关键词：建构主义；认知灵活性理论；热工理论
作者简介：衣晓青（1956-），女，山东青岛人，长沙理工大学能源与动力工程学院，教授；石尔（1979-），女，湖南长沙人，长沙理工大学能源与动力工程学院，讲师。（湖南 长沙 410004）
基金项目：本文系2011年湖南省普通高等学校教学改革研究立项项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0069-02
“工程流体力学”、“工程热力学”、“传热学”既是热工理论的三大主干课程，又是能源动力类专业（方向）的主要技术基础课。传统的教学宗旨倾向于各门基础课程自成科学体系，分别独立教学，为后续专业课程打下牢固基础。但是这种传统的教学模式死板，致使学生缺乏学习兴致，不易明确学习目的。建构主义的认知灵活性理论发现了新的教学要素——“案例教学”。按照认知灵活性理论，对以上热工理论三大基础主干课程进行优化整合，以热能动力类专业为场景，建构诸多新的知识点教学，组织全新的热工理论基础课程体系，可以使热工理论基础课教学克服以上不足。
一、打破僵化教学：认知灵活性理论的应用
建构主义教学理论冲破了传统教学模式，克服了“填鸭式”教学把学生作为小绵羊驯服的弊端。[1]作为建构主义教学理论中的一个分支，斯皮罗提出的“认知灵活性”理论很好地解决了“死记硬背”传统与极端建构主义（忽视抽象养成）之间的矛盾。认知灵活性理论的主要思想就是：通过情景（境）展现基本概念和基础理论工具，学生既可以掌握基础理论知识，又可以按抽象思维方式，放开视野寻找新的分析问题的工具。
为了解决传统与极端的冲突，斯皮罗把知识抽象为两种不同性质的结构：良构的与非良构的两种领域。[2]良构的即是指：按照抽象思维，从概念到原理的演绎解析的知识体系，符合科学意义上的正统规范。非良构的即是指：在具体场景（案例）中，隐透出的各种良性结构的知识叠合；这种叠合的基础知识能够解释或解决具体场景问题；不同的场景有不同的良性结构知识叠合的诠释。由此得出结论，良性结构知识就存在于非良性结构知识之中，“认知灵活性”教学就可以让学生通过非良性知识教学获得更加深刻的良性结构的系统知识，而且是积极主动地、生动有趣地接受之。
热工理论是研究热（能）在释放、转换和传递中的流体流动及传热传质等问题的科学，涉及流体运动规律、热（能）转换与传递规律。按照认知灵活性理论的教学观，热工理论基础课教学也可分类为良构性和非良构性。热工理论的三大主干课程“工程流体力学”、“工程热力学”和“传热学”分别作为单独体系教学的基本概念、基本理论和基本知识的层次组织结构，应属于良构性领域，其传统的教学方式就是从概念到概念、从原理到原理、从公式到公式的演绎解析，逻辑性很强，范式文本较固定，程式较稳定，测验作业较死板。
“认知灵活性”教学理论认为，这种教学方式僵化、被动，既不能启动学生的兴趣，也不能启发学生的创造想象力，学生容易落入死记硬背、教条主义的套路，缺乏广泛的知识联系和举一反三的思维训练，更缺乏给学生以另辟蹊径的想象空间。如果以流体介质为对象将热工理论三大主干课程进行优化整合（杂交），并以热工理论应用为主线，将能源动力类相关专业作为场景，构成非良构性知识结构，其所涉及的具体问题具有复杂背景和综合影响因素，能够从问题入手引出综合知识的有机联系，开阔学生发展思路，引导学生融会贯通，指导学生熟知专业背景。这种按照认知灵活性教学理论建立起来的热工理论基础课程的非良构性知识体系会冲破传统的各自为主的单科系统性的课程教学模式，有利于克服“高分低能”的应试教育倾向，培养面对知识时代和信息社会的创新型人才。
二、创建问题教学：热工理论基础三大主干课程的优化整合
认知灵活性理论认为：学习者在建构知识意义的过程中，只有对知识进行多维表征，才能达到对知识的全面理解和灵活运用。这也是指导热工理论基础三大主干课程进行优化整合的基本思想。热工理论基础三大主干课程“工程热力学”、“传热学”和“工程流体力学”是主要以流体介质为研究对象而紧密联系在一起的动力类技术基础性课程，三门课程相互依存，共同构成了热工理论的主干课程体系。其中，工程流体力学是研究流体介质的位置势能、压力势能和动能之间的相互作用的关系；工程热力学是研究热能与机械能之间的相互转换的规律；传热学是研究热量从高温部分传递到低温部分的机理。由此可见，能（热）量转换与守恒定律是热工理论三大主干课程进行优化整合的内在动力。
基础课理论自身系统的完善性使任何改动需求都带有相当大的难度，只有进行优化整合，才能在不断调整和深化过程中发展新的学习要素。例如，“传热和流体流动的数值方法”课程就是将传热学、流体力学知识进行融合后加入到数值计算科学这一更为广泛的学科领域，为热工理论知识的进一步发展奠定了基础。同时，通过这一知识的优化整合，多维表征得以实现，使学生建构起在热科学和流体科学中可以直接迁移和引用的关于热物理方面的知识，超越了封闭、孤立课程所给的单一信息模式。
如果说热工理论的三大主干课程“工程流体力学”、“工程热力学”和“传热学”分别作为单独体系教学是良性结构知识的传授，那么，把“三课”拆分，再按照具体能量转换的场景问题有机组合，这种教学模式就属于非良性结构教学。乔纳生等人的研究把前者称作低阶学习阶段，把后者称作高级学习阶段。[3]高级学习阶段优于低级学习阶段的实质就是变公式学习为问题学习。问题学习对于热工基础理论教学来说，打破其三大主干课程的各自理论体系是必然的，是要针对具体的场景问题而进行知识交叉组合。值得注意的是：根据认知灵活性教学理论，这种知识体系重组，必须避免极端建构主义干扰，必须遵循“专业问题、溯本求源、知识联系”三原则，才是优化的、高级的教学模式。
三、重复多变教学：能源动力类专业问题逆向渗透于热工理论基础课程
非良构的知识体系与良构性知识体系的区别就在于：一是前者比后者建立的概念庞大、复杂，它往往是多个不同学科孤立概念的交集；二是前者比后者建立的概念有很大的多变性，这是由问题教学场景多变性所决定的。热工理论基础知识在航天、航空、热能动力、化工、核热工、低温工程、冶金热工、微电子技术、材料和建筑等各个领域都有具体的应用，从知识体系的角度来看，其展现的知识点都是非良性的。实际上，在能源动力类相关专业的不同场景下，其呈现的非良性知识结构也存在着很大的差异性。例如，工程热力学中的热经济性指标在热机循环中的应用是热效率，而在制冷循环中的应用是制冷系数。这说明热经济性概念在实际应用过程中具有复杂性。又如，流体力学在电厂中的应用以管内流动、物体绕流为主，而在建筑环境与设备工程专业中的应用以室内外环境通风、换气的流动为主。传热学中对于散热器来说需要强化传热效果，对于建筑物屏蔽掩体则要抵制传热。
在针对能源动力类专业的热工理论基础课程进行新的建构中，按照认知灵活性教学理论，必须将原有良性结构体系的知识与专业场景结合起来。这种有专业针对性的知识渗透，有学者称其为专家知识学习阶段，属于更高层次。[2]比如，把能源动力类专业（方向）的“流体力学”、“泵与风机”两门课程整合为热工理论基础课“泵与风机的流体流动”一章，以流体力学知识为基础，反映了流体力学基本原理在流体机械中的具体应用场景，通过多媒体教学课件可以使学生建构泵与风机工作原理和结构的多维图式，达到对流体力学基础理论知识全面理解和灵活运用的目的。
按照斯皮罗的认知灵活性理论规范，对应专家知识学习阶段的教学模式即“随机通达教学法”，它的主要特点就是针对专业的众多场景链，反复从不同问题视角，以不同的基本知识、基本公式、基本理论的多样组合，不断给予学习者良性知识的刺激，这会使学习者通过反复的从各种变式到抽象的过程，不断加深对良性结构知识的各种理解，而且有助于学习者历练分析问题和解决问题的能力，发挥创造性思维，为今后在专业上有所建树打下坚实的学习基础。贯穿于这一思想的新的“热工理论基础”课程体系，组织“锅炉工质流动与热交换”、“汽轮机流体流动与功能转换效率”、“热力发电厂工质循环与热效率”等章节，探讨基于专家知识学习理念的非良构知识领域的显性建构，加入热能动力类专业知识对热工理论基础课的反向渗透，有效增加课程教学的深度和广度这一结果就自然生成了。
除了书本专业知识的反向渗透以外，通过与科研、生产单位合作的科研课题的有机结合，也是专家知识学习阶段的案例来源。例如，教师通过某钢铁公司锅炉尾部烟道声学振动问题的科研活动，向学生们提出卡门涡街产生机理、影响因素以及卡门涡街产生后对设备及系统的危害和消除卡门涡街的措施等诸多学科问题，从而认知基本理论。
参考文献：
[1]朱新卓.中国高等教育管理学：从拔苗助长到建构主义[J].高等工程教育研究，2005，（2）.
