时间：2022-04-15 20:57:00
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇热力学教学，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
热力学统计物理学、电动力学、理论力学和量子力学是物理学专业四大理论课程，但是对于大部分学生来讲，他们除了对理论力学稍感兴趣外，对其他三大理论课都是从心理上带着恐惧的，觉得特别难理解。热力学和统计物理学是关于热现象理论的两个组成部分：热力学为宏观理论，而统计物理学则是微观理论。热力学和统计物理学与其他三门理论课之间有着紧密的联系，学好热力学和统计物理学掌握其学习方法及思维方式对于学习其他相关学科有着非常重要的意义。本文就是以自身教学实践为出发点，分析了在热力学统计物理学教学过程中遇到的问题，并且提出了自己的建议及解决问题的方法。
一、教学中遇到的问题
1.学生学习兴趣不足
热力学统计物理学在该校是在物理学本科专业大三的第一个学期开设的，对于这个时间段的大学生来讲，他们已经开始对毕业后自己的去向进行思考。在考虑就业压力及自身条件和家庭因素后，绝大部分学生选择的是毕业后就业，而只有少数学生选择继续考研究生。那些已经决定毕业后就业的大部分学生提不起对热力学统计物理学的兴趣，这门课也不足以引起他们足够的重视，在他们看来，毕业后他们不会再用到它，再加上这门课程相对于大学物理这种基础课有一定的难度，他们从心理上不愿意把时间用在与自己认为跟未来就业无关的课程上。其次是现在的“90后”大学生大多数为独生子女，心理依赖性强，除了少数打算考研的学生会在课前预习和课堂上做笔记外，大部分学生很少动笔。所以，如何激发学生学习热情，发挥其主动性是教师应该首要解决的问题。
2.数学基础薄弱
热力学和统计物理学这门课程中大部分用到高等数学中的知识，例如，某些复杂的积分要用到换元法或者是分步积分法，某些问题中要用到泰勒展开式，但是有些学生数学知识掌握不牢固，不能灵活地运用数学工具来解决热力学统计物理学中遇到的问题。
3.物理概念不清晰
热力学研究的是由大量微观粒子（分子或其他粒子）组成的宏观物质系统。同时热力学中某些知识点与高中时期讲过的热学部分知识点重合，所以大部分学生觉得理解起来相对容易些。而统计物理学理论是对物质的微观结构作出某些假设之后，应用统计物理学理论求得具体物质的特性，并且阐明产生这些特性的微观机理。大部分学生对物理概念理解不清晰、不透彻，比如，由大量全同近独立粒子组成的系统，粒子的微观状态数对于玻尔兹曼系统、玻色系统和费米系统的不同。
二、对热力学统计物理学教学方法提出的几点建议
1.教师应熟悉教材，深入研究
教师应该熟悉自己所教课程的教材，概念清晰，公式推导完整。并且应该在课下多看些关于热力学统计物理学方面的其他资料及网上的影像讲课视频，检查自身不足，深入研究，不能如蜻蜓点水般肤浅地理解知识点。
2.改变传统教学模式，提高学生主动性
现在的大学生已经不喜欢满堂灌、填鸭式的教学模式，所以教师应该适当调整自身的讲课方式，比如，可以将传统的板书和多媒体结合，一些重要的公式推导用板书细致讲解，一些比较容易理解的概念可以用幻灯放映带过即可，没必要在学生已经熟悉的简单的知识点上做冗长的陈述。另外对于师范类学生可以鼓励他们自己课下准备教案课件，一个学期抽出适当的课时给学生，让他们走上讲台。这样既锻炼了他们的心理素质，为他们日后做教师这一工作积累一定的经验。同时也激发了他们自身学习的积极性，他们必然会在课下认真看书，遇到困难会查阅相关资料或者与其他同学讨论，这也是对他们自主学习能力的一种很好的锻炼。
3.注重理论的应用及知识间的融会贯通
热力学统计物理学教师不应该只是为了完成教学任务在规定时间里将一本教材的理论知识原封不动地讲给学生，而是清楚知识之间的融会贯通，灵活运用已知的知识来引出未知的知识点。比如，在介绍均匀物质的热力学性质一节中麦克斯韦关系及四个基本方程时，可以将熵（S）、压强（P）、温度（T）及体积（V）分别用英文单词sun（太阳），peak（山峰），tree（树）及valley（山谷）表示，然后绘出一个圆（圆的上端为S，下端为T，左端为P，右端为V，箭头方向为从上到下，从左到右），可以用一个英文句子来记忆箭头的方向：The Sun is pouring down his rays upon the Tree，and the brook is flowing from the Peak to the Valley，然后利用基本方程及麦氏关系的记忆方法就可以轻松地掌握这两部分知识，这样既建立了英语与热力学统计物理学之间的联系，又激发了学生的学习兴趣。同时教师应该注意热力学统计物理学理论知识与实践应用之间的联系，比如，热力学熵的概念，完全可以将其拓展，有生物熵、信息熵、农业熵，还可以涉及熵与能量品质及社会的关系。
综上所述，提高教师自身素质，改变传统教学模式，激发学生学习主动性，注重理论与实践和热力学统计物理学课程与其他学科之间的联系，相信学生会对该课程更感兴趣，并且会提高分析、解决问题的能力。
参考文献：
[1]梁希侠.统计物理学[M].北京：科学出版社，2008.
[2]林宗涵.热力学与统计物理学[M].北京大学出版社，2007.
[3]汪志诚.热力学与统计物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.
