到達目標
熱分野は、熱の基本法則、熱的諸量の求め方、伝熱現象などについて理解し、熱機器を設計・製造・使用するさいに必要な能力を養うことを目標とする。熱力学に関する事物・現象に関わり，工学的な見方・考え方を働かせ，見通しをもって学習することなどを通して，熱力学に係わる事物・現象を工学的に探究するために必要な資質・能力を次のとおり育成することを目指す.
(1) 熱力学で用いられる各種物理量の定義と単位を説明できる。閉じた系と開いた系、系の平衡、状態量などの意味を説明できる。
(2) 熱力学の第一法則を説明できる。閉じた系と開いた系について、エネルギー式を用いて、熱、仕事、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。閉じた系および開いた系が外界にする仕事量をｐ－Ｖ線図で説明できる。
(3) 理想気体の圧力、体積、温度の関係を、状態方程式を用いて説明できる。定容比熱、定圧比熱、比熱比および気体定数の相互関係を説明できる。内部エネルギーやエンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。等圧変化、等容変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を理解し、状態量、熱、仕事を計算できる。
(4) 熱力学の第二法則を説明できる。サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率および冷凍機・ヒートポンプの成績係数を計算できる。カルノーサイクルの状態変化を理解し、熱効率を計算できる。エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。固体、液体および理想気体におけるエントロピーの変化量を計算できる。サイクルをＴ-ｓ線図で表現できる。熱の有効エネルギーを説明できる。
(5) 水の等圧蒸発過程を説明できる。飽和蒸気、湿り蒸気、過熱蒸気の状態量を計算できる。蒸気の状態量を蒸気表および蒸気線図から読み取ることができる。
(6) 冷凍サイクル，蒸気圧縮式冷凍サイクル，蒸気線図の読み方について理解できる。空気冷凍サイクル，吸収冷凍サイクルについて理解できる
(7) 空気と空気調和，湿り空気の性質について理解できる。絶対湿度と相対湿度，乾球温度，湿球温度，露点温度について理解できる。空気線図の読み方，空気調和について理解できる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 総合評価８０点以上 | 標準的な到達レベルの目安 総合評価６０点以上 | 未到達レベルの目安 総合評価６０点未満 |
| 評価項目１
熱力学の基礎 | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。熱力学で用いられる各種物理量の定義と単位を説明できる。閉じた系と開いた系、系の平衡、状態量などの意味を説明できる。 | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
| 評価項目２
熱力学の第一法則 | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。熱力学の第一法則を説明できる。閉じた系と開いた系について、エネルギー式を用いて、熱、仕事、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。閉じた系および開いた系が外界にする仕事量をｐ－Ｖ線図で説明できる。 | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
| 評価項目３
理想気体の性質と状態変化 | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。理想気体の圧力、体積、温度の関係を、状態方程式を用いて説明できる。定容比熱、定圧比熱、比熱比および気体定数の相互関係を説明できる。内部エネルギーやエンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。等圧変化、等容変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を理解し、状態量、熱、仕事を計算できる。 | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
| 評価項目４
熱力学の第二法則 | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。熱力学の第二法則を説明できる。サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率および冷凍機・ヒートポンプの成績係数を計算できる。カルノーサイクルの状態変化を理解し、熱効率を計算できる。エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。固体、液体および理想気体におけるエントロピーの変化量を計算できる。サイクルをＴ-ｓ線図で表現できる。熱の有効エネルギーを説明できる。 | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
| 評価項目５
蒸気の性質 | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。水の等圧蒸発過程を説明できる。飽和蒸気、湿り蒸気、過熱蒸気の状態量を計算できる。蒸気の状態量を蒸気表および蒸気線図から読み取ることができる。 | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
| 評価項目６
冷凍サイクル | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。冷凍サイクル，蒸気圧縮式冷凍サイクル，蒸気線図の読み方について理解できる。空気冷凍サイクル，吸収冷凍サイクルについて理解できる | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
| 評価項目７
湿り空気と空気調和 | 教員の説明で以下の項目が自力でできる。空気と空気調和，湿り空気の性質について理解できる。絶対湿度と相対湿度，乾球温度，湿球温度，露点温度について理解できる。空気線図の読み方，空気調和について理解できる。 | 教員追加指導や学習支援者の指導で左記ができる | 左記の目標が達成できない。 |
学科の到達目標項目との関係
(分野別要件(工学(融合複合・新領域))基礎工学の知識･能力 JABEE基準2.1(1)
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情報技術、専門工学の基礎を身につける 大分高専学習教育目標(B2)
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教育方法等
概要:
機械工学科は，機械工学を中心とした幅広い学問と豊富な実験実習により，先端技術を含んだ多分野に対応できる人材の養成を目的とする。この目的を達成するために本科目は，④熱やエネルギーを利用する技術を中心とした学問・技術を教授し，これらを統合して社会に役立つものを設計・製作できる能力を培う。熱は，エネルギーや仕事がどのように変化するかを解き明かす学問である.エネルギーについては，省エネルギーや太陽エネルギーのように日常でよく使われ
ているが，熱力学におけるエネルギーとは物体に仕事をさせる能力と主義されている.熱と仕事はエネルギーの一つの形態であり，私たちの身のまわりにある自動車のエンジンや冷蔵庫，エアコンなどの機械・機器はこのエネルギーによって仕事をしている.
