高校化工熱力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及改革創(chuàng)新

［摘 要］文章主要分析了高校化工熱力學(xué)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，探討了課程改革的原則和目標(biāo)，并根據(jù)目前課程教學(xué)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(nèi)容、引入先進(jìn)的教學(xué)方法和教學(xué)資源、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)、優(yōu)化評估環(huán)節(jié)、增加課程內(nèi)容的反饋等措施，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)高?；崃W(xué)課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

［關(guān)鍵詞］化工熱力學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

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

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程之一，其主要內(nèi)容是化工過程中的熱力學(xué)性質(zhì)、能量變化及轉(zhuǎn)換、物質(zhì)的相變以及化學(xué)反應(yīng)中的熱力學(xué)等。隨著化工工藝的不斷發(fā)展和復(fù)雜化，社會對化工熱力學(xué)的研究與應(yīng)用需求也日益增加。在高校，化工熱力學(xué)課程的內(nèi)容與教學(xué)方法對培養(yǎng)學(xué)生的化工工程思維能力、提高其熱力學(xué)分析與計(jì)算能力具有重要意義[1]?；崃W(xué)作為一門基礎(chǔ)課程，為學(xué)生提供了熱力學(xué)的基本概念、理論和計(jì)算方法等知識，使學(xué)生能夠理解和定量分析研究化學(xué)反應(yīng)和化工過程中的能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及相變等現(xiàn)象?；崃W(xué)課程注重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，通過學(xué)習(xí)熱力學(xué)原理和應(yīng)用，使學(xué)生能夠運(yùn)用熱力學(xué)知識解決實(shí)際工程問題，提高其工程實(shí)踐能力[2]。通過對化工熱力學(xué)的深入研究，可以推動(dòng)化工工藝的創(chuàng)新，提高工藝效率和能源利用效率[3]。另外，化工熱力學(xué)是化學(xué)工程領(lǐng)域其他高級課程的基礎(chǔ)，如化工傳遞過程、反應(yīng)工程、化工工藝等，掌握化工熱力學(xué)的基本原理和方法，可為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總之，高?；崃W(xué)課程能夠?yàn)閷W(xué)生提供基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)工程思維能力、推動(dòng)科學(xué)研究與應(yīng)用，以及為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。通過對化工熱力學(xué)的教學(xué)研究，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì)，為培養(yǎng)優(yōu)秀的化學(xué)工程人才作出貢獻(xiàn)。然而，當(dāng)前化工熱力學(xué)教學(xué)存在著一些問題，如教材內(nèi)容過于抽象、教學(xué)方法單一、教學(xué)資源匱乏等[4]，因此，進(jìn)行化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革是十分必要的。

一、高校化工熱力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，主要涉及化工過程的熱力學(xué)原理和熱力學(xué)計(jì)算方法。高?；崃W(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀如下：

在課程設(shè)置方面，許多高校都將化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程專業(yè)本科階段的必修課程，并在本科的前兩年進(jìn)行教學(xué)。一些高校還將其作為研究生培養(yǎng)計(jì)劃中的必修或選修課程。同時(shí)，一些高校也將化工熱力學(xué)分為兩個(gè)模塊進(jìn)行教學(xué)，分別是基礎(chǔ)熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)。

在教學(xué)內(nèi)容方面，高?；崃W(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括熱力學(xué)基本概念、原理、熱力學(xué)第一定律和第二定律、熱力學(xué)函數(shù)、熱力學(xué)循環(huán)和相平衡等，同時(shí)也會涉及化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，如化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和熱力學(xué)平衡常數(shù)的影響因素等。

在教學(xué)方法方面，大多數(shù)高校采用理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行化工熱力學(xué)課程的教學(xué)[1，5]。理論教學(xué)主要通過課堂講授、課后習(xí)題講解等形式進(jìn)行，強(qiáng)調(diào)對基本概念和原理的理解。實(shí)踐教學(xué)則通過實(shí)驗(yàn)操作、計(jì)算實(shí)例等形式進(jìn)行，幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際問題中。

在教學(xué)評價(jià)方面，高?；崃W(xué)課程的教學(xué)評價(jià)主要通過考試、專題研究報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課堂表現(xiàn)等方式進(jìn)行[6]。考試主要測試學(xué)生對基本概念和原理的理解與運(yùn)用能力，專題研究報(bào)告考查學(xué)生查閱整合文獻(xiàn)資源的能力，實(shí)驗(yàn)報(bào)告則評估學(xué)生實(shí)際操作和數(shù)據(jù)分析能力，課堂表現(xiàn)則關(guān)注學(xué)生對課程內(nèi)容的理解程度和思考能力。