关键词：高校思政教育工作；社会热点问题；价值；探讨
在各大高校发展过程中，由于思政教育工作具有一定的引导性以及现实性。因此，教师应该将社会热点问题与高校思教育进行科学、合理的结合，跟上时展的步伐，与时俱进，积极转变自身的观念和模式，有针对性的对思想政治工作进行创新和改进，保证高校思想政治教育工作能够为学生起到一定的引导作用。在这种情况下，本文对高校思想政治教育工作中社会热点问题的价值进行了简单的分析和探讨，望相关人员能够借鉴和采纳，从而进一步促进学生的良好发展和进步。
一、社会热点问题的概述
（一）社会热点问题的涵义分析
通常情况下，社会热点问题主要是指一些人们广泛关注的话题。对于社会热点问题而言，其具有覆盖面较广的特点，包括会涉及到社会的经济以及政治等，对社会的发展具有很大的意义和影响。一般来说，社会热点问题都是一些社会上人们比较关注的话题，从整体的角度来看，社会热点问题既能够是群体事件，也可以是个体事件。所以，人们将能够在社会上引起重大影响的事件称之为社会热点问题。在社会飞速发展的大背景下，信息技术的发展越来越迅速，智能设备的应用也越来越广泛，人们对社会热点问题的关注程度也越来越高。由此可见，社会热点问题的存在具有很大的意义和价值。
（二）社会热点问题的特征探讨
新时期下，社会热点问题具有的特征也越来越多，包括大众性、复杂性、动态性等。大众性特征：对于社会热点问题而言，大众性是其最为突出的一个特征，对社会热点的实效应具有重要的影响。通常情况下，社会热点话题就是众所周知以及人们探讨度非常高的问题，其大众性的特点特别明显。复杂性特征：一般来说，社会热点问题都是通过各种不同的途径和媒介进行传播。比如：微博、微信公众号、报纸、电视以及媒体等。由于社会热点涉及到的领域比较广泛，因此，在社会热点实际的传播过程中，经常会出现一些问题或者矛盾，对社会热点的良好传播造成了很大影响，无法让其发挥出自身应有的价值和意义。由此可见，社会热点问题具有一定的复杂性。动态性特征：由于时代在不断的发展，社会在不断进步，科技的发展也越来越迅速，人们对于事物的需求也发生了一定的变化，所以，产生的社会矛盾也会存在着很大的差异。简单来说，即便是在同一个时期，人们关注的问题也是不同的，因此，社会热点问题具有一定的动态性。任何一个时代的发展都具有自身特点，而社会热点问题的存在，主要就是将社会上存在的一些重要事件真实的反映出来，从而确保社会热点问题能够具有一定的时代性。
二、社会热点问题在高校思政教育工作的必要性探讨
（一）对实践社会主义核心价值具有重要意义
社会热点问题与社会的其他问题不同，社会热点问题具有一定的时代性以及复杂性，对社会的发展具有很大影响。随着时代的发展和进步，社会热点问题也会随着社会的发展而逐渐上升到社会形态意识的高度，保证社会能够朝着一个良好的方向发展。通常情况下，社会热点问题可以将社会荣辱观的践行程度合理、科学的反映出来，保证社会热点能够发挥出其应有的价值和作用。因此，在实际的高校思政教学过程中，应该将社会热点问题与教学合理的结合在一起，做到与时俱进，迎合时展的步伐，跟上时展的潮流，从而保证社会热点问题可以对社会主义核心价值观的践行与实践有着一定促进作用和意义。对于各大高校而言，其不仅是学生思想最为活跃的聚集地，同时也是人才培养的重要场所。所以，在各大高校思政教学过程中，教师一定要根据实际情况，适当的引入社会热点问题，实践社会主义核心价值观。同时，各大高校的思政教师一定要加大對社会热点问题的重视程度，了解到社会热点问题的重要意义和价值，将其合理的应用到教学中，帮助学生树立正确的价值观，全面提高学生的自身素养以及综合能力，从而为学生的未来发展打下一个良好的基础。
（二）对高校思想政治教育工作具有一定的导向作用
在社会飞速发展的大背景下，社会热点问题越来越多，产生的社会矛盾以及问题也会越来越多。因此，在解决这些社会矛盾的过程中，教师一定要保持一个正确的态度和观念，确保既能够促进社会稳定、和谐的发展下去，还能够很大程度上提高思政教学的质量和效果，从而为学生的今后发展奠定一个良好的基础。在各大高校发展的过程中，合理的开展思政教学工作，可以让学生树立正确的价值观促进学生的良好发展和进步。但是，将社会热点问题合理的融合到教学中，既能够提高教学的质量和效果，还可以全面培养学生的综合能力以及自身素养，更加有利于学生的未来发展。社会热点问题在思政教育工作中具有非常重要的意义和价值，其不仅对高校思想政治教育工作具有一定的导向作用，同时还可以进一步促进高校思想政治教育的顺利开展。严格意义上来讲，很多社会热点问题不仅可以体现出人们的期望，也可以很大程度上体现出我国的方针和政策。因此，在今后高校的思想政治教育过程中，教师一定要有正确的方向，有针对性的进行教学，确保社会热点问题可以得到有效的解决和处理。
三、高校思政教育工作中社会热点问题的价值探讨
（一）可以不断丰富思政的教学内容
各大高校在思政教学过程中，要想保证高校思政课程能够达到教学的总体目标，就一定要从教育实践的角度出发，对社会热点问题进行不断探索和分析，并且根据实际情况，科学、合理的将社会热点问题与思政课程结合在一起，不断丰富思政教学的内容，让社会热点问题能够发挥出其应有的价值和作用，从而全面提高思政教学的整体水平和效果，促进学生的良好发展。除此之外，在实际的思政教学过程中，教师不要只是注重思政课程的理论教学，忽视了对学生解决问题的方法和能力的培养，而是要将社会热点问题合理的融入到思政教学中，不断丰富思政教学的内容，确保思政教育更加具有引导性，从而全面提高思政教学的整体质量和效果。
（二）对培养学生解决问题的能力非常有利
在传统高校思政教育过程中，很多教师对思政课程理论知识的传授给予太多的重视，同时也忽视了对实践进行传统的思政教育理论传授，忽略了对实践的探索，致使学生思政水平一直无法得到真正的提高。因此，在思政教育中，教师一定要将社会热点问题融入其中，积极关注社会热点问题，对民生问题有一个深入的了解和认识，这样不仅能够提升学生的积极性，同时也能够培养学生解决问题的能力，促进学生的未来发展。现阶段，由于社会热点问题关系到人们的生活以及社会的发展，因此，人们对很多社会热点问题的关注度也越来越高。比如：在社会飞速发展的大背景下，人们对“房价”问题的关注程度越来越高，主要是因为“房价”关系到了人们的日常生活以及国家经济良好发展。因此，教师在今后的思政教育中，应该根据实际情况，合理结合社会热点问题，提高学生的解决问题能力，促进学生良好发展。