1设计指导思想
工程热力学是动力、热工等工科专业重要的技术基础课，而且是能够直接用于工程实际的技术学科。通过本课程的学习，可以开发学生的智力，培养学生敏锐的观察能力、丰富的想象能力、科学的思维能力，并为后续专业课程的学习和解决工程实际问题提供基本理论和方法。
在工程热力学课程中，很多基本概念、原理和方法都是通过实际的形象物体经抽象化或再加数学演绎而建立的。许多基本理论都是经过实践而又被实际所验证的客观真理，所以该课程实践性较强。
大量的练习、有比较熟练的教学经验的教师是工程热力学学习的基本要求。深化教育改革要求加强实践教育，大幅度压缩课堂教学时数，对课程教学方法提出了新的要求。工程热力学教学网站将为此做一些探索。
基于.NET的工程热力学教学网站是以B/S模式为工作方式，利用校园网传输的辅助网络教育系统。网站集成了工程热力学各种教学资源，实现了教学信息网页化，在线考试，人机交互，在线讨论、答疑等功能。本系统旨在成为教与学时间和空间上的延伸，借助网络优势，帮助学生更好地学习工程热力学。
2网站设计
2.1设计目标
工程热力学对学生的素质培养和知识结构具有重要的作用，也是学生普遍反映较难学且枯燥的一门学科。随着现代信息技术的发展及其在教学领域的运用，采用网络技术改进工程热力学教学，成为工程热力学这门学科教学改革的重要课题。
工程热力学学习网站设计目标是利用计算机网络实现工程热力学课堂辅助教学，建立一个基于WEB的网络教学环境，充分发挥网络技术优势和多媒体先进的表现手段，实现信息资源共享，体现工程热力学网络教育的仿真性、交互性和实践性，营造良好的学习环境和气氛。具体而言，是以学习网站为平台，建立一个工程热力学的学习园地，使学生通过网络掌握工程热力学基础知识；开发一个在线考试系统，由系统按照要求自动组题，制作动态网页实现网上模拟测试，能及时给出测试分数，能使学生自我评估，实现梯度教学，满足学生不同的学习要求，激发学习动力；制作课件，调动学生学习的自主性、积极性，发挥网络教育的优势。每章节附有详细的解题帮助，可适时获得解题指导；学生可与教师交换信息，相互留言，建立远程教学的沟通渠道；教师可以通过网站建库、组题、扩充和修改题库资源，可调阅试卷进行教学讲评，可以查阅学生对各类问题的访问情况，了解练习中的热题、难题，获取教学的反馈信息。系统数据库可作为习题课、讨论课的丰富资源。
2.2整体设计
工程热力学教学网站将实践性、交互性、操作性、仿真性应用于网络教学，力求运用多媒体计算机技术和网络技术，充分利用在线学习交互性强的特点，帮助学生顺利完成课程的学习。
2.2.1教学设计
教学设计以分析教学需求为基础，确立解决教学问题的步骤，对教学内容确定教学方法。首先通过“步进教程”准确掌握基本概念的基本定义，明白这一概念说的是什么，然后通过“专题讲解”进一步了解这些基本概念的实质。用比较的方法，分析与某一基本概念易混淆的其他概念和说法。澄清或纠正自己过去模糊或错误的概念。通过“辅导和答疑”中的思考题、讨论题及习题训练，加深对概念的理解。最后能用自己的语言准确叙述概念的定义及实质。
工程热力学教学内容参考高职高专规划教材,主要包括以下内容：热力学系统、热力学第一、二定律、基本热力学关系、理想气体性质、四种基本热力过程、多变过程、压气机工作原理、卡诺循环、往复式内燃机理想循环等。
网络教育模式中，调动学习者的学习主动性和积极性至关重要。要求选择合适的教学媒体，创设具有吸引力的教学环境，具有科学性和趣味性，给学生以极大的吸引力，激发学生学习的热情。
2.2.2开发环境
2.3.1网站首页
根据工程热力学的教学特点和功能模块的设计要求，设计出如图1所示的网站首页。
2.3.2主要模块功能
（1）学员管理模块：主要提供老师给学员设定登录帐号和密码及访问权限，通过查看学员登录日志，可以了解学生访问网站的情况如图2。同时也提供各学员修改访问密码的功能。
（2）步进教程模块：是主要教学模块，介绍了课程的基本概念和主要知识点。基本内容以章节目录编组，实现教材的电子化和多媒体化。内容以文字、动画和图形形象直观地讲解基本知识，指导和帮助学生克服学习的困难，提高分析问题和解决问题的能力。
（3）专题讲解模块：选择教材中的重点和难点进行强化讲解。主要方法是制作大量完善的flas以及教师授课实况视频。对教材中的重点难点分析提炼，细致讲解，并用flas演示解题思路，给出分析提示。有针对性地突出重点，分散难点，深入浅出，生动形象，为学生释疑解难。实验是工程热力学不可缺少的重要组成部分，对部分实验制作了flash模拟动画、3DMAX实体。通过文字、图片、动画等手段展现实验内容，加深学生对实验原理的理解，为学生在实验室亲自动手提供初步认识。
（4）辅导答疑模块：辅导是针对学生不易理解，容易出错之处，特别对课程要求的计算试题类型重点介绍，突出重点，层层指点，帮助学生理解和掌握，为学生有的放矢地复习并顺利通过考试创造条件；答疑是针对学生学习过程中的提出疑问，通过即时消息和留言板的形式实现教师和学生、学生和学生之间的实时信息交流。教师可以当即一一回答问题，对于一些具有代表性的问题，也可以集中回答，同时学生可以查询、检索，避免了教师的重复性劳动。
（5）知识博览模块：是书本知识的扩充，提供大量的相关内容，以提高学生学习的兴趣和增加学生的知识面，从而落实素质教育的要求。
（6）习题训练模块：依据书本章节，为每一章节内容编制了适量的习题，使学生通过练习来巩固所学的知识。每一练习都有答案及详细讲解。#p#分页标题#e#
（7）在线考试模块：为学生提供一个进行学习效果测试的平台，同时通过测试结果的实时反馈，协助学生对所学知识的程度进行自我检查，提高学习的效果。使用SQLServer2000开发试题数据库，制作动态网页实现网上模拟测试，能及时给出测试分数，实现自我评估功能。
2.4安全性设计
工程热力学学习网站设计目的是辅助教学和学生自主学习，为减少任课教师工作量，暂时只对开课班级学生开放。由教师给学生分配帐号和密码，设定权限，只有合法用户才可以登录系统浏览相应页面。
用SQLServer2000设计了一个学生信息表，用来存放学生帐号、密码及基本情况见图3。用户只有在登录页输入正确的用户名和密码才能登录，登录页面如图4。
3系统实现
工程热力学学习网站以B/S体系结构作为基本框架，由客户机、WEB服务器、数据库三个层次组成如图5。动态网页通过技术制作，用C#语言编写后台代码，利用访问后台数据库。
.NET是微软公司提出的一种分布式运算的框架，以XML为基础，以Web服务为核心，辅以其他各种技术实现，意在利用Internet上强大的计算资源和丰富的带宽资源，提高工作效率。.NET框架提取出微软组件对象模型COM的精华，将它们与松散耦合计算的精华有机地结合在一起，生成了强大、高效的Web组件系统：简化程序员的“管道”操作，深入地集成了安全性，引进了基于互联网的操作系统，极大地改善了应用程序的可靠性和可扩展性。.NET框架由三个主要部分组成：通用语言运行库CLR(CommonLanguageRuntime)、.NET架构类库FCL(FrameworkClassLibrary)和。
3.1.1通用语言运行库CLR
它是.NET的核心，负责提供执行环境，管理代码的执行并提供各种服务。在组件运行时，运行库负责管理内存分配、启动或者中止线程和进程、强化安全系数，同时还调整任何该组件涉及到的其他组件的附件配置。
架构类库FCL
