高校化工熱力學課程教學現狀及改革創新

［摘 要］文章主要分析了高校化工熱力學課程教學的現狀，探討了課程改革的原則和目標，并根據目前課程教學存在的不足，提出了一些針對性的改革措施和建議。通過更新課程內容、引入先進的教學方法和教學資源、加強實踐環節的培養、優化評估環節、增加課程內容的反饋等措施，提高學生的學習興趣和學習能力，促進高校化工熱力學課程教學的改革與創新。

［關鍵詞］化工熱力學；教學改革；教學方法

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）15-0057-05

化工熱力學是化學工程領域的重要基礎課程之一，其主要內容是化工過程中的熱力學性質、能量變化及轉換、物質的相變以及化學反應中的熱力學等。隨著化工工藝的不斷發展和復雜化，社會對化工熱力學的研究與應用需求也日益增加。在高校，化工熱力學課程的內容與教學方法對培養學生的化工工程思維能力、提高其熱力學分析與計算能力具有重要意義[1]。化工熱力學作為一門基礎課程，為學生提供了熱力學的基本概念、理論和計算方法等知識，使學生能夠理解和定量分析研究化學反應和化工過程中的能量轉換、物質轉化以及相變等現象。化工熱力學課程注重培養學生的工程思維能力，通過學習熱力學原理和應用，使學生能夠運用熱力學知識解決實際工程問題，提高其工程實踐能力[2]。通過對化工熱力學的深入研究，可以推動化工工藝的創新，提高工藝效率和能源利用效率[3]。另外，化工熱力學是化學工程領域其他高級課程的基礎，如化工傳遞過程、反應工程、化工工藝等，掌握化工熱力學的基本原理和方法，可為學生后續課程的學習打下堅實的基礎。

總之，高校化工熱力學課程能夠為學生提供基礎知識、培養工程思維能力、推動科學研究與應用，以及為后續課程的學習打下基礎。通過對化工熱力學的教學研究，可以提高學生的學習效果和綜合素質，為培養優秀的化學工程人才作出貢獻。然而，當前化工熱力學教學存在著一些問題，如教材內容過于抽象、教學方法單一、教學資源匱乏等[4]，因此，進行化工熱力學課程教學改革是十分必要的。

一、高校化工熱力學課程教學現狀分析

化工熱力學是化學工程專業的一門基礎課程，主要涉及化工過程的熱力學原理和熱力學計算方法。高校化工熱力學課程教學現狀如下：

在課程設置方面，許多高校都將化工熱力學作為化學工程專業本科階段的必修課程，并在本科的前兩年進行教學。一些高校還將其作為研究生培養計劃中的必修或選修課程。同時，一些高校也將化工熱力學分為兩個模塊進行教學，分別是基礎熱力學和化學反應熱力學。

在教學內容方面，高校化工熱力學課程的教學內容主要包括熱力學基本概念、原理、熱力學第一定律和第二定律、熱力學函數、熱力學循環和相平衡等，同時也會涉及化學反應熱力學的相關內容，如化學反應熱力學平衡常數的計算和熱力學平衡常數的影響因素等。

在教學方法方面，大多數高校采用理論教學與實踐教學相結合的方式進行化工熱力學課程的教學[1，5]。理論教學主要通過課堂講授、課后習題講解等形式進行，強調對基本概念和原理的理解。實踐教學則通過實驗操作、計算實例等形式進行，幫助學生將理論知識應用到實際問題中。

在教學評價方面，高校化工熱力學課程的教學評價主要通過考試、專題研究報告、實驗報告和課堂表現等方式進行[6]。考試主要測試學生對基本概念和原理的理解與運用能力，專題研究報告考查學生查閱整合文獻資源的能力，實驗報告則評估學生實際操作和數據分析能力，課堂表現則關注學生對課程內容的理解程度和思考能力。

多數高校的化工熱力學課程的教學現狀相對較好，教學內容全面，教學方法多樣化，教材選用合理[3]，但是仍然存在一些問題，如理論與實際脫節、教學內容過于復雜難懂、缺乏實踐操作與理論聯系的機會等[7]。這些問題制約了學生對化工熱力學知識的掌握和理解，教學效果不盡如人意。具體表現如下：

一是教材內容過于抽象。目前使用的化工熱力學教材，公式內容較多且復雜，參數各異，加之在不同前提條件下不同公式的適用范圍不同，所以對學生來說顯得晦澀難懂，過于抽象，難以理解和掌握[8]。這容易導致學生對熱力學的基本概念和原理理解不深入，應用能力不強，僅僅靠課堂上的學習時間和教師的講解是遠遠不夠的。

二是教學方法單一。傳統的化工熱力學教學方法主要以講授為主，學生被動接受知識，學習效率不高，且缺乏互動和實踐環節，學生學習興趣和動力不足[9]。

三是教學資源匱乏。化工熱力學實驗設備和教學資源相對匱乏，學生在實踐環節的培養不夠充分，缺乏實驗操作鍛煉和解決實際問題的能力，這導致學生對熱力學在實際應用中的理解有限[10-11]。

二、化工熱力學教學改革的原則和目標

（一）改革的原則

高校化工熱力學課程教學改革的原則包括以下幾點：

1.理論與實踐相結合。將課堂理論知識與實際應用相結合，引入實驗、案例分析、工程實踐等教學方法，并針對真實的實驗結果，與理論知識相結合，從而進一步提高學生對熱力學概念的理解和應用能力[12-13]。

2.強調問題解決能力。培養學生的問題解決能力和創新思維。結合所學知識，通過讓學生以個人或小組的形式設計實驗、操作實驗、解決實驗中的實際問題等方式，培養學生獨立思考和解決實際工程問題的能力[5，14]。

3.強化實踐操作能力。重視實驗操作環節，增加實驗課程的比例。通過實踐操作鍛煉學生的實驗技能和觀察能力，提高學生實驗數據處理和實驗結果分析的能力。

4.采用多元評價方式。包括課堂測驗、實驗報告、小組討論、課程設計等，以全面評估學生的學習效果和綜合能力，鼓勵學生積極參與課程活動。

5.靈活運用教材資源。結合國內外最新研究成果和教材資源，設計教學內容和改進教學方法，以提高教學質量和教學效果。

6.激發學生學習興趣。學生對化工熱力學內容的學習興趣是其深入學習關鍵動力。隨著計算機技術的發展，現在有許多化工熱力學軟件可以用來輔助教學。通過在教學中引入這些軟件，如Aspen、Matlab、Origin等，可以讓學生更直觀地認識到熱力學原理的應用，提高他們的學習興趣和學習效果。另外，通過生動的教學方式和案例分析，激發學生對熱力學課程的學習興趣，提高學生的學習主動性和參與度。

7.與行業對接。充分發揮學校與教師的資源優勢，與相關的產業企業合作，在上課或寒暑假時間開展實習、實訓和科研項目，使學生能夠深入了解行業需求和應用前景，為學生就業和創新創業提供支持[9]。

8.不斷更新教學內容。及時更新教學內容，關注最新科研成果和技術發展動態，將最新的理論知識和實踐應用引入課堂，提高教學的前沿性和實用性[15]。

9.鼓勵合作學習。在開展教學工作時，推崇合作學習的理念，設計小組合作模式，鼓勵學生在小組中就某個化工熱力學問題展開討論和合作，以激發學生自身的創造力和解決實際問題的能力，同時提高學生的團隊合作精神和溝通能力[16-17]。

（二） 改革的目標

化工熱力學教學改革的目標包括提高學生的學習興趣和學習能力，培養學生的實踐能力和創新精神，使學生能夠熟練掌握化工熱力學的基本概念和原理，并能夠將其用于解決工程實際問題[11，18]。

三、化工熱力學教學改革的措施與方法

（一）課程內容的更新與拓展

隨著新材料、新工藝的不斷涌現，傳統的化工熱力學課程已經無法完全滿足學生對新知識的需求。因此，在課程教學改革中，應該加入一些前沿的研究成果和應用案例，使學生能夠了解到最新的熱力學理論和實踐應用。例如，可以引入新材料的熱力學性質和能量轉化機制，讓學生了解到不同材料在化工生產過程中的應用潛力。同時，還可以加入一些與環境保護和可持續發展相關的內容，體現生態環保的綠色發展理念和節能減排意識，培養學生的環境意識和可持續發展思維。

（二）教學方法的改進

眾所周知，化工熱力學概念多且抽象，不同概念之間又聯系緊密，為了方便學生厘清熱力學知識脈絡和概念間的關聯，課堂講授時可以增加知識圖譜的內容。知識圖譜可以清晰地顯示出化工熱力學的知識體系及各知識點之間的相互聯系，有助于學生全面理解課程的知識體系和脈絡，并進一步融合各知識點，提升學生學習該課程的興趣和信心，培養學生的科學思維和良好習慣。

教師還可以引入現代技術手段，利用計算機模擬軟件、虛擬實驗室等現代技術手段，讓學生能夠通過模擬實驗和計算來觀察和分析熱力學過程。這樣可以提高學生的實驗設計和數據處理能力，并增強他們對熱力學理論的理解。同時引入最新的前沿知識，這不僅能拓寬學生的視野，還有助于提升學生學習課程的熱情。通過學習學科前沿知識，可促使學生進一步閱讀最新文獻，激發其科學精神和創新精神。

