高校转型期化工热力学课程的教学实践

刘　芳，李全良，王　筠，王小光

(周口师范学院 化学化工学院， 河南 周口 466001)



高校转型期化工热力学课程的教学实践

刘芳，李全良，王筠，王小光

(周口师范学院 化学化工学院， 河南 周口 466001)

根据高校转型期培养应用型、技术技能型人才的办学思路，结合化工热力学课程理论性强、概念多而抽象、公式繁琐而枯燥的特点，从教师的角度出发，尝试采用多种教学手段相结合，加强理论联系实际，增加案例剖析，优化评价方法等提高学生兴趣和教学效果的方法，取得了较好的教学效果.

化工热力学；素质教育；综合能力；教学手段

为适应经济社会发展新要求，地方本科高校需要大力培养高级应用技术型人才.高校转型应从转变教育观念着眼，把办学的重点放在提升服务能力和人才培养质量上，实现全方位转型.在国家推动部分地方本科高校向应用型转变之际，周口师范学院审时度势，果断决策，大胆启动转型发展工作，在转变思想观念、深化教学改革、推进产教融合等方面开展了深入探索和实践.加强顶层设计，学校确立了建设“地方性、师范性、应用型”高水平应用技术型大学的办学定位和“实基础、适口径、重应用、强素质、能创新”的应用型人才培养理念；按照“顶层设计、试点先行、重点突破、分步实施、整体推进”的原则，学校从实际出发，明确了办学定位、凝练了办学特色、转变了办学方式.改革人才培养模式，培养高素质应用型人才，提升学生的就业创业能力；调整优化学科专业结构，提升学科专业与地方经济社会发展需求的契合度；融入地方经济社会发展,逐渐形成了“全方位、高起点、深层次”的转型发展特色.

化工热力学作为化学工程与工艺及相关专业的必修课程，是一门综合多门学科、多种理论的课程.既论述化学问题，又讨论工程应用；既有严谨的理论性和逻辑性，又有较强的应用性和简化性.因此，在化工类及相关专业的人才培养中，化工热力学课程起着由基础到专业的承前启后作用.化工类人才要想更进一步的发展，在研发领域走的更远，也需要化工热力学的知识功底[1].另一方面，化工热力学具有内容多，公式多且推导复杂、逻辑性强，概念多而且抽象等特点[2-5].化工热力学的传统教学过程以教师为主体，以教材为中心，重在解释抽象的概念，推导复杂的公式，强化理论性和逻辑性，忽略其应用性和简化性.这种教学方法导致学生在学习本课程中由于抽象难懂而兴趣不大，有一些学生下决心学好这门课程时发现困难重重，慢慢的也就弃而舍之了.另外，现在很多学校的化工专业，在招收研究生的过程中不考化工热力学，这也导致一心考研的学生放弃化工热力学的学习.所以如何在较短的课时内把化工热力学的内容讲透、讲清，使学生认识到化工热力学的重要性，提高他们对本课程的学习兴趣和学习主动性，是对授课教师的一大挑战.因此，初次讲授这门枯燥、难学、无用的课程，应该将专业思想的教育通过情感沟通来进行,通过讲解课程实际应用和强调不同的考核方式来促进课程学习,多种手段相结合，才能达到最好的教学效果.

教师教学的最终目的是为社会培养人才.作为工科类大学三年级的教师，除了专业知识，还要努力在教学中锻炼学生的科学思维能力，分析解决问题能力和创新精神.笔者在化工热力学课程教学中，针对学生的认知水平，已有知识结构，学习能力和科研能力，通过与学生情感沟通，加强理论联系实际，增加案例剖析，优化评价等方法，取得了较好的教学效果.

