工程热力学的基本概念范文1
作者简介：吴锵(1960―)，男，江苏靖江人，南京理工大学材料学院教授；研究方向：材料学、大学课程理论。
基金项目：本文系南京理工大学教改资助项目“材料专业基础课概念－问题－探究教学模式研究”阶段性成果之一。
摘要：通过对探究式教学目的的反思，以及理工科基础课特点的总结，摸索出适用于理工科基础课的“概念-问题-探究”教学新模式。
关键词：探究式教学；理工科；基础课；核心知识
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1008-2646（2012）01-0082-05
研究型大学的建设对研究性教学提出了日益迫切的要求。在研究性教学的实践中，源于西方的探究式教学受到广泛重视，这种以讨论课(也称Seminar)为载体的课程模式提倡知识学习的自主性与面对未知的探索性，因此从理论上讲与研究型大学的科学研究精神相契合，故近年来相关的研究文章较多，在教改立项中也成为了热门课题。
但是，当我们在实践中真正落实探究式教学时，当这种模式与具体的课程结合时，就会发现探究式教学从理论研究到实际操作，都存在不小的问题，因此需要进一步的反思，以便清除形形的认识误区，从而把握其精神实质，为实践操作奠定坚实的理论基础。
从方法论的角度看，具体问题具体分析是教育研究不二的法则。因此，我们将探究式教学聚焦在理工科基础课上，也就是高等数学、大学物理、大学化学，以及各工程学科的主干基础课，如化工学科的物理化学、化工原理，材料学科的固体物理、材料科学基础，控制学科的电工学、自动控制原理，等等。这些课程是理工科课程体系的真正精髓，对后续课程从知识结构到认知方法都会产生深远影响。因此，探究式教学的真正落脚点应该放在这些课程上。
一、探究式教学的目的与反思
所谓探究式教学(也称探究式学习，Inquiry Learning)通常指从学科领域或现实生活中选择和确立主题，在教学中创设类似于学术研究的情境，学生通过独立自主地发现问题、操作实验、收集与处理信息、表达与交流等探索活动，获得知识，培养能力，发展情感与态度，特别是发展探索精神与创新能力。它倡导学生的主动参与，是一种积极的学习过程。［1］
不难看出，探究式教学以自主与探索为目的，重视学生能力与素质的培养，从理论上完全符合现代教育理念。但是，理论上的完备不等于实践操作的可行，因为理论往往源于具体对象，一旦对象发生变化，理论(特别是教育理论)通常要做出相应的调整，有时甚至是重大调整。以探究式教学为例，目前国内更多地在基础教育中采用这种形式，而理工科基础课中却很难操作。之所以这样，与理工科基础课的特点(见本文第二部分)有关，其中知识的坚实性、系统性与深奥性对传统意义的探究产生了重大影响。因此，应该在理工科基础课的背景下重新审视探究式教学的目的。从知识的坚实性看，现行探究式教学中对于新知识的诉求是不可行的。面对基础课中的核心知识，主要任务是接受、理解，以及理解基础上的应用，而与新知识发现关系不大。从知识的系统性与深奥性看，也与现行探究式教学的目的格格不入，因为深奥、抽象及知识关系复杂，意味着凭借学生自身的认知能力，是无法理解与掌握这些知识的，故老师的作用相对彰显，而这又与现行探究式教学强调学生自主性的诉求相矛盾。如果进一步考虑到大学生都是高中应试教育的“产品”，则探究式教学更是难上加难。这样一来，似乎根本颠覆了传统意义上的探究式教学，因为探索性与自主性都已落空。正因为如此，探究式教学尽管研究得热火朝天，但在高校中真正操作却很少，在理工科基础课中更是如此。
那么，是不是要根本放弃探究式教学的理念呢？理工科基础课中探究式教学是不是真的没有了空间？结论当然是否定的！而新的探究式教学，主要取决于通过反思达成的观念转化，特别是对一系列相关教育教学理念的重新认识。
首先，什么是新知识？一般来说，新旧是有相对性的，但传统教学观念却把新知识当成绝对的事物，即那些从未被人们认识到的知识才是新知识，而相对于学生而言的新知识却不在其中。以热力学第二定律与熵概念为例，一方面它们已经产生了100多年，是耳熟能详的知识；但另一方面，对学生而言它们又是新事物，是需要学习的新知识。对于具有相对性的“新知识”，客观上不存在探索与发现的问题，因为它们都清清楚楚地展现在教材中。因此，探究必须赋予新的含义，即根据知识对于学生的相对新颖性，以及由此产生的认知过程的不完备性，将发现式的探究转变为澄清式的探索，使学生的知识认识由模糊、理解不深，逐步达到较高的认识水平，并最终获得运用知识于具体问题的能力。以高等数学的极限理论为例，学生不是见过极限的定义、学习了几个例题，就能把握该理论的核心，真正认识与理解需要漫长的探究过程，需要学生自主地提出与极限相关的问题，试探性地运用极限理论到其他领域，如物理学、化学，甚至是生活领域，从而在提问、反思、质疑、具体运用中，逐步加深认识。
其次，探究的方向。传统观点认为，探究式教学总是向外的，向着未知的外部世界，特别是自然界。但是，还有一种向内的探究方向，即面向我们自身，面向人的头脑与思想，去探究其中未知，甚至是构建其中的空白。改革开放30年来，人们已经习惯于对外开放，热衷于面对外部世界，特别是西方发达国家，这一点在教育中尤其明显。但是，30年带来的思维惯性使我们忽视了向内这个重要的方向，忽视了自我改造，特别是自身思想观念深层次问题的解决。2008年爆发的金融危机已经从思想方向(注意：不是思想方法)上给我们敲响了警钟，也进一步启发我们在教学中眼睛向内，在探究式教学中努力解决自身的问题，而不是一味地眼睛向外。
最后，探索的自主性。事实上，自主也是一个相对的概念，因此不能绝对化。在传统的探究式教学中，过于强调学生的自主性，老师似乎已经失去了基本地位而变得可有可无。我们认为，至少在理工科基础课中，老师的地位绝不能动摇，知识的基本传承不能因为强调自主探究而丧失。当然，这不是说回归到满堂灌的老路上，而是根据理工科基础课知识深奥、系统等特点，充分发挥老师的作用，特别是在新式探究下的作用，以便调动学生的探究积极性，引领探究的方向，把握探究的尺度(因为过度探究容易钻牛角尖)，使探究式教学真正落实到理工科基础课中。
不难看出，观念转换后的探究式教学获得了新的意义，探究式教学的自主性与探索性诉求有了新的生存空间，这为它的实践操作奠定了基础。
二、理工科基础课教学的特点分析
如果要在理工科基础课中真正实践探究式教学，必须对其特点有深入的认识。尽管理工科基础课的重要性不言而喻，但它们的特点，特别是面向探究式教学时表现出的特点，却并不清楚。根据经典的课程理论，课程是由教材、教师与学生构成的，故分析课程特点也要从这三个维度展开。
1. 理工科基础课教材
教材是学科知识体系的代名词。对于理工科基础课，知识体系往往有以下特征：
