《化工熱力學》教學方法的探索和思考*

朱 娜，王 潔

(1 南通大學杏林學院，江蘇 南通 226008；2 南京林業大學化工學院，江蘇 南京 210037)

化工熱力學課程是化學工程專業最重要的課程之一，是化工類專業必修的專業基礎課程。化工熱力學以物理化學為基礎，從熱力學第一、第二定律出發，利用高等數學建模計算，研究化工過程中各種能量的相互轉化和有效利用，研究各種物理和化學變化過程中達到平衡的理論極限、條件和狀態[1-2]，為分離工程、化學工藝學提供了相平衡的理論計算依據和工藝參數，是化工過程開發、設計和生產的重要理論依據。

1 化工熱力學課程特點及目前存在的主要問題

化工熱力學課程理論性強，概念多且抽象，公式復雜且存在大量繁瑣的推導過程，側重邏輯思維，這些使得學生學習過程枯燥無味[3-4]。并且大部分學生覺得該學科不像化工原理課程，與實際應用緊密相關。因此，對化工熱力學課程的學習，不夠重視也提不起興趣。同時，我校化工熱力學課程設置僅48課時，而化工熱力學課程涉及流體的PVT關系、流體及其過程行為、熱力學第一第二定律等化工熱力學基本原理、計算模型與應用方法等等。課程內容與課時之間存在矛盾，因此要在規定有限的學時內使學生具備化工熱力學課程所要求的理論知識，并能應用在后續化工相關的科學研究或實際工作中，是亟待解決的問題。

2 化工熱力學教學方法的探索和思考

2.1 精煉教學內容

我校選用的教材是馬沛生、李永紅主編的《化工熱力學》第二版。該教材內容理論性強，內容多且邏輯嚴密，在授課過程中如果面面俱到，48課時是完全不夠，因此，在授課內容上可以根據實際情況和授課對象做一些調整。一方面，該課程涉及到的基本概念和一些公式，之前在物理化學中學習過[5]，因此，在授課時，可以簡單復習一下；另一方面，本課程涉及大量復雜公式的推導，高等數學和物理化學基礎的好壞直接影響該課程的學習，而二本學校的學生本身基礎比較薄弱、邏輯思維能力相對較弱。因此，在授課過程中，對經驗或半經驗的公式提出輕推導，重點介紹和對比各種公式的適用條件以及應用實例，例如第二章流體的PVT關系中涉及到很多狀態方程，如范德華方程、RK方程、SRK方程、PR方程等等，這些方程中的參數需要用到大量復雜的推導且這些推導過程有較多相似的地方，那么在教學過程中我們可以簡單交待一下是通過在臨界點一階導數和二階導數為零得到這些參數的值，著重介紹后續的計算過程、這些狀態方程的區別以及它們的適用范圍。對于本身高等數學基礎好且邏輯思維能力強的學生，可以鼓勵學生課后思考推導過程，訓練邏輯思維能力。

2.2 思維導圖構建知識體系

化工熱力學課程知識量大，每一章節就有大量的概念、公式以及推導過程，隨著后續章節內容的增多，在學習過程中，學生往往容易陷入困境，把知識點搞混。對此，在授課過程中，我們可以引入思維導圖。首先，在緒論部分時，要詳細介紹化工熱力學的研究對象、研究內容以及為什么，在此基礎上，我們引入本課程所涉及到的內容及各部分的關系，從而列出本課程的內容框架。同時為了清楚介紹各章節之間的邏輯關系，可以用樹狀圖將各章內容聯系起來。隨后在開展每一章內容之前，首先介紹本章節內容在化工熱力學課程框架中的地位與作用，使學生時刻明白目前章節的位置，明確學習目的與重點，做到有的放矢。在每一章節結束時，都要系統的復習一下本章節的內容。當化工熱力學課程全部內容結束后，讓學生自己練提綱，總結每一章內容的知識點、公式及其適用條件以及解決什么問題，然后羅列各章節之間的關系。通過羅列提綱的方法，使學生對該課程的內容有清楚的認識，并明白各章節之間的關系，從而提高學習效率。