它是一套可以使用的统一的面向对象、异步和层次结构的可扩展类库，可以与通用语言运行库紧密集成在一起。FCL由一个提供类、结构、接口、枚举和的层状命名空间组成。通过创建一套跨编程语言的通用API,.NET框架可以实现跨语言继承、纠错处理以及程序调试。实际上，从VisualBasic到C++的所有编程语言，对于.NET框架都是相互等同的，开发人员可以自由地选择他们想使用的任何语言。
它是创建基于Web的应用程序的模型，该模型由一组控件和一个基本结构组成。其中，控件集中封装了公共的、用于超文本标识语言(HTML)用户界面的各种小组件(诸如文本框、下拉选单等等)。有了,Web应用程序的构建变得非常容易。
数据库连接
是Microsoft推出的以.NET框架为基础的数据操作模型。并不是ADO的下一个版本，而是提供了一种新的基于离线数据和XML的数据操作方法。
工程热力学学习网使用设置在Windows下的IIS服务器，数据库使用SQLServer2000，使用实现数据库连接。
关键词 工程热力学 教学 策略
【中图分类号】G712
一、工程热力学的特点
工程热力学是热能与动力工程、化工机械及油气储运等许多工科专业的专业基础课，是这些专业的学生进行专业课程学习的基础，在高等院校教学工作中占有重要地位。工程热力学是热力学最早的一个分支，主要是研究热能与其它能量之间相互转换规律及其应用的一门学科。工程热力学包含的内容较多、理论性和实践性都很强、热力学理论和公式较繁杂、很多内容比较抽象，对于刚接触这门课的许多大学生来说是非常难的一门课程。虽然工程热力学和传热学同为专业基础课程，但其学习难度要远高于传热学，因为传热学的主要内容就是传导、对流和辐射等三种传热方式，而工程热力学中既包括热力学三大定律、各种工质的热物理性质，还包括郎肯循环等各种热力循环。基于工程热力学学科的上述特点，必须积极探讨工程热力学课程的有效教学方法，不断提高学生的学习效果，达到真正掌握工程热力学知识的目的。
二、工程热力学的教学方法
要做好工程热力学的教学工作，必须改进传统的课堂教学方法，通过教学法的改进来不断增强学生学习的兴趣和对知识的理解掌握程度。笔者根据自己多年的教学经验，认为在工程热力学的教学过程中可以采用以下几点策略。
1、明确工程热力学教学的目的
在教学的过程中，老师应该对工程热力学有一个明确的定位。工程热力学是一门专业基础课，因此教学的首要目的是让学生对工程热力学的知识有比较牢固的掌握。但与此同时，老师应该对教学目标有更高的要求，由于工程热力学的特点，学好这门课非常有利于培养学生的发散思维和分析问题、解决问题的能力，也就是说可以通过这门课使学生学会分析问题的方法，为他们今后的工作和科研打下良好的基础。虽然高职院校的学生底子普遍比较薄弱，但通过正确的引导也会使他们在学好课本知识的同时使自己的综合素质得到提高。如在学习熵的概念时，由于这个概念比较抽象，很多学生可能会比较困惑，这时老师应将课本内容与社会现象相结合，组织大家辩论社会的发展符不符合孤立系统熵增原理。同学们通过积极的辩论，不仅可以加深对热力学中熵的概念的理解，而且也提高了他们学习热力学的兴趣，锻炼了他们的思维能力，使教学效果得到显著提升。
2、在教学过程中运用好现代教学手段
现代技术特别是计算机和信息技术的发展使得多媒体教学的应用也越来越普遍，但与此同时也出现了许多问题需要解决，最典型的就是多媒体教学成了老师的阅读式教学和学生的浏览式教学，一堂课下来学生并没有收获多少东西。因此，在多媒体教学的过程中老师必须要认真准备自己的电子教案。在电子教案的制作过程中必须要根据工程热力学课程的特点引入大量的信息和动画，这样便于学生对所学的内容有一个直观的认识，如在学习郎肯循环时，通过向学生进行动画演示，可以使学生对该循环的流程和循环过程中所涉及到的设备有一个非常清楚的了解。另外，在制作多媒体课件的时候，老师必须要注意扬长避短，大到内容的收集与调整、小到字体的颜色与大小等问题必须要认真对待。在多媒体教学的过程中必须将老师、学生、课件及教材作为一个有机的整体来考虑，使教师成为整个教学过程的组织者、学生成为工程热力学知识的主动构建者，多媒体仅仅是教学的工具和辅助手段，并不能替代教师的作用，教学过程中仍然要以老师为主导和学生为主体。
3、积极在课堂教学中开展“研究型”学习的模式
高等职业院校培养的是实践性和应用性比较强的人才，因此在课堂教学中必须贯彻“学以致用”的教学理念。就以热力学第二定律的学习为例，虽然热力学第二定律仅仅是简单的一句话，但该定律却是用来判断热力过程能否进行的重要依据。利用该定律学生很容易对基本的物理现象进行判断，如热量不能自发地从低温物体传到高温物体等。但在热力系统比较复杂的情况下，很多学生往往不知如何下手去判断该过程能不能进行。在进行该部分内容的教学时老师应多结合具体的案例，让学生根据课本的知识去判断有些表面看起来可以实现节能的热力过程能不能实现。如可以让学生讨论汽轮机做完功的乏汽有没有利用的价值，因为这是很多没有学过工程热力学的人经常会提出的问题，要解决这个问题，就需要学生有一个宏观的思维，对郎肯循环的整个过程有深入的了解，多进行类似的“研究型”学习，可以使学生将自己的所学用到实践中去，真正达到学以致用的目的。
4、教学手段多样化，提高学生的综合学习能力
一个好的老师教给学生的是终身学习的能力，而不仅仅是给学生书本上的知识。随着科学技术的迅速发展，知识更新的速度越来越快。高职院校的学生毕业后大部分从事的都是一线的技术工作，由于技术更新换代的速度非常快，因此这就对他们的学习能力提出了更高的要求。由于工程热力学的内容十分丰富，并且只要涉及到能源的行业都能用上工程热力学的知识，这为工程热力学教学手段的多样化提供了非常便利的条件。在教学过程中除了让学生学好课本知识和进行必要的习题训练外，可以给学生布置实践性比较强的大作业，大作业的形式可以多种多样。如可以让学生就热力学中的某个热点问题进行文献调研，根据自己查找的资料写成报告；在学习完热力学中的主要热力循环过程以后可以让学生自己设计理论上可以实现节能的热工设备等；另外，还可以让学生针对某个企业的能耗特点进行分析，找出其中潜在的节能潜力并提出实现的方案等。通过以上多种多样的教学手段，不仅可以使学生对基本的理论知识有了更好的掌握，而且也真正培养了他们的综合学习能力，对他们顺利完成大学学业及今后的工作都有着巨大的帮助作用。
三、结语
结合自己多年的教学经验，从几个方面提出了做好工程热力学教学工作的措施。由于篇幅所限，仅就几个主要方面展开论述，希望能为从事工程热力学教学工作的大学老师提供一些有益的参考。
参考文献
工程热力学课程的特点是理论性强、概念抽象，教学难度大。在缺少专业工程背景的情况下，学生在学习过程中普遍感觉较为困难，甚至茫然不知所云。如何使学生能够较好地掌握教学内容及热力学基本内容，是工程热力学课程教学的根本所在。在多年的教学过程中，我们发现在课堂教学中，除了需要借助优美的PPT多媒体课件来展示热力学过程，更需要激发学生学习热力学的兴趣，在引入一些工程实例的基础上，激励学生去思考，及时地与学生就教学内容进行讨论，促进学生对知识点的掌握和领悟。与常规教学方法相比，课堂教学不再是文字、公式的罗列，PPT动画的简单演示，而是把教学的核心放在启迪学生对热力学概念、原理的思考及把握上，使学生在学习课程内容的同时，熟悉热力学的系统内容、章节间的逻辑关系、基本原理等，形成对热力学的一种系统的总体的认识和把握，而不是零散地去背诵记忆一些片段。通过这种激励启发式的教学，使学生做到理论和实际工程案例的结合，从而使热力学知识很好地固化在学生的大脑中，并且达到灵活应用的目的。激励启发式教学，需要教师在课堂教学前充分准备，精心设计课堂教学内容的每个环节，围绕章节内容中的重点知识内容，设计问题及启发实例，并完成课堂互动讨论的教学组织，在此过程中需要教师饱含激情和较好的耐心，使学生在严肃活泼的氛围中掌握热力学的相关知识。