(1)核心知识的坚实性
每一门理工科基础课中，都有一批核心知识。它们经历了长期的实践检验，得到了反复的证实，因此不可动摇。例如，高等数学中的极限理论、函数理论，大学物理中的牛顿定律、电学基本公式，物理化学中的热力学定律与动力学理论，材料科学中的结构与缺陷理论、相变理论等等。这些核心知识的坚实性特点对探究式教学会产生重要影响。
(2)知识的系统性
理工科基础课的另一个特点是，其知识经过长期的发展与演化，已经形成了逻辑关系复杂的较为庞大的体系。知识系统性的显性含义是知识庞杂，知识点众多；其隐性含义是，知识结构复杂，具体就是知识点之间的关系众多，而“关系众多”相比于“知识点众多”会带来更大的教学难度。
(3)知识的深奥性
大学知识有着固有的深奥性，而理工科基础课中，知识深奥性表现得更加突出。相对论、量子力学、极限理论、热力学原理、控制理论等一系列理论，量子化、相对性、极限、函数、内能、熵等一系列概念，无一不显示出深奥的品性，它们中的绝大多数远离人们的日常感知，具有极为抽象的特征。
2. 基础课教师
从教师的角度考察理工科基础课的特点是新概念，这方面很少有人涉及。但是，教师毕竟是课程三要素之一，有着举足轻重的作用，因此全面考察教师是很有必要的。
由于基础课在理工科课程体系中的重要地位，基础课教师通常是一个学校教师队伍的中坚力量。他们常年从事教学工作，理论水平较高，教学经验丰富，作风严谨，责任心强。因此，作为传承式的教学，这些教师是完全胜任的。但是，从探究式教学的要求看，基础课教师又存在一些不足。首先，经验丰富与作风严谨使得易于墨守成规，而不敢积极探索教学中的新事物；其次，由于基础课教学任务重，工作量大，这部分教师的科研项目较少，与生产实际的接触远不如专业课教师，加之基础课教师教育理论水平不高，使得基础课中大胆改革的精神不足，教学改革的活力不够。在探究式教学中，必须注意到教师的上述特点，有针对性地做好教师的工作，特别是思想观念的转化工作。
3. 基础课学生
在教学三要素中，最容易忽略的恰恰是学生！从某种意义上讲，学生是三要素中最重要的。尽管学生的作用至关重要，但遗憾的是，学生很可能是探究式教学实际操作中的主要障碍。
理工科基础课通常在第一、二个学年开设，此时学生刚刚从高中考入大学，他们的学习目的、认知习惯、知识结构主要来源于中学，而且以应试教育为主要特点，造成大一、大二学生在面对探究式教学时全方位的不适应。首先，从知识传承的角度看，学生不知道知识以概念为核心，理工科学生往往热衷于公式与计算，因为公式记忆与计算娴熟是应试之本，但这恰恰从根本上偏离了知识的核心；其次，学生普遍缺乏主动意识，且这种缺乏贯穿于学习的全过程，如知识寻找、问题生成、探究讨论，而这些都是探究式教学不可或缺的；最后，学生普遍惧怕不确定，惧怕改变现状，习惯于固守以往的模式。根据我们多年的观察，一些好学生反而在变革时表现得相对保守。
学生状况的不如人意恰恰反衬出教学改革的必要性，以及在理工科基础课中实施探究式教学的迫切性。
三、探究式教学的操作之道
综合以上分析不难看出，在理工科基础课中实践探究式教学，将面临巨大的困难与挑战。从另一方面讲，困难与挑战也意味着其中蕴涵着巨大的价值。正是由于这种巨大的价值牵引，我们通过多年的实践，逐步摸索出一套基础课中探究式教学的操作方法，其核心就是：概念问题探究。
1. 概念
教学中强调概念是老生常谈。但将概念置于理工科基础课的背景下，特别结合探究式教学的要求，则概念的教育意义与教学操作就需要重新认识。前已述及，基础课知识体系具有坚实性，这一特性反映在概念上就是基础性，即这些课程中有一批基本概念。概念的基础性意味着其内涵小而外延大，因此意义深奥，影响深远。从探究式教学的角度看，概念的基础性为新式探究提供了巨大的空间，因为深奥意味着学生不可能马上领悟，他们必须通过不断的思考(即探究)才能逐渐明白概念的深刻内涵；而影响深远意味着基础概念可以与许多事物相结合，从而为概念的反复认知提供大量机会。以物理化学中的系统概念为例，它不仅仅属于物理化学课程，也是控制原理、信号与系统，甚至是高等数学等课程的核心概念。同时，系统也广泛存在于社会科学领域，如经济系统、社会系统、教育系统等。通过系统概念在各个学科领域的广泛应用，学生会逐渐明白系统的层次性，明白系统的物质属性是最为重要的(即唯物主义的基础)，明白系统与环境的相互作用决定了系统发展的外在方向性，等等。这样，对系统概念的认识得到不断深化，属于学生的系统概念的外延逐渐扩大，最终形成一个关于系统的概念体系，从而基本完成对系统概念的认识。
上述概念认知过程启示我们在探究式教学中注意概念建立之初的简洁与形象化。基础课中概念的基础性与深奥性，及这些特性衍伸出的特点(如外延广大)，使得概念的建立不可能一蹴而就。因此，在概念建立之初，就应该努力使概念简洁，即教师通过典型事例展示概念最基本的内涵，而不能面面俱到。我们发现，中国教材在概念引入时，有从一般到特殊的普遍习惯，在理工科基础课中更是如此，似乎先给出了概念的一般定义，就能包罗万象、一劳永逸。但是，无论从学生的认知能力还是实际教学效果看，从一般到特殊并不是概念教学的万能形式，对于基本概念更是如此。以熵概念为例，即使告诉学生它与混乱度有关，即使让学生记住熵S的经典公式，甚至是通过该式做了一些题目，学生对熵概念还是不甚了了。因此，对这类基本概念的认识就应该另辟蹊径，即从特殊到一般，而这里的特殊要求教学中使基本概念变得简洁(尽管这会一定程度影响普遍性)，因为简洁的东西才易于把握；同时，使概念更加形象化，因为形象化是应对基本概念深奥性(从而具有抽象性)的法宝。不难看出，我们主张初学时全力建立简洁清晰的概念，这样能够在学生的头脑中留下鲜明的印象，这为概念的后续学习奠定了坚实的基础。
在概念建立中，特别是概念建立之初，教师的作用是不可或缺的。此时不宜将任务主要交给学生，而是应该以教师为主导，快速高效地建立概念。我们反对在探究式教学中弱化、甚至忽略教师作用，因为这相当于否定知识传承。教师的知识理解、认知水平、思想方法，以及这些背后的态度与精神，对后辈学生都是宝贵的财富，因此绝不能轻易放弃。此外，强调快速高效，是为后续以学生为主体的教学过程预留了时间。
2. 问题
