摘 要 化工熱力學(xué)結(jié)合化工過(guò)程闡述熱力學(xué)定律及其運(yùn)用，是化工過(guò)程研究、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)幾項(xiàng)改革措施激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化了對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)，提高了學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的實(shí)踐能力，進(jìn)而提高化工熱力學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和水平。

關(guān)鍵詞 化工熱力學(xué) 改革 教學(xué) 措施

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程的重要分支和基礎(chǔ)學(xué)科，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，是在化學(xué)及與其相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來(lái)的一門(mén)理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。該課程是將熱力學(xué)基本定律應(yīng)用于化學(xué)工程領(lǐng)域而形成的一門(mén)學(xué)科，主要研究化工過(guò)程中各種形式能量之間相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律及過(guò)程趨近平衡的極限條件，為有效利用能量和改進(jìn)實(shí)際過(guò)程提供理論依據(jù)?；崃W(xué)在化工類學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中起到由基礎(chǔ)知識(shí)到專業(yè)知識(shí)的銜接作用，它是物理化學(xué)，化工原理的后繼課程，同時(shí)它又是化學(xué)反應(yīng)工程，化工分離工程，化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和指導(dǎo)課程，對(duì)于學(xué)生專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立和走上工作崗位后專業(yè)水平的提高起著極其重要的作用。它既論述化學(xué)問(wèn)題，又討論工程問(wèn)題；既有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔院瓦壿嬓?，又有較強(qiáng)的應(yīng)用性和簡(jiǎn)化性。

1目前學(xué)生學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的現(xiàn)狀

化工熱力學(xué)是一門(mén)理論性較強(qiáng)的課程，是學(xué)生完成基礎(chǔ)課后的專業(yè)基礎(chǔ)課。知識(shí)特點(diǎn)是循序漸進(jìn)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，各部分互相銜接，理論和實(shí)際聯(lián)系緊密，對(duì)實(shí)際化工生產(chǎn)和工藝設(shè)計(jì)具有不可或缺的重要性。反應(yīng)在課程上是概念多且概念抽象難懂，理論推導(dǎo)多，公式繁雜難記、計(jì)算方法多而繁瑣，對(duì)高等數(shù)學(xué)和物理概念要求熟練掌握并運(yùn)用。和其它專業(yè)基礎(chǔ)課程相比，會(huì)使化工專業(yè)學(xué)生感到難度大增，化工熱力學(xué)往往被學(xué)生定義為“最難”的課程之一。而化工熱力學(xué)邏輯性這使得化工熱力學(xué)課程的教學(xué)非常困難。因此，如何搞好化工熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量對(duì)化工專業(yè)的學(xué)生非常重要。在借鑒同行教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的教學(xué)體驗(yàn)，我們對(duì)教學(xué)方法教學(xué)改革以提高化工熱力學(xué)教學(xué)效果。

