毕业论文运用概念图理论探讨《工程热力学》实施双语教学的可行性.doc

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1、毕业论文题目：运用概念图理论探讨工程热力学实施双语教学的可行性 学 院 河北工业大学专 业 热能与动力工程学 生 姓 名 指 导 老 师 二零一二年四月二号工程热力学的基本概念热力学是研究热现象中，物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时，系统与外界相互作用的学科。工程热力学是热力学最先发展的一个分支，它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用，是机械工程的重要基础学科之一。工程热力学的基本任务是：通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究，改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环，提高热能利用率和热功转换效率。为此，必须以

2、热力学基本定律为依据，探讨各种热力过程的特性；研究气体和液体的热物理性质，以及蒸发和凝结等相变规律；研究溶液特性也是分析某些类型制冷机所必需的。现代工程热力学还包括诸如燃烧等化学反应过程，溶解吸收或解吸等物理化学过程，这就又涉及化学热力学方面的基本知识。 工程热力学是关于热现象的宏观理论，研究的方法是宏观的，它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础，通过物质的压力 、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。 这种方法，把与物质内部结构有关的具体性质，当作宏观真实存在的物性数据予以肯定，不需要对物质的微观结

3、构作任何假设，所以分析推理的结果具有高度的可靠性，而且条理清楚。这是它的独特优点。古代人类早就学会了取火和用火，不过后来才注意探究热、冷现象的实质。但直到17世纪末，人们还不能正确区分温度和热量这两个基本概念的本质。在当时流行的“热质说”统治下，人们误认为物体的温度高是由于储存的“热质”数量多。17091714年华氏温标和17421745年摄氏温标的建立，才使测温有了公认的标准。随后又发展了量热技术，为科学地观测热现象提供了测试手段，使热学走上了近代实验科学的道路。1798年，朗福德观察到用钻头钻炮筒时，消耗机械功的结果使钻头和筒身都升温。1799年，英国人戴维用两块冰相互摩擦致使表面融化，这

4、显然无法由“热质说”得到解释。1842年，迈尔提出了能量守恒理论，认定热是能的一种形式，可与机械能互相转化，并且从空气的定压比热容与定容比热容之差计算出热功当量。英国物理学家焦耳于1840年建立电热当量的概念，1842年以后用不同方式实测了热功当量。1850年，焦耳的实验结果已使科学界彻底抛弃了“热质说”。公认能量守恒、能的形式可以互换的热力学第一定律为客观的自然规律。能量单位焦耳就是以他的名字命名的。热力学的形成与当时的生产实践迫切要求寻找合理的大型、高效热机有关。1824年，法国人卡诺提出著名的卡诺定理，指明工作在给定温度范围的热机所能达到的效率极限，这实质上已经建立起热力学第二定律。但受

5、“热质说”的影响，他的证明方法还有错误。1848年，英国工程师开尔文根据卡诺定理制定了热力学温标。1850年和1851年，德国的克劳修斯和开尔文先后提出了热力学第二定律，并在此基础上重新证明了卡诺定理。18501854年，克劳修斯根据卡诺定理提出并发展了熵的概念。热力学第一定律和第二定律的确认，对于两类“永动机”的不可能实现作出了科学的最后结-4-论，正式形成了热现象的宏观理论热力学。同时也形成了“工程热力学”这门技术科学，它成为研究热机工作原理的理论基础，使内燃机、汽轮机、燃气轮机和喷气推进机等相继取得迅速进展。与此同时，在应用热力学理论研究物质性质的过程中，还发展了热力学的数学理论，找到了

6、反映物质各种性质的相应的热力学函数，研究了物质在相变、化学反应和溶液特性方面所遵循的各种规律 。1906年，德国的能斯脱在观察低温现象和化学反应中发现热定理；1912年，这个定理被修改成热力学第三定律的表述形式。 二十世纪初以来，对超高压、超高温水蒸汽等物性，和极低温度的研究不断获得新成果。随着对能源问题的重视，人们对与节能有关的复合循环、新型的复合工质的研究发生了很大兴趣。-5-目录绪论1泵与风机的基本概念4变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析5结论13参考文献14致谢15绪论 热能与动力工程是以工程热物理学科为主要理论基础，以内燃机和正在发展中的其它新型动力机械及系统为研究对象，运用