2.3 多元化教學方法培養學生學習興趣，提高教學效果

通過引導式教學方法培養學生學習興趣、引導學生思考，通過例題教學和習題演練提高教學效果。

2.3.1 引導式教學

化工熱力學課程概念多且都很抽象，不像化工原理和化學反應工程等學科涉及到工程化的實驗條件和工程實際問題。學生往往覺得化工熱力學課程既難學又無用武之地，在學習之初往往興趣不大且不夠重視。因此，如何將死板的熱力學知識生動化、實用化，是教學中需要解決的首要問題。對此，可以采用引導式教學。引導式教學是指通過實例或提出問題，引發學生的思考，探究其中的原理和原因[6]。授課時通過將化工熱力學與生活中的實例以及之前學習的相關課程結合起來，使學生意識到化工熱力學與生活緊密相連，并不那么枯燥無味、晦澀難懂，從而激發學生探索新知識的欲望。

在講授緒論部分的時候，可以引出與化工熱力學知識相關的生活中的實際問題。比如冰箱的工作原理與空調是否相同？夏天打開冰箱門能否當空調使用？空調和取暖器哪個更省電？假酒為何會喝死人？怎樣去除酒精中的甲醇？為什么無水酒精的價格是95%酒精的兩倍？等等[7]。通過引入這些與生活密切相關的實際問題，可以引起學生對《化工熱力學》課程的學習興趣。

在講授具體的知識點之前，可以先拋出與知識點相關的一些問題，引導學生思考。例如在介紹第二章流體的PVT關系中臨界流體的應用時，可以舉例為什么我們研究較多的的超臨界流體是CO2和H2O？土壤中的有毒物質可以通過哪些方法除去？在介紹PVT相圖應用的時候，可以舉例石油液化氣的主要成分有哪些，為何是丙烷、丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷和正己烷？再比如介紹第五章均相混合物熱力學性質中Henry定律時，我們可以舉例為何會有高山反應、潛水的時候又有醉氧反應。通過這些實例的提出，讓學生自己查閱資料，發散思維，隨后在授課過程中引導學生思考，將知識點與實例結合起來，這樣可以加強學生對知識點的理解和記憶。

奧貝爾說過“影響學習的最重要因素，是學生已經知道了什么，根據學生的原有狀況進行教學”。因此，在后續授課過程中涉及相關知識點時，可以引入之前其它學科的實例。比如10 kg/cm2的水蒸氣能否推動汽輪機？精餾塔的設計主要依據是什么？石墨能否通過一定反應變成金剛石？判斷依據是什么？滿足哪些條件可以作為制冷劑？通過這些例子的引入，一方面幫助學生回憶之前學過的內容，另一方面加強知識點之間的相互聯系，使學生能融會貫通的運用相關知識點。同時，化工熱力學的知識概念都比較抽象，比如超臨界流體，學生對此沒有一個具體的認識，因此在授課過程中，可以播放一些關于超臨界流體實驗的視頻，從而讓學生加強對超臨界流體的認識。

2.3.2 例題教學

化工熱力學課程具備嚴密的知識體系，其概念、公式和解題方法具有抽象、形式化和邏輯性強等特點，類似高等數學和物理化學。對于此類學科，為了保證學習效果，可以通過典型的、具體的例題幫助學生理解。因此采用例題教學，同時加強習題演練。

例題教學是一種闡述解決問題過程的教學，通過解題過程詳細充分的展開，讓學生經歷化工熱力學知識形成和發展的過程，同時將常用題型分析和解題技巧傳授給學生，從而幫助學生獲得對知識的深刻理解。學生通過例題教學獲取知識后，需要通過進一步的習題演練鞏固所學知識，因此，課后習題的安排就顯得十分重要和必要。演練習題是學生學習活動中的一種常用基本的形式，其作為一個橋梁，起到銜接理論知識和實際應用的作用，是課堂和課本所學知識的應用和實踐。通過練習，一方面獲取知識、鞏固加深對知識點的理解，另一方面提高了分析問題和解決問題的能力，最重要的，可以培養學生的邏輯思維能力以及獨立思考、克服困難的精神。化工熱力學概念多、公式多，習題量大，因此需要組織學生進行不同層次、不同形式的解題練習，重點放在熱力學第一定律和第二定律的應用上，幫助學生及時鞏固所學知識，進一步加深對所學知識的理解。

3 結 語

在化工熱力學課程的教學過程中，應多從學生角度出發，根據學生的實際情況，調整教學內容和教學方法，培養學生的學習興趣，提高課程的教學質量。同時采用靈活的教學形式，注重學生邏輯思維能力的培養。從而使學生具備化工熱力學課程所要求的理論知識，并能應用在后續化工相關的科學研究或實際工作中。

以上是講授化工熱力學課程中的一些體會和認識。