提高《化工熱力學》課程教學效果的幾項措施

摘 要 化工熱力學結合化工過程闡述熱力學定律及其運用，是化工過程研究、設計和開發的理論基礎。通過幾項改革措施激發了學生的學習興趣，深化了對理論知識的理解，培養了學生的工程意識，提高了學生分析和解決實際工程問題的實踐能力，進而提高化工熱力學課程的教學質量和水平。

關鍵詞 化工熱力學 改革 教學 措施

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

化工熱力學是化學工程的重要分支和基礎學科，是化學工程與工藝專業的必修專業基礎課程，是在化學及與其相關的科學實驗和工業生產實踐中發展起來的一門理論性和應用性較強的課程。該課程是將熱力學基本定律應用于化學工程領域而形成的一門學科，主要研究化工過程中各種形式能量之間相互轉化的規律及過程趨近平衡的極限條件，為有效利用能量和改進實際過程提供理論依據。化工熱力學在化工類學生的培養過程中起到由基礎知識到專業知識的銜接作用，它是物理化學，化工原理的后繼課程，同時它又是化學反應工程，化工分離工程，化工設計的基礎和指導課程，對于學生專業知識結構的建立和走上工作崗位后專業水平的提高起著極其重要的作用。它既論述化學問題，又討論工程問題；既有嚴謹的理論性和邏輯性，又有較強的應用性和簡化性。

1目前學生學習化工熱力學的現狀

化工熱力學是一門理論性較強的課程，是學生完成基礎課后的專業基礎課。知識特點是循序漸進，由簡單到復雜，各部分互相銜接，理論和實際聯系緊密，對實際化工生產和工藝設計具有不可或缺的重要性。反應在課程上是概念多且概念抽象難懂，理論推導多，公式繁雜難記、計算方法多而繁瑣，對高等數學和物理概念要求熟練掌握并運用。和其它專業基礎課程相比，會使化工專業學生感到難度大增，化工熱力學往往被學生定義為“最難”的課程之一。而化工熱力學邏輯性這使得化工熱力學課程的教學非常困難。因此，如何搞好化工熱力學教學質量對化工專業的學生非常重要。在借鑒同行教學經驗的基礎上，結合自己的教學體驗，我們對教學方法教學改革以提高化工熱力學教學效果。

2化工熱力學教學改革措施

2.1重視緒論部分的學習，把握課程學習的主線

緒論既是全書的序幕，又是課本的綱領，緒論的講授對課程后續內容的學習起著至關重要的作用。緒論主要講述熱力學的發展、化工熱力學的定義和用途、化工熱力學研究內容和特點、化工熱力學的局限性、如何學好化工熱力學。熱力學的發展主要介紹化工熱力學是以化學熱力學和工程熱力學為基礎，結合化工實際過程逐步形成的學科。化工熱力學的的用途例舉了化工熱力學在諸多實際工程中的應用。原理-模型-應用構成化工熱力學研究內容的三要素。運用經典熱力學的原理，結合反映體系特征的模型，應用于解決工程中的實際問題。化工熱力學的研究特點為局部的實驗數據推算系統完整的信息；從常溫常壓的物性數據來推算苛刻條件下的性質 ；從容易獲得的物性數據（P、V、T、X）來推算較難測定的數據（H，S，G）；從純物質的信息求取混合物的信息。研究體系為實際狀態，處理方法為以理想態為標準態加上校正。獲取數據的方法為少量實驗數據加半經驗模型。如何學好化工熱力學部分主要強調三點，一是掌握化工熱力學處理問題方法之特點，二是注意準確理解熱力學概念，三是注意單位換算。通過緒論學習，從而使學生認識到化工熱力學的重要性，激發對課程學習的興趣；使學生對該課程有一個系統的認識和總體把握，清楚各章節之間的邏輯關系和學習化工熱力學的三要素，即：原理一模型一應用，幫助學生抓住課程的主線和重點，建立熱力學的學習方法，明白化工熱力學的最終用途，從而讓學生自我解決為什么要學、學什么以及怎么學等疑問。

2.2優化課程內容，突出自身要求使前后課程相協調

化工熱力學是在學生學習了化工原理、高等數學和物理化學等基礎課程之后開設的，又是后續的分離工程、化工設計、化學反應工程等課程的基礎，例如分離工程需要相平衡的知識，化工設計需要相平衡和過程能量分析的知識，化學反應工程需要化學平衡的知識等。因此，化工熱力學在化工類人才培養中起著重要的承前啟后、由基礎到專業的橋梁作用是化學工程與工藝專業的核心課程。

對化工熱力學而言，它是物理化學熱力學部分的延伸，又是物理化學在真實過程中的拓展，其中部分內容與物理化學重復。在化工熱力學的教學過程中，在要求課前復習的前提下，只需在課堂上花少量的時間對這些重復的基本理論進行提問即可，引導學生回憶和鞏固，并將相關課程有效地將銜接起來，從而節省寶貴學時。同時，化工熱力學是以應用為主要目的的，因而在化工熱力學的教學中重點應放在這些原理在化學工程中的應用。隨著課程內容的不斷深入，化工熱力學與分離工程、化工設計等的聯系逐漸多起來，但是由于這些課程還沒有開設，學生很難認識到化工熱力學對其他課程的作用，因此在課堂教學的過程中只能通過相關的實例進行引導，比如分餾塔的逐板計算用到的氣液平衡、化工設計用到的能量衡算等。