7、工程力学、机械工程学、自动控制、计算机、环境科学、微电子技术等学科的知识和内容，研究如何把燃料的化学能和液体的动能安全、高效、低（或无）污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备的自动控制技术。随着常规能源的日渐短缺，人类环境保护意识的不断增强，节能、高效、降低或消除污染排放物、发展新能源及其它可再生能源成为本学科的重要任务，在能源、交通运输、汽车、船舶、电力、航空宇航工程、农业工程和环境科学等诸多领域获得越来越广泛的应用，在国民经济各部门发挥着越来越重要的作用。 这方面人才在加强学生基础理论和综合素质教育的同时，加强计算机及自动控制技术的应用，强化专业实践教学，注重全能训练

8、，全面提高自己的实践动手能力和科学研究潜力.我国能源动力类专业形成于20世纪50年代。以交通大学为例，1952年院系调整时，当时设在机械系中的动力组就单独成立了动力机械系。由于受当时苏联教育体制的影响，在该学科的发展过程中，专业面曾一度越分越细。50年代初期只有锅炉、气轮机、内燃机等专业，以后又先后办起制冷专业与风机专业，制冷专业又细分出压缩机，制冷及低温专业。在50年代末又创办了核能专业，在6070年代有些学校先后设立了工程热物理专业。这样能源动力学科中的专业就先后包括有锅炉、涡轮机、电厂热能、风机、压缩机、制冷、低温、内燃机、工程热物理，水力机械以及核能工程等11个专业，形成了明显的以产品

9、带教学的基本格局。热能与动力工程专业中包含的水利水电动力工程专业的前身为水电站动力装置专业。该专业形成于20世纪50年代。新中国成立以后，随着国家对水患的治理和经济建设的发展，国家设立了华东水利学院、武汉水利水电学院、华北水利水电学院等一些专门的水利院校，1958年起在这些院校和西安交通大学水利系（西安理工大学水电学院的前身）设立了水电站动力装置专业，以满足国家对水电建设人才的迫切需求。1977年恢复高考招生后，该专业更名为水电站动力设备专业。1984年该专业更名为水利水电动力工程专业，涵盖了原水能动力工程、水电站动力装置、水电站动力设备、水能动力及其自动化、机电排灌工程、水能动力与提水工程等

10、专业，昆明工业学院、成都科技大学等一些院校都设置了该专业。1998年，按照国家教育部颁布的新的专业目录，水利水电动力工程专业并入热能与动力工程专业，新的热能与动力工程专业包含了原来的热力发动机、流体机械及流体工程、热能工程与动力机械、热能工程、制冷与低温技术、能源工程、工程热物理、水利水电动力、工程冷冻冷藏工程等9个专业。-1-客观上说，这种专业划分与当时我国计划经济的体制以及工业发展的实际情况，在一定程度上是相适应的。过窄的专业面，但却培养了专业工作能力较强的学生。因此，在当时对我国经济的发展和工业体系的重建，曾经起到过积极的作用。但随着社会经济向现代化方向的发展和高新科学技术的进步，特别是

11、我国改革开放以后，国外先进科技、管理体系的大量引进，学科的交叉融合不断产生新的经济增长点，当时实际存在的过细过窄的工科专业设置，总体上已不能适应新的形势和发展对人才的需要，必须进行专业调整。因此，在1993年原国家教委进行的专业目录调整中，将能源动力学科的上述前10个专业压缩为4个专业，即热能工程，热力发动机，制冷与低温工程，流体机械与流体工程，核工程与核技术保留。1998年，教育部颁布了新的专业目录，将上述前4个专业进一步合并为热能与动力工程专业，核工程与核技术专业单独设立，而在引导性的专业目录中，则建议将热能工程与核能工程合并。但当时我国大多数学校还是采用了热能工程与核能工程单独设专业的方

12、案。因此，在2000年教育部设立的新一轮教学指导委员中，在能源动力学科教学指导委员会下分设了三个委员会：热能动力 工程，核工程与核技术以及热工基础课程教学指导分委员会。能源动力工业是我国国民经济与国防建设的重要基础和支柱型产业，同时也是涉及多个领域高新技术的集成产业，在国家经济建设与社会发展中一直起着极其重要的作用。近年来，随着我国各个方面改革的深化发展，包括市场经济的逐步建立，国有大中型企业机制的转换，加入WTO后面临的挑战，以及能源动力领域技术的发展，并考虑到我国核科技工业“十一五”以及到2020年发展所面临的形势与任务，我国能源动力类以及核相关专业人才的培养面临着严峻的挑战。能源动力及环

