化工熱力學課程教學改革的研究與實踐

趙云鵬 荊 濤 胡明剛 鄧慶芳 張 宇 張揮球

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

化工熱力學是化學工程學的一個重要分支，是化學工程與工藝專業本科生必修的專業基礎核心課程。它是將熱力學原理應用于化學工程技術領域，研究化工生產中各種有關單元操作和過程的問題[1-3]，是化工過程研究、開發和設計的理論基礎，其既要解決化學問題，又要解決工程實踐問題，是一門理論性和應用性較強的課程[4-7]。本課程的基本概念和理論比較抽象，公式推導與有關的計算過程比較復雜，學生系統理解和掌握課程內容，特別是在應用化工熱力學的理論知識分析和解決實際問題方面比較困難。為了讓學生更好地理解和掌握化工熱力學的基本原理和實際應用，培養綜合素質強的應用型化學工程與工藝專業人才，在教學過程中從教學內容、教學方法、教學手段及考核方式等方面進行一些有益的改革研究與實踐，使學生樹立工程思想，提高學生工程實踐能力，培養和提高學生獨立思考與解決實際問題的創新能力。

1 把握教學內容，突出應用目的

本課程教學內容主要包括流體的p-V-T關系、純流體與流體混合物的熱力學性質、相平衡、化工過程的能量分析、蒸汽動力循環與制冷循環等方面。其中流體的p-V-T關系、純流體與流體混合物的熱力學性質是其它各章節內容的基礎，相平衡是熱力學與傳質過程、分離過程之間聯系的紐帶。課程講授僅32學時，在有限的學時內，教學信息量大，且基本理論抽象難懂，因此必須把握好各章節的教學內容與結構層次之間的相互關聯、相互作用，才能融會貫通，做好教學過程設計與課堂內容傳授。教學過程中對每章的內容都按照先簡單后復雜、先理想狀態后實際狀態、先基本理論后實際應用的基本原則，漸進式地深入展開。教學內容在概念、理論、方法及模型的基礎上突出以應用為主要目的，因此課程內容的組織和講授緊緊圍繞熱力學的基本理論、模型與實際應用的主線進行。教學過程中注重結合具體的應用實例，形象生動地對所運用的原理、方法與模型進行細致地講解，有利于學生理解和掌握化工熱力學的主要內容。注重加強問題啟發性教學，積極促進學生主動思考，激發學生自主學習興趣，重在突出基本理論的實際運用，使學生樹立以概念、理論、方法及模型為基礎，以實際應用為最終目的和落腳點的工程觀點，深刻認識和理解化工熱力學內容的特點與本質，提高學生解決實際問題的工程實踐與創新能力。

2 運用問題啟發討論教學方法，提高教學質量

化工熱力學課程傳統的教學方法是以教師課堂教學為主，講授基本概念、基本原理和繁瑣枯燥的數學推導與計算，不利于開發學生的學習潛能與創新思維能力，達不到良好的教學效果。如何提高學生學習興趣，使學生正確理解和掌握熱力學的基本知識和研究處理問題的基本方法，培養學生工程意識，并將熱力學的基本原理和方法應用到化工生產實踐中，是本課程需要解決的重點問題[8,9]。針對上述問題，改變傳統的講授方法，課堂運用問題啟發討論教學方法，強調以問題為導向、以學生為中心、以實際工程應用為目的，通過教師引出問題、啟發指導及師生相互交流討論，充分調動了學生在學習過程中的探索性和主動性，激發了學生的學習興趣，培養了學生的工程意識，提高了學生分析和解決實際問題的創新能力。運用問題啟發討論教學方法，教師能夠及時跟蹤學生對教學內容理解和掌握的基本情況，及時發現在教學過程中需要改進完善的不足之處。教與學二者之間相互促進、相互提高，收到了較好的教學效果，提高了教學質量。

3 注重實例分析與討論，強化學生實際應用能力

選取化工過程中典型的實例在課堂上進行分析與討論，對提高學生的實際應用能力具有非常重要的作用。例如對化工過程進行能量分析時，選取典型的蒸汽動力廠節能措施的改進為例展開分析與討論[10]。首先，學生要明確從能量衡算法和有效能衡算法兩個方面上綜合考慮此問題。其次，分別對能量衡算法和有效能衡算法進行分析與討論：能量衡算法是以熱力學第一定律為基礎，僅反映能量在數量上的相互轉換與利用的情況，沒有考慮能量品位的高低，不能說明能量利用的完善性與合理性；有效能衡算法是結合熱力學第一和第二定律，進行相同品位能量的數量衡算，從有效能的利用程度對能量利用的完善性進行評價，反映系統中能量的質量利用情況。最后，兩種分析方法得出的結論明顯不同：能量衡算法表明能量利用的薄弱環節是冷凝器，而有效能衡算法表明節能必須改進燃燒和傳熱過程，可見有效能衡算法的結論正確。通過具體實例的分析與討論，培養和提高了學生獨立思考與解決問題的能力，強化了學生對基本概念、原理、方法及模型等方面的實際應用能力。