不难看出，上述过程仅仅是教学的初级阶段，要想使学生的概念深化、理解加深，还必须进一步展开教学，而这一阶段的核心是问题的生成。在传统的灌输教学模式中，教学的进一步展开是通过例题，特别是各种各样的计算题目，其目的主要指向公式的记忆与计算的娴熟。但是，概念的认识与理解，特别是概念的应用，有着不同于公式-计算的模式。例如，函数概念的深入理解不可能只通过函数的计算、证明，它必须通过问题，如函数的要素到底是3个还是2个？矢性函数、矩阵函数与普通的函数的异同何在？函数空间与尺度空间的差异是什么？等等。又如，内能的概念不可能仅凭热力学第一定律(即)就能掌握。对于内能，还要进一步区分动能与势能，区分各种场景下动能与势能的具体组成；要追问凝聚态与气态间内能的差异，搞清楚进一步细分成液态与固态时内能的差异；要明确内能在凝聚态化学势中的作用，明确内能是有层次性的，及这种层次性在转变、相变、化学反应诸过程中的体现。不难看出，对于概念的认识及其深化，是以问题为教学手段的，通过问题实现对概念加深认识，因此问题的形成至关重要。
问题的来源分为三种：老师、学生和师生互动。当概念初步建立后，为深化概念认识而生成的首批问题理所当然的来源于老师，因为此时学生还没有入门，还不会提问，特别是结合所学概念的具体问题，这方面的能力缺陷与长期的中学应试教育有很大关系。因此，教师应该首先提出一批问题供学生思考、探索，从而引导学习的方向(以免重蹈公式、计算的覆辙)，特别是通过这些问题诱发学生自身的问题，这一点非常重要，它是探究式教学自主精神在基础课教学中的核心。随着(教师)问题的思考，学生逐渐形成了自己的疑惑、问题，这些问题带有学生认知结构上的缺陷，因此是个性化的，是鲜活的，也是学生最感兴趣的。不难看出，教师问题的真正作用不是拾遗补缺以完善学生的认识不足，而是激发学生在所学概念框架下的思考。由于理工科基础课中概念的基础性、深奥性及系统性等特点，所以学生在思考中一定会想不通、看不透或讲不清，因此能够产生大量属于学生自己的新问题。根据心理学原理，学生对于自己的问题是非常认真的，总是希望解决这些问题，这就给自我探究奠定了基础。另一方面，学生的新问题从相对的角度讲，也算是未知，探索这种未知对提升学生的思维水平与认知能力具有重要意义。问题的最高形式源于师生互动，此时已经无法区分问题的归属到底属于谁，它形成于师生间的讨论过程，是相互启发的产物，这就是所谓的教学相长。
顺带指出，现有理工科教材在提问方面是不符合探究式教学的，因为现行的做法是概念定义之后，马上将教学引向公式与计算。而真正围绕概念，以概念深化理解为宗旨的问题却很少，也缺乏时效性，具体就是没有在概念初步建立后立即提出有利于深化理解的问题，使得学生错误地以为概念的认知状态已经达到要求，殊不知实际差距非常大。
3. 探究
事实上，探究与问题是相互融合的，之所以分开讨论无非是强调同一过程的不同侧重。当概念初步建立后，随着教师问题传递给学生，真正意义的探究正式开始。学生开始思考，学生有了问题，学生需要解惑，凡此种种都离不开探究，它是学生自主参与的思考过程。根据认知心理学，思考过程分为分析、综合、推理、判断，其中分析既是思考中首先进行的过程，也是现代大学生最为缺乏的能力之一，因此理工科基础课探究式教学首先应该重视分析能力的培养。下面用一个实例说明如何通过提升分析能力来强化概念的理解。
热力学第二定律的核心思想是通过如下的克劳修斯不等式表达的dSδQT教材中给出的标准解释是：δQ是实际过程的热效应，T是环境温度(对于可逆过程，环境温度等于系统温度)，dS是伴随过程的熵变，等于号对应可逆过程，大于号对应不可逆过程。记住了这个式子及其条件，熟练地用该式(通过计算)判断具体过程的可逆性，这样是否就算完成了对热力学第二定律的认识？答案显然是否定的，因为如此深奥的物理定律不可能一蹴而就。我们因此设计了这样的问题：dS到底与过程有无关系？由于答案较为复杂也非常专业，因此只介绍答案与分析的关系，该答案主要借助对过程概念的进一步分析，即学生应该将过程分解为：起点、中间过程和终点，这样一来就能分清上式两侧的性质，其左侧只与起点和终点有关，因为dS是状态函数；而右侧只与过程有关，因为δQ/T只与中间过程有关。故克劳修斯不等式的真正含义是，比较同一过程不同侧面的性质，当表示状态性质的dS等于过程性质δQ/T时，该过程就是可逆的，大于时是不可逆的。更进一步，学生们明白了起点与终点固定的前提下，过程是多种多样的，其中有一类过程(可逆过程)是特殊的，其δQ/T=dS，而任何其他过程的都不具备可逆性。显然，不可逆过程不是一类，而许许多多，但可逆只是一类过程，这个概念对于后续的非平衡热力学至关重要。对克劳修斯不等式认识的加深，会促进学生回过头来认识热力学第一定律，它也是起点与终点的状态函数差与中间的过程量之间的关系，只不过此时是与能量有关的诸量，如内能、热与功。这样就从更高层次统一了两大热力学定律。如果延伸这个概念，还能进一步联想到数学中的积分，其中导函数(中间过程)的积分，等于原函数的端点差值！由此可见，真正的概念认识与理解有着强大的“辐射”作用，这为概念应用提供了广阔的空间。
不难看出，我们的教学目的是提升学生的概念认识水平，因为概念是学生今后学习、科研的真正出发点，故概念的认识水平与应用能力至关重要。在概念深化的探究过程中，分析、综合等思考能力随之加强。而上述水平与能力的综合就可以达成理工科基础课探究式教学的主要目的。
参考文献
［1］任长松. 探究式学习［M］. 北京：教育科学出版社，2005：25.（责任编辑、校对：臧莉娟）Reflections on Inquiry-Oriented Teaching of Basic Technical Courses
WU Qiang，GUO Yu
(1. School of Material, Nanjing University of Science and Technology，Nanjing, Jiangsu, 210094;
2.School of Automation，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing, Jiangsu, 210094)
工程热力学的基本概念范文2
论文关键词：教育；能源与环境；公共选修课
“能源”与“环境”是当今世界发展的两大主题。能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是工业的食粮、社会经济的命脉。随着社会生产力的发展，人类对能源的需求量日益增大。但是，当今世界所使用的能源绝大多数仍取自地球，随着不断地开采和利用，各种能源资源日渐枯竭，能否满足未来世界不断增加的能源需求是人类共同面临的问题。
为适应上述形势需要和公选课要求，苏州大学于2006年面向全校非动力机械与工程专业开设能源可持续发展公选课。公共选修课是高校课程体系的重要组成部分，是学生扩展横向知识、培养自学和动手能力的最佳平台。多年来，学校在加强全校本科生能源与环境意识的培养上不断探索与创新，逐步摸索出一套行之有效的方法。由于其他专业的学生不具备相关的专业基础，因此，在授课过程中讲授能源与环境的基本概念、国内、国际能源使用现状与严峻形势、能源与世界政治、经济的关系、新能源的开发与使用、世界环境现状、环境与人类的生存以及各种环境保护的一般方法等科普性的知识，以使学生易于理解和接受。