二、改进课堂教学PPT，增加工程实例
工程热力学作为一门专业基础课，与工程实际密切相关。在教学过程中，需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示，并不能满足课堂学生学习的需要。为了提高学生学习热力学的兴趣及深入掌握热力学知识，迫切需要在传统课件中加入工程实例，利用多媒体技术全面展示热力学的工程应用，使学生在工程案例的演示中发现并体会工程热力学的重要性及美感。通过工程案例的学习，使课堂教学内容图文并茂，声像结合，使学生在多方位、立体化地形成认知并达到对热力学知识的理解、分析、记忆、掌握和应用。对于热力学工程案例，我们选取了真空做功、制冷循环，内燃机等工程机械作为实例，进行详细分析和讲授。工程案例的引入，将实际生活中与热力学相关的问题引入到教学中，用所学知识来解释工程问题，在讲解中让学生明白热力学知识可以解决本专业涉及的实际专业问题，从而实现“从理论中来，到实践中去”，实现对创新型人才的培养。
三、将工程热力学的学习融入大学生创新项目中
在创新型人才培养中，需要提升学生运用基础理论进行学术研究的能力和具有工程应用背景的有关开发、设计的能力。大学生创新项目的实施，有利于促进高校培养具有创新意识和能力的新型人才，促进高校探索并建立以科研活动为中心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革，充分调动学生主动学习的积极性、创新思维和创新意识，同时在项目实施中使学生逐渐掌握思考问题、解决问题的能力。结合大学生创新项目，结合建筑环境与能源应用工程的专业特点，在指导学生大创项目时，将热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺定律应用其中，使学生明白能源利用的守恒性，以及如何提高热力循环的效率，减少不可逆损失，这些都成为学生应用所学知识来解决实际问题的一种锻炼。学生在科研项目中，深化了对热力学知识的认识，同时提高了自己思考问题、解决问题的能力。同时，鼓励学生积极参加各类挑战杯、建筑节能比赛、机械创新设计大赛等，通过这些竞赛活动进一步提升自己的创新能力。
四、改进课后作业完成形式，增加分析报告
工程热力学课程是一门实践性很强的课程，其中很多理论已用于工业过程。因此，在课后作业中，需要对传统布置练习题来检验教学成果的方式进行改进，增加一些实际工业循环的实例，让学生通过分析其所应用的原理，提交分析报告，并指出该工业过程效率提高的方式和途径，以这样的方式来激发学生学习的兴趣，提高学生理论联系实际的能力。同时，精选一些课后习题，通过详解的方式，激发学生的创新意识和解决问题的能力，进一步促进创新型人才的培养。创新是实现社会持续不断向前发展的原动力，也是培养和造就一大批素质过硬、勇于创新的新世纪人才，保证国家高速发展的有力保障。创新能力的培养来自于理论和课堂，更在于理论和课堂之外的亲身体会和具体的实践操作。
本文从工程热力学教学与工程实例结合，与科研活动结合，改进课堂教学组织模式和课后作业完成形式等方面，探讨了以培养创新型人才为目标下的工程热力学教学改革与实践，希望能够进一步提高工程热力学的教学质量和效果。
作者:高蓬辉 张东海 王义江 黄 炜 单位:中国矿业大学力学与建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系
参考文献：
[1]岳丹婷,吕欣荣,李青.深化热工教学改革加强学生创新能力培养[J].2002,(4):86-88.
[2]谭羽非.突出专业特点改革工程热力学课程教学的研究与实践[J].高等建筑教育,2004,(13):39-43.
关键词：《材料热力学》；教学效果；教学内容；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A ？摇文章编号：1674-9324（2013）41-0107-02
《材料热力学》是材料科学与工程专业的专业基础课，是一门理论性和应用性较强的课程。通过《材料热力学》课程的学习，学生能够掌握《材料热力学》的基本概念和理论，并利用《材料热力学》进行相变、表面和界面等的分析和研究。然而《材料热力学》具有概念多而易混淆、公式多而难记忆以及内容抽象难懂等特点，学生系统掌握该课程的内容比较困难，本文尝试对教学内容和教学方法等方面进行探索，以提高《材料热力学》课程的教学效果。
一、教学内容与实践相结合
1.突出应用目的。本科《材料热力学》教学重点在于热力学基本原理及其在相平衡、表面和界面等领域的应用。由于学生在学习材料热力学之前，已经学习过物理化学等课程，因此讲授《材料热力学》时，应将重点放在运用热力学基本原理解决材料科学中的问题这一方面。在热力学基本原理这部分内容的讲授中，为了理论体系的完整性，我一般会对重要的定理和公式进行简单地推导，使同学掌握基本原理的来龙去脉，而对于其他的定理和公式，我一般简单分析一下它们的内涵和适用范围，不做详细的推导。我把热力学原理在材料科学中的应用作为我的讲课重点。我使用江伯鸿编写的《材料热力学》这本教材中有很多例题，但是我重点挑选与相变有关的典型例题来讲解，比如：选择熔化和凝固过程的热量计算以说明热力学第一定律在计算相变热效应的应用，选择熔化和凝固过程的熵变或自由能变化计算以说明热力学第二定律在判断相变方向的应用等，以突出《材料热力学》课程以热力学基本原理解决材料科学问题的讲课重点。
2.增加科研和生产方面的内容。笔者经过几年的材料热力学的教学实践，总结出：在教学过程中教师必须将科研和工程案例与教学内容相结合，这样不仅让学生在科研和工程案例中理解材料热力学的基本概念和原理，同时了解理论对实践的重要指导作用，激发学生的学习兴趣。我们学院的一些学生承担本校激光研究所钛基激光熔覆层方面的大学生创新项目，我在讲解自由能判据这部分内容时会引入这方面的实例，比如：为什么添加B4C的镍粉在高能激光照射下会在钛基体中形成TiB和TiC增强相。我的一个科研项目是有关碳纤维/铜基滑动轴承材料粉末冶金制备工艺的，我将这部分科研内容引入到表面和界面这一章中，向同学们讲授为什么粉末冶金法制备碳纤维/铜基复合涂层时要使用表面预镀铜的碳纤维为原料。我还经常将企业的生产内容融入到《材料热力学》的教学中，比如我将人造金刚石的生产过程引入到封闭体系的热力学基本方程这一章的教学中，以说明公式（？坠G/？坠T）P=-S和（？坠G/？坠P）T=V的应用；我还将氧化锆生产过程中氯化铵废水的处理和循环使用这部分内容引入到渗透压的教学内容中，说明如何根据氯化铵废水中离子的浓度计算出渗透压，进而为反渗透设备中泵的选型提供依据。
3.增加实验教学的内容。实验教学是高等学校教学中的重要内容，具有直观性、实践性和客观性的特点。以实验作为主要手段进行的教学活动，可以揭示自然科学现象、验证科学规律、探索未知、发展科学，更为重要的是在实验中能够培养学生务实求真的科学态度。我使用江伯鸿编写的《材料热力学》这本教材中没有实验教学方面的内容，为了弥补这一缺陷，我增加了“差示扫描量热法测量材料的比热容”和“计算机在相图计算中的应用”等实验内容。《材料热力学》的实验教学应达到以下目标：①帮助学生掌握《材料热力学》的基本原理；②让学生初步了解科学研究的方法；③培养学生自主解决问题的能力。因此在实验教学过程中，①强调实验课前的预习，要求学生根据实验指导书写出预习报告；②实验过程中的检查学生操作情况，要求学生独立操作，如实记录实验数据；③教师课后批阅实验报告，鼓励学生在实验过程中发现问题、提出问题和解决问题。