傳統的化工熱力學課程教學以理論講解為主，學生缺乏實踐操作和實際應用的機會。因此，可以引入一些實驗教學和實踐案例，讓學生親自動手操作和解決實際問題，提高他們的動手能力和實際應用能力。例如，可以設計一些小型實驗，讓學生通過實際操作來驗證熱力學定律，加深他們對理論知識的理解和記憶。同時要注重實驗內容的更新和調整，保持與理論教學同步。此外，通過綜合性、創新性實驗可以培養學生的實踐能力和創新精神，也可以幫助他們更好地理解和掌握所學知識。例如可以設置一些涉及多個知識點的綜合性實驗或需要學生自行設計實驗方案的實驗等。以本課題組研究過的部分課題“β-二亞胺配體（L1 = HC（CMeNAr）2，Ar = 2，4，6 - Me3C6H2）在固液相平衡中的研究”為例[19]，將學生以4～6人為一小組進行分組實驗。學生在團隊協作下獲取實驗數據，從分子極性、氫鍵和空間構效等方面處理并分析溶解度數據的差異。利用數據處理軟件，如origin、Aspen、Matlab、Materials Studio等，使用固液相平衡模型關聯得到的溶解度數據，計算其實驗數據和擬合數據之間的偏差以評估熱力學模型的擬合效果。學生通過參與實驗教學，可以更加生動直觀地理解熱力學方程的原理和應用。還可以結合實際案例，列舉一些“從生活中來，到生產中去”的鮮活實例，讓學生分析和解決真實的化工熱力學問題，引導他們通過自主探索和合作學習的方式來解決問題。這樣可以激發學生的學習興趣和主動性，培養他們的創新思維和解決問題的能力，以及團隊合作精神，并充分理解熱力學模型對化工生產質量與經濟效益的重要性。

（三）教學資源的優化

化工熱力學是一門理論性較強的課程，需要大量的教學資源來支撐教學活動。在課程教學改革中，可以加強與實驗室、企業等單位的合作，共享資源，提供更多的實驗設備和實踐機會，以提高學生的學習效果和實踐能力。例如，可以與化工設計院、企業合作，讓學生參觀實際的化工設計、生產過程，了解熱力學在實際工程中的應用。同時，還可以建立化工熱力學教學資源庫，加強校際合作，收集整理相關的教學資料和案例，供學生自主學習和參考。在教學內容方面，可以與物理化學、材料科學等學科進行跨學科融合教學，拓寬學生的知識視野。

（四）評估方式的改革

傳統的考試評估方式往往只注重學生對知識的記憶和理解，缺乏對學生實際應用能力的考查。在教學改革中，可以引入一些項目實踐和綜合評估，考查學生的實際操作能力和解決問題能力，以便更全面地評估學生的學習成果。例如，結合實驗教學，設置關于實驗操作過程的規范考核，以及完成后續數據處理的任務，考查學生的實驗操作和數據處理能力。同時也可以設計一些關于化工熱力學內容的主題課程項目，如相平衡、熱力學模型和熱力學定律等，要求學生結合熱力學理論和實際應用，完成一定的任務和報告，并評估其綜合能力和創新思維水平。

（五）增加課程反饋

高校化工熱力學課程的反饋機制是為了幫助學生更好地理解和掌握課程內容，并提供教學質量的改進方向。

在課程結束時，教師可以制定一份關于教學內容、教學方法和教材選擇等方面的課程評價匿名問卷，通過問卷了解學生對課程的整體評價，并根據意見和建議有針對性地調整授課方式。例如，很多學生反映化工熱力學公式繁多，難以理解其基本概念和原理，課程教師應該及時調整講課模式，有所側重而不是全盤輸出給學生，要讓學生對所學知識有更加充分的理解。同時學校可以開放化工熱力學課程的反饋通道，使學生可以隨時向教師提供個人反饋和建議，教師針對反饋進行調整和改進。

學院應定期組織課程討論會。化工熱力學涉及的內容豐富且難度大，在課上或課后習題的解決過程中，學生一定會遇到各種各樣的問題，如果問題得不到及時的解決，就會影響學生對知識的吸收效果，導致其對重點知識的掌握不到位。因此，組織課程討論會是非常有必要的。教師和學生可以共同討論課程中的難點和疑惑，促進學生之間的交流和互相學習。孔子曰：“三人行，必有我師焉。”教師之間可以定期召開教學團隊會議，分享教學經驗和反饋，共同探討教學方法和內容的改進思路。

在學生畢業后，可以進行畢業生追蹤調查，了解他們在工作中是否能夠運用所學的化工熱力學知識，并聽取他們對課程的反饋和建議。通過有效的反饋機制，可以提高課程質量，滿足學生的學習需求，促進教學的不斷改進和創新。

綜上所述，化工熱力學課程教學改革是一個持續不斷的過程，需要教師、學生和教育管理部門的共同努力。通過更新課程內容、改進教學方法、優化教學資源和改革評估方式等途徑，我們可以更好地培養學生的實踐能力和創新精神，以適應現代化工領域的發展需求。

四、結論

文章主要探討了高校化工熱力學課程教學的現狀和改革的重要性與必要性，從課程改革的原則和目標出發，提出了一些改革的措施和方法。通過課程內容的更新與拓展、先進教學方法的引入、教學資源的優化、評估方式的改革、課程內容的反饋等，可以促進化工熱力學教學的改革與創新，為培養優秀的化工人才奠定基礎。同時，本文也對化工熱力學教學改革的未來發展進行了展望。

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［責任編輯：劉鳳華］