計算機在化工熱力學課程中的應用

李彩琴，李小花，劉荔貞，張曉龍

（山西大同大學化學與環境工程學院 山西 大同 037009）

1 引言

化學工程經歷了漫長的發展細分出許多子學科，化工熱力學即為其中之一。該課程主要對化學工程中涉及到的能量轉化規律及穩態過程的應用限制條件進行研究以達到能量高效利用、生產流程簡化、生產經濟安全的目的。此外化工熱力學課程是許多工科型高校開設的一門重要的專業課，也在工科院校培養計劃中占有很大比重，是在化學及其相關科研研究和實際化工生產應用中逐漸發展形成的一門綜合性和應用性的課程[1]。

化工熱力學課程涉及的范圍較廣，所涵蓋的基礎理論很多：主要體現在其知識點抽象，表達式較長，特殊記號較多，計算量大等。綜合近年來各大高校學習該課程的學生反饋，學生對這門課程有不少抱怨，多數學生反映化工熱力學是一門既難理解，不易掌握又缺乏實際生產應用的理論課程。因此信息時代下如何更好地將計算機運用到教學中很有必要。本文主要從多媒體教學和計算程序兩個方面討論計算機在化工熱力學課程中的重要性。

2 多媒體輔助課堂教學

傳統的課堂教學往往從鈴聲響起便是教師的獨舞，一節課未間斷的板書，填鴨式的教學。這種教學模式固然有其優點，但長此以往會使學生對課堂乏味，而且不能準確地反映學生的聽課效率和對所學知識的掌握情況[1]，尤其是化工熱力學這一門概念性強公式冗長的課程。這種教學模式其課堂效果往往事倍功半。因此尋求新的課堂改進方案十分必要。

發展增添教學方式方法，將數字媒體技術融入課堂教學是21世紀人才培養的趨勢[2]。人類社會文明發展步入多媒體時代，互聯網發展很迅速，數字通訊技術具有全天候、全方位、多媒體的特性，以3G、4G為代表實現了圖片、視頻、聲音等網絡媒體文件的傳接，并能夠在電腦、手機等載體工具上視頻會議、商務辦公、網上沖浪、查閱信息、遠程教學等多種信息服務。我們生活的方方面面都受網絡平臺影響著，當然作為國之大計的教育也不例外。

聲音、圖像、視頻信息傳播技術的迅猛發展加快了網絡發展的步伐。教學則必須與時俱進，在教學中掌握數字媒體技術，學會如何使用這一工具，讓其成為現代教學的重要組成部分。一對一、一對多在線傳授、遠程教育、高校網課的建設對數字媒體技術的應用都有實質性意義。在新的課堂授課中，教師可以采用增強老師與學生之間的互動，提升教學質量，課堂問答、電腦自媒體與黑板匹配教學等一系列教學革新方法，也就是等同于開發出第二課堂，此舉不但能使學生打破固定聽課思維，極大提升學生學習積極性和增強創新意識，而且這種利用電子媒體與傳統板書相結合的模式可以在很大程度上解放老師，減少教師板書環節，節約課堂時間，在課堂中講述更多的知識，彌補傳統課堂效率低的缺點。同時有助于提高教師教授及學生學習化工熱力學課程的熱情。

3 計算機程序構建教學模型，簡化計算

化工熱力學在研究氣體、液體系統時往往需要構建更精確、更科學的模型，如理想氣體狀態方程PV=RT。嚴格地說，在低壓過程中，真實氣PVT關系才接近理想氣體，于是新的模型即為低壓環境。再如BWR等高次的狀態方程，真實流體的敘述則要運用Wilson活度系數模型。這些化工熱力學精確的模型多數由數學表達式組成，這些公式冗長繁瑣，計算步驟很多，如果人工一步步運算又有不小的難度。計算機在教育上的應用則解決了這一問題，計算機輔助教學可以很大程度上提高學生計算效率和準確度。同時也使學生解決化學工程問題的本領增強。已經比較成熟的計算機技術為教師和學生提供了編程語言和應用軟件語言，既有諸如C++程序和Fortran程序的高級語言，也有可以進行超復雜的數學運算的商業應用軟件，如Mathematica[3]和Math CAD[4]等語言。此外各類圖表和繪圖功能的軟件層出不窮，這些軟件能較高效對化工熱力學的數據進行分析，甚至連最基礎的Office軟件中的Excel[5]也能對化工熱力學中的諸多數據進行計算。

當日常化工熱力學教學遇到計算時，應該具體問題具體分析，先從理論分析著手，模擬計算流程，編輯計算程序，再利用不同的軟件將結果計算出。以此提高計算效率和精確度。如講授用到PR狀態方程計算氣體的摩爾體積時，使用Excel就能很快地表示出計算的結果；涉及用模型預測溶液的活度系數時，我們采用Math CAD軟件進行計算。在學習時學生可以對同一個未知題采用多種方法來解決，他們可以根據自己對基礎知識的掌握程度和對計算機的熟悉度進而設計不同方案。在課下，教師留給學生些許課后作業，以此來幫助學生鞏固所學知識，計算機輔助教學這種模式運用在化工熱力學教學中，符合計算機技術快速融入教育的現代教學的趨勢，學生可以了解計算機在化工熱力學中的發展近況，而且相比手工計算，計算機可以大大縮短計算時間，簡化計算步驟，幫助學生戰勝對繁瑣的公式演算的恐懼。這種計算機輔助教學讓學生融入知識本身。學生也會漸漸愛上化工熱力學這門課程 。

4 結語

化工熱力學的教學成果將影響化工分離、化工能量分析、化工生產設計等課程的教學質量，也會影響到化學制藥方面的教育，應該引起高校化學工作者的重視和關注。盡管化工熱力學的教學上存在著諸多困難點，但是高等教師不能經常抱怨，隨意馬虎，糊弄了事。應該盡到教師應盡的職責，因材施教，不斷革新自己的教學方式方法、形成良好的教學氛圍、與時俱進時刻關注其最新發展狀況，變更教學模式，已達到化工熱力學課程教學目的，提高教學質量。本文從多媒體教學和計算程序兩個方面討論了計算機在化工熱力學課程中的重要性。希望能為從事化工熱力學的教職工提供一些參考。