二、改进教学方法
1.讨论式教学。我会结合刚讲授过《材料热力学》知识，设计一些与科研和工程密切相关的问题，让学生以小组的形式相互讨论共同完成。在下次上课时，我会让某个或某几个小组推举同学上台讲解，其他同学提问，最后老师点评和总结，以培养学生自主解决问题能力。
2.多媒体教学。笔者在讲授《材料热力学》时，通常采用板书的形式，因为我觉得板书能将公式的推导和例题的计算一步一步清晰地展现出来，让同学们能清楚地了解老师的解题思路。采用多媒体教学能提供形象、生动、直观的画面和视频，增加信息量，节约教师板书和画图的时间，提高讲课效率，我曾经尝试过使用多媒体来展示解题过程，但效果并不理想。近年来，我倾向于以板书为主，多媒体为辅的教学方法。我一般将课堂要讲述的主干内容用板书简单、扼要、清晰地列在黑板上，使同学跟上老师的讲课思路，对于一些抽象难懂的概念，我经常找一些图片和视频，使讲授的知识更直观、形象和生动。
三、改进考试方法
考试是知识水平的鉴定方法，大学阶段的考试成绩与学生评优、毕业甚至就业直接相关，学生的学习过程大多围绕考试这根指挥棒转，因此如何用好考试这根指挥棒，对提高教学效果至关重要。我倾向《材料热力学》采用开卷考试的考核方式，在试题的设计上，避免出一些填空和名词解释等一些死记硬背的题目，而出一些判断题和选择题等灵活运用热力学基本原理解决问题的题目，问答题和计算题都是与材料科学具体问题相关联的，必须掌握热力学基本原理及其实际应用才能正确解答。我希望通过这种考核方式，改变学生在应试教育下形成的学习方式，明确学习目的，提高自身运用知识解决实际问题的能力，养成独立思考的习惯。
参考文献：
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关键词 工程热力学 教学方法 教学质量 实践
中图分类号：G420 文献标识码：A
Research and Practice of Teaching Method on "Engineering Thermodynamics"
ZHANG Yong, LIU Yiwen, FU Lijuan
(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)
Abstract Engineering thermodynamics the basic course is to train engineering students' scientific quality in the 21st century, but also important technology-based course of heat and power engineering and related fields. Articles with "thick foundation, wide caliber" of education reform ideas, the teaching practice, from the curriculum, teaching content, teaching methods and means of performance evaluation, etc., made a number of reform ideas and methods. Teaching should be a clear learning objective, integration of knowledge structure, and update course content to highlight and to grasp the dynamic interdisciplinary research, focusing on integrating theory with practice, to strengthen the practice of teaching, in order to facilitate a comprehensive evaluation of teaching quality.
Key words engineering thermodynamics; teaching methods; teaching quality; practice
工程热力学是一门以热力学普遍原理为基础，讲述热能与其他形式能量（主要是机械能）之间的转换规律及其工程应用的基础学科，是动力、能源、机械、材料、航空航天、生物（医学）、化学以及环境工程等专业的重要技术基础课，也是培养21世纪工科学生科学素质的公共基础课。
然而长期以来，由于工程热力学的概念抽象、理论深奥，对知识的理解和掌握有一定的难度，造成教师不易教，学生也不易学。学生对很多概念似懂非懂，缺乏学习兴趣，教学效果欠佳。显然，如何教好“工程热力学”，使学生掌握热力学基本原理及其工程应用，已成为该课程教学的关键。
1 课程特点及学习中存在的问题
工程热力学是以热力学普遍原理为基础，针对具体问题采用抽象、概括、简化和理想化的方法，建立分析模型，推导出一系列有用的公式，得到若干重要结论，并用这些公式和结论指导和解决工程实际问题。其显著特点如下：
1.1 概念多且抽象难懂
工程热力学不但概念多，并且概念的物理意义在不同使用条件下又有不同的引申，学习中很容易混淆。例如，功的概念，有体积变化功、有用功、排斥大气功、推动功、流动功和技术功等等。热容的概念，既可从定义出发分为质量热容、摩尔热容、体积热容；又可按热力过程的不同分为比定压热容和比定容热容；还可以根据热量计算方法的不同分为真实比热容、平均比热容和定值比热容等。热力系统的概念、热力过程的概念和循环的概念等也是如此。
工程热力学的概念、定律和分析过程较为抽象，都不涉及物质的具体结构，初学者很难深入领会。而且工程热力学的很多概念和结论都是用数学公式来表达的，且推导过程并没有结合具体的物理过程，而仅仅是通过数学关系式间的变换得出其物理结论。例如，从熵的定义式来看，熵应该与换热量和系统温度有关，但定义式又是怎样反映热过程进行的方向、限度和条件呢？由于学生以前很少接触用数学语言描述物理概念的方法，普遍感觉热力学的概念抽象难懂。
1.2 内容相互交叉且难理解
工程热力学的研究内容也很多，主要包括热力系统、状态参数等基本概念，热力学第一、第二定律等基本定律，常用工质的性质，过程和循环的分析及计算方法，化学热力学等等。有些章节的内容还可以单独成为一门学科方向，如研究燃气动力循环的内燃机学，研究气体流动的空气动力学等。
可见，这些具体的研究内容，即与热力学的基本原理相关联，又引伸出许多复杂的公式和结论，还有自己相对独立的结构体系。在学习过程中，学生普遍感觉课程的内容繁多，应付不暇，难于理解，顾此失彼。
1.3 公式应用条件复杂且难记忆
工程热力学与工程实际问题联系密切，涉及面广，公式很多。即使同一个公式，在不同的应用条件下，也有很多不同的表达形式。例如，热力学第一定律对于闭口系和开口系有两种不同的表达式；对于可逆过程也有不同的表达形式；对于理想气体的可逆过程还有不同的表达形式。这么多不同形式的公式，许多学生很难吃透公式的物理意义和具体的应用条件，在遇到热工实际问题时，往往无法确定选用哪一个公式，灵活应用就更不用说了。
