以生為本——“化工熱力學(xué)”“3+3”教學(xué)模式創(chuàng)新

及方華 陸振歡

[摘 要] 結(jié)合“化工熱力學(xué)”課程“三多三難”的課程特點(diǎn)，即概念多理解難、公式多記憶難、計(jì)算多掌握難，根據(jù)學(xué)生的基本學(xué)情，開展“三引入+三結(jié)合”的“3+3”教學(xué)模式，即引入趣味知識(shí)、引入生活案例、引入科研成果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)合計(jì)算軟件、結(jié)合專業(yè)課程。通過“3+3”教學(xué)模式的開展達(dá)到激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提升課程魅力、反映學(xué)科前沿的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變抽象為具體、解決復(fù)雜問題、強(qiáng)化學(xué)科溝通的目標(biāo)，有針對(duì)性地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明顯提高了教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞] 化工熱力學(xué);難教難學(xué);3+3教學(xué)模式

[基金項(xiàng)目] 2020年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目“化學(xué)工程與工藝‘專業(yè)思政三體系構(gòu)建與實(shí)踐”（2020JGB200）

[作者簡(jiǎn)介] 及方華（1987—），女，河北任丘人，博士，桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院副教授，主要從事化學(xué)理論及教學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）22-0149-04? ?[收稿日期] 2021-01-20

“化工熱力學(xué)”是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課、核心專業(yè)課之一，以培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念為主要目的，在20世紀(jì)初成為各類理工科大學(xué)的重要課程[1]。“以高等數(shù)學(xué)”“物理化學(xué)”“化工原

理”等為先修課程，同時(shí)為“化工分離工程”“化工過程分析與合成”“化工設(shè)計(jì)”等后續(xù)課程服務(wù)，是從化學(xué)過渡到化工的橋梁。“化工熱力學(xué)”課程建設(shè)初衷的是為了使大學(xué)生能夠掌握其基本概念、理論和計(jì)算方法，能利用化工熱力學(xué)的原理和模型對(duì)化工中涉及的化學(xué)反應(yīng)平衡原理、相平衡原理等進(jìn)行分析和研究，能利用化工熱力學(xué)的方法對(duì)化工中涉及的物系的熱力學(xué)性質(zhì)和其他化工物性進(jìn)行關(guān)聯(lián)和推算，并學(xué)會(huì)利用化工熱力學(xué)的基本理論對(duì)化工中能量進(jìn)行分析等[2]。課程教學(xué)與學(xué)習(xí)對(duì)化工類學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程是非常重要的，甚至影響到學(xué)生就業(yè)后從事化工設(shè)計(jì)和計(jì)算的能力[3]。針對(duì)“化工熱力學(xué)”課程難教難學(xué)的現(xiàn)實(shí)問題，教學(xué)工作者不斷探索，對(duì)“化工熱力學(xué)”課程在教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面進(jìn)行了一系列的改革并取得了一系列的成績(jī)[4]，但是對(duì)照工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本要求，地方院校化工專業(yè)學(xué)生在“化工熱力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)過程中仍存在以下不足與挑戰(zhàn)：一是，“化工熱力學(xué)”課程“三多三難”的課程特點(diǎn)使學(xué)生望而生畏，難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性;二是，學(xué)生對(duì)生產(chǎn)缺乏感性認(rèn)識(shí)，難以將熱力學(xué)的基本原理應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)案例;三是，課程內(nèi)容無法反映科學(xué)前沿，無法體現(xiàn)“化工熱力學(xué)”課程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，難以培養(yǎng)學(xué)生的科研精神。針對(duì)以上現(xiàn)實(shí)問題，采用科學(xué)手段與方法精細(xì)組織，對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化，開展“三引入+三結(jié)合”的“3+3”教學(xué)模式，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，改善了教學(xué)效果，夯實(shí)了專業(yè)基礎(chǔ)，增強(qiáng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。