授業の進め方・方法:
1. 原則として１コマ完結型とした講義を展開する
2. 教科書と併用して，思考を整理したり促したり，思考の過程を振り返ることができる，到達目標達成評価課題（以下「課題」）を使用する
3. 主体的・対話的で深い学び（アクティブ・ラーニング）を創造する学習を導入する
注意点:
機械工学科 4年（教育プログラム 第１学年 ◎科目）必修，教育プログラム必修科目, 2単位（前期1コマ，後期1コマ，授業時間46.5時間）大分高専目標（B2），JABEE目標(2.1④)
1. 学生は本講義の受講に際して「学問的誠実性に対する約束」に署名して担当教員に提出すること
2. 「課題」は原則として講義終了時に提出すること
3. 総合評価は課題および試験で行う
4. 講義を欠席した場合，未到達レベルの目安(不可)の場合は，その講義の到達目標を達成するために補講および課題を行うこと
授業計画
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
第1章 熱力学を学ぶための準備
pp.1-14 |
熱力学定義，系について理解できる
|
| 2週 |
第1章 熱力学を学ぶための準備
pp.15-28 |
熱力学で扱う物理量，その他の諸準備事項について理解できる
|
| 3週 |
第2章 熱力学第1法則 その１
pp.29-39 |
エネルギーの形態，各種仕事の計算式，熱力学第１法則， 閉じた系の熱力学第１法則について理解できる
|
| 4週 |
第2章 熱力学第1法則 その２
pp.40-50 |
準静的過程， 移動境界仕事， エンタルピー， 比熱と内部エネルギー，エンタルピーの関係について理解できる
|
| 5週 |
第2章 熱力学第1法則 その３
pp.51-61 |
開いた系の熱力学第１法則，定常流動系の各種機械・機器，閉じた系の仕事と開いた系の仕事について理解できる
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| 6週 |
第3章 理想気体 pp.62-66 |
作動流体の種類，理想気体の内部エネルギー，エンタルピー，比熱について理解できる
|
| 7週 |
アクティブラーニング１
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課題解決的な学習，既習事項を活用する学習
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| 8週 |
アクティブラーニング２ |
自分の考えを発表・交流する機会
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| 2ndQ |
| 9週 |
前期中間試験 |
第1章〜第3章の範囲から出題する
|
| 10週 |
前期中間試験の解答と解説
第3章 理想気体
pp.67-75 |
理想気体の状態変化について理解できる
|
| 11週 |
第4章 熱力学第2法則
pp.76-85 |
熱力学第２法則，熱機関について理解できる
|
| 12週 |
第4章 熱力学第2法則
pp.86-96 |
冷凍機とヒートポンプについて理解できる
|
| 13週 |
第4章 熱力学第2法則
pp.96-105 |
カルノーサイクル，エントロピーについて理解できる 熱の有効エネルギーを説明できる
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| 14週 |
アクティブラーニング３ |
「できたこと」「わかったこと」の振り返り，日常生活、社会生活への広がり
|
| 15週 |
前期期末試験 |
第3章〜第4章の範囲から出題する
|
| 16週 |
前期期末試験の解答と解説 |
第3章〜第4章の範囲の前期期末試験の解答と解説をする
|
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
第5章 ガスサイクル
pp.106-121 |
熱機関の種類，ガスサイクルの検討の前提条件，往復式内燃機関の概要，オットーサイクルについて理解できる
|
| 2週 |
第5章 ガスサイクル
pp.122-137 |
ディーゼルサイクル，サバテサイクル，スターリングサイクルについて理解できる
|
| 3週 |
第5章 ガスサイクル
pp.138-152 |
ブレイトンサイクル，ブレイトン再生サイクル，ブレイトン中間冷却・再熱・再生サイクル，エリクソンサイクル，ジェット推進サイクルについて理解できる
|
| 4週 |
第6章 蒸気サイクル
pp.153-165 |