2 明确学习目的，激发学习兴趣
兴趣是学习的动力源泉之一，教学成功的关键是培养学生的学习兴趣。教师可以从多个方面激发学生学习的兴趣，但最重要的就是在第一堂课上让学生明确学习的目的。教师除了要对工程热力学的发展历史，主要研究对象、内容和方法作一个常规的介绍外，还应对课程的开设情况、课程的实用价值和重要作用进行深入细致的阐述。首先，热现象几乎是每一个工程领域中都会碰到的物理现象，能量的有效与合理的利用几乎是每一个工程师都需要解决的问题。在一些领域中，热现象的规律还是制约技术发展的瓶颈问题。所以，在境内外的高等工程教育中，传热学、热力学与流体力学课程的开设相当普遍。其次，无论从工业生产过程来看，还是从节约能源消耗来看，理工科学生都应该具备合理节能、用能的意识，并懂得其基本的应用技术。而热工类课程的内容就是合理用能及节能理论中的最基础与最核心的部分。最后，还应结合生产和生活中的实例，让学生明白学到的热力学知识可以解决和解释很多实际问题，特别要强调专业与课程的联系，和实际问题在课程中的理论基础。这样，才能使学生明确学习《工程热力学》的专业目的性，对学习该门课程充满期待。
3 教学方法的改革与实践
实践证明，提高课程教学质量的关键是改进教学方法。针对工程热力学课程的特点，经过探索发现，实行启发式教育，在课堂上加强互动，就一两个中心问题展开讨论，让学生在思考中吸收新知识。先进的教学方法既可活跃学生的学术思想，激发学生的创新精神，又可显着提高本课程的教学质量。
3.1 整合知识结构，优化课程体系
调整后的新专业所牵涉的知识结构比以前广泛的多，要求学生掌握的知识面也比以前更宽。从培养复合型人才考虑，在不增加学时数的基础上，应对课程体系进行优化和整合。
教学内容应提高起点、后移重点，简化大学物理热学中已涉及的部分内容，并略去繁琐的公式推导。强调课程体系中理论与应用的有机结合和相互渗透，注意培养学生工程应用的观念。同时，适当地介绍新型制冷循环、新型节能材料的工质热物性等，本学科的最新研究成果及其应用，以扩大学生的知识面，启发学生的创造性思维。另外，注意与其它课程之间的协调，上挂高等数学、理论和材料力学等基础课程，下挂内燃机原理、锅炉原理、供热工程、制冷工程等专业课程，保证其作为技术基础课程能为后续课程的学习、今后的工作和进一步的研究奠定扎实的理论基础。
3.2 突出重点，精讲多练
在课堂教学中，根据工程热力学的特点和教学改革的要求，应采用精讲多练的教学方法。这是因为，课程的内容多而课时少，教学中也不可能做到面面俱到，而某些原理在后续专业课程的学习中还会应用，授课时应有所侧重，实行“精讲”；课程有诸多应用条件复杂的公式，只有通过多做练习，才能深入理解公式的物理意义、变换规律及具体应用条件，做到融会贯通，灵活的应用它们来分析解决工程实际问题。
3.3 正确应用图表，化抽象为形象
图表具有直观、形象、方便的特点，在工程热力学中有其特殊的作用，应用也是经常性的。因为有些热力过程或循环十分复杂，一般的分析计算根本不可能，只能凭借各类绘制的图表进行计算；借助图表还可利用计算机进行数值计算和模拟。所以，引导学生正确使用图表是工程热力学教学中应该特别重视的。
在刚开始接触简单的P-V图、T-S图时，为了给理解水蒸气和湿空气的图表奠定基础，就应提醒学生注意图表的作用和细节，如怎样在图上区分吸热、放热，对内、对外作功；怎样在图上表示热过程的方向等等。在介绍水蒸气的h-s图和湿空气的h-d图时，应重点说明它们的构图原理，并通过各种等值线簇的绘制，讲解各参数的变化规律。另外，为了让学生掌握各种图表的使用方法，还应安排一定数量的、通过图表进行热力计算的习题。
3.4 利用计算机辅助教学，促进师生互动
工程热力学课程内容含有许多抽象的工作原理图、系统循环图。常规的板书教学浪费时间效果也不太理想。如果把这部分内容制作成集声、光、色、图、文于一体的多媒体课件，既直观形象，又新颖生动。不但可加强授课的生动性，激发学生的学习兴趣，还可加大教学信息量，增加单位时间内授课内容的深度和广度，有利于学生理解和记忆课程内容。例如，我们可以用多媒体课件演示各种热过程曲线的生成，还可以利用计算机绘制水蒸气的各种图线，免除查图、查表的麻烦。
总之，在课堂上进行形象直观的教学，充分利用计算机辅助教学，发挥多媒体的作用，可以帮助教师有效地提高教学效果和教学效率，也可以改变学生死记硬背和被动接受知识的学习方式。
3.5 加强实践教学，理论联系实际
工程热力学有较强的工程应用背景，在加强基础理论教学时，还要注意紧密联系工程实际，吸收当今热工科技的新成果，培养学生的创新能力。
实验教学具有直观性强的特点，可以很好地配合课堂教学。除了开设“空气绝热指数的测定”、“饱和蒸汽P-T曲线关系的测定”等验证性试验外，还开设了综合设计性试验，要求学生根据试验目的，自己设计试验方案，写出详细的试验，并选择试验设备和用具，经教师审查合格后，方可开始试验，最后还要进行实验误差分析。通过试验，一方面加深了学生对热力学基本原理的理解和认识，另一方面也锻炼了学生的动手能力和独立分析问题、解决问题的能力。
在课堂教学中，还应注重理论联系实际，把抽象的理论知识与生动的工程实际问题相结合，用热力学理论剖析自然现象，做到学以致用。一方面，可以采用案例教学法。例如，用相对湿度的概念来解释为什么阴雨天晾衣服不易干，而晴天易干；用热效率的概念来解释为什么用电炉取暖比用电驱动热泵取暖浪费等等。另一方面，结合具体教学内容适时地向学生介绍学科的最新研究成果及其应用。例如，在讲解动力循环时，可以选择介绍目前内燃机利用兰金循环回收废热能量，提高整机效率的方法。实践证明，把教学内容与工程实际问题密切联系的教学方法，可以加强课堂教学的前瞻性和趣味性，能有效调动学生的求知欲，使其由“被动接受学习”转变为“主动研究学习”，对提高教学效果大有帮助。
4 强化考试对教学的推动作用
考试作为检验学生对课程内容掌握程度的标尺，关系到教学质量和效果。为了使考试成绩能科学、客观、公平地反映学生对工程热力学知识的掌握和应用能力，同时调动学生学习的主动性和积极性，可采用学生普遍认可的综合评定成绩的方式，即平时成绩占10%、考勤占10%、实验占10%、期末考试占70%。
为了有效避免学生死记硬背概念、定律和公式，教师应综合运用选择题、判断改错题、计算题和综合分析题编制试卷，灵活考察热力学的基本原理及应用。这是因为实际问题往往非常复杂，需要学生灵活应用多方面的理论知识才能做出正确解答。对于那些基础知识不扎实的学生，只是简单记住了书本上概念、定律和公式，面对各种似是而非的叙述也会举棋不定，做出错误判断也不足为奇。
5 结束语
工程热力学是一门充满生机的经典学科，大量的经典内容仍是现代学子为培养创新能力必须掌握的重要基础。由于课程具有概念多且抽象、知识点多且相互交叉、公式多且应用条件复杂的特点，教师要把这门课讲得精彩很不容易。因此，如何有效的提高“工程热力学”的教学质量、解决学生难学、教师难讲的问题，是值得长期研究的课题。
针对我校热能与动力工程专业课程体系的教学改革，并结合自己的教学实践，通过以上的尝试，有重点、有目的的讲解，取得了一定的效果，希望能对提高本课程的教学质量有所贡献。
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关键词：工程热力学；教学方法；教学手段；教学改革
