化工熱力學教學方法解析

【摘 要】培養學生、教育學生一直是學校和教師的主要任務，高素質人才的培養更是學校和教師的共同目標。課堂教學雖是傳統的教學模式，但目前仍是學校的主要教學手段。如何提高化工熱力學的課堂教學效果是授課老師需要思考的重點問題，本文從教材和教學方法入手對化工熱力學的教學進行解讀和分析。

【關鍵詞】化工熱力學 教學方法 考查方式

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）26-0058-02

隨著能源日漸短缺、極端天氣逐年增多，近年來，節能減排及應對氣候變化成為我國及世界各國的重要議題。而如何控制能源消費總量并提高其使用效率，如何調整優化能源結構，落實到細節就與化工熱力學有密不可分的聯系。化工熱力學在化學工程領域的重要地位始終是無法動搖的。化工熱力學是熱力學的一個重要分支，是化工類及相關專業的一門重要的專業基礎課程。化工熱力學在培養化工類人才過程中起著重要的承前啟后、由基礎到專業的橋梁作用，是化工類人才必須要打好的知識基礎。如何在大學課堂講好化工熱力學這門課程，使學生能夠學有所用是我們授課教師需要認真思考的問題。

一 課程特點

1.知識交叉重復

大多數化工熱力學教材的理論內容編排都與一些先行課程如無機化學、物理化學、物理學等有重復，這種知識的重復學習不僅會降低學生的學習興趣，而且也沒有充分體現出本門課程在實際應用中的價值。如物理化學課程的第一章便是化學熱力學基礎，這部分內容包含了熱力學的大部分基礎知識，熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三定律、熱力學函數的基本關系式、多組分系統熱力學等內容都在其中。而這些熱力學的基礎知識是學習化工熱力學的基礎，所以相應的內容也編排在化工熱力學的教材中，在教學過程中哪些內容重新講解，哪些內容簡單帶過，如何處理這些交叉的內容都是需要認真考慮的。

在實際教學中，對學生已經學習過的定律及推導過程便不應再做重點講解，而應對其在實際化工過程中如何應用進行重點講解。如熱力學第一、第二定律，相關的理論基礎知識在普通物理和物理化學課程上都有重點講解，那么在化工熱力學的課堂上講授的重點就放在應用其基本原理分析熱力學過程上，突出穩定流動過程的能量衡算、熵衡算、理想功、損耗功和有效能衡算，利用這些衡算原理對過程的能量利用情況進行分析，達到節能減排的目的。

2.公式多、計算煩瑣

化工熱力學相較于其他課程概念多、計算公式多且復雜。對于一個簡單的具體實際問題，通常也需要復雜的計算過程。學生的課后作業也多是要通過大量的手動計算來進行，而不是應用所學知識解決實際問題，這便會使學生覺得缺乏新鮮感和感性認識，覺得枯燥無味，提不起學習興趣。本科教學所追求的目標已不是高分數，而是更重視學生的獨立思考能力和創新意識，培養對社會有價值的生力軍。針對大量的公式，公式推導不可少，但教學時要適度地推導，突出重點。告訴學生不要死記硬背公式，而是要掌握各種公式的應用條件和方法，理解各種符號的含義，理解推導步驟和過程，這樣會有利于減輕學生的學習負擔，激發學生的學習熱情和積極性。教學重點應與考核方式緊密結合，既然考查的重點不是死記硬背而是應用，那考核就應采取開卷的方式。

二 教學方法的改進

大學的教學已不采用中學階段的“填鴨式”教學方法，而是采用啟發式教學方法，通過激發學生的學習興趣、提高學生學習的主觀能動性來促進學生的自主學習。如何激發學生自主學習便是授課教師要重點思考的問題。

1.注重緒論的講授

緒論作為課程的第一堂課既是全書的序幕又是課程的綱領，緒論的講授對激發學生對本門課程的學習積極性發揮著重大作用。緒論講授中可以向學生敘述熱力學的發展史，介紹熱力學發展過程中重要的科學家及名人軼事。如介紹同學們熟知的焦耳、開爾文、卡諾、吉布斯、克勞修斯等科學家在化學領域做出的貢獻并重點突出在熱力學領域的貢獻，介紹這些科學家之間的關系，介紹這些科學家的事跡。通過介紹這些科學家來講述熱力學的發展史。拋出與課程內容相關的生活實例激發學生對課程的學習興趣。如我們日常生活中經常會用到的壓力鍋、冰箱、空調的工作原理是什么？與熱力學有什么關聯？列舉一些實例，與這些實例相關的知識會在今后的課堂中學到。這樣會使學生對本門課程抱有好奇心和求知欲。

清楚地介紹本門課程的研究范疇和學習目的，詳細講解本門課程的特點、研究方法和知識脈絡，使學生清楚學什么、為什么學、怎么學。并從專業角度介紹一些化工熱力學應用于實際中的具體典型例子，讓學生了解本門課程的重要性，以提高學生對這一學科的重視程度。

