化工熱力學(xué)教學(xué)體會

梁喜珍，周躍明，楊婥

摘要：根據(jù)化工熱力學(xué)課程內(nèi)容的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中重視緒論講解，深化例題剖析，完善考核方式，著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決熱力學(xué)實(shí)際應(yīng)用問題的能力。

關(guān)鍵詞：化工熱力學(xué);教學(xué)體會;學(xué)生

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0311-02

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門主干課，是學(xué)生在具備了物理化學(xué)、化工原理等基礎(chǔ)知識后必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。它是化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程和化工設(shè)計(jì)等課程的基礎(chǔ)。化工熱力學(xué)內(nèi)容廣泛，公式多，邏輯性強(qiáng)，很多學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)過程中，感到無所適從[1]，化學(xué)熱力學(xué)課程的學(xué)習(xí)任務(wù)是總結(jié)、深化熱力學(xué)基本定律及相關(guān)理論知識，研究各種物理化學(xué)變化過程的平衡理論、條件或極限狀態(tài)，如有效利用能量，培養(yǎng)和提高從事化學(xué)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)的學(xué)生，以及科學(xué)研究工作的理論分析。因此，在教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生掌握本課程的基本原理和應(yīng)用方法，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

一、重視緒論的講解，增強(qiáng)學(xué)生對課程體系的總體把握

在一門課程的講授過程中，緒論部分可以說是該課程的領(lǐng)航燈[2]，但作為課程的第一堂課，緒論既是全書的序幕，又是課本的綱領(lǐng)[3]。緒論的系統(tǒng)講授不僅可以讓學(xué)生詳細(xì)了解本課程的發(fā)展概況和學(xué)科聯(lián)系，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能從整體上初步把握課程的內(nèi)容。在講授過程中，我們通過多媒體生動形象地向?qū)W生展現(xiàn)了熱力學(xué)的發(fā)展歷史及其在熱力學(xué)發(fā)展過程中一些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的定理、定律的故事，并將相關(guān)課程有效地銜接起來。例如，告訴學(xué)生化工熱力學(xué)是物理化學(xué)熱力學(xué)部分的延伸，又是物理化學(xué)在真實(shí)過程中的拓展，復(fù)習(xí)了已學(xué)物理化學(xué)中相關(guān)重要的公式，引導(dǎo)學(xué)生回憶和鞏固，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而對化工熱力學(xué)知識脈絡(luò)等方面的講解，能夠使學(xué)生對該課程有一個(gè)系統(tǒng)的總體把握，讓學(xué)生清楚“原理—模型—應(yīng)用”構(gòu)成了化工熱力學(xué)內(nèi)容的“三要素”。原理是基礎(chǔ)，應(yīng)用是目的，模型是應(yīng)用中不可缺少的工具。只有真正理解和掌握熱力學(xué)的基本原理，才能根據(jù)原理選擇建立或修正模型，并應(yīng)用于解決工程的實(shí)際問題，使學(xué)生了解各章的主要內(nèi)容的作用和聯(lián)系，對教學(xué)有全面的了解。

二、深化例題剖析，重視概念之間的相互聯(lián)系

化工熱力學(xué)既難教又難學(xué)[4]，教學(xué)內(nèi)容包含大量抽象的理論、復(fù)雜的推導(dǎo)和煩瑣的計(jì)算，除了課堂教學(xué)把這些概念、原理和公式充分講清楚外，還必須通過一些例題的深入剖析和充分的作業(yè)練習(xí)才能使學(xué)生真正掌握。

