化工專業認證和卓越工程師培養背景下化工熱力學課程教學改革

金士威　肖磊　楊小俊　田琦峰　閆志國　宣愛國

摘 要 卓越工程師教育培養計劃是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目。化學工藝專業是我校實施教育部“卓越計劃”的重點學科之一，我們對化工熱力學課程進行了教學改革和探討，對師資隊伍建設，優化課本內容，現代化軟件的應用，教學與本校特色專業建設相結合方面提出了思考和建議。

關鍵詞 卓越計劃 化工熱力學 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.01.059

近年來，我國參照有關《華盛頓協議》成員國的做法，開展了面向我國本科教育專業進行工程教育專業認證工作。“卓越工程師教育培養計劃”旨在全面提高我國工程人才培養質量，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高素質各類型工程技術人才。我校的化學工藝專業于1998年獲原化工部高等學校重點學科，同年獲得碩士學位授予權。2004獲湖北省教育廳“有突出成就創新學科”，2006年為湖北省第四批立項建設的擬增列二級學科博士學位點。化工熱力學課程在化工類人才培養中起著承前啟后的作用，是基礎課和專業課之間不可缺少的“橋梁與紐帶”。同時，化工熱力學又是應用性很強的課程，它的內容是后續分離工程、化學反應工程等課程的重要基礎，其核心任務在于培養學生分析問題和解決問題的能力，提高學生將熱力學基本原理應用于化工技術領域能力的目的。為更好地推進“卓越工程師教育培養計劃”，僅僅將書本中的知識講解給學生是遠遠不夠的。化工熱力學課程教學改革需要在激發學生興趣的基礎上將理論知識和實際運用結合，公式概念和現代化設計軟件結合，根據自己學校本身化工專業的特色和優勢，開展相應的化工熱力學教學工作。本課題將以我校化工與制藥學院化學工程與工藝專業的本科生為研究對象，圍繞我校化工專業認證與卓越工程師培養背景下化工熱力學課程教學中貫徹工程實踐能力培養的教學方法改革與實踐，提出一些建議和思考。

1 加強師資隊伍建設，提升整體素質

事業要發展，關鍵在人才，基礎在教育。基礎教學工作需要強大的師資力量作為后盾，只有完善的教學系統，才能定制出一套幫助學生學習的好方法。化工熱力學是化學工程的基礎學科，具有很強的理論性和應用性，書中有大量的公式和定律，不乏較多的難點，這些對教師如何很好地提升教學效果，讓學生聽得懂，用得到，有很大的挑戰。目前，學院一些教師對書本上的理論知識熟悉，但工程經驗以及理論教學和實際運用之間的相互轉換相對薄弱，這讓學生在學習的過程中或因理論知識過于枯燥而影響學習積極性，這不僅阻礙了教學效果，也不利于適應經濟社會發展需要的高質量人才的培養。針對這些問題，學校應該采取措施，建設一支以“卓越計劃”為根本的高水平的師資隊伍。（1）注重優秀教師的引進，優先聘請既有化工生產實踐經歷，又懂得化工熱力學基礎教學的優秀老師；（2）學院要加大校企合作力度，讓老師有更多的機會深入實踐，在實踐中切實感受理論與實際生產之間的差別和聯系，在以后的教學工作中能更好、更全面地將化工熱力學中的理論知識與工程實踐結合起來。（3）教師之間定期開展教學工作會議，反饋近期教學中遇到的問題，對那些教學過程中學生普遍存在的疑問和教學難點要集中討論，給出解決方案，動態教學提升教學質量。（4）學校應與其他院校建立學科教學網絡，共享教學成果與心得，從中汲取好的教學方法和新的教學思維，提升學科的教學質量。