作者简介：裘薇（1976-），女，浙江临安人，上海电力学院能源与环境工程学院，讲师；朱群志（1972-），男，浙江台州人，上海电力学院能源与环境工程学院，教授。（上海?200090）
基金项目：本文系上海市教育委员会重点课程建设项目（编号：20105302）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0062-02
工程热力学是研究热能和其它形式能量（特别是机械能）相互转换规律以及提高能量转换效率的一门学科，是热能与动力工程专业的一门必修的主干专业基础课程，也是学生开始接触的第一门和热能工程有关的课程。工程热力学不仅为学生学习相关的专业课程提供必要的基础理论知识和基本技能，也为学生日后从事热能利用、热设计、热管理和热控制等方面的专业技术和科学研究工作打下必要的理论基础。
近几年，随着学校的不断发展，上海电力学院先后开设了“热动卓越工程师班”、“电厂自动控制”、“电厂测控”、“电厂核电”新专业和获得了“热能工程”硕士点的授予权。为了适应新时期人才培养及“085工程”的需要，教师除了继续承担“热动专业”的“工程热力学”教学任务外，还将面向“电专业”和研究生开设不同层次内容的工程热力学课程，因此，为了提高本课程的教学质量，有必要对“工程热力学”课程教学方法及手段开展更高层次的研究工作。
一、教学目标
根据专业人才培养的需要，“工程热力学”课程的教学目标是通过本课程的学习，应使学生掌握工程热力学的基本理论和基本知识，受到较强的基本技能训练，能正确进行热力过程和热力循环的分析和计算。教学方向定位于基础科学理论与工程实际之间的桥梁，着重培养学生应用基础知识解决工程实践问题的能力，为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。课程的特点是：将工程热力学作为一个整体来组织教学，并借助于现代教育手段、密切结合实验与专业课程，进行完整、系统的教学。
二、教学改革采取的措施
教学方法和教学手段的改革是服务于课程体系和教学内容的改革，它是实现教学目标的重要措施。”工程热力学”课程的逻辑性很强，各部分内容又交叉渗透，一环扣一环，而且概念抽象，是一门难教难学的课程，所以在教学的过程中，需要注意教学的方法和手段，使学生能较好又容易地理解教学内容。
1.教学方法的改革
（1）开展教学研讨活动，理解教学思路。通过开展多次教师试讲活动，对本课程的教学目标、教学要求、教学方法等有比较清楚的认识。教学目标要从学生专业课的学习以及职业发展的需求考虑。基础课不只是为后续课程服务，为专业的学习服务，更重要的是培养学生的科学素质和科学思维方式，提高他们分析问题和解决问题的科学研究能力，使学生眼光远、层次高、后劲足。教学上需要控制教学内容的难度。注意将教学内容及习题的难度控制在适当的水平，难度太大的习题，会过度加大学生的负担，不提倡作为作业而布置。教学中需要清楚讲述知识点产生的背景和来龙去脉，争取用一条主线将各章节的内容穿起来，避免对知识点的孤立讲授，避免学生孤立地理解知识。教学中需要介绍本学科在工业、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，使学生充分认识本门课程的重要性，提高学习的兴趣和积极性。
（2）注重学生应用能力和创新能力培养。在课程教学过程中注意理论联系实际，注重工程应用。以往学生反映“孤立系统熵增原理和作功能力损失”这部分内容抽象难懂。在教学中可举一个工程实例：大气环境温度为-10℃，为保持计算机房内20℃，需每小时向机房供热7500kJ。若采用三种方式供热：（1）电热器；（2）电动机带动热泵；（3）温度为80℃的热水供暖，让学生分析三种情况的熵增和作功能力损失。使用这种工程例子好处是：学生接触的概念和原理不再枯燥空洞，而是富有工程背景和实用价值，可以使学生加深对这部分内容的理解。同时从实例的比较中，学生自己也可领悟出一个道理：对能量应从量和质两方面综合评价，才能真正找到节能途径。
讲述教材内容和工程实践有机联系。例如：制冷循环的原理与制冷装置、冷藏库、家用空调、电冰箱的联系，湿空气的相关知识在空气调节、电厂冷却塔中的应用，郎肯循环与火力发电厂实际循环等。通过介绍这种内在联系，使课堂教学内容生动，帮助学生理解所学知识和原理在实际中运用。
改变以往全部由教师做习题点评的方式，请学生上讲台讲演自己的解题方法，其他同学评判和讨论。通过各抒己见，对比分析，最后达到“明辩是非”。教学实验表明：采用这种做法，激发了学生学习兴趣，学生的解题方法明显增多，有些学生的解题思路相当活跃。
鼓励同学撰写生活中应用工程热力学知识解决实际问题的小论文。指导学生关心身边的热力学现象，引导学生利用所学知识分析实际问题，鼓励学生构思的创新性。通过这一环节使学生充分理解热力学的方法，引起对相关领域的浓厚兴趣，加强对学生理论联系实际、提高科学素质，并且学生与老师互动、老师通过课外指导来因材施教。在2009年的试验过程中，绝大多数学生撰写了相关论文，达到了预期效果。
关键词：热力学第二定律实质；熵；不可逆；卡诺定理微观意义
中图分类号：TK123 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）48-0181-03
熵是热力学中一个非常重要并且抽象的概念，学生能否全面地、彻底地掌握第二定律，对熵概念以及热力学第二定律实质的理解至关重要。
目前工程热力学的教学中普遍存在一个问题[1，2]，就是熵概念的引入时机和方式。这些教材中，熵概念的第一次引出，即以其微分形式：dS=dQrev/T。熵的这个定义只给出了状态函数熵的微分或熵变，并没有熵的直接表达式[3]。这种只提出熵的定义，却不阐明熵自身的物理意义的引进方式，使得学生对熵的物理意义全然不知，只是一味的死记硬背熵变计算公式。这时候的熵可谓是“千呼万唤始出来，犹抱琵琶半遮面”。然而，在后期进入到热力学第二定律的章节学习后，熵随着第二定律的数学表达式又突然冒了出来，而且还花样翻新，例如克劳修斯不等式：dS≥dQ/Tr。通常这个时候，学生开始犯糊涂了，与前面熵初次引入时的熵变定义式搞混了，而后紧接着还要推出孤立系统的熵增原理等，如果整体教学中缺乏清晰的主线和脉络、不阐明不可逆引起熵增的实质原因，却铺开来广讲或一味地让学生沉浸在大量的熵变计算中，效果差强人意，如很多学生常把孤立系统的熵只增不减理解为熵只增不减，或者不明白为什么处处可逆的卡诺循环的热效率也不能达到百分之百。这样的错误表明学生对热力学第二定律尚未真正掌握。
热力学第二定律的教学是从分析自然现象展开的：如打碎的鸡蛋不可能自行复原、水不能在自然条件下由低处流到高处等，这些现象表明一切自然发生过程都有其特殊的方向性。再者，我们熟悉这样的经验事实：当两个不同温度的物体相互接触时，热量不可能自动地由低温物体传到高温物体，而这恰恰就是由克劳修斯提出的热二定律的一种经典表述，此时热二定律看起来还如此简单，学生尚不难理解，但仅仅停留在这个层面理解热二定律，显然是不够的。热力学二定律虽来源于生活，但远高于生活。在指出另一种由开尔文从热转化功的角度阐述的热二定律时，学生开始有点迷糊了。开尔文表述为：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。
