化工專業(yè)認(rèn)證和卓越工程師培養(yǎng)背景下化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革

金士威　肖磊　楊小俊　田琦峰　閆志國　宣愛國

摘 要 卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃是貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目。化學(xué)工藝專業(yè)是我校實(shí)施教育部“卓越計(jì)劃”的重點(diǎn)學(xué)科之一，我們對化工熱力學(xué)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和探討，對師資隊(duì)伍建設(shè)，優(yōu)化課本內(nèi)容，現(xiàn)代化軟件的應(yīng)用，教學(xué)與本校特色專業(yè)建設(shè)相結(jié)合方面提出了思考和建議。

關(guān)鍵詞 卓越計(jì)劃 化工熱力學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.01.059

近年來，我國參照有關(guān)《華盛頓協(xié)議》成員國的做法，開展了面向我國本科教育專業(yè)進(jìn)行工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”旨在全面提高我國工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)各類型工程技術(shù)人才。我校的化學(xué)工藝專業(yè)于1998年獲原化工部高等學(xué)校重點(diǎn)學(xué)科，同年獲得碩士學(xué)位授予權(quán)。2004獲湖北省教育廳“有突出成就創(chuàng)新學(xué)科”，2006年為湖北省第四批立項(xiàng)建設(shè)的擬增列二級學(xué)科博士學(xué)位點(diǎn)。化工熱力學(xué)課程在化工類人才培養(yǎng)中起著承前啟后的作用，是基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間不可缺少的“橋梁與紐帶”。同時(shí)，化工熱力學(xué)又是應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，它的內(nèi)容是后續(xù)分離工程、化學(xué)反應(yīng)工程等課程的重要基礎(chǔ)，其核心任務(wù)在于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生將熱力學(xué)基本原理應(yīng)用于化工技術(shù)領(lǐng)域能力的目的。為更好地推進(jìn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，僅僅將書本中的知識講解給學(xué)生是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革需要在激發(fā)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上將理論知識和實(shí)際運(yùn)用結(jié)合，公式概念和現(xiàn)代化設(shè)計(jì)軟件結(jié)合，根據(jù)自己學(xué)校本身化工專業(yè)的特色和優(yōu)勢，開展相應(yīng)的化工熱力學(xué)教學(xué)工作。本課題將以我校化工與制藥學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的本科生為研究對象，圍繞我校化工專業(yè)認(rèn)證與卓越工程師培養(yǎng)背景下化工熱力學(xué)課程教學(xué)中貫徹工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)方法改革與實(shí)踐，提出一些建議和思考。

1 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提升整體素質(zhì)

事業(yè)要發(fā)展，關(guān)鍵在人才，基礎(chǔ)在教育。基礎(chǔ)教學(xué)工作需要強(qiáng)大的師資力量作為后盾，只有完善的教學(xué)系統(tǒng)，才能定制出一套幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的好方法。化工熱力學(xué)是化學(xué)工程的基礎(chǔ)學(xué)科，具有很強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性，書中有大量的公式和定律，不乏較多的難點(diǎn)，這些對教師如何很好地提升教學(xué)效果，讓學(xué)生聽得懂，用得到，有很大的挑戰(zhàn)。目前，學(xué)院一些教師對書本上的理論知識熟悉，但工程經(jīng)驗(yàn)以及理論教學(xué)和實(shí)際運(yùn)用之間的相互轉(zhuǎn)換相對薄弱，這讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中或因理論知識過于枯燥而影響學(xué)習(xí)積極性，這不僅阻礙了教學(xué)效果，也不利于適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。針對這些問題，學(xué)校應(yīng)該采取措施，建設(shè)一支以“卓越計(jì)劃”為根本的高水平的師資隊(duì)伍。（1）注重優(yōu)秀教師的引進(jìn)，優(yōu)先聘請既有化工生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)歷，又懂得化工熱力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)的優(yōu)秀老師；（2）學(xué)院要加大校企合作力度，讓老師有更多的機(jī)會(huì)深入實(shí)踐，在實(shí)踐中切實(shí)感受理論與實(shí)際生產(chǎn)之間的差別和聯(lián)系，在以后的教學(xué)工作中能更好、更全面地將化工熱力學(xué)中的理論知識與工程實(shí)踐結(jié)合起來。（3）教師之間定期開展教學(xué)工作會(huì)議，反饋近期教學(xué)中遇到的問題，對那些教學(xué)過程中學(xué)生普遍存在的疑問和教學(xué)難點(diǎn)要集中討論，給出解決方案，動(dòng)態(tài)教學(xué)提升教學(xué)質(zhì)量。（4）學(xué)校應(yīng)與其他院校建立學(xué)科教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，共享教學(xué)成果與心得，從中汲取好的教學(xué)方法和新的教學(xué)思維，提升學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量。