蒸気の一般的性質，蒸気表の読み方，線形補間法について理解できる
|
| 5週 |
第6章 蒸気サイクル
pp.166-175 |
ランキンサイクル，再熱ランキンサイクル，再生ランキンサイクルについて理解できる
|
| 6週 |
アクティブラーニング１ |
課題解決的な学習、既習事項を活用する学習
|
| 7週 |
アクティブラーニング２ |
自分の考えを発表・交流する機会
|
| 8週 |
後期中間試験 |
第5章〜第6章の範囲から出題する
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| 4thQ |
| 9週 |
第7章 冷凍サイクル
pp.176-182 |
冷凍サイクル，蒸気圧縮式冷凍サイクル，蒸気線図の読み方について理解できる
|
| 10週 |
第7章 冷凍サイクル
pp.183-187 |
空気冷凍サイクル，吸収冷凍サイクルについて理解できる
|
| 11週 |
第8章 湿り空気と空気調和
pp.188-194 |
空気と空気調和，湿り空気の性質について理解できる
|
| 12週 |
第8章 湿り空気と空気調和
pp.195-201 |
絶対湿度と相対湿度，乾球温度，湿球温度，露点温度について理解できる
|
| 13週 |
第8章 湿り空気と空気調和
pp.202-206 |
空気線図の読み方，空気調和について理解できる
|
| 14週 |
アクティブラーニング３ |
「できたこと」「わかったこと」の振り返り，日常生活、社会生活への広がり
|
| 15週 |
後期期末試験 |
第7章〜第8章の範囲から出題する
|
| 16週 |
後期期末試験の解答と解説 |
第6章〜第10章の範囲の後期期末試験の解答と解説をする
|
モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 熱力学で用いられる各種物理量の定義と単位を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
| 閉じた系と開いた系、系の平衡、状態量などの意味を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 前4 |
| 閉じた系と開いた系について、エネルギー式を用いて、熱、仕事、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。 | 4 | 前5 |
| 閉じた系および開いた系が外界にする仕事をp-V線図で説明できる。 | 4 | 前5 |
| 理想気体の圧力、体積、温度の関係を、状態方程式を用いて説明できる。 | 4 | 前6 |
| 定積比熱、定圧比熱、比熱比および気体定数の相互関係を説明できる。 | 4 | 前6 |
| 内部エネルギーやエンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。 | 4 | 前6 |
| 等圧変化、等積変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を理解し、状態量、熱、仕事を計算できる。 | 4 | 前6,前10 |
| 熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | 前11 |
| サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。 | 4 | 前12 |
| カルノーサイクルの状態変化を理解し、熱効率を計算できる。 | 4 | 前13 |
| エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。 | 4 | 前13 |
| 固体、液体および理想気体におけるエントロピーの変化量を計算できる。 | 4 | 前13 |
| サイクルをT-s線図で表現できる。 | 4 | 後1,後2,後3 |
| 熱の有効エネルギーを説明できる。 | 4 | 後1,後2,後3 |
| 水の等圧蒸発過程を説明できる。 | 4 | 後4 |
| 飽和蒸気、湿り蒸気、過熱蒸気の状態量を計算できる。 | 4 | 後4 |
| 蒸気の状態量を蒸気表および蒸気線図から読み取ることができる。 | 4 | 後4 |
評価割合
| 課題 | 試験 | 合計 |
| 総合評価割合 | 0 | 100 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 0 | 100 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |