化工熱力學(xué)教學(xué)方法解析

【摘 要】培養(yǎng)學(xué)生、教育學(xué)生一直是學(xué)校和教師的主要任務(wù)，高素質(zhì)人才的培養(yǎng)更是學(xué)校和教師的共同目標(biāo)。課堂教學(xué)雖是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，但目前仍是學(xué)校的主要教學(xué)手段。如何提高化工熱力學(xué)的課堂教學(xué)效果是授課老師需要思考的重點問題，本文從教材和教學(xué)方法入手對化工熱力學(xué)的教學(xué)進(jìn)行解讀和分析。

【關(guān)鍵詞】化工熱力學(xué) 教學(xué)方法 考查方式

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）26-0058-02

隨著能源日漸短缺、極端天氣逐年增多，近年來，節(jié)能減排及應(yīng)對氣候變化成為我國及世界各國的重要議題。而如何控制能源消費總量并提高其使用效率，如何調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，落實到細(xì)節(jié)就與化工熱力學(xué)有密不可分的聯(lián)系。化工熱力學(xué)在化學(xué)工程領(lǐng)域的重要地位始終是無法動搖的。化工熱力學(xué)是熱力學(xué)的一個重要分支，是化工類及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程?；崃W(xué)在培養(yǎng)化工類人才過程中起著重要的承前啟后、由基礎(chǔ)到專業(yè)的橋梁作用，是化工類人才必須要打好的知識基礎(chǔ)。如何在大學(xué)課堂講好化工熱力學(xué)這門課程，使學(xué)生能夠?qū)W有所用是我們授課教師需要認(rèn)真思考的問題。

一 課程特點

1.知識交叉重復(fù)

大多數(shù)化工熱力學(xué)教材的理論內(nèi)容編排都與一些先行課程如無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、物理學(xué)等有重復(fù)，這種知識的重復(fù)學(xué)習(xí)不僅會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也沒有充分體現(xiàn)出本門課程在實際應(yīng)用中的價值。如物理化學(xué)課程的第一章便是化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)，這部分內(nèi)容包含了熱力學(xué)的大部分基礎(chǔ)知識，熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第三定律、熱力學(xué)函數(shù)的基本關(guān)系式、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)等內(nèi)容都在其中。而這些熱力學(xué)的基礎(chǔ)知識是學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的基礎(chǔ)，所以相應(yīng)的內(nèi)容也編排在化工熱力學(xué)的教材中，在教學(xué)過程中哪些內(nèi)容重新講解，哪些內(nèi)容簡單帶過，如何處理這些交叉的內(nèi)容都是需要認(rèn)真考慮的。

在實際教學(xué)中，對學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過的定律及推導(dǎo)過程便不應(yīng)再做重點講解，而應(yīng)對其在實際化工過程中如何應(yīng)用進(jìn)行重點講解。如熱力學(xué)第一、第二定律，相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識在普通物理和物理化學(xué)課程上都有重點講解，那么在化工熱力學(xué)的課堂上講授的重點就放在應(yīng)用其基本原理分析熱力學(xué)過程上，突出穩(wěn)定流動過程的能量衡算、熵衡算、理想功、損耗功和有效能衡算，利用這些衡算原理對過程的能量利用情況進(jìn)行分析，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.公式多、計算煩瑣

化工熱力學(xué)相較于其他課程概念多、計算公式多且復(fù)雜。對于一個簡單的具體實際問題，通常也需要復(fù)雜的計算過程。學(xué)生的課后作業(yè)也多是要通過大量的手動計算來進(jìn)行，而不是應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題，這便會使學(xué)生覺得缺乏新鮮感和感性認(rèn)識，覺得枯燥無味，提不起學(xué)習(xí)興趣。本科教學(xué)所追求的目標(biāo)已不是高分?jǐn)?shù)，而是更重視學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)對社會有價值的生力軍。針對大量的公式，公式推導(dǎo)不可少，但教學(xué)時要適度地推導(dǎo)，突出重點。告訴學(xué)生不要死記硬背公式，而是要掌握各種公式的應(yīng)用條件和方法，理解各種符號的含義，理解推導(dǎo)步驟和過程，這樣會有利于減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。教學(xué)重點應(yīng)與考核方式緊密結(jié)合，既然考查的重點不是死記硬背而是應(yīng)用，那考核就應(yīng)采取開卷的方式。

二 教學(xué)方法的改進(jìn)

大學(xué)的教學(xué)已不采用中學(xué)階段的“填鴨式”教學(xué)方法，而是采用啟發(fā)式教學(xué)方法，通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性來促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。如何激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)便是授課教師要重點思考的問題。

1.注重緒論的講授

緒論作為課程的第一堂課既是全書的序幕又是課程的綱領(lǐng)，緒論的講授對激發(fā)學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)積極性發(fā)揮著重大作用。緒論講授中可以向?qū)W生敘述熱力學(xué)的發(fā)展史，介紹熱力學(xué)發(fā)展過程中重要的科學(xué)家及名人軼事。如介紹同學(xué)們熟知的焦耳、開爾文、卡諾、吉布斯、克勞修斯等科學(xué)家在化學(xué)領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)并重點突出在熱力學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，介紹這些科學(xué)家之間的關(guān)系，介紹這些科學(xué)家的事跡。通過介紹這些科學(xué)家來講述熱力學(xué)的發(fā)展史。拋出與課程內(nèi)容相關(guān)的生活實例激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣。如我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會用到的壓力鍋、冰箱、空調(diào)的工作原理是什么？與熱力學(xué)有什么關(guān)聯(lián)？列舉一些實例，與這些實例相關(guān)的知識會在今后的課堂中學(xué)到。這樣會使學(xué)生對本門課程抱有好奇心和求知欲。