2化工熱力學(xué)教學(xué)改革措施

2.1重視緒論部分的學(xué)習(xí)，把握課程學(xué)習(xí)的主線

緒論既是全書(shū)的序幕，又是課本的綱領(lǐng)，緒論的講授對(duì)課程后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。緒論主要講述熱力學(xué)的發(fā)展、化工熱力學(xué)的定義和用途、化工熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容和特點(diǎn)、化工熱力學(xué)的局限性、如何學(xué)好化工熱力學(xué)。熱力學(xué)的發(fā)展主要介紹化工熱力學(xué)是以化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工實(shí)際過(guò)程逐步形成的學(xué)科?；崃W(xué)的的用途例舉了化工熱力學(xué)在諸多實(shí)際工程中的應(yīng)用。原理-模型-應(yīng)用構(gòu)成化工熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容的三要素。運(yùn)用經(jīng)典熱力學(xué)的原理，結(jié)合反映體系特征的模型，應(yīng)用于解決工程中的實(shí)際問(wèn)題?；崃W(xué)的研究特點(diǎn)為局部的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推算系統(tǒng)完整的信息；從常溫常壓的物性數(shù)據(jù)來(lái)推算苛刻條件下的性質(zhì) ；從容易獲得的物性數(shù)據(jù)（P、V、T、X）來(lái)推算較難測(cè)定的數(shù)據(jù)（H，S，G）；從純物質(zhì)的信息求取混合物的信息。研究體系為實(shí)際狀態(tài)，處理方法為以理想態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)加上校正。獲取數(shù)據(jù)的方法為少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。如何學(xué)好化工熱力學(xué)部分主要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn)，一是掌握化工熱力學(xué)處理問(wèn)題方法之特點(diǎn)，二是注意準(zhǔn)確理解熱力學(xué)概念，三是注意單位換算。通過(guò)緒論學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化工熱力學(xué)的重要性，激發(fā)對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣；使學(xué)生對(duì)該課程有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和總體把握，清楚各章節(jié)之間的邏輯關(guān)系和學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的三要素，即：原理一模型一應(yīng)用，幫助學(xué)生抓住課程的主線和重點(diǎn)，建立熱力學(xué)的學(xué)習(xí)方法，明白化工熱力學(xué)的最終用途，從而讓學(xué)生自我解決為什么要學(xué)、學(xué)什么以及怎么學(xué)等疑問(wèn)。

2.2優(yōu)化課程內(nèi)容，突出自身要求使前后課程相協(xié)調(diào)

化工熱力學(xué)是在學(xué)生學(xué)習(xí)了化工原理、高等數(shù)學(xué)和物理化學(xué)等基礎(chǔ)課程之后開(kāi)設(shè)的，又是后續(xù)的分離工程、化工設(shè)計(jì)、化學(xué)反應(yīng)工程等課程的基礎(chǔ)，例如分離工程需要相平衡的知識(shí)，化工設(shè)計(jì)需要相平衡和過(guò)程能量分析的知識(shí)，化學(xué)反應(yīng)工程需要化學(xué)平衡的知識(shí)等。因此，化工熱力學(xué)在化工類人才培養(yǎng)中起著重要的承前啟后、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程。

對(duì)化工熱力學(xué)而言，它是物理化學(xué)熱力學(xué)部分的延伸，又是物理化學(xué)在真實(shí)過(guò)程中的拓展，其中部分內(nèi)容與物理化學(xué)重復(fù)。在化工熱力學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，在要求課前復(fù)習(xí)的前提下，只需在課堂上花少量的時(shí)間對(duì)這些重復(fù)的基本理論進(jìn)行提問(wèn)即可，引導(dǎo)學(xué)生回憶和鞏固，并將相關(guān)課程有效地將銜接起來(lái)，從而節(jié)省寶貴學(xué)時(shí)。同時(shí)，化工熱力學(xué)是以應(yīng)用為主要目的的，因而在化工熱力學(xué)的教學(xué)中重點(diǎn)應(yīng)放在這些原理在化學(xué)工程中的應(yīng)用。隨著課程內(nèi)容的不斷深入，化工熱力學(xué)與分離工程、化工設(shè)計(jì)等的聯(lián)系逐漸多起來(lái)，但是由于這些課程還沒(méi)有開(kāi)設(shè)，學(xué)生很難認(rèn)識(shí)到化工熱力學(xué)對(duì)其他課程的作用，因此在課堂教學(xué)的過(guò)程中只能通過(guò)相關(guān)的實(shí)例進(jìn)行引導(dǎo)，比如分餾塔的逐板計(jì)算用到的氣液平衡、化工設(shè)計(jì)用到的能量衡算等。