这门课程主要讲授以下内容：当代科学技术发展趋势及我国科技发展的战略部署；热工基础（热力学、传热学及流体力学和燃烧学基础部分）；工程热物理学科的发展战略；能源基础知识；可持续发展；能源科技发展及可再生能源发展状况（生物能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、氢能和燃料电池）和开发利用技术；火力发电厂基本知识；核能发电；大气环境保护原理基础；洁净煤技术概论；洁净煤技术（SOx）产生机理及控制技术；洁净煤技术（NOx）的产生机理及排放控制技术；节能原理简介及相关技术（能量系统的分析方法、工业过程节能的途径与方法）；针对当下能源与环境中的热点问题和新技术进行专题讨论。
在近些年的“能源与可持续发展”教学摸索与实践中，学生反映良好，笔者总结出一些方法和经验，以下就较为典型的几个突出问题谈谈自己的认识与实践。
一、与时俱进引入新概念，引发学生思考
科研为教学创设一种学术氛围和探索研究的环境，将新的科学技术成就和成果及时引入教学，则能使课程教学更具现实性、前沿性，提高教学质量和水平。能源利用基础部分涉及到热学知识，笔者引入了过增元院士提出的热学新概念，但是并不深入介绍，而是介绍现有概念来龙去脉，引起学生思考，感受大师的思维方法。
先从日常生活中的热现象着手，介绍热学基本概念。
其次从热的本质讲其发展简史，引经据典，如介绍南北朝成书的《关尹子》、东汉王充的著作《论衡·寒温篇》、汉代《淮南万毕术》、《武林旧事》等热现象记载，讲述古希腊科学家对热的认识，引出两种观点即热质说和热动说。热质说认为热是一种没有质量的特殊物质，热动说认为热是物质粒子的微观运动。这两种思想相互碰撞、辩论了好几个世纪，但是这两种思想并不是鲜明的对立，很多思想中都包含着两种思想的影子。
再就现有传热学面临的挑战引发同学思考，如：
其一，经典的传热规律面临极端条件下传热现象的巨大挑战。例如以激光的利用为代表的超快速加热，如激光武器和激光加工技术，激光脉冲宽度可达到飞秒量级，如何预测激光加热过程是传统热学原理遇到的问题。
其二，经典热学中还没有以提高能源利用率为目的的传热过程的优化理论和技术。当前面临世界性的能源短缺问题，我国面临的节能减排的形势更为严峻。因此，提高能源利用效率更为重要。然而，传热学中只有热量传递速率而没有热量传递效率的概念，所以只有传热过程的强化而无传热过程优化的理论和技术。
其三，傅立叶导热定律导致热传播速度为无穷大的缺陷还没有很好地解决。早在1822 年，法国的数学家、物理学家傅利叶就提出了著名的傅立叶导热定律，即热流与温度梯度成正比。尽管作为实验定律的傅利叶导热定律已为大量的工程实践所证实，并获得了广泛的应用。然而，用傅利叶导热定律描述瞬态导热过程时，由于所得到的热传导方程是抛物型的。这隐含着热是以扩散的方式传播，因此出现了热扰动传播速度无穷大的佯谬。傅立叶定律的这一缺陷表明，它只是一个唯象的近似定律，在物理上是不完善的。
其四，传热学缺乏同物理其他分支学科之间共性的量和规律。傅立叶在他的热学专著《热的解析理论》中指出“……无论力学理论的研究范围如何，它们都不能应用于热效应。这些热效应构成一个特殊的现象类，它们不能用运动和平衡的原理来解释……自然哲学的这一部分不可能与动力学的理论有关，它有它本身特有的原理。”
与物理学的其他分支学科相比，热学没有的概念有：质量、力、速度、动量；波、振动等。热学独有的概念有：熵、可用能、状态量和过程量等。
由于学生们是学过大学物理学的，对物理学内容的构架有基本认识。通过以上纵向比较，同学们一致认为对物理学有了更深刻的认识，激发了学生的学习兴趣，收到了良好效果。
二、加强学生的社会、生产实践，培养工程的观念
社会实践、调研是本科生教学的一个重要教学环节，是学生接触社会、工程或生产实际的一个基本手段。同时，教学中实际例题分析是最具说服力的，对学生知识认知、理解和分析帮助很大，他们也比较感兴趣。
例如笔者结合实际项目介绍：在分布式能源系统中，让学生实践调研华东地区气候条件，统计华东四省一市主要城市月度气温，调查华东四省一市或华东地区主要城市天然气资源、华东四省一市或华东地区主要城市电价及华东地区医院、酒店、商业、娱乐设施、办公、机场、学校、居民等用户的冷负荷、热负荷和电负荷需求、持续时间。同学们利用假期在所在地区积极调研，得出华东地区民用电价平均值为0.5645元/度，燃气销售价格2.2元/立方米，工业电价平均值为0.9元/度，燃气销售价格3.5元/立方米。通过调查，同学们得到华东地区空调供应时间一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，过渡期110～170天，制冷和采暖的需求时间相对比较长些。这些是华东地区发展天然气分布式能源系统的有利条件和基础。而学生实践也为笔者丰富了教学内容，使笔者感受到教学的乐趣，实现了教学相长。
笔者结合具体设计案例引发学生思考，如：宾馆的主楼建筑面积27000m2，裙房建筑面积约3000m2。宾馆用电量较高，同时也有夏季冷负荷、冬季热负荷和全年热水的需求。本宾馆分布式能源系统主要由1台内燃机发电机组和2台溴化锂吸收式冷温水机组组成。系统的总发电量、制冷量、制热量、制热水量分别为600kW、3000kW、2400kW、7.7t，分布式能源系统设计年运行天数330天（扣除检修时间）。本项目为全年运行，其中供冷期主要为夏季年运行120天左右，供热期主要为冬季年运行105天左右，热水供应全年运行330天左右（扣除检修）。
系统配置从原理上进行科普性介绍，而不详细展开，如本分布式能源系统所用发电机组选用曼海姆的TCG2016V12C。选用的两台远大溴化锂吸收式冷温水机组分别为1台BZHEY125XD 一体化烟气热水直燃机和1台 BZY125XD 一体化直燃机。
分布式能源系统注重技术与经济的结合，结合本案例分析气价、电价对系统影响，指出技术上合理还要经济上合算的工程经济学思想，介绍最简单的投资回收年限的概念。本案例中主要取决于投资成本和收益额的大小。其中，投资成本是指购买设备所需要的费用，主要指新设备的初投资、收益额表示系统年收益（输出的冷、热、电）减去系统运行及维护费用。
理论方法与生产和生活实际相结合，调动学生学习的积极性，通过案例分析使学生初步掌握工程思想，并学会用所学知识解决实际问题。
三、可持续发展与古代朴素的人与自然的基本关系
鉴于公选课从内容到教学形式相对自由一些，针对学生的专业特点逐年加大了素质教育的内容。