2.3精煉教學內容，注重理論聯系實際

“原理—模型—應用”構成了化工熱力學內容的“三要素”。原理是基礎，應用是目的，模型是實現目的工具。只有真正理解、掌握了熱力學的基本原理才能根據這些原理去建立或正確選用模型并應用到解決具體的工程實際問題之中去，才能夠比較順利地、系統地學好整個課程。我們將不同體系的熱力學原理與實際過程計算對應起來，以便讓學生全面把握課程的整體構架，正確理解熱力學概念，靈活應用熱力學原理，做到原理和應用前后呼應，使學生對學習“原理”不覺得枯燥，在“應用”時又有據可依。注重打實基礎，突出應用，內容上盡量精煉，避免重復。根據學生的學習特點，遵循先基礎理論后實際應用，先簡單后復雜的原則讓學生循序漸進地入門。

其次要理論聯系實際，將授課內容與實際生活中遇到的問題結合起來。比如說，空調與冰箱已成為人們日常生活都離不開的普通家用電器，那么夏天打開冰箱門能否當空調使用使室內溫度下降？冰箱的工作原理與空調是否相同？使用空調、冰箱時如何節電？注意在緒論以及各章的開始都通過實例引出問題讓學生們思考，而不是直接就講授理論公式。上課過程中注意適時引出問題，留有懸念，促使學生帶著疑問聽，在聽課過程中去主動思考，在學習過程中去尋求答案。從一開始就吸引學生的注意力，激發他們的求知欲望，使學生感覺到原來化工熱力學并不是那么抽象空洞，而是如此實實在在與生活密切相關。而且通過實例的引入使原本枯燥的文本內容變得生動活潑起來，活躍了課堂氣氛。

從這兩方面改進教學，可以使學生有目的且感興趣地學習，提高學習的主動性從而提高學習效率。

2.4多媒體教學與板書教學有機結合

化工熱力學有大量的經驗公式，復雜的公式推導過程，抽象的基礎理論概念，復雜難懂的相圖，這些內容比較相近且相互雜亂。為了提高課堂教學效果，采用多媒體教學手段，利用圖、文、聲等形式講授抽象枯燥的教學內容，有利于學生對知識的理解和記憶。但由于化工熱力學課程的特點，傳統的板書教學在控制上課節奏，把握課堂重點上仍具有無法替代的優勢。比如某些公式的推導更需要一種師生之間的同步過程，思路的延續在互動配合中更容易交流。教師在教學過程中，將多媒體教學與板書教學有機結合起來，有效地拓寬了教學空間，使教師有更多的時間進行重點、難點的講解，能效有地增加教學信息量，提高教學效率。

2.5鼓勵學生采用軟件計算

化工熱力學計算往往要涉及到較多較復雜的公式，公式中通常包含有多個不同的參量，并且參量之間又往往是復雜的函數關系，因而熱力學的計算異常復雜，計算量大，傳統手算方式很難能夠完成工作。這也就使得計算機軟件的使用和編程能力的培養在熱力學的教學中占有著重要的地位。

在化工熱力學課程教學的過程中，我們加強了現代化軟件的應用，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，VisualBasic 等常用軟件。Aspen plu軟件是近些年應用非常廣泛的化工計算軟件，該軟件集合了化工熱力學的理論基礎，對求解化工生產過程的物性參數、狀態方程求根、物料衡算和熱量衡算等問題都游刃有余，是進行化工過程模擬和化工計算的強有利的工具，尤其在近年來全國大學生化工設計競賽中更凸顯其重要性。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，而且為學生后續課程化工分離、化工系統工程、化工設計等的學習以及將來從事相關行業的工作打下了良好的基礎。

2.6改變考核方式，注重對學生學習過程和應用能力考察的考查

課程考核是檢查教師教學質量和學生學習效果的重要手段，是反饋教與學信息的有效途徑。考核方式的選擇對教師和學生都有著極大的影響，不同的考核形式對于學生知識掌握和能力培養有重要的引導作用。傳統的課程考核方式以期末考試為主，這種考核方法要求學生在考試之前要花大量的精力去記憶公式、理論的內容，從而忽視了對于課程內容的理解、總結和應用。學生普遍感覺考試完了以后，學過的內容幾乎都忘記了。經過長期的課程考核實踐，我們認為傳統的考核方式并不十分適用。

我們對于學生的考核分兩個方面進行。第一部分是對平時學習過程表現的考核，另一部分為期末考試，各占50%。平時學習過程表現的考核包括出勤、提問、課堂討論及加強階段測試，鼓勵學生使用軟件求解習題，并鼓勵學生提交電子練習。對于提交電子練習的學生在平時成績方面給予適當加分。期末考試側重學生應用能力的考察。期末考試的考試范圍覆蓋面盡量廣泛、題量適中，題目側重學生對所學內容的理解和應用。

3結語

作為化工類專業的必修基礎專業課，化工熱力學是一門理論與應用并重的課程。在教學過程中，不僅要扎實化工類專業學生的理論基礎，還要提高學生的實踐能力和工程意識。通過采取上述一些措施，提高了學生對于化工熱力學學習的積極性，培養了應用化工熱力學的理論和觀點解決化工過程實際問題的初步能力。今后，我們將不斷更新教學方法、尊重教學規律、采用符合時代特征的教學手段等措施 ，積極提高化工熱力學教育教學質量。

作者簡介：魏超（1967-），女，湖南湘潭人，博士，副教授，主要從事化學工程相關研究和教學。

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