4 豐富教學手段，提高教學效果

在傳統的教學過程中，知識主要是通過書本、板書和簡單的圖表等方式向學生講授，難以收到較好的效果。化工熱力學研究的內容是化工生產中各種有關單元操作和過程的問題，并涉及到許多有關的熱力學數據、圖和表等。課堂上合理地采用多媒體教學手段并結合板書，運用電子圖片、動畫對一些單元操作和過程進行演示和講解，向學生展示一些化工生產過程中的設備、單元操作過程等，形象生動、直觀清楚，增強學生的感性認識，有利于學生對所學內容的理解，解決了傳統方法抽象難懂及教師在課堂上描述困難的問題。運用多媒體教學手段，增加了課堂教學的信息量，拓寬了學生的思維空間，提高了學生的學習興趣，加深了學生對知識內容的理解和掌握，提高了化工熱力學課堂的教學效果。

計算機在化工熱力學的計算問題中具有重要的作用，注重加強計算機在解決化工熱力學問題中的運用，例如利用試差迭代方法進行立方型狀態方程體積根的求解時，直接計算困難，需要通過計算機程序來完成求解過程，計算速度快且易于實現。計算機的應用還有利于學生明確計算過程中公式的適用范圍，參數設定等方面的關鍵問題，加深學生對化工熱力學內容的理解與應用。

網絡課程平臺是學生自主學習的重要途徑和手段，充分利用學校的網絡課程平臺，將教學大綱、教學計劃、教學課件、各章習題、作業、問題討論等教學資源上傳至網絡課程平臺，提供給學生便于學習利用，對課堂教學具有很好的輔助作用，更加有益于學生利用課程平臺進行自主學習，增強學生自主學習的意識，培養和提高學生自主學習的能力。通過不斷地豐富各種有效的教學手段，達到提高化工熱力學課程教學效果的目的。

5 改革考核方式，持續改進教學過程

考核方式是化工熱力學教學改革的重要環節之一，是檢查教學大綱執行情況和評估教學質量的一種有效方法，是獲取教學效果反饋信息的主要方式，是持續改進與完善教學全過程的重要依據。對學生的考核主要包括平時的過程考核和期末考試考核。本課程原來的考核方式是以期末考試為主，容易導致學生只重視對書本知識的記憶理解，而無法全面考查學生實際能力提高的程度。化工熱力學課程的基本概念和公式多，而且理論性和應用性都很強，平時的過程考核能夠充分客觀地反映學生對所學內容理解和掌握的程度，主要包括課堂提問與討論、問題練習、各章作業、平時測驗等方面。且平時的過程考核能夠及時準確地反映教學內容、教學方法、教學手段等方面存在的實際問題，以便及時并有針對性地持續改進教學中的每一個細節，從而有效地提高課堂教學的質量。期末考試注重基本知識、基本理論及其實際應用的考核，既有概念、填空、判斷、選擇、簡答等考查學生對基本知識、理論和方法等內容理解與掌握的題型，又有分析、證明、論述、計算等考查學生應用所學知識獨立分析和解決問題能力的題型。通過對期末考試答卷質量進行客觀準確地分析與評價，明晰教學全過程中各個環節存在的主要問題，及時進行總結，持續改進教學全過程，更好地提高教學效果與質量。

6 結語

通過化工熱力學課程的教學改革研究與實踐，把握好教學內容的特點與本質、突出內容的實際應用目的，改革教學方法、教學手段和考核方式，激發學生對化工熱力學的學習興趣，提高教學效果和質量，加深學生對理論知識的理解和掌握，強化學生的實際應用能力，提高學生的工程意識和創新能力。同時，通過這些有益的教學改革研究與實踐，有效地提高授課教師的綜合素質與能力，為培養專業基礎扎實、知識面寬及創新能力強的應用型化工專業人才打下了堅實的基礎。