“可持续发展”一词是在1980年的《世界自然保护大纲》中首次作为术语提出的。在此期间还提出了“可持续性”和“持续发展”等概念。“可持续性”是指社会系统、生态系统或任何其他不断发展中的系统继续正常运转到无限将来而不会由于耗尽关键资源而被迫衰弱的一种能力。1987年，挪威首相布伦特兰夫人主持世界环境与发展委员会，在长篇专题报告《我们共同的未来》中第一次明确提出了可持续发展的定义。“可持续发展”概念应该是“可持续性”和“持续发展”的结合，既要考虑发展也要考虑环境、资源、社会等各方面保持一定水平。
但是讲到这些，强调可持续发展的思想其实在中国源远流长，下面列举如下例子以引发人们对中国传统文化的崇尚：“为人君而不能谨守其山林菹泽草莱，不可以立为天下王”；“斩伐养长，不失其时，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭泽而渔，岂不得鱼，而明年无鱼；焚薮而田，岂不获得，而明年无兽”。孔子说：“断一树，杀一兽，不以其时，非孝也。”他还说：“启螫不杀则顺人道，方长不折则恕仁也。”孔子在他自己的生活实践中一向是“钓而不网，戈不射宿”。
中国传统文化的“天人合一”思想即把人类放在大自然生态环境中加以考虑，主张人与大自然息息相通，和谐一致，天、地、人一体化。孔子说：“大哉，尧之为君也，巍巍乎，唯天为人，唯尧则之。”孔子肯定了天之可则，即肯定了自然的可则、人与自然具有统一性。《中庸》中有“万物并育而不相害，道并行而不相悖”，把人与自然的发展变化看作是相辅相成的和谐、平衡运动。人与大自然的关系不是对抗的而是协和共存的，不应把天、地、人孤立起来考虑，而应把三者放在一个大系统中作整体的把握，强调天人的协调、和谐，人与自然的协调、和谐。“天人合一”是中国传统文化对于人与自然关系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命体，是属于大自然的一个组成部分，人不应该随心所欲地征服自然、统治自然、支配自然。人必须学会尊重自然，爱惜自然。人与大自然的关系是一种相互依存的关系。
解决生态环境问题的根本就集中在如何看待人与自然的关系上。对此，可以从博大精深的中国传统文化（孔教学说）所蕴含的生态环境理念中去汲取营养。孔教生态环境理念能够引导人们正确认识和处理人与自然、局部利益与全局利益、眼前利益和长远利益的关系，使全社会的生态意识、环境意识得到增强，从而达到可持续发展的目的。
通过上述内容引入，使同学们深入了解中华传统文化的博大精深。中华传统文化不仅对中国的经济和社会发展发挥着巨大影响，也为中国人的世界观和行为方式的形成奠定了基础。它的影响一直延续至今。课堂中引入和加强对中国传统文化的了解，同学们反映良好。
四、结束语
工程热力学的基本概念范文3
关键词：连续性教学；专业基础课；专业课
一、专业基础课和专业课之间的联系
专业基础课是根据不同专业的需求，学习专业相关的基本理论知识，为之后的专业课奠定必要的理论基础和技术准备。在实际的教学过程中，由于专业基础课概念多、理论性强、分析层次多的特点，如果单纯地教授概念理论知识，对学生来说就如同“空中楼阁”，通常会导致学生产生理解困难，学习兴趣不足等问题[1]。而专业课的学习，是为了使学生能够掌握必要的专业知识和专业技能，了解本专业的科学技术前沿和发展趋势，培养分析解决专业范围内相关实际问题的能力，这相对于专业基础课来说，更加贴近于生产实际。但如果没有专业基础课的学习，积累扎实的理论基础，学生对于专业课的学习只是停留在泛泛而谈的层面，缺少必要的理论依据的支持。专业基础课和专业课之间的联系十分密切，所以在专业基础课和专业课之间建立连续教学的体系和框架是十分有必要的[2]。
二、专业基础课与专业课教学中存在的问题
在实际教学过程中，由于教育安排需要，专业基础课和专业课存在承上启下的关系，这种课程模式在原理上是非常合理的，但是忽略了学生存在遗忘的问题。而在专业课的课堂上，教师并没有时间重复之前所学的知识，只能是默认为学生是在掌握专业基础课的前提条件下进行专业课的教学，这对专业课的学习带来了很大的困难，也就导致了学生在学习专业课的过程中，听得十分辛苦甚至听不懂的情况时常发生[3]。除此之外，专业基础课和专业课之间脱节的现象也十分普遍，有很大一部分学生虽然专业基础课的成绩相当好，但是却不知道如何利用基础知识去分析实际问题，前后的知识框架相互独立，出现“断层”现象。教师在教授专业基础课时，关注点更多在于帮助学生理解和掌握基本概念，以及基本理论、基本知识和基本技能的学习，很少将课本上的知识点与生产实际及日常生活中的案例相结合，导致学生对于一些抽象概念的理解十分空洞，往往出现概念混淆等问题，这对专业课的学习造成很大障碍。如何才能把专业基础课和专业课之间进行更好的衔接，对专业课的授课讲师提出了挑战。作为专业课的教师，在上课时应当遵循“我中有你，你中有我，相互贯通，相互联系”的原则，将理论与实际应用有机结合，注重培养学生运用已学的相关理论分析和解决问题的能力。在讲授专业基础课时，必须举出实例让学生充分理解所学知识在工业生产中的应用，为以后学习专业课打下基础；而在专业课的教学过程中，教师应该对以前学过的知识进行回顾，这样不仅能够缩短理论与实践的差距，减少“断层”现象，提高学生对专业课的学习效率，同时还可以培养学生们的分析和解决问题的能力，为将来的升学与就业打下良好的专业基础。
三、基于连续性教学的工科专业教学策略
（一）专业基础课教学
在专业基础课的教学过程中，教师需要将理论概念性的知识点与相关工程实际案例相结合，通过设置恰当的工程背景，把前后的知识点串联起来，让学生保持思维的流畅性，加强对知识点的认识和理解[4]。例如，在讲解传热学“热能传递的三种基本方式”这一知识点时，教师可以结合换热器的设计过程，将其作为具体的工程案例进行分析。根据实际应用中具体的设计要求，综合考虑以上三种热能传递方式，进行工程计算，让学生能够更深刻地理解三种热传递方式在工程中的应用。通过具体工程的实例，不仅加深了学生对较为抽象的知识点的理解，还建立了初步的工程认知，为接下来的专业课学习打下良好的基础。
（二）专业课教学