（三）可以提升学生的综合水平
在实际的思政教学过程中，由于思政教育工作与学生关注的问题存在着一定差距，致使学生学习思政课程的积极性逐渐降低，不能够让学生主动参与到课程学习中，导致学生的整体思政水平一直无法得到全面提高。因此，教师在实际的教学过程中，应该合理的应用现代化教学技术和手段，引导学生主动参与到对社会热点问题的分析和讨论中，让学生能够更好的接受思政教学的内容，促进学生的良好发展和进步。比如：社会在不断的发展，科技在不断的进步，很多高校在发展过程中，纷纷建立了思想政治网络学习平台，为学生开设社会热点问题专栏，学生可以随时随地的对热点问题进行讨论，能够积极的发表自身观点，促进学生的良好发展和进步。
（四）可以激发学生学习思政的兴趣
对于各大高校而言，其不仅是培养社会主义建设性人才的重要场所，同时也是想社会输送人才的主要基地，对学生的未来发展有着非常重要的意义和影响。因此，在高校教育工作开展的过程中，思政教学对学生的未来发展有着非常重要作用和意义。所以，在实际的思政教学过程中，教师应该严格遵守“以人为本”的教学理念，积极的引导学生关注社会问题，了解社会发展的走向，调动学生学习思政课程的积极性，激发学生的学习兴趣，促进学生的良好发展和进步。比如：在教学期间，教师可以定期开展一些与社会热点问题有关的讲座或者辩论赛等，激发学生的兴趣，引导学生主动的参与到思政教学活动中，从而全面提高自身的专业水平和素养，为学生的未来发展奠定坚实基础。
（五）有利于高校思政政治理论课程顺利开展
在高校思政教育过程中，根据实际情况，将社会热点问题合理的应用到教学工作中，不仅可以促进学生的良好发展，还有利于高校思政理论课程的顺利开展。但是，根据当前我国思政教育工作的整体水平来看，教师在教学中采用的方式比较单一，只注重对思政理论知识的讲解，而忽视了实践活动的重要性，没有让学生学以致用，既不能满足大学生的思维学习需求，也无法满足当今社会发展的趋势，不利于高校思政教育工作的顺利开展和进行。因此，在今后的发展过程中，教师一定要转变传统的教学观念和模式，与时俱进，迎合时代的发展，跟上社会的潮流，将社会热点问题合理的应用到思政教学工作中，调动学生的学习积极性，提高学生的综合能力，促进学生的良好发展。在思政教学的课堂上，教师应该让学生了解树立价值观以及政治观的重要性和意义，比如，教师可以从已经发生的社会热点问题出发，将思政教育与社会热点合理的结合在一起，让学生对社会问题引起一定的重视，从而树立良好的社会道德意识，确保可以为将来的良好发展打下基础。
（六）能够影响大学生的思想走向
各大高校在开展思政教育工作的过程中，要想保证学生能够合理的掌握思政知识体系，让学生对思政教学产生一定的兴趣，使学生可以主动的参与到教学活动当中，就一定要对学生的思想动态进行熟练的掌握，合理的分析学生当前的思想观念，然后有针对性的为学生制定出一套适合其发展的教学计划和方案。在高校实际的思政教育工作中，教师是主要的引导者，如果高校教师没有具备良好的思想观念以及较高的政治素养，那么就会对学生的思想观念造成一定的影响和制约。因此，教师一定要主动于学生进行交流和溝通，了解学生的真实想法。对于高校学生经常关注社会热点问题，教师可以通过相关的网站以及论坛来深入了解学生所关注的热点问题，对学生的观点以及看法进行了解，掌握学生的思想动态，保证社会热点问题可以发挥出其应有的价值和作用，促进学生的良好发展。
四、结语
关键词：传热学；稳态导热；傅立叶定律；导热微分方程
作者简介：李民（1969-），男，河南洛阳人，河南科技大学车辆与动力工程学院，副教授；杜慧勇（1973-），男，河南洛阳人，河南科技大学车辆与动力工程学院，副教授。（河南 洛阳 471003）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）36-0188-01
“传热学”是研究由温差引起的热能传递规律的科学，[1]它是能源、动力等工程类专业的技术基础课。以前河南科技大学热能与动力工程专业该课程的计划学时定为64学时，后来修订了专业的培养方案，将计划学时调整为48学时（含实验时）。如何在短时间内使学生系统地掌握该课程的主要内容，对教师的教学水平提出了更高的要求。[2]
“传热学”课程内容中基本概念和公式繁多，加上一些教材各章节内容连贯性与系统性稍差，教师在讲授中容易出现重点分散等问题，学生普遍感到该课程较难掌握和理解。针对这一问题，笔者在导热部分关于傅立叶定律和导热微分方程的课堂教学方面进行了一些教改实践，并在课后作业、习题课、课后答疑等环节进行了一些探索。
一、导热问题的课堂教学
导热问题在工程实际中广泛存在，是“传热学”的重要基础知识，该部分的课堂教学主要围绕两个主要内容：傅立叶定律和导热微分方程进行，笔者在课堂讲授中努力做到重点突出，难点讲透。
1.傅立叶定律的课堂教学
傅立叶定律是导热问题的基础定律，在以往几届学生的课堂教学中，通常直接写出该定律并解释其中各项的意义，但后来发现教学效果并不理想。“课堂教学活动不仅是一种认知过程，更是一种师生、生生之间的交互过程。”[3]为了加深学生对该定理的理解，笔者特别注意在课堂教学中和学生的互动，在该定律给出之前，先以平壁一维传热问题作为引子，让学生猜测平壁导热速度的快慢与哪些因素有关。学生根据各自的日常生活经验给出许多答案。将学生的回答汇总、分类，归纳为温差、壁厚、物质特性等主要影响因素，然后让学生进一步推测，这些参数对传热速率有何具体影响。学生一般都猜测导热速率与温差成正比，与壁厚成反比，不同的材料传热速度不同，因此导热与某个物性参数相关，于是又引出导热系数的概念。导热系数如何定义，该系数如何起作用，学生又给出许多猜测。通过上述提问、启发、讨论这一循序渐进的互动过程，激起了学生强烈的好奇心和学习热情，使学生对傅立叶定律的内涵有了初步的理解。当笔者在黑板上写出傅立叶定律的表达式的时候，很多学生喊到“我猜出来了”、“我也猜出来了”。这样不仅活跃了课堂气氛，更重要的是打消学生了对“传热学”课程的恐惧。