2.3精煉教學(xué)內(nèi)容，注重理論聯(lián)系實(shí)際

“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，模型是實(shí)現(xiàn)目的工具。只有真正理解、掌握了熱力學(xué)的基本原理才能根據(jù)這些原理去建立或正確選用模型并應(yīng)用到解決具體的工程實(shí)際問(wèn)題之中去，才能夠比較順利地、系統(tǒng)地學(xué)好整個(gè)課程。我們將不同體系的熱力學(xué)原理與實(shí)際過(guò)程計(jì)算對(duì)應(yīng)起來(lái)，以便讓學(xué)生全面把握課程的整體構(gòu)架，正確理解熱力學(xué)概念，靈活應(yīng)用熱力學(xué)原理，做到原理和應(yīng)用前后呼應(yīng)，使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)“原理”不覺(jué)得枯燥，在“應(yīng)用”時(shí)又有據(jù)可依。注重打?qū)嵒A(chǔ)，突出應(yīng)用，內(nèi)容上盡量精煉，避免重復(fù)。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，遵循先基礎(chǔ)理論后實(shí)際應(yīng)用，先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的原則讓學(xué)生循序漸進(jìn)地入門(mén)。

其次要理論聯(lián)系實(shí)際，將授課內(nèi)容與實(shí)際生活中遇到的問(wèn)題結(jié)合起來(lái)。比如說(shuō)，空調(diào)與冰箱已成為人們?nèi)粘Ｉ疃茧x不開(kāi)的普通家用電器，那么夏天打開(kāi)冰箱門(mén)能否當(dāng)空調(diào)使用使室內(nèi)溫度下降？冰箱的工作原理與空調(diào)是否相同？使用空調(diào)、冰箱時(shí)如何節(jié)電？注意在緒論以及各章的開(kāi)始都通過(guò)實(shí)例引出問(wèn)題讓學(xué)生們思考，而不是直接就講授理論公式。上課過(guò)程中注意適時(shí)引出問(wèn)題，留有懸念，促使學(xué)生帶著疑問(wèn)聽(tīng)，在聽(tīng)課過(guò)程中去主動(dòng)思考，在學(xué)習(xí)過(guò)程中去尋求答案。從一開(kāi)始就吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的求知欲望，使學(xué)生感覺(jué)到原來(lái)化工熱力學(xué)并不是那么抽象空洞，而是如此實(shí)實(shí)在在與生活密切相關(guān)。而且通過(guò)實(shí)例的引入使原本枯燥的文本內(nèi)容變得生動(dòng)活潑起來(lái)，活躍了課堂氣氛。

從這兩方面改進(jìn)教學(xué)，可以使學(xué)生有目的且感興趣地學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性從而提高學(xué)習(xí)效率。

2.4多媒體教學(xué)與板書(shū)教學(xué)有機(jī)結(jié)合

化工熱力學(xué)有大量的經(jīng)驗(yàn)公式，復(fù)雜的公式推導(dǎo)過(guò)程，抽象的基礎(chǔ)理論概念，復(fù)雜難懂的相圖，這些內(nèi)容比較相近且相互雜亂。為了提高課堂教學(xué)效果，采用多媒體教學(xué)手段，利用圖、文、聲等形式講授抽象枯燥的教學(xué)內(nèi)容，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶。但由于化工熱力學(xué)課程的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)在控制上課節(jié)奏，把握課堂重點(diǎn)上仍具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。比如某些公式的推導(dǎo)更需要一種師生之間的同步過(guò)程，思路的延續(xù)在互動(dòng)配合中更容易交流。教師在教學(xué)過(guò)程中，將多媒體教學(xué)與板書(shū)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，有效地拓寬了教學(xué)空間，使教師有更多的時(shí)間進(jìn)行重點(diǎn)、難點(diǎn)的講解，能效有地增加教學(xué)信息量，提高教學(xué)效率。

2.5鼓勵(lì)學(xué)生采用軟件計(jì)算

化工熱力學(xué)計(jì)算往往要涉及到較多較復(fù)雜的公式，公式中通常包含有多個(gè)不同的參量，并且參量之間又往往是復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，因而熱力學(xué)的計(jì)算異常復(fù)雜，計(jì)算量大，傳統(tǒng)手算方式很難能夠完成工作。這也就使得計(jì)算機(jī)軟件的使用和編程能力的培養(yǎng)在熱力學(xué)的教學(xué)中占有著重要的地位。