按照通常的教学程序，接下来的教学点就是卡诺循环。如果这个时候，再把讲课的重点放在对构成卡诺循环的两个定熵、两个定温过程的讲解上，学生感觉热二定律更难捉摸了，何况这之后还要推导熵的不等式，熵――这个令物理学家都“混乱”的概念可能一下子就把学生击倒了。如果这样安排教学，定会加剧学生对第二定律整章内容的恐惧心理，甚至最终导致放弃对热二定律整章的学习，
所以，在这些内容的教学中，绝不能循规蹈矩，应适时地对教学的顺序做相应的调整，紧紧抓住一条清晰的脉络讨论，不广讲、不偏离主线太多，抓住本质（类比干），在该过程中适时地、善巧地引出一些主要的第二定律表述（枝），顺藤摸瓜，最终完全揭示热力学第二定律的内涵。这样，学生容易抓住主线，对整章的知识框架有清晰的认识，就不会对纷繁的不同表述和不等式望而生畏。教师在后期的具体教学中，再去围绕其他各种表述进行细化讨论和延展，就可事半功倍。这种先抓本质的教学思路非常适合热力学第二定律和熵――这种既纷杂，又抽象的教学内容。
下面以一种脉络式的教学思路对热二定律进行探究，层层递进，分析现象得到结论，引出提问，再分析，得到下一个结论，直至把热力学第二定律实质诠释出来。
首先，通过两个热机的常见工程实例――火力发电厂和汽车发动机动力循环入手，引出热力学第二定律在热转化成功的过程中有低温热源存在、同时有部分热量被抛入低温热源的现实（讲解电厂冷却塔以及汽车尾气余热排放至外界环境）。由实例可初步得到任何热机的效率不仅不能大于百分之百，也不能等于百分之百，也即效率必须小于百分之百。该结论映证了开尔文说法。
结论1：热一定律告诉我们效率不能大于100%，开尔文说法得到热机效率只能小于100%。
提问1：效率不能等于百分之百，等于多少，99%？
在热力学第二定律尚未问世之前，热机工程师错误地把热机效率的最理想目标定为100%。1824年，法国工程师卡诺对此提出了质疑，他在确定的高温热源T1与低温热源T2之间，构建一个最理想（即热效率最大）的热机循环――卡诺循环。按最理想的假定，该循环至少应保证过程无摩擦（无耗散）和传热无温差（准静态）等条件，也即循环必须可逆。但即便这样一个最理想的热机循环效率也并不等于或者接近100%，而是依赖于高低温热源本身的温度（？浊c=1-T2/T1卡诺定理）。
以前述的两个典型的热机实例分析。目前，火电厂蒸汽动力循环[4]，一般T1=500℃，环境为T2=25℃，按照卡诺循环最理想效率为62%，大大低于100%；汽车燃气动力循环，T1=1000℃，T2=25℃，卡诺效率为76%，也低于100%。
结论2：在确定温度的高低温热源之间的全可逆理想循环，热效率有一峰值，受温度限制，可能远低于100%。（机理暂不解释，见结论6后的反推）
提问2：实际工程中，摩擦耗散等不可逆因素必定不可避免，这对热机的效率又有何影响？
经验和事实表明：一切实际过程都包含摩擦，粘滞，电阻等耗散因素，必然是不可逆的。仍以上面提到的热机实例来分析。实际工程中，蒸汽动力循环热效率为45%左右（
结论3：自然界中，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，不可逆损失造成热效率降低。
一个自发进行的不可逆过程，其逆过程决不可能不付任何代价的自动进行。例如：为什么热量可以从高温热源自动的传向低温热源，而不会自动地从低温热源传向高温热源。因此，一个过程的不可逆性与其说是决定于过程本身，不如说是决定于它的初态和终态。这也预示存在着一个与初态和终态有关的某个状态函数，用以左右一个过程的方向。
问题3：一个自发（不可逆过程）初态和终态有什么本质的不同？
以气体绝热自由膨胀分析自发过程初态与终态的区别：理想气体绝热自由膨胀是不可逆的。一刚性绝热容器被隔板分开，左边有气态工质，右边真空，在隔板被抽去的瞬间，气体聚集在左半部，这是一种非平衡态，此后气体将自动膨胀充满整个容器，最终达到平衡态。其反过程由平衡态回到非平衡态的过程不可能自动发生。观察到绝热自由膨胀初终态有两方面的不同：
1.终态体积变大，分子相互位置分布更加无序；
2.可利用与右侧空间的势差推动活塞向外输出容积变化功，但由于进行自发膨胀，作功为零。
对于一个热力学系统，如果处于非平衡态（与外界存在势差，有作功能力），我们认为它处于较有序的状态，如果处于平衡态（与外界无势差，无作功能力），我们认为它处于较无序的状态。
再者，功热转换的自发过程：高速行驶的汽车，突遇事故瞬间停止，原有动能耗散成环境中的热能，能量的数量虽然守恒，但能量的无序性增加。而该过程的逆过程――环境热转换成动能显然不能自发进行。热是分子混乱运动的一种表现，而功是分子有序运动的结果。功转变成热是从规则运动转化为不规则运动，混乱度增加，是自发的过程；而要将无序运动的热转化为有序运动的功就不可能自动发生。
结论4：热力学第二定律：各种自发过程的方向性具有共同的本质：无序性（混乱度）增加，能量质衰退。
问题4：如何定量地描写状态的无序性的变化（如增加）和作功能力的变化（如衰减）？
从以上例子可以看出：热力学第二定律揭示一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，可用一个新的状态函数作为表征系统混乱度的一种量度，状态函数――“熵S”被引出。
所以，熵的物理意义：系统无序性（混乱度）的量度。
结论5：孤立系统中的熵永不减少。孤立系统中发生可逆过程，其熵不变，作功能力无衰减；孤立系统中发生不可逆过程，其熵增加，作功能力降低。热力学第二定律也可表述为：一切自发过程总是向着熵增加的方向进行，向能质衰减的方向进行。
问题5：为什么宏观演化必定按“熵增”的方向进行，熵增的本质是什么？
以54张扑克牌的排序为例分析自发过程熵增的根本原因。新扑克最初的排序极其有序，我们称其为一种微观态，概率为1/54！。随机洗牌后，混乱度增大，此时排序非常混乱的微观态数要大很多。这样，扑克牌从有序自发到无序（孤立系统熵增大）的过程，就是扑克排序从小概率往大概率发展的过程。然而，这个过程的逆过程，也即微观态数减小的过程，是从概率大往概率小发展，不能自动进行。这就是为什么即使洗无数次牌，也不可能再出现当初最有序的低熵状态。这就反映了不可逆过程熵增的本质，即热力学概率增大。
可以从54张牌的系统拓展到由大量分子构成的热力学系统，同样遵从这样一个规律。
结论6：系统从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行，这是热力学第二定律的统计意义。
再回到结论2，可对卡诺定理进行微观解释：可逆热机循环中，工质从高温热源吸收热量Q1，将其中最大可以转化为功的部分W转化为了功，这部分能量从热功，能量品质升高，这样一个非自发过程不能不费代价的进行，同时一定要使得另外一部分热量Q2从高温热源传向了低温热源，这部分能量的品质降低去与之补偿，两者正好相抵，这是可逆的情况。如果热机不可逆，相同的Q1情况下，传给低温热源的热量大于Q2，能量品质降低的份额大于能量品质升高的份额，总体由于不可逆造成能量品质衰退，作功减少。
经过以上脉络法教学方式层层递进，主线清晰，学生能够紧跟教学思路，分析现象，得到结论，引出新问，再分析，一步步接近热力学第二定律的实质。该教学方式最大的优势体现在只需要半个小时的课时就可清楚地揭示热力学第二定律的核心机理，而后可围绕这个核心再展开不等式推导等其他教学内容。这样的教学方式，做到了使学生概念清晰，思路明确，故能取得事半功倍的教学效果。
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