在引出一维导热傅立叶定律后，紧接着对该定律做更深层次的阐明，将平壁傅立叶定律拓展到其一般表达式：
课堂教学别强调了该表达的物理意义：要想知道某个平面导热量，就必须知道该平面的温度变化梯度和导热系数。这样就让学生牢固建立起导热量和温度梯度之间的联系，从而避免了对微分表达式单纯的机械记忆。
在讲解了傅立叶定律的物理意义后，课堂上将赵镇南所著《传热学》中对该定理的公式形成过程给学生做了简单介绍，[4]指出该定律尽管是传热学的基本定律，但该定律的提出并非经过复杂的数学推导，公式形式的最终确定只是源于对试验数据的总结，一方面使学生了解了该定律数学表达式的形成过程，另一方面也留下一定的悬念，为后面该定律适用范围的讲解打下了伏笔。
2.导热微分方程的教学
导热微分方程是传热学导热问题的核心教学内容，我们将其作为重点和难点内容着力进行讲解。由于该方程涉及到较多的微分知识，学生在对该部分内容的掌握方面普遍感到困难。总结以往的教学经验，笔者在讲授该方程的时候，针对学生微分知识遗忘较多的的特点，先花费一定时间简单回顾了该方程所涉及的微积分基础，之后在方程的推导过程中着重讲解整个推导过程的总体思想和各符号所代表的物理意义，使学生能对各基本方程的建立过程产生较深的印象及对方程所表达的物理意义有清晰的理解。
导热微分方程的基础是傅立叶导热定律和热平衡方程，而热平衡方程又是以傅立叶定律为基础。课堂教学中，笔者以x方向的热平衡分析为例，详细讲解了热平衡方程的建立过程。坐标为x的微元面流入的热流量可表示为：
对其中项的理解一直是个难点，很多学生只是将该项理解为单纯的数值而不是函数表达式。我们的讲授方法是，指出该表达式的物理意义就是根据在坐标为x平面上温度梯度的变化规律，求解出该面热流量的变化规律（温度梯度的规律决定传热量的规律）。反复强调表示的是以x为变量的函数式而不是固定的数值。在详细讲解了所代表的物理概念后，对的讲解就变得较为简单。的物理意义就是在x+dx平面上热流量的变化规律，它的计算式可以表示为，其物理意义就是用坐标为x的平面处的热流量来近似表达坐标为x+dx平面上传热量，最终坐标为x+dx平面上热流量还是由坐标为x平面处的温度梯度变化规律所确定：
为了避免学生死记硬背该公式，在热平衡方程表达式的讲解中，强调对方程式中各分项物理意义的理解，旨在使学生建立起热流量变化和温度梯度的直接联系。在热平衡方程推导过程中反复强调传热量计算的根本还是傅立叶定律，将傅立叶定律的运用贯穿于热平衡分析，这样不仅加深了学生对导热微分方程理解，同时也使得对傅立叶定律的理解更加深刻。
二、课堂例题讲解的改革探索
1.灵活安排习题课时
习题课对学生巩固课堂知识起非常重要的作用。在课堂针对作业中出现的问题进行讲解，既有助于学生对理论知识的理解，同时也有利于增强学生分析和解决问题的能力。
根据学校教学管理文件的要求，教师应严格按照教学大纲的进度安排进行授课，但是有限且固定的习题课学时很难满足学生的需求，因此必须寻求其它途径来解决这一问题。笔者在本课程的教学实践中吸取学生的反馈意见，结合学生作业完成的情况，对某些章节的课堂授课进行局部调整，首先保证重点内容讲深讲透，将一些较容易理解的内容安排学生课后自学，从而在课堂上留出5～10分钟的时间进行习题和例题的讲解，这样可及时地解决学生作业中存在的共性问题，更有针对性地帮助学生掌握前面的讲授内容。
2.提炼有工程背景的实际算例
单纯的课堂讲授加习题的模式，虽然使学生能基本了解传热学的一些基本知识，但是学生仍然感到传热学比较抽象、难学。由于课本中的例题习题设置是为了便于应用公式进行推导、计算，所涉及的模型往往非常简单，本专业的学生在实际应用中碰到诸如气缸套这样简单的零件时也感到无从下手。
“在教学过程中每位教师都应努力将教学内容与自己的学术经历结合起来，努力使书本上的资料成为活生生的实例。”[5]笔者结合自己的科研工作，在热传导的课堂教学中，系统地介绍了使用有限元软件进行缸套温度场、热应力计算的整个过程。引导学生就如何获得缸套内表面的换热系数和缸内燃气温度开展讨论，这样就将“传热学”和“内燃机测试技术”、“工程热力学”、“内燃机原理”等课程的知识联系起来。通过缸套换热问题这种工程实际的算例，将传热学的知识和具体的内燃机零件的传热问题结合起来，既培养学生综合运用所学专业基础知识的能力，同时也激发了学生对使用有限元软件解决传热学问题的学习兴趣，取得了较好的教学效果。
三、答疑方式的改进
在课堂教学时间有限的条件下，提高教学效果的另一个途径就是充分用好课后答疑时间。根据以往的教学经验，尽管每周都有固定的答疑时间，但学生因种种原因，平时来答疑的人寥寥无几，而到了考试前夕学生提出的问题往往集中在考试的范围与类型方面。笔者在教学过程中，一改过去学生自己来答疑的单一模式，变为指定学生答疑。根据学生的作业情况，指定出错较多的学生来答疑，了解他们学习中遇到的问题。答疑的内容也不仅限局限于讲解课堂讲授内容和书本习题，还与学生就课堂教学内容、方法进行座谈。通过这样的答疑，不仅解决了学生的疑难，同时由于及时地得到学生对就所授内容与学习效果的反馈意见，也帮助我们及时对教学方法、内容和进度等进行相应的调整，从而改善了教学效果。
四、后期跟踪调查
作为专业技术基础课的“传热学”在大三第二学期开设。为了解学生对本课程基础知识实际掌握程度及其对后续专业课程学习的作用，笔者在所带大四毕业设计的学生中，进一步就本课程教学内容、方法和进度等方面征求学生的意见，深入分析学生的想法与建议，从而为下一步该课程的教学改革提供依据和思路。
五、结束语
通过在课堂教学、课后作业、习题课、课后答疑等多个教学环节上的改革，“传热学”课程的教学效果较以往有了明显的改善。今后还将进一步探索改善本课程教学效果的思路与途径。
参考文献：
[1]杨世铭,陶文铨.传热学(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]董丽娜.有限课时内“工程热力学与传热学”教学效果改进[J].中国电力教育,2010,(25):73-75.
[3]赵镇南著.传热学(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2008.