多數(shù)高校的化工熱力學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀相對較好，教學(xué)內(nèi)容全面，教學(xué)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(shí)際脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容過于復(fù)雜難懂、缺乏實(shí)踐操作與理論聯(lián)系的機(jī)會等[7]。這些問題制約了學(xué)生對化工熱力學(xué)知識的掌握和理解，教學(xué)效果不盡如人意。具體表現(xiàn)如下：

一是教材內(nèi)容過于抽象。目前使用的化工熱力學(xué)教材，公式內(nèi)容較多且復(fù)雜，參數(shù)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(xué)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(dǎo)致學(xué)生對熱力學(xué)的基本概念和原理理解不深入，應(yīng)用能力不強(qiáng)，僅僅靠課堂上的學(xué)習(xí)時(shí)間和教師的講解是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

二是教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)教學(xué)方法主要以講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識，學(xué)習(xí)效率不高，且缺乏互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力不足[9]。

三是教學(xué)資源匱乏?；崃W(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)資源相對匱乏，學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)不夠充分，缺乏實(shí)驗(yàn)操作鍛煉和解決實(shí)際問題的能力，這導(dǎo)致學(xué)生對熱力學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的理解有限[10-11]。

二、化工熱力學(xué)教學(xué)改革的原則和目標(biāo)

（一）改革的原則

高校化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革的原則包括以下幾點(diǎn)：

1.理論與實(shí)踐相結(jié)合。將課堂理論知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，引入實(shí)驗(yàn)、案例分析、工程實(shí)踐等教學(xué)方法，并針對真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與理論知識相結(jié)合，從而進(jìn)一步提高學(xué)生對熱力學(xué)概念的理解和應(yīng)用能力[12-13]。

2.強(qiáng)調(diào)問題解決能力。培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維。結(jié)合所學(xué)知識，通過讓學(xué)生以個(gè)人或小組的形式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、解決實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際問題等方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決實(shí)際工程問題的能力[5，14]。

3.強(qiáng)化實(shí)踐操作能力。重視實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，增加實(shí)驗(yàn)課程的比例。通過實(shí)踐操作鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和觀察能力，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的能力。

4.采用多元評價(jià)方式。包括課堂測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、小組討論、課程設(shè)計(jì)等，以全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合能力，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課程活動(dòng)。

5.靈活運(yùn)用教材資源。結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果和教材資源，設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和改進(jìn)教學(xué)方法，以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

6.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生對化工熱力學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣是其深入學(xué)習(xí)關(guān)鍵動(dòng)力。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在有許多化工熱力學(xué)軟件可以用來輔助教學(xué)。通過在教學(xué)中引入這些軟件，如Aspen、Matlab、Origin等，可以讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識到熱力學(xué)原理的應(yīng)用，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。另外，通過生動(dòng)的教學(xué)方式和案例分析，激發(fā)學(xué)生對熱力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與度。

7.與行業(yè)對接。充分發(fā)揮學(xué)校與教師的資源優(yōu)勢，與相關(guān)的產(chǎn)業(yè)企業(yè)合作，在上課或寒暑假時(shí)間開展實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)和科研項(xiàng)目，使學(xué)生能夠深入了解行業(yè)需求和應(yīng)用前景，為學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供支持[9]。

8.不斷更新教學(xué)內(nèi)容。及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注最新科研成果和技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，將最新的理論知識和實(shí)踐應(yīng)用引入課堂，提高教學(xué)的前沿性和實(shí)用性[15]。

9.鼓勵(lì)合作學(xué)習(xí)。在開展教學(xué)工作時(shí)，推崇合作學(xué)習(xí)的理念，設(shè)計(jì)小組合作模式，鼓勵(lì)學(xué)生在小組中就某個(gè)化工熱力學(xué)問題展開討論和合作，以激發(fā)學(xué)生自身的創(chuàng)造力和解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力[16-17]。

（二） 改革的目標(biāo)

化工熱力學(xué)教學(xué)改革的目標(biāo)包括提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，使學(xué)生能夠熟練掌握化工熱力學(xué)的基本概念和原理，并能夠?qū)⑵溆糜诮鉀Q工程實(shí)際問題[11，18]。

