn)為上好理論課就行，實(shí)驗(yàn)課無(wú)所謂，所以就影響了學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入．很多高校偏向于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，對(duì)于一些基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)投入較少，使得儀器臺(tái)套數(shù)太少，滿足不了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求．再一個(gè)就是外在的原因，對(duì)于工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，儀器體積較大，儀器較為貴重，很多公司對(duì)工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)都投入不足，導(dǎo)致市場(chǎng)可以購(gòu)買的工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器有限，就只有那么3～4種儀器，這就導(dǎo)致了各個(gè)高校的工程熱力學(xué)儀器套數(shù)偏少．

我校飛行器動(dòng)力工程專業(yè)2015年第一次招生，工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)也于上個(gè)學(xué)期第一次開(kāi)設(shè)．隨著實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，也暴露出一些問(wèn)題，儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)少，3套儀器，分別為二氧化碳p-V-T關(guān)系儀，氣體定壓比熱測(cè)定儀，空氣動(dòng)力學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，每套儀器4臺(tái)，參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生多，班級(jí)人數(shù)40多人，即使分組實(shí)驗(yàn)，也往往4～5位學(xué)生圍著一臺(tái)儀器做實(shí)驗(yàn)．

現(xiàn)在開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)為16學(xué)時(shí)，開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分別為：二氧化碳p-V-T關(guān)系測(cè)定，氣體定壓比熱測(cè)定，縮放噴管壓力特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，縮放噴管流量特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，漸縮噴管壓力特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，漸縮噴管流量特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只是涵蓋了p-V-T關(guān)系、定壓比熱和噴管一些特性研究，像壓氣機(jī)的熱力過(guò)程、氣體的動(dòng)力循環(huán)、蒸汽的動(dòng)力裝置循環(huán)、制冷循環(huán)、濕空氣等幾個(gè)章節(jié)的內(nèi)容都沒(méi)有涉及到．實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置不合理．

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一多為驗(yàn)證性項(xiàng)目

工程熱力學(xué)課程概念多，公式推導(dǎo)過(guò)程多，基本理論學(xué)習(xí)起來(lái)晦澀難懂，目前，針對(duì)工程熱力學(xué)課程，各個(gè)高校開(kāi)設(shè)的工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只是驗(yàn)證p-V-T關(guān)系、定壓比熱和噴管一些特性研究，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于單一，所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，驗(yàn)證最基本的熱工原理，學(xué)生對(duì)原理的驗(yàn)證提不起多大的興趣，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．

3 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革方案

針對(duì)工程熱力學(xué)原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從以下幾個(gè)方面對(duì)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改革.

3.1 從驗(yàn)證型到設(shè)計(jì)型轉(zhuǎn)變

工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)大部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是去為了驗(yàn)證一些基本的熱工原理，例如，二氧化碳p-V-T關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn)，為了讓學(xué)生了解CO2飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，加深對(duì)飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等基本概念的理解，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程就是調(diào)整好實(shí)驗(yàn)儀器后，設(shè)置好標(biāo)定溫度，然后對(duì)裝置進(jìn)行加壓，觀察CO2變化的各種狀態(tài)，并測(cè)量記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程完全為驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)過(guò)程．對(duì)于此實(shí)驗(yàn)，完全可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，讓學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)要觀察的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，在熟悉儀器的基礎(chǔ)，采用不同參數(shù)設(shè)置，設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)，最終觀察到想要觀察到的狀態(tài)，這樣更能加深對(duì)物理原理的理解，增強(qiáng)對(duì)飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．再例如，對(duì)于噴管中氣體流動(dòng)基本特性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪菫榱俗寣W(xué)生觀察當(dāng)氣體的流速小于音速、等于音速、大于音速3種狀態(tài)下噴管的界面應(yīng)該是什么樣子的，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也完全可以讓學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器，通過(guò)操作儀器，改變不同的參數(shù)，達(dá)到自己所要觀察達(dá)到臨界狀態(tài)，從而使學(xué)生感覺(jué)到很多實(shí)驗(yàn)原理沒(méi)有想象中那么抽象，其實(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很容易實(shí)現(xiàn)，從而更好地激發(fā)學(xué)生的求知和探索的欲望．

通過(guò)這兩個(gè)例子，可以發(fā)現(xiàn)，很多驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完全可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)性比例，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從驗(yàn)證性向設(shè)計(jì)性轉(zhuǎn)變．

3.2 從單一型到綜合型轉(zhuǎn)變

工程熱力學(xué)中的熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、卡諾定理、熵方程、制冷循環(huán)章節(jié)中的公理、定理、公式方程較多，同時(shí)又是工程熱力學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)．實(shí)驗(yàn)只是針對(duì)某一個(gè)特定的方程或者定理進(jìn)行驗(yàn)證，缺乏綜合性實(shí)驗(yàn)，例如，縮放噴管壓力特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，縮放噴管流量特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以放在一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中去完成，把實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目做成綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生有時(shí)間去完成其他的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再例如，漸縮噴管壓力特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，漸縮噴管流量特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)也是可以合并為一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的．本文只是簡(jiǎn)單列舉了兩個(gè)例子，工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，驗(yàn)證更多的實(shí)驗(yàn)原理，很多都是可以設(shè)計(jì)成綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目．

3.3 增加一些設(shè)計(jì)型綜合型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

工程熱力學(xué)，由于儀器體積大，儀器價(jià)格高，所以就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)套數(shù)少，儀器生產(chǎn)的廠家也少，很多儀器還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，例如，活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)、蒸汽動(dòng)力循環(huán)、制冷循環(huán)等等，這些課本上的章節(jié)都還沒(méi)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的支撐，可以在這幾個(gè)方面再增加一些設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目．

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和普通物理實(shí)驗(yàn)有很多關(guān)于熱學(xué)和熱工基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，可以將其中的實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)一下，作為工程熱力學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，例如，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的也有空氣的定壓比熱容測(cè)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，熱力學(xué)第一、第二定律的演示，制冷循環(huán)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在熱工基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中也有，可以將此類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改進(jìn)一下，增加一些設(shè)計(jì)型、綜合型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目．

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單一，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目居多的問(wèn)題，提出了綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改革方案，從3個(gè)方面推進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革．綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革和創(chuàng)新是一個(gè)長(zhǎng)期的任務(wù)，需要各個(gè)高校和儀器廠家不懈的努力，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的鍛煉至關(guān)重要，推進(jìn)工程熱力學(xué)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義．