关键词: 位温梯度公式 大气稳定度 判定方法
1.前言
在大气污染预防和治理过程中,大气污染物扩散状态的研究经常利用当地的大气扩散状态进行分析和判断,大气扩散的程度直接影响大气污染物的排放、稀释和对周边环境造成的污染状况。大气的扩散与大气稳定度有着非常密切的关系,借助大气稳定度的判定可以确定大气扩散的程度。
2.1大气稳定度的判定方法
大气稳定度的传统判定方法是比较γ和γ二者的大小(即温度层结曲线法),γ表示单位(通常取100m)高差气温变化速率的负值,计算公式为γ=-T/Z;γ表示干空气块绝热上升或下降100m时,温度降低或升高的数值,γ=0.98K/100m(g=9.81m/s,C=0.996J/g・K)。当γ>γ时,大气是不稳定的;当γ
所以,大气稳定度的判定还可以用位温梯度法,此方法与温度层结曲线法相比,更科学、更合理、更准确,应用也较多。但从我多年的教学和交流情况来看,这方面的知识在常用的《大气污染控制工程》教材中没有介绍,学生对这种方法的理解和掌握都很困难,特别是利用位温的概念进行位温梯度的推导更难掌握。我对位温的相关概念和自己在教学过程中对于位温梯度的推导过程,以及利用位温梯度法进行大气稳定度的判定作相关介绍。
3.位温梯度的概念及意义
所谓位温,就是将气块由其最初的压力P沿绝热过程修正到1000kPa的标准压力时所具有的温度,以θ表示:
θ=T()=T()
式中,P、T―分别表示气块最初的压力和温度。
值得注意的是,虽然气块在绝热升降过程中的温度将改变,但其位温在该过程中却是不变的,这是位温的重要性质。所以位温比气温更能代表气块的热力学特性。[2]
4.位温梯度公式的推导
由位温公式?摇θ=T()
两边取对数?摇lnθ=lnT+(ln1000-lnP)
由于位温、温度和压力都随高度Z的变化而变化,因此对位温θ求偏导,
得到?摇・=・-・・
则=・-・・
=(-・・)=(-γ-・・)
由位温的定义可知,气块的移动过程为绝热过程,则根据热力学第一定律
H=C・T+P・V
式中C、C、H分别为系统的定容比热容、定压比热容和系统的热量。
根据理想气体状态方程PV=nRT,令单位气体的摩尔数n=1,
则PV=nRT=RT
变形为V=RT/P
对气体的体积V求偏导(P、T也是高度Z的函数),
得到=R(・-・)
所以 V=R(・T-・P)
将 V=R(・T-・P)和C-C=R带入热力学第一定律,
得到 H=C・T+P・V=(C-R)・T+P・R・(・T-・P)
=C・T-R・T+R・T-・P=C・T-・P
则 T=+・
其中,T为温度的变化,为气块的热交换,・为外界压力的变化。
将T=+・带入=(-γ-・・)
得到=(-γ-・・)=[-γ+(-T)・]
由于是绝热过程,气块与外界无热量交换,其内部热量H不随高度而变化,即H=0,
因此=[-γ+(-dT)・]=(-γ-dT・)
=(-γ-)=(-γ+γ)=(γ-γ)
即=(γ-γ)
到此,位温梯度的公式得证。
5.利用位温梯度判定大气稳定度
由以上介绍可知,大气稳定度的判定可以用温度层结曲线法,但是该方法有其局限性。由于位温梯度考虑的因素相对比较全面合理,能满足实际大气状况判定的要求,因此用位温梯度法进行判定,其准确性、可靠性和科学性较强。
从位温梯度公式和参数意义可以得出结论,位温θ和温度T的正负号一致,θ/T>0。只要验证γ与γ之间的大小关系即可判定大气是否稳定。
当位温梯度>0时,表明γ
当位温梯度γ,气块的加速度α=g・・ΔZ>0,加速度α方向与位移方向ΔZ一致,判定大气是不稳定的;
当位温梯度=0时,表明γ=γ,气块的加速度α=g・・ΔZ=0,气块别外力推到哪里就停到哪里或做等速运动,判定大气是中性的。
6.结语
判定大气稳定度,位温梯度法与温度层结曲线法相比,其实际意义更大,实际应用更加科学合理。本文根据位温的定义,对位温梯度公式进行了推导,整个论证过程的关键就是利用绝热的条件。通过公式推导,强化对公式中参数意义的更进一步理解和掌握,从而熟练运用位温梯度公式进行大气稳定度的判定。如果对公式和公式中四个参数的意义不甚了解,那么判定大气是否稳定就很困难。
参考文献:
[1]王丽萍主编.大气污染控制工程.煤炭工业出版社,2002.8:249-251.
关键词：构建主义学习特征科研资源课程教学
一、引言
研究生教育作为高等教育的重要部分，是培养高层次专业人才的主要途径。当前社会，掌握知识的人才越来越受到关注，研究生作为接受高层次教育的群体目前已经被社会寄予了厚望。但是随着知识经济及信息技术的加速发展，知识的生命周期越来越短，社会对于人才的需求有了更高的要求，研究生群体面临空前的挑战，他们不仅需要在有限的时间内积累丰厚的学科知识，加强自己的科研能力，还要培养合作精神，提高科技创新、知识管理以及交流和沟通等各种综合能力。研究生课程教学是研究生培养的重要环节。研究生课程建设是提高研究生教学质量的重要途径。传统的基于书本的研究生课程教学模式侧重于构建研究生的合理知识结构，而对如何充分运用课程教学提高研究生综合能力这一重要内容认识不足、实践不广，影响了研究生培养质量的有效提升。也就是说传统的教学方法难以达到既优化研究生知识结构，同时又能提高研究生综合能力的双重效果。为此，一种基于构建主义学习理论，充分利用学科科研资源的新型研究生课程教学模式成为本文要探讨的关键问题。
二、研究生课程学习特征与构建主义学习理论
一般来说，研究生的年龄大多在23-26岁年龄段，属于中青年阶段，性格特征基本定型，具有强烈的自我意识和独立期望，由于成功度过了高考、硕士生入学考试的筛选，所以具有很强的自信心和优越感。十几年的传统学习生涯，赋予了研究生较强的学习能力，再加上本科阶段的培养，研究生已经养成了自主学习的习惯。因此，研究生在传统的课堂授课式课程学习过程中会出现一些不良表现：第一、基于书本的课堂讲授对于研究生来说很难激发其学习兴趣。由于研究生自主学习能力的增强，学生主要表现的心态就是即使上课没听懂，课后我可以自己学；第二、教室不再是研究生眼中的主要学习场所，因为大多数研究生从一入学，导师就为其安排好在实验室的学习位置，由于研究生在学习过程中涉猎知识的综合性增强，涉及很多学科交叉的问题，在这个过程中，同时需要查阅很多的学习资料，当前丰富的信息技术，使得单一的教材也不再是研究生学习的唯一资源途径，因此研究生更愿意在可以随时上网查找资料、可以方便翻阅各种参考书目的实验室里学习；第三、由于专业面的变窄，研究生的主要学习方向受到其导师的研究课题的引导，不再是范而广的大体了解，而是要求精益求精的学习做法，以期在某个领域能很快产生有一定水平的研究成果，因此很多研究生认为老师讲的知识对他将来的课题不一定实用，很容易产生在课堂教学上放弃学习的动机。