清楚地介紹本門課程的研究范疇和學(xué)習(xí)目的，詳細(xì)講解本門課程的特點、研究方法和知識脈絡(luò)，使學(xué)生清楚學(xué)什么、為什么學(xué)、怎么學(xué)。并從專業(yè)角度介紹一些化工熱力學(xué)應(yīng)用于實際中的具體典型例子，讓學(xué)生了解本門課程的重要性，以提高學(xué)生對這一學(xué)科的重視程度。

2.以實例為先導(dǎo)

化工熱力學(xué)既難教又難學(xué)，教學(xué)內(nèi)容包含大量抽象的理論、復(fù)雜的推導(dǎo)和煩瑣的計算，若在教學(xué)中都是理論講解，學(xué)生會出現(xiàn)畏難心理和厭學(xué)情緒。為避免這種情況的發(fā)生，在教學(xué)過程中盡量以實例為先導(dǎo)。先提出一個具體的問題，然后再講解如何解決這一問題，在解決問題的過程中引出所要講授的知識內(nèi)容。這樣即便是比較抽象、煩瑣的知識，學(xué)生也比較容易接受和掌握。問題解決之后，對所涉及的知識點進(jìn)行梳理，然后再列舉一些類似的問題讓學(xué)生們自己分析，達(dá)到舉一反三的效果。所列舉的實例與緒論講解中提出的實例相對應(yīng)，在學(xué)生掌握所學(xué)知識點后再列舉一些與所講授知識點相關(guān)聯(lián)的化工實例，突出化工熱力學(xué)的學(xué)習(xí)目的即解決化工生產(chǎn)中的實際問題。

3.計算機(jī)與模擬軟件相結(jié)合輔助教學(xué)

首先化工熱力學(xué)所涉及的計算問題較為復(fù)雜，若手動計算則計算過程煩瑣且計算量大，而且手動計算只能解決一些簡單的問題，這很大程度上阻礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次化工熱力學(xué)所涉及的化工過程都比較復(fù)雜，不便于學(xué)生實際動手操作，這限制了學(xué)生應(yīng)用化工熱力學(xué)方法分析和解決實際問題。隨著計算機(jī)的普及和化工軟件的開發(fā)，將二者相結(jié)合作為重要的輔助教學(xué)工具，不僅能解決計算上的困難，還可以通過軟件進(jìn)行過程模擬以加深學(xué)生對化工熱力學(xué)的理解和應(yīng)用。如在化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的Aspen Plus軟件，軟件中包含的物性方法從氣體到液體貫穿了化工熱力學(xué)的主體內(nèi)容。通過選擇正確的物性方法可以很便捷地進(jìn)行物性估算。這一學(xué)習(xí)不但使學(xué)生能夠方便地解決問題，還能夠?qū)λ鶎W(xué)的模型有更深刻的認(rèn)識。軟件中的流體輸送單元和換熱器單元也涉及了大量的化工熱力學(xué)知識，可處理很多相關(guān)的問題。

三 考查方式的改革

課程的考查方式直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)目的。如果要實現(xiàn)對學(xué)生的能力培養(yǎng)，那么課程的考查就不能僅靠單一的一份期末考試試卷，而應(yīng)更重視學(xué)生平時的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)態(tài)度。

化工熱力學(xué)的理論性強(qiáng)、基礎(chǔ)概念深奧，學(xué)生平時的學(xué)習(xí)態(tài)度直接影響其對課程的掌握程度，所以考核方面應(yīng)更重視學(xué)生的平時表現(xiàn)，采取平時成績占50%，期末成績占50%的考核方式。出勤率僅是平時表現(xiàn)的基本考核指標(biāo)，學(xué)生課堂參與程度是考核的重點。平時成績的比例增加了，那么相應(yīng)的考核內(nèi)容也就增加了。平時成績包含了出勤、作業(yè)、課堂測驗、期中測驗、課堂報告和課程論文這幾個部分。通過平時不斷的督促和強(qiáng)化也使學(xué)生更能跟上課堂學(xué)習(xí)的節(jié)奏，通過自覺地查閱課外資料也使學(xué)生對課程內(nèi)容有了更好的理解和把握。

期末考試以評價學(xué)生能力為主，考試題目包含該課程的基本重點知識點，但更側(cè)重于理解和應(yīng)用，重點考核學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力?？荚嚥扇￠_卷方式，考題類型多為主觀題，考核知識點覆蓋面廣，題量適當(dāng)，避免出現(xiàn)太大、太深的計算題。

四 結(jié)束語

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程學(xué)的重要組成部分，是化工過程開發(fā)、研究和設(shè)計的理論基礎(chǔ)。在教學(xué)的初期要讓學(xué)生充分理解為什么要學(xué)習(xí)這門課程，在教學(xué)過程中通過不斷地梳理讓學(xué)生體會如何學(xué)習(xí)這門課程，在教學(xué)結(jié)束階段讓學(xué)生深刻了解這門課程能解決什么問題并掌握如何運用這門課程的知識解決實際問題。在化工熱力學(xué)的教學(xué)過程中，要時刻秉承以學(xué)生為主體的理念，時刻謹(jǐn)記以應(yīng)用為目標(biāo)的宗旨。伴隨教學(xué)進(jìn)程逐漸了解學(xué)生的學(xué)習(xí)目的，根據(jù)學(xué)生的訴求對課堂教學(xué)進(jìn)行調(diào)整，在保證相關(guān)知識講授的前提下盡可能地滿足學(xué)生的要求。課堂教學(xué)中針對學(xué)生存在的具體問題調(diào)整課程內(nèi)容、授課方式，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，真正地做到傳道授業(yè)解惑，為培養(yǎng)化工人才奠定基礎(chǔ)。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