13、境是目前世界各国所面临的头等重大的社会问题，我国能源工业面临着经济增长、环境保护和社会发展的重大压力。我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，煤炭占商品能源消费的76，已成为我国大气污染的主要来源。已经探明的常规能源剩余储量(煤炭、石油、天然气等)及可开采年限十分有限，2000年的统计资料表明，我国化石能源剩余可储采比煤炭为92年，石油20.5年，仅为世界储采比的一半；天然气为63年，优质能源十分匮乏。我国已成为世界第二大石油进口国，对国际石油市场的依赖度逐年提高，能源安全面临挑战，存在着十分危险的潜在危机，比世界总的能源形势更加严峻。现在，能源资源的国际间竞争愈演愈烈，从伊拉克战争及战后重建，到

14、中日双方在俄罗斯输油管线走向上的角逐等一系列国际问题，无不是国家间能源战略利益冲突、斗争的具体反映。因此开发利用可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有应该说更加迫切、更具重大意义。我们应该清楚地认识到：我国的能源资源是有限的，我国现有能源开发利用程度与效率很低，在清洁能源开发、能源综合高效利用和环境保护领域内，与发达国家存在着较大的差距：我国水能资源理论蕴藏量（未包括台湾省）为6.76亿KW，可开发容量3.78亿KW,相应年发电量19200亿KWh，均居世界第一；至2003年底水电装机容量达到9139万KW，年电量2710亿KWh，开发率按电量算只有14，按装机容量算只有24.2，远远落后于

15、美国、加拿大、西欧等发达国家，也落后于巴西、埃及、印度等发展中国家。高耗能产品能源单耗比发达国家平均水平高40%左右，单位产值能耗是世界平均水平的2.3倍。同时，-2-实施可持续发展战略对能源发展提出了更高的要求。长期以来，粗放型的增长方式使能源发展与保护环境、资源之间的矛盾日益尖锐。未来能源发展中，如何充分利用天然气、水电、核电等清洁能源，加快新能源与可再生能源开发，推广应用洁净煤技术，逐步降低用于终端消费煤炭的比重，实现能源、经济、环境的可持续发展将是十五以及中长期能源发展面临的重要选择。特别地，我国核科技工业是国家的战略行业。完善的核科技工业体系是确立一个国家核大国地位的基本条件。它既是

16、国家战略威慑力量和国防科技工业的重要组成部分，是国家政治、国防安全的重要保障和外交利益所在，同时又是国民经济的重要产业。核军工、核能、核燃料和核应用技术产业，是我国核科技工业的主要组成部分。与此相适应，如何培养适应上述21世纪社会需要的能源动力类以及核相关专业人才，是每个大学相关专业以及每位从事能源动力类专业教育的工作者需要解决的重要问题。常规化石能源的使用是能源动力学科专业教学的主要内容之一，而常规化石能源的使用与环境问题密切相关。目前，煤炭、石油、天然气等化石能源仍在整个能源构成中占据主导地位，而且估计在今后几十年地时间内这一局面还不会改变。这些常规化石能源主要直接应用于火力发电，这会带来

17、一系列严重的环境问题，比如硫氧化物、氮氧化物等的大气污染、固体废物、水污染和热污染等。据最近的报载，当前我国每年火力发电的煤炭耗量超过8亿吨，电厂的烟尘排放量约为350万吨，占全国烟尘排放量的35。其中微细粒子（小于10微米）排放量超过250万吨，是影响大城市大气质量和能见度的主要因数，并严重危害人体健康。因此，对能源动力生产过程中的这些环境问题必须进行妥善处理和控制，实现其环境友好化，才能保证人类的生存和社会经济的可持续发展。环境问题已经成为能源动力技术研究中的重要组成部分，也必须在专业课程的教学中有相应的体现。也正是基于这一原因，浙江大学已经将原来的热能与动力工程专业改名为能源与环境系统工

18、程专业。核能发电虽然没有上述火力发电那样的问题，但有其独特的问题，如辐射防护与保健、核废料的处置与处理等均与环境保护有关。迫于环境方面对能源开发与利用的巨大压力，作为常规能源的水能由于具有清洁与可再生的特点，其开发与利用越来越得到重视，在我国能源发展战略占有十分重要的地位。-3-运用概念图理论探讨工程热力学实施双语教学的可行性 摘要双语教学能够为专业教育提供更多可供选择的个性化平台，符合高等教育多元化与个性化发展的趋势。概念图是建立专业教育各门课程相互间逻辑联系的有效手段。本文从概念图的理论出发，以工程热力学为实例，分析在该门课程实施双语教学的依据。关键词：概念图；工程热力学；双语教学-6-A