化工熱力學(xué)三要素中的應(yīng)用部分主要包括均相封閉系統(tǒng)和均相敞開系統(tǒng)，化工熱力學(xué)課程的一條主線吉布斯函數(shù)G起著重要的作用[5]。舉一個(gè)典型例題，例如：某二元混合物，其中A、B、C為溫度T、壓力p的函數(shù)，lnf=A+Bx■+Cx■■，x■（i=1，2）為混合物中1組分和2組分的組成（摩爾分?jǐn)?shù)）。確定G■/RT、lnγ■、lnγ■（以Lewis-Randall規(guī)則為兩組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），求解該題目涉及較多概念：混合物的逸度f和混合物中各組分的組分逸度■■的關(guān)系式是lnf=∑x■ln■或者ln■=■■，活度系數(shù)γ■和組分逸度■■及純組分的逸度f■之間的關(guān)系是γ■=■，超額吉布斯自由能G■與各組分活度系數(shù)γ■的關(guān)系式是G■/RT=∑x■lnγ■或者lnγ■=■■。題目要求根據(jù)已知條件lnf與A、B、C、x■、x■的關(guān)系，求解G■/RT、lnγ■和lnγ■。該題目有兩種解題方法：第一種是先求出lnγ■和lnγ■，然后再根據(jù)G■/RT=∑x■lnγ■求出G■/RT;第二種是先求出G■/RT，然后根據(jù)lnγ■=■■求出lnγ■和lnγ■。兩種方法計(jì)算復(fù)雜程度不相上下，我們以第一種方法為例，由已知條件再加上公式ln■=■■，可以求出ln■和ln■，再根據(jù)γ■=■可以求出lnγ■和lnγ■（其中純組分逸度f■=■f，f■=■f），進(jìn)而根據(jù)G■/RT=∑x■lnγ■求出G■/RT。李俊等[6]給出了類似第二種方法的求解，在此不再贅述。該題目的深度剖析使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到多個(gè)重要熱力學(xué)概念、關(guān)聯(lián)式的必要性和重要性，也使他們認(rèn)識到，經(jīng)過一定的推理過程鍛煉，就能夠利用這些熱力學(xué)概念和相互關(guān)系式解決具體問題，從而激發(fā)了他們認(rèn)真學(xué)習(xí)和領(lǐng)會熱力學(xué)基本知識和方法的興趣。

三、完善考核方式，鞏固教學(xué)效果

考試是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，為了更好地評價(jià)學(xué)習(xí)效果，準(zhǔn)確反映學(xué)生的掌握情況和能力發(fā)展水平，使學(xué)生在為成績而努力學(xué)習(xí)的過程中，能夠完成知識體系的建立和能力的提高[7]，本課程制定了公平、公正的考核方法，采用總成績=平時(shí)成績（占30%）+期末成績（占70%）的綜合評價(jià)方法作為學(xué)生的最終成績。其中平時(shí)的成績是對平時(shí)學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)的檢驗(yàn)，主要包括：出勤、聽講、作業(yè)完成情況及其專題小論文的寫作和討論過程中的表現(xiàn)等。期末考試主要側(cè)重于考核學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力，例如對于考核試卷中計(jì)算題的判卷不注重計(jì)算結(jié)果，主要是看計(jì)算的思路以及對公式的應(yīng)用情況，充分發(fā)揮考試對于學(xué)生學(xué)習(xí)的導(dǎo)向作用。

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程學(xué)的重要組成部分，它是化工過程研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。在化工熱力學(xué)的教學(xué)過程中，時(shí)刻以學(xué)生為主體，針對學(xué)生存在的具體問題調(diào)整授課方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生抽象概括實(shí)踐系統(tǒng)的能力，綜合運(yùn)用知識分析和解決問題的能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程和進(jìn)一步學(xué)習(xí)新理論、新知識和新技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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Experience in Teaching of Chemical Engineering Thermodynamics

LIANG Xi-zhen，ZHOU Yue-ming，YANG Chuo

（School of Chemistry Biology and Materials Science，East China University of Technology，Nanchang，Jiangxi 330013，China）

Abstract：According to the characteristics of the chemical thermodynamics course，we pay attention to explain the introduction，deepen the analysis of the examples，improve the assessment methods in the teaching process，and focus on cultivating students' ability to independently analyze and solve the practical application problems of thermodynamics.

Key words：Chemical Engineering Thermodynamics;teaching experience;student