一、引入趣味知識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

“化工熱力學(xué)”課程的授課對(duì)象是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的大三學(xué)生，學(xué)生到了大三階段開始出現(xiàn)學(xué)習(xí)倦怠期，難以提高學(xué)習(xí)興趣。加之“化工熱力學(xué)”的學(xué)習(xí)需要前修課程“高等數(shù)學(xué)”和“物理化學(xué)”作為基礎(chǔ)，然而很多學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，特別是高等數(shù)學(xué)[5]。以上基本學(xué)情為“化工熱力學(xué)”的課程教學(xué)增加了難度。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在授課過程中，結(jié)合課程內(nèi)容引入相關(guān)的趣味知識(shí)，可以明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，例如在學(xué)習(xí)流體的p-V-T關(guān)系時(shí)，引入玻璃瓶的制作工藝：玻璃瓶以石英砂為主要原料，加上其他輔料在高溫下融化成液態(tài)，然后精油瓶注入模具，冷卻、切口、回火，就形成玻璃瓶。聰明的古代玻璃匠人利用了吹管，他們將長(zhǎng)長(zhǎng)的吹管插入炙熱的原料，在旋轉(zhuǎn)原料的過程中進(jìn)行吹氣，從而制作出玻璃瓶等器物。這一過程也被形象地稱為吹玻璃。直到現(xiàn)在，很多精美的玻璃制品仍是由手藝精湛的工匠吹制而成。這一趣味知識(shí)通過玻璃的制作過程，說明了高溫下玻璃經(jīng)過加熱熔化成為液態(tài)，即溫度變化引起了物質(zhì)形態(tài)的變化，從而引出流體p-V-T關(guān)系的學(xué)習(xí)內(nèi)容。除此之外，玻璃瓶制作的趣味知識(shí)也反映了傳統(tǒng)工藝的博大精深，加深了學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)文化的敬畏感;玻璃匠人精益求精的精神也會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生積極正面的影響。通過這樣的趣味知識(shí)引入環(huán)節(jié)，不僅僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)挖掘了課程知識(shí)蘊(yùn)含的思政元素。

再比如，在高溫高壓下石墨可以轉(zhuǎn)化為金剛石，這一趣味知識(shí)學(xué)生在早期的學(xué)習(xí)過程中已經(jīng)有所涉及，那么如何用“化工熱力學(xué)”原理進(jìn)行解釋，將這一趣味知識(shí)與流體的p-V-T關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)也將明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。玻璃瓶的形成過程和石墨轉(zhuǎn)化為金剛石這兩個(gè)趣味知識(shí)都反映了這樣一個(gè)客觀事實(shí)：物質(zhì)狀態(tài)、性質(zhì)的變化多數(shù)是由溫度、壓力變化引起的。由此可見，研究物質(zhì)的溫度T、壓力P、體積V之間的關(guān)系有著極其重要的意義。通過趣味知識(shí)的引入，自然而然引入課程內(nèi)容，起到了提高興趣和導(dǎo)入新課的雙重作用。

二、引入生活案例，提升課程魅力

在教學(xué)過程中適時(shí)引入生活案例，用生活案例設(shè)疑，然后再用化工熱力學(xué)原理解疑，通過這樣的過程說明化工熱力學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，使學(xué)生感受到熱力學(xué)知識(shí)的魅力[6]。例如液化石油氣的主要成分為何是丙烷、丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷和正己烷？液化石油氣是學(xué)生熟悉的概念，與我們的生活息息相關(guān)，然而很多學(xué)生并不清楚液化石油氣的主要成分，因此通過這一生活案例的引入，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，點(diǎn)燃學(xué)習(xí)欲望。在案例講解過程中，注重知識(shí)的引領(lǐng)，拒絕“填鴨式”教學(xué)，回歸以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。在師生互動(dòng)和生生互動(dòng)中循序漸進(jìn)，構(gòu)建師生學(xué)習(xí)共同體，消除學(xué)生對(duì)熱力學(xué)課程枯燥乏味的刻板印象，將晦澀難懂的熱力學(xué)知識(shí)與生活實(shí)際相結(jié)合，抽象問題具體化，提升興趣，促進(jìn)理解。

再比如，想象一個(gè)人在睡覺時(shí)被蚊子困擾，當(dāng)蚊子落在腿上時(shí)，一巴掌打下去，瞬間使腿部被打部位的溫度升高了1.0 ℃，設(shè)手掌的質(zhì)量為1.0千克，腿部皮膚組織的質(zhì)量為0.15千克，求該手掌打在腿上的速度。這樣一個(gè)生活案例，以最常見的生活現(xiàn)象設(shè)疑，生動(dòng)有趣，可以明顯提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，喚起學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。在解答過程中結(jié)合專業(yè)知識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)、善于質(zhì)疑的思考習(xí)慣。