在供热工程的实际教学过程中，涉及专业基础课传热学中的很多理论知识，由于学校的课程安排需要综合考虑多方位因素，两门课程中间间隔的时间较长，所以在供热工程的教学过程中，学生对于传热学中的理论知识存在较为严重的遗忘现象，因此，增加了专业课的教学难度。为了避免学生只是“囫囵吞枣”式的接受知识，在进行供热工程的教学之前，教师必须先确定学生对于专业基础知识的掌握程度，必要时对会应用到的传热学的相关基础理论知识进行回顾，提高学生对新知识的接受能力，在学习过程中真正做到知其然，并知其所以然[5]。当然，在专业课的教学过程中，还需要根据具体的工程问题，合理地布置解题步骤，做到条理清晰，逐层深入，与基础理论知识紧密结合，鼓励学生大胆假设，发展个性化思维，培养学生的创新能力，这有利于学生在未来的学习和工作中能够独立分析、解决问题。以建筑物设计热负荷的计算为例，教师应该具体阐述如何在供热工程的教学过程中实现专业课和专业基础课的连续教学。在计算建筑物设计热负荷时，涉及传热学中“三种热能传递方式”部分的相关知识，教师需要在备课的过程中，根据学生的实际情况对这部分知识进行回顾，让学生能够知道计算公式的理论支撑。利用少许时间回顾传热学的基础知识，不仅能够加强学生对于建筑物热负荷计算过程的理解程度，而且有助于学生认识传热学中的专业术语和理论概念的本质，将其与工程应用结合起来，提高学生将理论与实践相结合的能力，教学效率也能明显得到提高[6]。
工程热力学的基本概念范文4
关键词：热质交换原理与设备；教学；课程；实践
《热质交换原理与设备》是建筑环境与设备工程专业的一门主干专业基础课。本课程的系统学习，使学生掌握热质传递的基本概念，掌握空气热质处理的各种方法及途径以及本专业常见热质交换热备的热工计算方法，并具有对相应设备进行性能评价和优化设计的初步能力，为进一步学习相关专业课程打下坚实的基础。
一、《热质交换原理与设备》课程内容
《热质交换原理与设备》课程主要由两大部分组成，即：热质交换原理和热质交换设备。其中，热质交换原理部分主要包括传质的基本概念及主要的传质过程、固液相变热质交换的基本原理及其在冰蓄冷技术中的应用、空气热质处理方法、途径和机理；热质交换设备部分主要介绍建筑环境与设备工程专业常见的热质交换设备的形式与结构及相应的热工计算。从总体来讲，本课程具有概念多、理论性强、抽象性强的特点，又与工程实践紧密结合。因此，在教学过程中，教师要始终把握本课程的体系结构，讲清和夯实基本概念，注重学生理论思维能力的培养，还要将理论知识的讲授与工程实际紧密结合，不断拓宽学生的专业知识视野。只有这样，学生才能更好的理解和掌握本课程的知识要点，并在工程实际中加以正确的应用。
二、《热质交换原理与设备》课程教学实践
1.教学内容和生活实际相结合，激发学生的学习兴趣。爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师，老师则是点燃学生学习兴趣的火炬。”因此，在《热质交换原理与设备》的教学过程中，教师应将教学内容与生产生活实际紧密的联系起来，努力的激发学生兴趣。如在讲授热质传递的概念和方法时，可举生活中炒黄豆的例子。教师首先设问：如何将黄豆炒的可口？炉火应采用大火、中火还是小火？同学们会给出各种各样的答案，在对同学们给出的答案进行点评以后，教师可以给出自己答案，并将答案上升到炒黄豆的过程中，讲授黄豆里面水分的质量传递和热传递规律。教师甚至可以鼓励学生根据所学的专业知识，建立相应的物理和数学模型，在教师的指导下，进行数值求解；并鼓励大家回到家中，亲身实践一下。通过这个例子，学生对热质传递过程及其本质有了更深层次的理解，对热传递和质传递的速率的相对大小有了定性的了解。这还会使学生感受到热质传递现象就在自己身边，进而增强他们对学习本课程的兴趣。因此，在《热质交换原理与设备》的教学过程中，能否调动学生的学习兴趣，关系到授课过程能否成功有效。在本课程的教学过程中有意识的激发学生对所学内容的兴趣，就能使课堂教学效果得以强化。
2.教学内容与工程实际相结合，培养学生的工程应用观点。我校建筑环境与设备工程专业的学生毕业后大部分将到建筑设计院（所）、空调公司、供热公司、物业管理公司从事设计、技术产品的开发、设备运行及管理工作。《热质交换原理与设备》作为建筑环境与设备工程专业的一门重要专业基础课，在教学过程中培养学生工程应用的观点是十分必要的。教师在教学过程中，应注重将《热质交换原理与设备》的教学内容与供暖、通风、空调工程实际紧密结合。如在讲解各章节知识的时候，应明确其工程实际背景，并根据教学内容附以必要的讨论，增强学生所学理论知识与工程实际相结合能力。例题应尽量选取有明确工程背景的问题。解决问题的过程使学生熟悉如何获取所需的数据，特别是教材图表中参数的查取，并在计算过程中，使学生明确工程误差的概念。
3.采用传统授课形式与多媒体教学相结合的教学方式。充分利用多媒体课件信息量大，图片清晰生动的特点，将抽象难懂的内容图示化、形象化，提高学生学习的兴趣和注意力，增强了理论的可接受性。对于教学重点和难点内容，如理论公式的推导等，我们采用板书的方式进行讲解，在讲解过程中，注重学生对教学内容的理解程度，并与学生互动，促使学生在整个推导过程中不断思考，从而理解并掌握所学内容。在本课程的教学过程中，我们采用板书与多媒体教学相结合的教学方式，取得了很好的教学效果。
4.采用启发式教学的教学方法。在本课程的授课过程中，我们主要采用启发式教学方法，在教学过程中，充分体现以学生为主体，教师为主导，充分调动学生学习的积极性。如在讲授质量传递过程的章节时，学生已经学习过《流体力学》和《传热学》课程，对动量传递过程及热量传递过程有了一定的了解。因此在讲解质量传递过程之前，应布置学生复习动量传递过程与热量传递过程的基本知识。在讲解完质量传递的内容后，教师应抛出问题：在自然界及生产生活领域，普遍存在的动量、热量和质量传递现象，其内在联系时什么？在学生讨论和充分发表意见之后，教师对同学们的看法进行总结，并指出动量传递、热量传递和质量传递这三种传递过程是可以类比的以及这三种传递过程在物理和数学描述及求解上的相似性。教师在此，还可举例说明它们之间的类比性，如对于空气的自然对流换热系数直接测量比较困难，我们可以通过测量固体萘升华的传质系数间接测量空气自然对流的换热系数。至此，同学们对这三种传递过程的类比统一性有了进一步的了解。
5.培养学生的实践能力。实验课的目的是将理论教学环节与实践环节相结合，锻炼学生的动手能力，以及将所学知识应用于实践的能力。在实验过程中，学生应分组独立设计实验过程、完成实验操作，并且拥有对所取得的实验数据进行理论分析，撰写实验报告的能力。我校已开设空气热（冷）回收实验，未来还将开设与本课程有关的其他实验，使本课程的实验条件更加完善。
在《热质交换原理与设备》课程的教学过程中，将教学内容与生产生活实际相结合，激发了学生的学习兴趣；将教学内容与工程实际相结合，培养了学生的工程应用观点；实验课的开设，将培养学生将理论应用于实践的能力。
参考文献：
[1]连之伟，张寅平，陈宝明.热质交换原理与设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2001
[2]于文艳.热质交换原理与设备课程教学研究[J].高等建筑教育，2008，17（6）：80-81.