三、化工熱力學(xué)教學(xué)改革的措施與方法

（一）課程內(nèi)容的更新與拓展

隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)課程已經(jīng)無法完全滿足學(xué)生對新知識的需求。因此，在課程教學(xué)改革中，應(yīng)該加入一些前沿的研究成果和應(yīng)用案例，使學(xué)生能夠了解到最新的熱力學(xué)理論和實(shí)踐應(yīng)用。例如，可以引入新材料的熱力學(xué)性質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化機(jī)制，讓學(xué)生了解到不同材料在化工生產(chǎn)過程中的應(yīng)用潛力。同時(shí)，還可以加入一些與環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的內(nèi)容，體現(xiàn)生態(tài)環(huán)保的綠色發(fā)展理念和節(jié)能減排意識，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識和可持續(xù)發(fā)展思維。

（二）教學(xué)方法的改進(jìn)

眾所周知，化工熱力學(xué)概念多且抽象，不同概念之間又聯(lián)系緊密，為了方便學(xué)生厘清熱力學(xué)知識脈絡(luò)和概念間的關(guān)聯(lián)，課堂講授時(shí)可以增加知識圖譜的內(nèi)容。知識圖譜可以清晰地顯示出化工熱力學(xué)的知識體系及各知識點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，有助于學(xué)生全面理解課程的知識體系和脈絡(luò)，并進(jìn)一步融合各知識點(diǎn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣和信心，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和良好習(xí)慣。

教師還可以引入現(xiàn)代技術(shù)手段，利用計(jì)算機(jī)模擬軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)室等現(xiàn)代技術(shù)手段，讓學(xué)生能夠通過模擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算來觀察和分析熱力學(xué)過程。這樣可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理能力，并增強(qiáng)他們對熱力學(xué)理論的理解。同時(shí)引入最新的前沿知識，這不僅能拓寬學(xué)生的視野，還有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)課程的熱情。通過學(xué)習(xí)學(xué)科前沿知識，可促使學(xué)生進(jìn)一步閱讀最新文獻(xiàn)，激發(fā)其科學(xué)精神和創(chuàng)新精神。

傳統(tǒng)的化工熱力學(xué)課程教學(xué)以理論講解為主，學(xué)生缺乏實(shí)踐操作和實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會。因此，可以引入一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐案例，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作和解決實(shí)際問題，提高他們的動(dòng)手能力和實(shí)際應(yīng)用能力。例如，可以設(shè)計(jì)一些小型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過實(shí)際操作來驗(yàn)證熱力學(xué)定律，加深他們對理論知識的理解和記憶。同時(shí)要注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新和調(diào)整，保持與理論教學(xué)同步。此外，通過綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，也可以幫助他們更好地理解和掌握所學(xué)知識。例如可以設(shè)置一些涉及多個(gè)知識點(diǎn)的綜合性實(shí)驗(yàn)或需要學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)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(xué)生以4～6人為一小組進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作下獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從分子極性、氫鍵和空間構(gòu)效等方面處理并分析溶解度數(shù)據(jù)的差異。利用數(shù)據(jù)處理軟件，如origin、Aspen、Matlab、Materials Studio等，使用固液相平衡模型關(guān)聯(lián)得到的溶解度數(shù)據(jù)，計(jì)算其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)之間的偏差以評估熱力學(xué)模型的擬合效果。學(xué)生通過參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以更加生動(dòng)直觀地理解熱力學(xué)方程的原理和應(yīng)用。還可以結(jié)合實(shí)際案例，列舉一些“從生活中來，到生產(chǎn)中去”的鮮活實(shí)例，讓學(xué)生分析和解決真實(shí)的化工熱力學(xué)問題，引導(dǎo)他們通過自主探索和合作學(xué)習(xí)的方式來解決問題。這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力，以及團(tuán)隊(duì)合作精神，并充分理解熱力學(xué)模型對化工生產(chǎn)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益的重要性。

（三）教學(xué)資源的優(yōu)化

化工熱力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的課程，需要大量的教學(xué)資源來支撐教學(xué)活動(dòng)。在課程教學(xué)改革中，可以加強(qiáng)與實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)等單位的合作，共享資源，提供更多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)踐機(jī)會，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)踐能力。例如，可以與化工設(shè)計(jì)院、企業(yè)合作，讓學(xué)生參觀實(shí)際的化工設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程，了解熱力學(xué)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。同時(shí)，還可以建立化工熱力學(xué)教學(xué)資源庫，加強(qiáng)校際合作，收集整理相關(guān)的教學(xué)資料和案例，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)和參考。在教學(xué)內(nèi)容方面，可以與物理化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科進(jìn)行跨學(xué)科融合教學(xué)，拓寬學(xué)生的知識視野。