基于上述分析不难发现，将构建主义学习理论与研究生阶段的课程学习特征有机结合，将是一件非常有意义的工作。首先，构建主义学习理论认为：“学习”的本质是一个意义建构的过程，是学习者通过新旧经验相互作用来形成、调整和丰富自己经验结构的过程，在学习过程中学生个人经验与主动参与起着积极作用，学习者在自己的经验背景基础上主动建构现实和理解现实，即学生头脑中的知识不是教师直接传递来的，而是学生自身知识的基础上主动构建的。研究生已具备较强的自主学习能力，为满足构建主义学习理论创造了条件，研究生多年学习经验的积累也为其调整、重构和丰富自己经验结构的过程打下了基础。因此，对于研究生的学习来说，教师直接传递的“填鸭式”课程教学方法已不再实用。
其次，建构主义学习理论提倡教师指导下以学生学习为中心的学习方法。建构主义学习理论强调学生的认识主体作用，认为学生是信息加工的主体，是意义的主动建构者；同时又不忽视教师的主导作用，认为教师是意义建构的帮助者和促进者。因此，在研究生的课程教学过程中，要摆正教师与学生的位置，传统的教师主讲的教学方法与构建主义的学习理论相悖，教师在教学过程中应该从传统的主讲角色转变为主导的角色，也就是说，在研究生的课程学习过程中，教师发挥的是引导作用。
最后，构建主义学习理论鼓励学生通过一定的情境，借助别人的帮助，通过必要的交流，达到意义建构的方式来获取知识。构建主义指出：“情境”、“协作”、“交流”和“意义构建”是学习环境中的四大要素。因此，教师在授课过程中已不能仅限于三尺讲台，而是要通过各种方式和方法，为研究生的学习创造情境，构建协作和交流的平台，最终达到研究生自我实现意义构建的效果。
三、《动力工程现代测试技术》课程的设置及传统的课程教学模式
测试分析技术类课程是工科性院校大多数专业（包括研究生和本科生）都必须开设的专业基础课程，对于研究生学习阶段而言，课程的教学的总体目的是使学生在全面掌握各类测试分析基本理论的基础上，应用各种的测试分析方法、测试仪器和设备等来分析、解决科研课题及工程应用中的实际问题。各专业在制定教学培养方案的时候，根据专业不同要求，其内容侧重点有所不同。《动力工程现代测试技术》是我校动力工程及工程热物理一级硕士学科所必须开设的一门专业必修课程，其适用范围非常广泛，就该一级学科硕士学位点来说，涵盖化工过程机械、流体机械及工程、制冷与低温工程、热能工程、动力机械与工程和工程热物理等6个二级学科硕士点。课程的主要教学内容包含有：动态测量基础、现代传感器、温度场和速度场以及流动显示技术、烟气及颗粒特性分析、热物理性能测试等等。课程学时一般设置为32学时，其中包括4学时的实验教学内容，实验教学内容各教学单位根据不同情况有所偏差。
此前，由于仪器资源的匮乏等多种原因，《动力工程现代测试技术》课程传统的教学模式是大部分学时由教师在课堂上教授有关的理论知识，用幻灯片等（有些甚至连幻灯片都没有）讲解一些基本原理和主要应用场合，基本上是教师主讲，只有少量的学时用在实验课上，甚至在实验课上，对于较为贵重的仪器设备，一般也是教师做给学生看，所以实际教学效果很不理想，学生学完这门课程后仍不会应用相关仪器进行实际问题的分析研究。当前的研究生渴望能更多地、有效地利用学校的学科科研资源， 研究生们通过各种途径提高自身综合实践能力意识也非常强烈。运用传统的教学模式显然已经不能适应时代的发展，因此对本课程的教学改革已是势在必行。
四、学科现有科研资源及新的课程教学模式
相对于几年前，本学科在学校、学院领导的高度重视下，在全体教职员工的共同努力下，当前的科研形式较好，学科科研资源较为充足。到目前为止，全学科基本上每个老师都有自己独立承担的科研课题，在研的国家基金项目（包括NSFC-广东省联合基金）已达到五项，国家863计划项目1项，还有各类省部级及地市级项目，包括粤港关键领域重点突破招标项目、广东省教育部产学研结合项目、广东省重大科技专项以及广东省自然科学基金项目、广东省科技攻关项目等。在这些科研项目的研究经费，以及我校211学科建设经费和广东省高等学校重点实验室建设经费的支持下，本学科基本上形成了几个各具特色的专业实验室，包括蓄热材料及技术实验室、制冷空调技术实验室、新能源利用技术实验室、动力电池制备及性能测试实验室以及汽车节能与排放控制实验室。这些实验室拥有包括焓差测试系统、热线风速仪（656H）、粒子图像测速系统（TR-PIV）、差热分析仪（DTA-50）、热重分析仪（SDT2960）、差热扫描量热仪（Q10DSC）、导热系数仪（LFA447）、风冷冷凝器测试平台、太阳能电池量子效率测量系统（PLS-QE/IPCE）、太阳电池I-V曲线测试仪（MP-160）、多碟式太阳能聚光器（HM-25）以及发动机试验台和自动测控系统等较为先进、高端的仪器设备和测试系统。学科所培养的研究生根据导师的不同研究方向主要分布在这些实验室。
《动力工程现代测试技术》课程的理论性与实践性均较强，理论知识涉及多个交叉学科，包括光学、电子学、传热学以及材料学等等，实践上涉及很多大型测试仪器的操作和使用方法。基于构建主义学习理论，结合研究生学习特征以及本学科现有科研资源状况，我们分析认为，为了进一步提高教学质量，在教学方法上，不应该将大部分时间仅限于课堂讲授，实验教学也不能仅局限于四个学时的实验操作。因此，我们提出了一种新型的课程教学模式。大体的思路和做法是：首先，缩短在教室课堂上的教师讲解时间，将部分理论教学的内容调整到实验室现场由学生主讲，教师作补充。即增加了学生主讲的环节，讲解内容由教师在制定教学进度表时预先安排，以便于学生做准备；其次，根据学科发展的动向，在传统教材内容的基础上及时调整教学内容，使之与现有学科的发展和导师的科研课题相适应；再有，在教室课堂上或者实验室现场，增加分组讨论和交流的环节，使学习者在自己的经验背景基础上充分发表其看法和见解，讨论的主题由教师提前设计。
五、新教学模式的实施效果分析
基于上面提到的新教学模式，课题组通过认真分析和商量讨论，形成了如下具体的教学安排：前面5次课（15学时）讲理论知识，其中穿插有分组讨论；接下来的5次课（15学时），根据学生所属导师的不同，分成5组，每组2-5人左右，并确定一个组长，每次课由组长负责，进入该组学生的导师的专业实验室，进行现场教学，学生主讲，教师引导和补充，之后分组讨论和交流；最后1次课（2学时）进行总结，布置相关文献的查找以及考查报告内容等事宜。
（一）新的教学模式包含有构建主义学习理论提出的“情境”、“协作”、“交流”和“意义构建”四大要素 。充足的学科科研资源以及基于某些仪器设备或实验平台的现场教学，为研究生的课程学习创造了丰富的“情境”条件，教师主导下的学生主讲和专题性讨论为研究生们提供了充分的“交流”和“协作”的机会，在导师课题背景下的教学思路，为研究生实现“意义构建”提供了快捷途径。
（二）新的教学模式激发了研究生们的学习兴趣，提高了研究生们的学习效率，有利于研究生们把握学科发展前沿和动向。研一的学生对自己将来的课题心怀渴望，研究生主讲的现场式教学方法促使研究生们积极去熟悉导师课题组的各种仪器设备和实验平台，也将书本知识与实际有机地结合起来，为研究生们尽快进入导师的研究课题打下了坚实的基础，使得研究生们在兴趣的驱动下提高了学习效率；另外，研究生们对同学科其他导师的课题也充满好奇心，通过进入不同课题组实验室的学习，使研究们进一步了解了学科发展的前沿和动向。
（三）新的教学模式提高了学科科研资源的利用率。基于科研课题的科研设备一般是课题组负责制，其日常管理、维护以及维修等都由课题组负责，不属于开放性的共用设备，因此其使用效率都不高。将这些资源与教学相结合有利于其使用率的进一步提高。
（四）新的教学模式促进了教师之间的沟通和交流，但对教师的教学水平也提出了更高的要求。要使新的教学模式得以顺利实施，授课教师必须先熟悉各导师课题组的各种仪器设备和实验平台，最有效的做法是授课教师与专业实验室所属的导师进行直接的沟通和交流。另外，新的教学模式也要求教师在保证基本教学内容不变的情况下实时补充新的教学内容，促使教师不断更新自己的专业知识。
（五）新的教学模式为研究生的课程教学管理带来一定的难度。不像传统的教学模式在固定的教室授课，新的教学模式在上课地点上具有不确定性，即使是事先做好安排，但授课时所用的科研资源有可能与科研课题的实验安排相冲突，必须作临时调整，因此不便于教学督导的巡查。
六、 结论
研究生的课程教学对研究生知识的掌握、能力的提高和科学素养的培养具有重要作用。在课程实施过程中，教师应该在传授知识的同时，注重引导学生把握解决问题的思路，结合实际问题，特别是面对复杂问题，启发学生学会运用科学方法去处理。从某种意义上看，掌握科学的研究问题方法比熟悉一些知识更重要。在“动力工程现代测试技术”这门课程的教学过程当中，我们基于构建主义学习理论提出的“情境”、“协作”、“交流”和“意义构建”四大要素，借助于学科现有的科研资源，力求把学生的知识、能力、素质协调发展作为目标，对教学的各个方面做了进一步的改进和完善，取得了初步的成效。
参考文献：
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关键词：物理化学 教材编写 理想气体 多方过程 星球气团 创新思维
高等教材编写的方向应该要更多地与实际应用相结合。在编写物理化学教材的过程中深感与实际联系的迫切，写出一些更新教材与化学工作者分享，在这里也希望化学界的专家学者多提宝贵意见和建议，积极加入到我们的行列中来。
在讲到热力学第一定律的应用时，理想气体的多方过程是一个难点，目前的物理化学教材对这一专题都没有作进一步的深入和展开，这样极大地限制了读者的想象空间，也不利于培养创新意识。教材编写应始终把挖掘创新能力放在首位，对教材中的一些重点和难点进行适度的深入和展开，为拓展初学者的思维空间铺平道路。[2]
在热力学第一定律一章中，现有物理化学教材都对理想气体的等值（等温等压等容以及绝热）过程进行了充分的讨论，但是气体发生的实际过程大都不是这几个等值过程，而是介于等值之间的复杂过程，热力学上称这种过程为多方过程.研究理想气体的多方过程具有重要的实用价值，能够用来解决热力工程上的许多实际问题，天空和星球上的气团运动也大都属于多方过程，这在气象学和天体物理学中具有重要意义。[3]
多方过程类似于理想气体的绝热过程，下面先来建立这一过程方程.低压下的气体一般都可以视为理想气体，并假定过程是可逆的，因而有
式中K、K、K为积分常数，称热容差比，又称多方指数（polytropic exponent），多方的含义是指方程中的某个物理量（T、P or V）具有多次方的形式.上述方程是多方过程的定义式，即只有满足上述方程的过程才为多方过程，推导上述方程时引入了理想气体、过程可逆以及多方指数为常数的限定条件，下面逐一分析这些条件的意义。
低压下的气体一般可视为理想气体，这一限定条件使得多方方程只适用于低压气体，大气中的气团运动满足理想气体的条件，内燃机气缸内的压力较高，与理想气体所得结果相差较大.过程可逆意味着过程进行得很慢是准静态的，如果一个实际过程进行得很快，严格说来不能视为多方过程.另外，如果气体的各种热容量都是常数，那么多方指数也一定是常数，这满足多方过程的定义.但是有些教材中以热容量为常数来定义多方过程却是不妥的，因为一般说来，理想气体的定压热容量Cp、定容热容量Cv以及多方热容量C都不是常数，但只是温度的函数.对于单原子分子理想气体而言，各种热容量基本上不随温度变化；而对于多原子分子理想气体而言，若温度变化范围不是很大，也可以近似地将热容量视为常数；而且即使热容量C随温度变化明显，有时也可以满足（C-Cv）或（C-Cp）或比值为常数，即多方指数λ基本上不随温度变化的条件，这时仍然可以推导出多方方程.可见，多方过程应是低压气体（也可以是其他非凝聚系统）在温度变化范围不是很大的情况下发生的比较缓慢的一切实际过程.
由多方方程可见，各种等值过程都可以看作是多方过程的几个特例，λ=0：等压过程，λ=1：等温过程，λ=γ：绝热（等热容）过程，：等容过程.最具有实用价值的多方过程是介于等温线和绝热线之间的过程，这时：1
1、星球气团
这是介于等温线与等压线之间的多方过程，多方指数：0
这种情形多属自然现象，天空或星球上的气团变化就属于此种情形.白天气团吸收热量，温度升高，向外膨胀；夜间向外界放出热量，温度降低，同时向内收缩.
2、制冷原理
多方指数介于1和绝热指数之间：1
这是工程上经常遇到的情形.其正过程是为了获得高温高压气体，当快速加压气体时，由于过程进行得很快，气体的温度和压力都会进一步升高，同时由于气体的温度高于环境的温度，还不可避免地伴随着向环境放出少量热量.其逆过程是制冷机的工作原理，这是通过膨胀致冷获得超低温气体的有效方法。为了获得超低温气体，可以先将高压气体冷却，然后再令其膨胀，随着压力的降低，气体的温度将会进一步降低，从而获得超低温气体，在这一过程中，系统不可避免地要从环境吸收部分热量，为了减少吸热，可令其快速膨胀。
3、热机原理
这是介于等容线与绝热线之间的多方过程，多方指数：，热容量：0
这和上面的第二种情形类似，只是压缩升温时，气体的温度低于环境的温度，因而伴随着从环境吸取一部分热量，这是热机压缩升温的原理。逆过程是当气体的温度高于环境的温度时，降温膨胀对外作功的同时向环境释放出余热，这是热机膨胀作功的原理。热机处于绝热线与等容线之间工作时，由于气体的热容量较小，通常能够获得较高的输出功，四冲程汽油机和回热式制冷机都是采用了这一原理。[4]
IV爆炸气体
介于等压线与等容线之间的多方过程，多方指数：，热容量：Cv
参考文献
[1]朱元举.评精品《物理化学》教材中存在的问题（一）——热力学第一定律的统计解释[J]，2010，37（8）：185..（广东化工2010年第8期，第37卷总第208期）.
[2]朱元举主编.物理化学，待出版.
关键词：有限时间热力学；范德瓦尔斯气体；埃里克森循环；优化性能
中图分类号：TK212 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）024-000-02
一、引言
本文建立以范德瓦尔斯气体[8]为工质的埃里克森热机模型[9，10]，探讨范氏方程中相互作用修正参数a和埃里克森循环两等压过程的压强比对循环功率和效率的影响。所得结论可为埃里克森热机的研制和优化设计提供理论依据。
二、范氏气体的热力学性质
理想气体方程应用到真实气体，必须考虑到真实气体的特征，予以必要的修正。上世纪以来，许多物理学家先后提出了各种不同的修正意见，建立了各种不同形式的气体状态模型，其中形式较为简单，物理意义比较清楚的就是范德瓦尔斯方程。对于1mol的气体系统，范德瓦尔斯方程可表为
式中R为气体普适常量，a和b为两修正参量。b是考虑到气体分子本身体积的修正量。对于给定的气体，b是一个恒量，可由实验来测定，一般约等于1摩尔气体分子本身体积的四倍。参量a是由气体分子间的相互作用引起的，决定于气体的性质，可由实验来测定。
三、范氏气体的内能
六、可逆埃里克森热机的性能
1.可逆埃里克森循环
埃里克森循环是热机的一种重要循环模型，由两个等温过程和两个等压过程组成。图1表示以范氏气体为工质的可逆埃里克森循环的T-P图，图中T1和T2分别是两个等温过程的温度，p1和p2分别是两个等压过程的压强，QT1和QT2分别是工质在两个等温过程从高温热源吸收的和放给低温热源的热量，Qp1和Qp2分别是两个等压过程（回热过程）工质从回热器吸收和放给回热器的热量。
现在，我们来分析每一个过程工质吸热或放热的情况。1-2为等温膨胀过程，该过程工质从高温热源吸收热量。根据式（20）可得吸热：
2.可逆埃里克森循环性能分析
从（35）式可知，以范氏气体为工质的可逆埃里克森热机的效率总是小于卡诺效率 。式（35）中没有b的一次项，说明对可逆埃里克森热机，范氏气体状态方程对理想气体的修正主要体现在气体分子相互作用的参数a上，而气体分子本身体积的修正参量b对效率的影响较小。
为探讨可逆埃里克森热机两等压过程的压强比对热机效率的影响，将（35）式化为
图2给出参数δ取不同值时热机的效率η与压强比χ的关系曲线，其中。从图中可以看出，随着压强比的增大，可逆埃里克森热机的效率不断减小。同时，还可以看出，对于给定的和，循环效率η随δ的增大而减小。
本文研究了以范德瓦尔斯气体为工质的埃里克森热机的优化性能，导出了以范德瓦尔斯气体为工质的可逆埃里克森热机的效率的表达式。获得了一些有意义的新结论。
在今后的研究中，我们将在本文的基础上，进一步考虑其不可逆因素，如工质内部循环的不可逆、热漏和摩擦等因素的影响，研究与实际热机更加贴近的循环的优化性能，为热机的优化设计提供一些新的理论依据。
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关键词：火用分析 电站锅炉
一：背景与意义
众所周知，能源问题已是当今世界瞩目的重要课题。能源是人类经济发展、生活水平提高、文明进步的基础。保障能源的稳步发展，是国家政治、经济、外交、军事活动的重要目标。随着国民经济的不断发展，我国的能源消耗量不断增加，节能作为一项减少能源消耗、降低生产成本的主要措施，越来越受到人们的重视。
火力发电厂将燃料的化学能转变为蒸汽的热能并进一步将热能转化为电能，为工农业生产和人民生活提供足够的电力。显然，能量转换的效率高低，将直接影响火电厂的经济效益。进一步提高火电厂能量转换效率的主要障碍是热力设备，而电站锅炉是发电机组的重要组成部分，也是主要的耗能设备。因此，分析研究提高电站锅炉经济性的方法和途径，具有十分重要的意义。电站锅炉经济性分析就是按照一定的方法，利用电站锅炉的基本参数，对电站锅炉进行分析计算，求出表征其经济性的指标――效率，挖掘节能潜力，堵塞耗能漏洞，提出改进措施的过程。
二：能量分析方法简介
热力学第二定律的精髓在于深刻的揭示了能量在传递和转换过程中能量品位（能质）必然蜕变的规律，热力学称之为能质蜕变原理（也称为“能量降级原理”或“能量贬值原理”，该原理目前学术界还无统一名称）。火用作为表征能量中可转换部分的量引入了热力学。这样，对于给定的能量而言，能量转换过程中能量品位的下降，可以用做功能力的损失，即火用值的减少――火用损失来表示。在选定计算基准的情况下，采用热力学计算方法可以直接计算出物质或能流在某个状态的火用值，进而可以算出各种过程的子系统的火用损及能量系统的总火用损。通过火用值计算而求出各子系统和系统总火用损的方法就是火用分析法的基本内容。由火用分析的结果可找出系统中火用损率最大的薄弱环节或部位，并以火用效率评价系统整体的用能状况。
三：火用分析的原理及数学模型
在我国经济飞速发展，工业生产规模和产值成倍增长，能源供需矛盾日益尖锐的今天，假如我们仍然只用热效率这个指标来评价用能水平，那么纵然浪费现象可以得到有效扼制，但是能质浪费严重的状况任然会存在。所以，如何合理的利用火用和提高火用效率便成为能源建设和能源设备改造的重要课题。
1：稳定流动系统的火用
工程上大量的热工设备或装置属稳定流动的开口系统。当稳定物质流流入（流出）开口系统时，系统增加（减少）的能量为 。此能量也可以理解为稳定物流在流入（或流出）系统时具有的（或转移的）能量，其中的焓是只与热力参数有关的能量。在无其它热源的情况下，稳定流动（开口）系统所作有用功的能量来源是流入系统时稳定物流具有的（或转移的）能量。所以，稳定流动系统的火用也就是稳定物流的火用。根据火用的一般定义，把稳定流动系统的火用或稳定物流的火用定义为：稳定物流从任一给定状态流经开口系统以可逆方式转变到环境状态，并且只与环境交换热量时所能做出的最大有用功。
如图3-1所示，设稳定物流在流入开口系统时的状态参数为P、T、s、h，流速为 ，高度为z；流出系统时的环境状态参数为P0、T0、s0、h0。此时 =0， 。设在微元状态变化过程中从环境吸热 ，作出有用功 由于假设开口系统边界固定不动，所以系统与环境大气没有功量交换，开口系统的轴功就是有用功。相对于一定的环境状态，稳定物流的火用只决定于给定状态，它才是一个状态参数。稳定物流火用是稳定物流能量的固有特性，不仅与从给定状态可逆地转交到环境状态的具体过程无关，而且与是否必须转变到环境状态无关。
2：火用效率
对于在给定条件下进行的过程来说，火用损失的大小能够用来衡量该过程的热力学完善度。火用损失大，表明过程的不可逆性大，离相应地可逆过程远。但是，火用损失是损失的一个结对数量，并不能用来比较在不同条件下过程进行的完善程度，不能用来评价各类热工设备或过程中火用的利用程度。为此，一般用火用效率来表达在热力系统或热工设备中火用的利用程度，或系统中进行热力过程的热力学完善程度。
在系统或设备进行过程中，被利用或收益的火用 与支出或耗费的火用 的比值定义为该系统或设备的火用效率，根据热力学第二定律，任何不可逆过程都要引起火用的损失，但是系统或过程必须遵守火用平衡的原则，所以耗费火用与收益火用之差即为系统或设备中进行的不可逆过程所引起的火用损失
根据热力学第二定律，任何系统或过程的火用效率不可能大于1。对于理想的可逆过程，由于火用损失等于零，故火用效率等于1，即 （可逆过程）。对于不可逆过程， （不可逆过程）。可逆过程是热力学上最完善的过程，所以火用效率反映了实际过程接近理想可逆
过程的程度，表明了过程的热力学完善程度，或火用的利用程度。火用效率与1偏离的程度越大，说明损失越大，过程的不可逆性越大，所以火用效率的大小指明了改善过程的可能牲，可以指导人们采用合适的过程或改进设备等措施以减少过程中的火用损失，提高火用的利用程度。
火用效率反映火用的利用程度，它从能量的质或级位来评价一个设备或热力过程的完善程度，所以它是评价各种实际过程热力学完善度的统一标准或统一尺度。这是应用火用概念所具有的特殊意义。
四：结论
火用分析计算方法是一种先进的热经济分析方法，它与目前通用的热效率分析方法不同，热效率方法仅考虑能量的数量，而火用分析方法不仅考虑能量数量的差异而且考虑能量的质量即做功能力的不同。火用分析法是以热力学第二定律为基础，对各种能量系统进行火用分析，求取各种性能指标，以明察系统各部位的火用损失分布，找到火用损较大的环节，对所研究的系统进行客观评价，是工程项目论证、工程设计和节能分析的有效方法。火用分析法对分析不可逆过程的损失及用能有效性，具有实用性，准确定位用能薄弱环节，挖掘节能潜力，从而找到提高汽轮机组热经济性的途径，具有较强的针对性和指导作用。
参考文献：
[1]项新耀，程庆林.熵与火用及火用分析与火用传递.热科学与技术，2004，3（3）：275～278
[2]徐剑锋，彭琦，付加林.火电厂热力系统火用分析 [J].能源工程，2001，（5）：21～24
[3]张春发，崔映红.基于流图理论的热力系统火用经济性分析 [J].系统工程学报，2002，17（2）：137～142
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