2 優化課本內容，重視化工熱力學課程學習的應用性

“理論與實際結合，原理與應用并重”應該是化工熱力學教學內容的優先考慮條件。化工專業認證和卓越工程師培養背景下化工熱力學課程的教學應該旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，課程的教學既要有專業性，又要有社會實用性。對于化工熱力學書本內容上的教學提出以下幾點建議。（1）根據專業認證與卓越工程師培養的要求，根據學校教學計劃的調整，課時的縮減，重構符合工程認證與卓越工程師培養計劃的化工熱力學課程教學內容體系；（2）根據化工熱力學基本概念多、公式多、推導多，難點多的特點，重視化工熱力學學習內容的聯系性，例如從流體的P-V-T關系及熱力學性質出發，到流體的相平衡和化學反應平衡，最后與傳質、分離，反應工程相聯系，將基礎內容聯系起來，對于復雜問題的解決很有幫助；（3）提出“從生活中來到生產中去”教改思路，啟發學生在日常生活中用熱力學的原理去分析問題。比如冰箱的工作原理與空調是否相同？打開冰箱門能起到降溫的效果嗎？通過這些生活例子引入講解制冷循環與熱泵循環的原理，可以使學生的理解和掌握這類循環的應用；（4）收集化工生產中化工熱力學的應用實例，在教學中注意與工程實踐相結合，以生動的例子來講解熱力學原理的應用。如“液化氣成分的選擇”、“以壓縮天然氣為燃料的出租車的里程問題”以及“低溫熱管降服青藏鐵路凍土‘多動癥”、“化工熱力學與遏制全球變暖的關系”等科學前沿成果等這些與教材和生活緊密結合的化工生產實例都可以運用到化工熱力學的教學中。

3 加強現代化軟件的應用

當前，計算機技術已經廣泛應用到化工科研，設計和生產等各個領域，大部分工程設計和實驗研究都需要借助強大的化工軟件。熱力學性質計算和化工過程模擬分析都可以借助化工軟件來實現。在化工熱力學課程教學的過程中，應該加強現代化軟件的應用，將專業知識和計算機軟件應用相結合，讓學生能運用已學的現代化化工軟件來解決課本和生活中的實際問題，模擬和分析簡單的化工過程。對于流體P-V-T的教學時，可以引入Math-ematica軟件求解立方型狀態方程的根，也可以采用Newton-Raphson迭代法數值求解。講解相平衡時，將工程上常用的Aspen Plus軟件引入到氣液相平衡計算中，模擬精餾分離甲醇-水混合物的過程。對于數據計算類，包括實驗數據處理、物料衡算、能量衡算、精餾塔設計計算和經濟評價等，可以運用Matlab，Visual Basic等常用軟件。現代化工軟件的學習不僅可以培養學生的學習興趣提升綜合實力，也為后續的化工分離工程等學科的學習打下基礎，增強了工程意識，適應了化工專業認證與卓越工程師培養的要求。

4 將教學與本校專業特色建設相結合

學校專業特色建設是提高辦學質量的關鍵所在。近十多年來，高校超常發展帶來一個負面化問題是同質化嚴重，學校特色淡化。我校的特色學科化學工程與技術為地區經濟提供了巨大的幫助，是中南地區唯一培養化工礦山相關專業人才的本科院校，在磷資源開發利用方面，學術水平居于全國領先地位。湖北省磷化工中心就設在學校。除了在磷資源開發方面，石油煉制，精細化工等都是學校的特色專業。學校在化工方面有自己的特色和發展，化工熱力學也是大化工方向的基礎課程，可以將本課程的學習與學校化工特色專業相結合，這樣既有先進的思想做指導又可以為我校特色專業的發展培育人才，為國家走新型工業化發展道路，建設創新型國家和人才強國戰略服務，符合卓業工程師教育培養計劃的初衷。學校的超臨界流體萃取新技術可以運用化工熱力學中的氣液平衡和氣固平衡來解釋，書本上所介紹的直接式熱泵精餾、間接式熱泵精餾、閃蒸再沸式熱泵精餾、蒸汽噴氣式熱泵精餾和吸收式熱泵精餾過程，如果是僅僅依賴教師課堂上的講授，學生只能簡單地了解這些技術，講到這些技術時可以將學生帶到學校的精細化工中試車間，讓學生直觀地感受這些工程技術，然后輔助熱力學上的知識講解，可以讓學生更好地掌握這些知識。利用學校化工特色專業現有的資源，開展更多這樣生產實踐活動，對化工熱力學的教學工作有很大幫助。

5 結語

針對化工熱力學課程的教學，國內許多高等學校都進行了一些富有意義的探索，如開展化工熱力學精品課程建設、雙語教學研究等方面的嘗試。但迄今為止，基于化學工藝專業認證背景，結合卓越工程師培養的化工熱力學課程工程實踐教學的探討，還亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技術和制造行業，化工熱力學課程的教學需要更為科學、深度的改革。始終本著以培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，對促進高等教育面向社會需求培養人才，全面提高工程教育人才培養質量為目的，深化對化工熱力學課程教學的改革。

*通訊作者：金士威

武漢工程大學教學研究項目（X2013010）資助

參考文獻

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