19、pplication of concept map theory of engineering thermodynamics implementation of the feasibility of Bilingual TeachingAbstract Bilingual teaching of professional education can provide more alternatives for personalized platform, with the diversity of higher education and individual development trend

20、. Concept map is the establishment of professional education the course of mutual logic relation effective means. This article from the concept of graph theory, the engineering thermodynamics as an example, analysis in the course of carrying out bilingual teaching based on. Key words: concept map; e

21、ngineering thermodynamics; bilingual teaching-7-双语教学平台的建设是培养复合型工程技术人才的保障随着我国制造业国际化进程的加快，越来越多的本科毕业生能够在沿海城市的外资企业中就业。毕业生在实际工作中不仅需要应对各种专业活动，而且还需要使用外语进行日常专业交流和阅读大量的外文专业文献。因此，从目前和今后的社会需求来看，培养既懂专业又能够胜任国际交流的复合型本科工程技术人才是今后本科教学的研究课题之一。不过，尽管高校对于“厚基础、宽口径”培养模式的重视已经为本科生的发展提供了丰富的个性化选择。但是，在复合型人才的培养方面，双语教学仍然存在许多尚待解决

22、的问题。双语教学依赖于相应的教学平台，该平台又是由一组使用双语言进行教学的课程构成。使用双语教学的课程应紧密围绕专业教育设置，以便形成一个有机的双语教学体系。建设双语教学平台是一个复杂的工程。现在，关于高等院校双语教学的研究已进入高潮，来自不同层面的高等教育工作者从教材、教法、教学环境、教师、实践及理论等不同层面对双语教学进行了探讨。本文将从概念图的理论出发，以工程热力学课程为实例，分析该门课程进行双语教学的依据。概念图的理论基础、概念及作用自美国康奈尔大学教育系的诺瓦克（Joseph D. Novak）教授于1984年首次提出概念图这一概念以来，概念图在西方国家被广泛用作教学的有效工具。上世

23、纪末概念图被引入我国，现已成为一种有效的工具应用于各个领域，如学科教学、远程教学系统、网络课程开发、计算机、电子信息技术等。概念图是一种以图表的形式反映概念和概念之间关系的空间网络结构图，它一般包括节点、连线、层级及命题四个基本要素。节点表示概念，这里的概念泛指感知到的同类事物的共同属性，它可以表征为学科概念、图形、命题、信息点等。连线表示概念间的意义联系，并用箭头符号表示其方向。命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系。层级是概念的展现方式，它包含两个含义：一是在同一知识领域内的概念根据其概括程度进行层次排列，概括性最强的概念在最上层，所包括的从属概念在其下，用来充实概念的具体概念在

24、图的最下层；二是不同知识领域的概念图可以就某一概念实现分层超链接。概念图可用作“教”，包括教学设计、教学优化、教师发展等；也可用作“学”，包括知识同化、知识整合、学生发展等；还可以用作教学评价。根据概念图理论，可以将一个普通机械类专业教育内容以概念图的形式呈现，如图1。使用概念图描述双语教学平台与专业教育的关系与专业教育相比，双语教学平台毕竟是辅助平台，不是为所有学生设计的。对于单招生或者英语水平太差的学生来说，强迫其接受双语教学是不现实的，也是不明智的。而且，我国的产业需求也不完全认同既懂专业又说流利英语的复合型工程技术人才。因此，在设计双语教学平台时必须首先深入分析工科专业教育的性质，尤其

25、重要的是需要深入认识一门课程在专业教育课程体系中与其他课程之间的关系。在梳理一门课程与其他课程之间的关系时，概念图是一个有力的工具。-8-就工程热力学的教学内容看，其内容既有对前期课程内容的依赖，又有对后续课程内容的支撑。这种向前依赖与向后支撑的关系可以由该门课程的具体内容体现出来。比如，在讨论热力学中一个系统的膨胀做功时，可以引出pressure，displacement，cross sectional area，work，expansion work，compression，product，integral，differential，balance，force，piston，cylinde

26、r，working media，internal combustion engine，hydraulic power transmission，tractor，vehicle 等一系列专业词汇，分别关系到不同的专业课程。依据这些具体的内容之间的联系可以建立相关课程之间的逻辑关系，该逻辑关系同样可以用概念图表示，如图2。通过概念图给出了一门课程的教学内容与其他课程内容之间的逻辑关系，这些逻辑关系又分为“强关联”、“弱关联”与“无关联”三种相关关系。强关联表明一门课程必须强烈依赖另一门课程的教学内容，如理论力学等专业基础课必须依靠高等数学的内容，而机械设计又必须建立在理论力学的教学基础上。与此不同