（四）評估方式的改革

傳統(tǒng)的考試評估方式往往只注重學(xué)生對知識的記憶和理解，缺乏對學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的考查。在教學(xué)改革中，可以引入一些項(xiàng)目實(shí)踐和綜合評估，考查學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問題能力，以便更全面地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。例如，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)置關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作過程的規(guī)范考核，以及完成后續(xù)數(shù)據(jù)處理的任務(wù)，考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)也可以設(shè)計(jì)一些關(guān)于化工熱力學(xué)內(nèi)容的主題課程項(xiàng)目，如相平衡、熱力學(xué)模型和熱力學(xué)定律等，要求學(xué)生結(jié)合熱力學(xué)理論和實(shí)際應(yīng)用，完成一定的任務(wù)和報(bào)告，并評估其綜合能力和創(chuàng)新思維水平。

（五）增加課程反饋

高校化工熱力學(xué)課程的反饋機(jī)制是為了幫助學(xué)生更好地理解和掌握課程內(nèi)容，并提供教學(xué)質(zhì)量的改進(jìn)方向。

在課程結(jié)束時(shí)，教師可以制定一份關(guān)于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教材選擇等方面的課程評價(jià)匿名問卷，通過問卷了解學(xué)生對課程的整體評價(jià)，并根據(jù)意見和建議有針對性地調(diào)整授課方式。例如，很多學(xué)生反映化工熱力學(xué)公式繁多，難以理解其基本概念和原理，課程教師應(yīng)該及時(shí)調(diào)整講課模式，有所側(cè)重而不是全盤輸出給學(xué)生，要讓學(xué)生對所學(xué)知識有更加充分的理解。同時(shí)學(xué)?？梢蚤_放化工熱力學(xué)課程的反饋通道，使學(xué)生可以隨時(shí)向教師提供個(gè)人反饋和建議，教師針對反饋進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。

學(xué)院應(yīng)定期組織課程討論會?；崃W(xué)涉及的內(nèi)容豐富且難度大，在課上或課后習(xí)題的解決過程中，學(xué)生一定會遇到各種各樣的問題，如果問題得不到及時(shí)的解決，就會影響學(xué)生對知識的吸收效果，導(dǎo)致其對重點(diǎn)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(xué)生可以共同討論課程中的難點(diǎn)和疑惑，促進(jìn)學(xué)生之間的交流和互相學(xué)習(xí)?？鬃釉唬骸叭诵?，必有我?guī)熝?。”教師之間可以定期召開教學(xué)團(tuán)隊(duì)會議，分享教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和反饋，共同探討教學(xué)方法和內(nèi)容的改進(jìn)思路。

在學(xué)生畢業(yè)后，可以進(jìn)行畢業(yè)生追蹤調(diào)查，了解他們在工作中是否能夠運(yùn)用所學(xué)的化工熱力學(xué)知識，并聽取他們對課程的反饋和建議。通過有效的反饋機(jī)制，可以提高課程質(zhì)量，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，促進(jìn)教學(xué)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

綜上所述，化工熱力學(xué)課程教學(xué)改革是一個(gè)持續(xù)不斷的過程，需要教師、學(xué)生和教育管理部門的共同努力。通過更新課程內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、優(yōu)化教學(xué)資源和改革評估方式等途徑，我們可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，以適應(yīng)現(xiàn)代化工領(lǐng)域的發(fā)展需求。

四、結(jié)論

文章主要探討了高校化工熱力學(xué)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和改革的重要性與必要性，從課程改革的原則和目標(biāo)出發(fā)，提出了一些改革的措施和方法。通過課程內(nèi)容的更新與拓展、先進(jìn)教學(xué)方法的引入、教學(xué)資源的優(yōu)化、評估方式的改革、課程內(nèi)容的反饋等，可以促進(jìn)化工熱力學(xué)教學(xué)的改革與創(chuàng)新，為培養(yǎng)優(yōu)秀的化工人才奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，本文也對化工熱力學(xué)教學(xué)改革的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

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