工程热力学的基本概念范文5
关键词：铁碳合金相图;金属热加工工艺;教学体会
中图分类号：G718 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2014）13-0282-02
按照新时期中职教育的要求，教师在课堂上，不仅仅是完成教学任务，更重要的是要求教师能够运用现代化教学手段，合理调整教学内容，调动学生学习的积极性，帮助学生理解掌握深奥难懂的理论知识，教学中要有互动，学生要有发挥想象的空间。面对新时期的新任务，结合以能力为本，以就业为导向的教学目标。可以看出，学生的需求和教学目的的要求是完全统一的。因此，要求我们在金属材料教学中，一定要注重理论联系实际，充分发挥学生的主导作用。铁碳合金相图在金属热加工工艺应用教学内容的处理上，应以理论教学为主线，辅以相图为综合渗透作用，使学生融会贯通，即做到对理论的掌握，又得到能力上的锻炼，故在教学中做了以下尝试。
1.金属材料与机械零件生产工艺是教学基础
因为中职学校培养的学生，毕业后将要直接面对企业的一线生产。理解和掌握金属材料到机械零件整个的生产工艺过程对他们来说是非常重要。也就是说金属材料通过铸造、锻压、焊接 机械加工、热处理等工序的加工制作最后变成零件。在生产中金属加工的工艺过程就显得非常重要。而铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。铁碳合金相图可以帮助学生，根据金属材料的成分推断其组织，由组织定性分析其力学性能，这在铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有着广泛的应用。学习铁碳合金相图，可以全面认识碳钢、合金钢和铸铁等常用的黑色材料。
2.利用铁碳合金相图渗透金属热加工工艺的概念
2.1 铸造性能的概念提出。铸造性能的概念提出，首先通过多媒体演示铸件生产工艺过程，通过观看齿轮坯铸件生产过程。最后让学生总结得出:铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。有了铸造性能概念，结合铁碳合金相图，指出ACD区是液相区，确定浇注温度一般在液相线以上150C°左右，并且可选择流动性好的合金，即接近共晶成分的合金,应用最为广泛。因为，其熔点低，结晶温度间隔小，流动性好，组织致密。所以，大型零件、复杂零件均采用铸造加工。
2.2 锻造性能的概念提出。锻造性能方面，通过多媒体演示水压机生产汽轮机转子锻件的生产过程。然后让学生总结得出结论:锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。并且告诉学生在铁碳合金相图AGSE区称为是奥氏体区，高温时的钢为单相奥氏体，强度不高，塑性好，便于变形加工。因此，钢材的锻压或轧制，一般要把坯料加热到奥氏体状态。确定始煅温度1150-1250 C°，终煅温度是750-800C°左右，合金钢是800-900C。重要零件生产都要采用锻造，锻造生产可以使粗大晶粒变成细小晶粒。晶粒愈细小，金属材料的力学性能愈好。但不能加工脆性材料和形状复杂的零件毛坯。
2.3 焊接性能的概念提出。焊接性能概念的提出，同样也是通过多媒体演示焊接工艺过程。在铁碳合金相图中，分析低碳钢、中碳钢、高碳钢随温度变化引起的组织转变。而对焊接专业的学生同时要掌握含碳量对钢的焊接性能的影响，钢的含碳量越高，其焊接性能越差，故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。中碳钢的焊接性能较好，高碳钢的焊接性能较差，铸铁的焊接性能差。
2.4 热处理的概念提出。热处理工艺，是根据铁碳合金相图拟定各种热处理工艺加热规范，在金属加工中有着特别重要的意义。教学中应着重强调退火、正火是预先热处理，而淬火、回火是最终处理。通过多媒体演示让学生掌握普通热处理的基本过程。退火是适当的温度加热，保持一定的时间，缓慢冷却（炉冷）的过程。正火是将工件加热到适宜的温度，保温后在空气中冷却（空冷）的过程，由于正火的冷却速度（空冷）比退火（炉冷）稍快，所以得到的组织更细，其力学性能也有所提高，常用于改善材料的切削性能，对一些要求不高的零件作为最终热处理。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。但若零件形状较复杂，由于正火冷却速度较快，可能会使零件产生较大的内应力和变形，甚至开裂，则以采用退火为宜。
淬火：是将钢加热AC3或AC1以上30-50 C°保温一定时间，进行快冷的过程，获得的是马氏体组织的工艺。回火：将淬火后的钢件加热到低于AC1以下的某一适当温度进行保温，再进行冷却的过程。
退火、正火、淬火、回火是普通热处理中的"四把火"，其中的淬火与回火关系密切，淬火后必须回火。 "四把火"随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。通过在铁碳合金相图中将退火、正火、淬火、回火的加热温度加以比较，学生就有了一个十分清晰的热处理工艺的概念。
3.通过实践性教学，进一步的理解和认识铁碳合金相图
为培养学生综合应用知识的能力，在讲授典型零件的热处理时，组织课堂讨论。例如：车床主轴要求轴颈的硬度为HRC56-58 HRC20-24其加工路线：
锻造――正火――机加工――轴颈表面淬火――低温回火――麽削加工。
让学生通过思考并指出：（1）主轴选用何种材料：（2）正火、表面处理、低温回火的目的和大致工艺；（3）轴颈表面处理后的组织和心部组织。
提醒同学：这是一个实际问题，选材是受多方面的因素制约的，但要掌握基本原则。
A同学发言：对轴类，在选材时应考虑：（a)载荷类型及大小,（b)主轴的形状及可能引起的热处理缺陷。主轴是机床的主要零件之一，根据技术要求和加工路线，建议选用45钢或其它中碳合金钢。
工程热力学的基本概念范文6
【关键词】概念图工具;大陆地理教材;台湾地理教材;正文比较;行星风系