27、，弱关联的课程之间的逻辑联系不需要如此强烈。比如，工程热力学课程的部分内容在一定程度上依赖于大学物理等前序课程的教学，但是这种依赖程度并不高。同样，工程热力学也是其后续课程，如农产品加工等专业课的支持内容，但是，其支持力度也无法与强关联的课程相比。最后一类是与专业教育无关联的课程，如思想品德等人文教育的课程，这些课程的教学内容和术语表达不涉及专业内容，因此属于专业无关联的课程。图3显示农业机械化及其自动化专业部分课程之间的这三种类型的逻辑关系，其中，实线连接表达强关联，虚线连接表达弱关联，而无连接的课程为无关联的课程。-9-从概念图3可以发现，选择一门课程作为双语教学课程应满足3个基本原则：（

28、1）在构建双语教学平台时，要充分考虑到选择该教学平台的学生群体的英语水平和知识结构。鉴于目前大多数学生都不能十分有效地适应双语教学，构成双语教学平台的课程群应尽可能不选择那些强关联的课程，否则，一些学生会因为英语水平低而严重影响其对专业知识的掌握。（2）无关联的课程不适合于双语教学，因为，此类课程无法通过向前与向后的关联实现与专业术语及其表达之间的联系。如，法律基础等人文教育方面的课程无法与该专业内容相联系，将此类课程设置为双语教学课程最多只能帮助提高学生日常英语的表达能力，而无法增强学生在专业方面的英语运用能力。（3）适合于双语教学的课程是那些既与主干专业课程相联系，但又不是强关联的课程。由

29、此可见，工程热力学非常适合进行双语教学。因为，对于一些意愿选择该课程而英语水平较差的学生来说，由于语言障碍造成其对学习内容的不完全理解并不会对其核心专业能力的构建造成实质性的损害。而同时，工程热力学又能够密切围绕工科的专业教育展-10-开，从而真正令双语教学为专业教育服务。 运用概念图表达双语教学课程逻辑关系的启示大学教育必须重视多元化与个性化，在保证绝大多数学生对专业教育的需求的前提下，应当为学生提供足够多可供选择的教学平台。而双语教学平台是高等院校在未来面向国际化的一个重要的举措。概念图在专业教育设计中的运用表明，健全的双语教学平台是由一系列双语课程构成的集合体，而且这些双语课程必须密切联

30、系专业教育。比如，对我院农业机械化及其自动化专业的学生来说，将思想品德等课程列为双语教学显然丝毫无助于培养学生的双语能力。概念图对于专业教育强关联、弱关联以及无关联课程的判断是合理认定何种课程适合于双语教学的参照基准。考虑到工程学科课程相互间的密切关系，将一些关系到专业教育成败的核心课程列为双语教学课程是不合适的。在进行此类课程的教学时必须要保证绝大多数学生能够扎实地掌握所学内容，而双语教学在现在的学生英语水平状况下总是很难保证让绝大多数学生完全接受。因此，不能冒险用失败的专业教育进行双语教学的交换。二者不应该是牺牲一者成就另一者的关系，而应是相互补充与支持、互助互惠的关系。使用概念图表达一个

31、专业的课程体系内部各课程之间的联系需要以教学内容为出发点，从而建立课程与课程之间的联系，并进一步鉴定各关联的强弱以及有无，这是一项繁重的工作，需要大量从事专业教育的教师参与。-11-参考文献：1王国惠，李春茂.论“浸入式”双语教学模式及其作用J.北京大学学报（哲学社会科学版），2007，（5）.2晋建秀，陈艳峰.高校双语教学现状与实践分析J.北京大学学报（哲学社会科学版），2007，（5）.3陈庆山.浅析高等农业院校双语教学问题J.东北农业大学学报（社会科学版），2007，（6）.4贺利芳，张刚，周围.关于高等院校专业课程双语教学的探讨J.高等教育研究，2007，（9）.5张丽萍，吴淑花，何琪

32、.我国概念图研究概览J.现代教育技术，2007，17（5）.6张丽平，刘建军，何琪.概念图及其教学功能探究J.理工高教研究，2006，25（4）. -12-致谢：历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师谢老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！-15-