2 優(yōu)化課本內(nèi)容，重視化工熱力學(xué)課程學(xué)習(xí)的應(yīng)用性

“理論與實(shí)際結(jié)合，原理與應(yīng)用并重”應(yīng)該是化工熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)先考慮條件。化工專業(yè)認(rèn)證和卓越工程師培養(yǎng)背景下化工熱力學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)該旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，課程的教學(xué)既要有專業(yè)性，又要有社會(huì)實(shí)用性。對于化工熱力學(xué)書本內(nèi)容上的教學(xué)提出以下幾點(diǎn)建議。（1）根據(jù)專業(yè)認(rèn)證與卓越工程師培養(yǎng)的要求，根據(jù)學(xué)校教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整，課時(shí)的縮減，重構(gòu)符合工程認(rèn)證與卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的化工熱力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容體系；（2）根據(jù)化工熱力學(xué)基本概念多、公式多、推導(dǎo)多，難點(diǎn)多的特點(diǎn)，重視化工熱力學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容的聯(lián)系性，例如從流體的P-V-T關(guān)系及熱力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，到流體的相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡，最后與傳質(zhì)、分離，反應(yīng)工程相聯(lián)系，將基礎(chǔ)內(nèi)容聯(lián)系起來，對于復(fù)雜問題的解決很有幫助；（3）提出“從生活中來到生產(chǎn)中去”教改思路，啟發(fā)學(xué)生在日常生活中用熱力學(xué)的原理去分析問題。比如冰箱的工作原理與空調(diào)是否相同？打開冰箱門能起到降溫的效果嗎？通過這些生活例子引入講解制冷循環(huán)與熱泵循環(huán)的原理，可以使學(xué)生的理解和掌握這類循環(huán)的應(yīng)用；（4）收集化工生產(chǎn)中化工熱力學(xué)的應(yīng)用實(shí)例，在教學(xué)中注意與工程實(shí)踐相結(jié)合，以生動(dòng)的例子來講解熱力學(xué)原理的應(yīng)用。如“液化氣成分的選擇”、“以壓縮天然氣為燃料的出租車的里程問題”以及“低溫?zé)峁芙捣嗖罔F路凍土‘多動(dòng)癥”、“化工熱力學(xué)與遏制全球變暖的關(guān)系”等科學(xué)前沿成果等這些與教材和生活緊密結(jié)合的化工生產(chǎn)實(shí)例都可以運(yùn)用到化工熱力學(xué)的教學(xué)中。

3 加強(qiáng)現(xiàn)代化軟件的應(yīng)用

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到化工科研，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，大部分工程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究都需要借助強(qiáng)大的化工軟件。熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算和化工過程模擬分析都可以借助化工軟件來實(shí)現(xiàn)。在化工熱力學(xué)課程教學(xué)的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)現(xiàn)代化軟件的應(yīng)用，將專業(yè)知識和計(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)代化化工軟件來解決課本和生活中的實(shí)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(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-水混合物的過程。對于數(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)評價(jià)等，可以運(yùn)用Matlab，Visual Basic等常用軟件。現(xiàn)代化工軟件的學(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，也為后續(xù)的化工分離工程等學(xué)科的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，增強(qiáng)了工程意識，適應(yīng)了化工專業(yè)認(rèn)證與卓越工程師培養(yǎng)的要求。

4 將教學(xué)與本校專業(yè)特色建設(shè)相結(jié)合

學(xué)校專業(yè)特色建設(shè)是提高辦學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。近十多年來，高校超常發(fā)展帶來一個(gè)負(fù)面化問題是同質(zhì)化嚴(yán)重，學(xué)校特色淡化。我校的特色學(xué)科化學(xué)工程與技術(shù)為地區(qū)經(jīng)濟(jì)提供了巨大的幫助，是中南地區(qū)唯一培養(yǎng)化工礦山相關(guān)專業(yè)人才的本科院校，在磷資源開發(fā)利用方面，學(xué)術(shù)水平居于全國領(lǐng)先地位。湖北省磷化工中心就設(shè)在學(xué)校。除了在磷資源開發(fā)方面，石油煉制，精細(xì)化工等都是學(xué)校的特色專業(yè)。學(xué)校在化工方面有自己的特色和發(fā)展，化工熱力學(xué)也是大化工方向的基礎(chǔ)課程，可以將本課程的學(xué)習(xí)與學(xué)校化工特色專業(yè)相結(jié)合，這樣既有先進(jìn)的思想做指導(dǎo)又可以為我校特色專業(yè)的發(fā)展培育人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路，建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)，符合卓業(yè)工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的初衷。學(xué)校的超臨界流體萃取新技術(shù)可以運(yùn)用化工熱力學(xué)中的氣液平衡和氣固平衡來解釋，書本上所介紹的直接式熱泵精餾、間接式熱泵精餾、閃蒸再沸式熱泵精餾、蒸汽噴氣式熱泵精餾和吸收式熱泵精餾過程，如果是僅僅依賴教師課堂上的講授，學(xué)生只能簡單地了解這些技術(shù)，講到這些技術(shù)時(shí)可以將學(xué)生帶到學(xué)校的精細(xì)化工中試車間，讓學(xué)生直觀地感受這些工程技術(shù)，然后輔助熱力學(xué)上的知識講解，可以讓學(xué)生更好地掌握這些知識。利用學(xué)校化工特色專業(yè)現(xiàn)有的資源，開展更多這樣生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，對化工熱力學(xué)的教學(xué)工作有很大幫助。

5 結(jié)語

針對化工熱力學(xué)課程的教學(xué)，國內(nèi)許多高等學(xué)校都進(jìn)行了一些富有意義的探索，如開展化工熱力學(xué)精品課程建設(shè)、雙語教學(xué)研究等方面的嘗試。但迄今為止，基于化學(xué)工藝專業(yè)認(rèn)證背景，結(jié)合卓越工程師培養(yǎng)的化工熱力學(xué)課程工程實(shí)踐教學(xué)的探討，還亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技術(shù)和制造行業(yè)，化工熱力學(xué)課程的教學(xué)需要更為科學(xué)、深度的改革。始終本著以培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)，對促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量為目的，深化對化工熱力學(xué)課程教學(xué)的改革。

*通訊作者：金士威

武漢工程大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（X2013010）資助

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