【中图分类号】G423.3 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)09-0021-02
1问题的提出
地理概念是重要的地理知识,它的表述关系到学生对地理事物本质的理解,因此有必要研究地理概念的表述。2012年7月31日第八届两岸经贸文化论坛“共同建议”,提出积极促进商签教育交流与合作相关协议,涉及到两岸教师、学生交流及两岸的课程、历史地理教材等,都将会有相关的协议,这将对两岸交流合作带来深远的影响。[1]本文响应此次会议精神,选取我国大陆和台湾教材行星风系正文进行比较,可增进两岸地理教材间的交流。
2地理教材概念表述合理性依据
2.1有关锋天气系统大陆地理课程标准和台湾地理教学大纲的要求
大陆课程标准台湾地理教学大纲有关行星风系绘制全球气压带、风带示意图,说出气压带、风带的分布、移动规律及其对气候的影响能认识行星风系与地方风系之差异2.2地理教材概念表述合理性基本原则和基本策略。 地理教材概念表述合理性基本原则:科学性原则、基础性原则、时代性与应用性原则、艺术性和生活性原则、多样性原则。地理教材概念表述合理性基本策略:使学生获得必要的感性知识,是掌握地理概念的基础;使学生明确地理概念的定义,形成地理概念的结构,是掌握地理概念的根本;使学生运用科学概念解决实际问题,是掌握地理概念的重要保障。[2]
3概念图的绘制方法和分析
3.1概念图的绘制方法。 用概念图软件分析教材,是一个新颖的角度,也有难度。本文选择人民教育出版社2008年4月出版的第3版(简称人教版)和台湾翰林出版事业股份有限公司2008年8月的第三版(简称翰林版)以行星风系内容为主。地理教材的课文句子需转成概念图中的命题。两个节点加上中间的连接词构成1个命题,一个命题包括2个节点数。一句课文可以转成1个甚至多个命题。例如教材中一句话“两极地区因日照不足、气候酷寒、冷空气不断下沉,形成极地高气压”,就可以转换成命题:
把“两极地区”放入第一个节点(概念框),把“极地高气压”放入第二个节点(概念框),把“因日照不足、气候酷寒、冷空气不断下沉,形成”放在连接线上,作为连接语句连接两个概念。
图1 根据大陆人教版教材课文绘制的“气压带风带”概念图
图2 根据台湾翰林版教材课文绘制的“行星风系”概念图3.2对两个版本的概念图进行3个方面的定量分析:
3.2.1节点频率: 马费成,郝金星综合Novak等人的研究成果,提出节点个数是测量结构化知识的广度指标,扬克非称之为节点频率,他认为节点频率是表明学习内容广度(覆盖面)的一个指标[3]。不同版本教材主要概念连接频率表
赤道低气压副热带
高气压副极地
低气压极地
高气压东北信
风带盛行
西风带极地
东风带地转偏向力
(科氏力)其他总计大陆人教版345222241337台湾翰林版553242231139从节点频率来看,台湾翰林版版教材在行星风系和人教版教材的内容广度相当,在知识点分布上,相同的是“赤道低气压”“副热带高气压”“副极地低气压”“地转偏向力(科氏力)”都是较高频节点。不同的是台湾翰林版“东北信风带”连接频率很高,而人教版很低;台湾翰林版出现人教版没有出现的节点“行星风系”“太阳入射角”“赤道无风带”“间热带辐合区”“I.T.C.Z”“副热带无风带”“马尾度无风带”“贸易风”“锋面雨”等;人教版出现翰林版没有出现的节点“低纬度环流圈”“中纬度与高纬度环流圈”等。另外在人教版称“气压带风带”“地转偏向力”的概念在台湾翰林版称“行星风系”“科氏力”。
3.2.2命题频率: 两个节点及两个节点间的连接词组成一个命题,命题频率也可以反映学习内容的广度。从图一看出人教版的命题频率是25个,图2台湾翰林版的命题频率是23个。从命题频率来看,两版本学习广度相当。
3.3对两版本的概念图进行定性分析:: 某节点与其它节点的联系。概念图图形化的呈现方式可以清楚地看出某节点与哪些节点相连接,与哪些节点较近或较远,它们之间又是通过哪些节点相连接的等等[3]。首先人教版称“气压带风带”“地转偏向力”的概念在台湾翰林版称“行星风系”“科氏力”,人教版称“气压带风带”直接阐述了其中内容,而台湾翰林版称“行星风系”,考虑到与“地方风系”相对应,从知识系统性上台湾翰林版好些;大陆人教版称“地转偏向力”,是我国气象学上形象的说法,台湾称“科氏力”是从科学家科里奥利发现的角度,连接频率上大陆人教版比台湾多一次,主要是副热带高气压形成原因的解释上两岸不同,人教版从动力的角度认为从赤道高空向两地的气流中右偏成西风堆积下沉形成,而翰林版从热力的角度认为从赤道高空向两地的气流热量散失冷却密度增加下沉形成;“东北信风带”翰林版连接频率高于人教版,主要是翰林版多别称“贸易风”,同样“副热带高气压带”多别称“马尾度无风带”,“赤道低气压”别称“赤道无风带”“间热带辐合区”;气压带风带季节移动的节点上,大陆人教版的例子是“北半球,与二分日相比,气压带和风带的位置大概夏季偏北,冬季偏南”,台湾翰林版的例子是地中海气候受行星风系移动影响而形成,相对人教版的例子概括性更强。另外大陆人教版总结了七个气压带和风带,台湾翰林版没有总结。
4总结及对教材编写的建议
4.1从概念图节点频率和命题频率来看台湾翰林版教材和大陆人教版教材的广度相当,从长节点的个数和概念图的结构来看两岸这两版本的教材阅读难度相当。
4.2从教材编写学科维度上此部分内容采用台湾翰林版“行星风系”较好,知识系统性强,若从高中学生学习心理及降低学科难度的角度上,采用人教版“气压带风带”较适宜。
4.3两版本此内容较大的不同在于教材编写主线,大陆人教版用逻辑主线贯穿气压带和风带的学习,总结出七个气压带和风带及低、中、高纬环流圈;台湾翰林版则用并列形式阐述气压带和风带的内容。笔者认为气压带和风带知识间都是有关联的,逻辑性也较强,采用人教版教材的编写形式较适宜。
4.4在知识阐述的形象上,台湾翰林版做得较好,如有别称“贸易风” “马尾度无风带” “间热带辐合区”等,大陆人教版在这一方面可以借鉴下台湾翰林版。
参考文献
[1] /china/201207/31/54503_108826843.htm