在化工熱力學(xué)課程教學(xué)的過(guò)程中，我們加強(qiáng)了現(xiàn)代化軟件的應(yīng)用，將專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用相結(jié)合，讓學(xué)生能運(yùn)用已學(xué)的現(xiàn)代化化工軟件來(lái)解決課本和生活中的實(shí)際問(wèn)題，模擬和分析簡(jiǎn)單的化工過(guò)程。對(duì)于流體 P-V-T 的教學(xué)時(shí)，可以引入 Math-ematica 軟件求解立方型狀態(tài)方程的根，也可以采用 Newton-Raphson 迭代法數(shù)值求解。講解相平衡時(shí)，將工程上常用的 Aspen Plus 軟件引入到氣液相平衡計(jì)算中，模擬精餾分離甲醇-水混合物的過(guò)程。對(duì)于數(shù)據(jù)計(jì)算類，包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、物料衡算、能量衡算、精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等，可以運(yùn)用 Matlab，VisualBasic 等常用軟件。Aspen plu軟件是近些年應(yīng)用非常廣泛的化工計(jì)算軟件，該軟件集合了化工熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)，對(duì)求解化工生產(chǎn)過(guò)程的物性參數(shù)、狀態(tài)方程求根、物料衡算和熱量衡算等問(wèn)題都游刃有余，是進(jìn)行化工過(guò)程模擬和化工計(jì)算的強(qiáng)有利的工具，尤其在近年來(lái)全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽中更凸顯其重要性?；ぼ浖膶W(xué)習(xí)不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提升綜合實(shí)力，而且為學(xué)生后續(xù)課程化工分離、化工系統(tǒng)工程、化工設(shè)計(jì)等的學(xué)習(xí)以及將來(lái)從事相關(guān)行業(yè)的工作打下了良好的基礎(chǔ)。

2.6改變考核方式，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程和應(yīng)用能力考察的考查

課程考核是檢查教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段，是反饋教與學(xué)信息的有效途徑?？己朔绞降倪x擇對(duì)教師和學(xué)生都有著極大的影響，不同的考核形式對(duì)于學(xué)生知識(shí)掌握和能力培養(yǎng)有重要的引導(dǎo)作用。傳統(tǒng)的課程考核方式以期末考試為主，這種考核方法要求學(xué)生在考試之前要花大量的精力去記憶公式、理論的內(nèi)容，從而忽視了對(duì)于課程內(nèi)容的理解、總結(jié)和應(yīng)用。學(xué)生普遍感覺(jué)考試完了以后，學(xué)過(guò)的內(nèi)容幾乎都忘記了。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的課程考核實(shí)踐，我們認(rèn)為傳統(tǒng)的考核方式并不十分適用。

我們對(duì)于學(xué)生的考核分兩個(gè)方面進(jìn)行。第一部分是對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)的考核，另一部分為期末考試，各占50%。平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)的考核包括出勤、提問(wèn)、課堂討論及加強(qiáng)階段測(cè)試，鼓勵(lì)學(xué)生使用軟件求解習(xí)題，并鼓勵(lì)學(xué)生提交電子練習(xí)。對(duì)于提交電子練習(xí)的學(xué)生在平時(shí)成績(jī)方面給予適當(dāng)加分。期末考試側(cè)重學(xué)生應(yīng)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(cè)重學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用。

3結(jié)語(yǔ)

作為化工類專業(yè)的必修基礎(chǔ)專業(yè)課，化工熱力學(xué)是一門(mén)理論與應(yīng)用并重的課程。在教學(xué)過(guò)程中，不僅要扎實(shí)化工類專業(yè)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，還要提高學(xué)生的實(shí)踐能力和工程意識(shí)。通過(guò)采取上述一些措施，提高了學(xué)生對(duì)于化工熱力學(xué)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了應(yīng)用化工熱力學(xué)的理論和觀點(diǎn)解決化工過(guò)程實(shí)際問(wèn)題的初步能力。今后，我們將不斷更新教學(xué)方法、尊重教學(xué)規(guī)律、采用符合時(shí)代特征的教學(xué)手段等措施 ，積極提高化工熱力學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量。

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

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