2.以實例為先導

化工熱力學既難教又難學，教學內容包含大量抽象的理論、復雜的推導和煩瑣的計算，若在教學中都是理論講解，學生會出現畏難心理和厭學情緒。為避免這種情況的發生，在教學過程中盡量以實例為先導。先提出一個具體的問題，然后再講解如何解決這一問題，在解決問題的過程中引出所要講授的知識內容。這樣即便是比較抽象、煩瑣的知識，學生也比較容易接受和掌握。問題解決之后，對所涉及的知識點進行梳理，然后再列舉一些類似的問題讓學生們自己分析，達到舉一反三的效果。所列舉的實例與緒論講解中提出的實例相對應，在學生掌握所學知識點后再列舉一些與所講授知識點相關聯的化工實例，突出化工熱力學的學習目的即解決化工生產中的實際問題。

3.計算機與模擬軟件相結合輔助教學

首先化工熱力學所涉及的計算問題較為復雜，若手動計算則計算過程煩瑣且計算量大，而且手動計算只能解決一些簡單的問題，這很大程度上阻礙了學生的學習興趣。其次化工熱力學所涉及的化工過程都比較復雜，不便于學生實際動手操作，這限制了學生應用化工熱力學方法分析和解決實際問題。隨著計算機的普及和化工軟件的開發，將二者相結合作為重要的輔助教學工具，不僅能解決計算上的困難，還可以通過軟件進行過程模擬以加深學生對化工熱力學的理解和應用。如在化工領域應用廣泛的Aspen Plus軟件，軟件中包含的物性方法從氣體到液體貫穿了化工熱力學的主體內容。通過選擇正確的物性方法可以很便捷地進行物性估算。這一學習不但使學生能夠方便地解決問題，還能夠對所學的模型有更深刻的認識。軟件中的流體輸送單元和換熱器單元也涉及了大量的化工熱力學知識，可處理很多相關的問題。

三 考查方式的改革

課程的考查方式直接影響著學生的學習目的。如果要實現對學生的能力培養，那么課程的考查就不能僅靠單一的一份期末考試試卷，而應更重視學生平時的學習積極性和學習態度。

化工熱力學的理論性強、基礎概念深奧，學生平時的學習態度直接影響其對課程的掌握程度，所以考核方面應更重視學生的平時表現，采取平時成績占50%，期末成績占50%的考核方式。出勤率僅是平時表現的基本考核指標，學生課堂參與程度是考核的重點。平時成績的比例增加了，那么相應的考核內容也就增加了。平時成績包含了出勤、作業、課堂測驗、期中測驗、課堂報告和課程論文這幾個部分。通過平時不斷的督促和強化也使學生更能跟上課堂學習的節奏，通過自覺地查閱課外資料也使學生對課程內容有了更好的理解和把握。

期末考試以評價學生能力為主，考試題目包含該課程的基本重點知識點，但更側重于理解和應用，重點考核學生應用所學知識分析問題和解決問題的能力。考試采取開卷方式，考題類型多為主觀題，考核知識點覆蓋面廣，題量適當，避免出現太大、太深的計算題。

四 結束語

化工熱力學是化學工程學的重要組成部分，是化工過程開發、研究和設計的理論基礎。在教學的初期要讓學生充分理解為什么要學習這門課程，在教學過程中通過不斷地梳理讓學生體會如何學習這門課程，在教學結束階段讓學生深刻了解這門課程能解決什么問題并掌握如何運用這門課程的知識解決實際問題。在化工熱力學的教學過程中，要時刻秉承以學生為主體的理念，時刻謹記以應用為目標的宗旨。伴隨教學進程逐漸了解學生的學習目的，根據學生的訴求對課堂教學進行調整，在保證相關知識講授的前提下盡可能地滿足學生的要求。課堂教學中針對學生存在的具體問題調整課程內容、授課方式，充分調動學生的學習熱情，真正地做到傳道授業解惑，為培養化工人才奠定基礎。

參考文獻

[1]陸小華、馮新、吉遠輝等.迎接化工熱力學的第二個春天[J].化工高等教育，2008（3）：19～21

[2]王車禮、裘兆蓉、鐘璟等.化學工程與工藝核心課程群的構建與整合[J].化工高等教育，2005（1）：39～42

[3]高光華、童景山主編.化工熱力學（第二版）[M].北京：清華大學出版社，2007

[4]吳如春.提高化工熱力學教學質量的新嘗試[J].廣西民族大學學報（自然科學版），2008（3）：95～97

[5]鄢浩、陳晉陽、張彰等.短學期制下《化工熱力學》的教學實踐與嘗試[J].廣東化工，2011（6）：224

〔責任編輯：林勁〕