1　寓情于教

处在转型发展时期的高校，办学定位之一是要服务地方社会.服务社会，不仅要求学生具有专业技能，还要求学生学会为人处世.以往，教师们总是认为把这一节课上好就是对学生的负责.韩愈说：“师者，传道、授业、解惑也.”为人师，不只是传道，更要授业解惑.授业解惑就要求教师教会学生如何做人以及如何提高专业素养，这也是影响学生学习效果及以后就业创业的最根本原因[2].教师讲了50分钟的知识，学生也仅仅学到10分钟的知识甚至10分钟都不到.如果学生不想学, 教师准备得再好也没有用.这就要求我们在课堂教学中，重视目前教学体制下学生的困惑, 剖析他们的活思想, 将做人、专业思想、课程学习相结合.情感沟通是整个教学活动的催化剂，能很好地架起“教”与“学”的桥梁.作为教师，要用高尚的人格魅力吸引学生，用个性化的语言艺术打动学生，用高超的教学艺术征服学生，用民主平等的管理艺术对话学生，用良好的师生情感愉悦学生.于丹教授讲过这样一个例子，她当年做学生辅导员时，在开学前仔细研究学生档案，在学生报到时就能准确叫出每一个学生的名字，学生非常感动.这样一下子拉近了与学生之间的距离，也给学生如何做人上了很好的一课.这一例子说明教师的言行举止有助于拉近师生距离，教师好的言辞和优雅的举止，热心帮助学生解决课内和课外的一些困难，以平等、耐心、豁达的态度对待学生，会激起学生对教师的亲近和对所教学科的兴趣和爱好.笔者作为一名新教师，又是工科出身，没有经过专业技能培训，因此有很多东西是需要与学生共同学习、探讨的.这样也更容易与学生建立起朋友式的师生关系，从而促进学生对这门课程的学习产生更大的兴趣.

2　教学过程

周口师范学院转型期的办学思路之一是要从传统转到增强学生就业和创业能力上来.这就要求我们利用有限的教学时间，让学生掌握尽可能多的理论知识，培养和锻炼学生的多种能力.因此我们要努力提高学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，取得最佳的教学效果，争取在有限的时间内，让学生从教师准备的一桶水里喝到更多的水.

2.1因材施教

教学过程不仅仅是对学生简单灌输知识的过程，而是教书育人的系统工程.材不仅仅指教材，更是指人才.教师备课时不仅要备教材，更要备学生.充分了解学生的思想，对基础知识的掌握情况，根据学生在学习过程中反馈出来的各种信息，对教学内容予以适当的调整，确定教学重难点.比如，本课程是物理化学从理论到实际的延伸，延伸过程中的逻辑推理和公式推导又离不开高等数学.因此学生在之前的学习中，这两门课程掌握的好坏直接影响化工热力学课程的学习.在充分了解学生的基础上选择合适的教学内容，合理的课程结构和适当的教学难度是保持学生具有较高学习兴趣和提高教学效果的必要前提.

2.2抓住重点、讲透精髓

化工热力学主要内容是在基本热力学关系的基础上，重点讨论能量关系和组成关系，分为基础理论和工程应用两大部分.根据转型发展培养应用型人才的要求，不过多追求理论的深度，在不失化工热力学体系严谨性的同时，突出化工热力学的实用性，理论联系实际，使学生有兴趣、有能力在课堂内学习，并减少学生对本课程的“恐惧感”.

2.2.1着重绪论讲述、激发学习兴趣

绪论部分是开篇部分，是学生对该门课程了解和学习的第一窗口，绪论课的成功与否，直接关系到学生对本门课程的兴趣和学习的积极性.笔者在最初的教学过程中，先是介绍该门学科的学习内容，然后强调这门课程如何重要，如何缺一不可，但是效果不太理想，总有空洞说教的感觉.经过几年的教学，不断在实践中发现问题，总结经验，向老教师学习好的教学经验，自己探索新的教学方法，结合转型发展的需求，重新设计了化工热力学课程的绪论讲述.首先抓住学生最关心的问题，明确给出本门课程的考核办法，即本门课的总成绩包括期末考试成绩与平时成绩两部分，所有讲过的内容均为期末考试内容，考前不再给学生划所谓的重点，从而打消学生靠教师的圈题划范围等争取高分的可能；另外，强调期末考试试卷中加入平时学习过程中讨论过的问题，使得学生重视课堂教学过程，避免学生的突击高分思想，这样就从思想上提高了学生对本门课程的重视程度.然后明确告诉学生，化工热力学是一门非常实用的课程.虽然有许多抽象的概念和复杂的公式，但其目的绝不限于概念的推演和现象的解释，更要定量地给出求取能量或组成的方法.能量或组成计算是我们进行能量衡算和物料衡算的基础，同学们并不陌生，在化工原理课程学习中经常遇到，从而把化工热力学与化工原理联系起来.同时，能量或组成计算在化工计算及设计中有直接的应用，化工类学生又离不开化工计算，因此，学生们会重视本课程的学习.接着抛出第二个问题：化工热力学与物理化学的区别与联系？化工热力学也讨论热力学第一第二两大定律，但区别于物理化学只讨论系统与环境只有能量交换而无物质交换的体系，化工热力学还要涉及敞开体系，并讨论与环境有物质交换的情况.在化工热力学中通过逸度、活度和自由能，分析了相平衡条件与各相组成的关系，在解决化学工业中组分分离理论基础的同时，扩大了热力学的使用范围.最后，再以问题的形式提出如何通过本课程的学习去解决工程实际问题，以达到节能减排的目的，比如如何尽可能多地把加入汽车的汽油转化为汽车动力等.通过绪论的学习，同学们了解到，化工热力学是一门定性的科学，更是一门定量的科学.通过明确考核方式，凸显课程的实际应用，强调本课程对以后的就业的帮助，纠正了学生对本课程“学而无用”的错误认识，避免了空洞说教，提高了同学们学习该门课程的使命感和责任感，取得了比较满意的教学效果.

2.2.2提炼章节要点、重构课程体系

化工热力学从基本理论到实际应用，内容较多，而教学时间只有54个学时，如何将化工热力学这门课程化繁为简是教师需要注意的一个重要问题.因此要深入研究教材，找出教学内容的深层次内涵，注重各部分知识的横向联系；简化公式推导，重理解，轻记忆.实际上，化工热力学的研究内容集中在能量和物质的利用极限问题上，那么整个课程的学习都是为节能减排的目的服务.以解决这两个问题为基础对教学内容进行重构，比如流体的PVT关系、单组元流体及其过程的热力学性质、均相混合物的热力学性质这三部分内容均是从理想流体出发研究实际流体的过程，都是采用理想模型加校正的方法来处理实际物系，这三章内容放在一个体系来讲.热力学第一定律和第二定律，相平衡都是基本理论在实际过程中的应用，结合具体的化工过程或切入生活案例讲解.经过这样对内容的重新划分和整合，使得化工热力学的整体性则更强.目标明确，内容合理，方法得当，此课程将不再是难于上青天的蜀道.通过章节提炼，体系重构，也教会学生面对问题时，要抓住根本，理清思路，采取合适的方法，化繁为简地去解决问题，提升了学生的创业就业能力，契合了周口师范学院转型发展的要求.

2.2.3问题引入教学、案例促进教学

转型发展期要坚定不移地以培养应用型人才为目标，不断提升学科专业与地方社会发展的契合度.而学生对该门课程的形容却是：一大堆数学符号，无穷的数据，没完没了的计算……而且还没有实际应用.针对这一现象，在上课过程中，采用引导式教学，以实际问题引入课程教学内容；增加案例，提高学生的学习兴趣；在案例分析过程中增加与学生的互动，从而提高学生的学习热情.打消学生认为这门课难学且学而无用的顾虑，体现本学科的实用性.

已经在物理化学课程中学习过理想气体状态方程，那么使用的液化气体或固化气体是否可简化为理想气体进行计算？答案是否定的，因为理想气体分子之间无相互作用且气体分子本身无体积.因此从理想气体方程引出实际气体PVT方程，比如范德华方程和立方型状态方程.石化能源危机，汽柴油不断涨价，现在大部分出租车选用经济环保的天然气作为燃料.据出租车司机反映“同样一罐压缩天然气，夏天跑的里程比冬天要短”，为什么？在人们的理解中，冬天由于天气寒冷，应该是费气的，为什么人们的理解与实际相反呢？针对这个问题，同学们感觉很好奇，七嘴八舌的进行讨论.然后给出答案，因为根据气体的PVT关系，气体体积与温度成正比，而夏天气温高于冬季，在储气罐的总体积不变的的情况下，夏天装入的压缩天然气物质的量比冬天要小，因此能够行驶的里程数减小.通过生活中的实例，让同学们自己讨论，这样学生即轻松掌握了本部分的理论知识，又避免了只讲理论所带来的“学而无用”论.

在物理化学中研究的大多数为理想体系，即不考虑与环境之间的物质交换的封闭体系，而化工热力学课程中即有封闭系统，也研究与环境有物质交换的敞开系统，学生理解起来有困难.以工艺中氨合成为例，来讲解两系统之间的差别.对于氨的合成，学生都非常熟悉，在工业催化课程中讲，在化学工艺学课程中也讲，这里又讲，这样的问题使学生感受到课程间的相互衔接.针对N2+3H2→2NH3反应，在工业催化中，讲合成氨催化剂，讲诺贝尔奖获得者哈伯；在工艺学中，讲合成路线；而在热力学中，讲的是反应平衡.在反应之前，组成不发生变化；反应过程中，反应物逐渐减少，产物增多；反应平衡后，反应物和产物不再发生变化，组成不变.反应前和反应后就相当于封闭系统，而反应过程中则是敞开系统.这样就把封闭系统和敞开系统在一个反应中联系起来，然后再研究两系统的区别就容易多了.

介绍热力学第一和第二定律之前，给学生讲了某同学在研究生选题时发生过的故事.根据导师的研究方向，经过半年的文献调研，该同学找到导师要求课题定位推翻热力学第一定律即能量守恒定律，导师许之.半年研究后，该生又找导师说准备更换课题，问其原因，说半年研究发现热力学第一定律是正确的.学生听完故事，哄堂大笑，但是笑过之后，再讲热力学第一第二定律，学生就带着热力学第一和第二定律研究什么内容的问题和这两个定律是否正确的质疑来认真学习这节内容了.再引入永动机的例子，学生对本部分内容的学习就在快乐轻松的气氛中结束了.

在能量的合理利用中，以取暖为例，分析不同取暖设备的能耗与成本，然后给出合理用能的方法.由于地处黄河南岸，冬天是不通暖气的，在中原地区冬季取暖经历了三个过程，最初人们靠燃烧薪柴取暖，后来人们用煤炉取暖，现在随着生活水平的提高，人们采用空调或者电油汀来取暖.人们在要求暖和的基础上还要求节能环保，那么“在同样的室内面积，同等功率条件下空调与电油汀相比哪一个更节能，更环保？冰箱的工作原理与空调是否相同？夏天打开冰箱门是否能当空调？通过生活中大家都熟悉的空调冰箱，带动了大家的讨论积极性，学生对节能减排有了从理论到实际的认识.同时也促进了学生们发现问题，分析问题的能力，提高了就业和创业能力.

偏摩尔性质是一个比较抽象的概念，很难举例，试着从无机化学实验中配制一定浓度的乙醇水溶液的现象来引入这一概念.用不同体积的乙醇和水混合，准确记录混合前后乙醇、水及乙醇水溶液的体积并把结果列于表中.结果发现，乙醇水溶液的体积不等于乙醇和水体积的简单加和，而是随着混合比例不同产生不同变化.这一现象表明混合物性质并不能简单地用纯物质摩尔性质的线性加和来表达，这就要求人们提供联系混合物性质与组成变量的一般性关系，从而引入偏摩尔性质的概念.

相平衡是化工热力学研究的另一主要内容，相平衡是分离操作中平衡分离过程的极限，是多元组分分离的计算基础.学习此部分内容时，结合同时学习的化工原理蒸馏部分内容.引入化工设计中常见的精馏的例子，比如如何将40%乙醇水溶液提纯到99.5 %的乙醇？汽液平衡数据和对应的关联式在精制过程中精馏塔塔高和塔径的计算中的应用等.学习中高压下的气液平衡时，引入了石油开采的案例.采油过程中，利用高压将油层举升到地面的现象称为自喷.如果油层能量较低，可以利用逆向现象进行人工举升，即利用等温减压过程使油层升到地面.通过生产中的实例，使学生对生产过程有所了解的同时也很好地掌握了相平衡的内容及应用，提升了学生的专业素养，符合转型发展培养多技能应用型人才的办学定位.

3　结论

处在转型发展时期，要求把办学的重点放在提升服务能力和人才培养质量上，实现全方位转型.根据转型发展要求，把化工热力学课程建设的目标定位于培养高素质、多技能、创新性的应用型人才.把基础知识应用到实际过程， 让学生通过本课程的学习，成长为既具有扎实的化学基础知识，又有解决实际问题能力的人才.结合转型发展需求和化工热力学课程特点，增强与学生情感沟通，重构化工热力学课程体系，增加案例教学.使学生不但能够消除对热力学传统的恐惧心理，在轻松愉快气氛中掌握化工热力学知识，而且教会学生如何做人做事，热爱自己的专业，以便更好的服务社会.

[1]梁浩,刘惠茹,王春花.化工热力学教学实践与尝试[J].广东化工,2010,37(1):157．

[2]刘守军,何秀丽. 化工热力学教学中应把握的几个问题[J].太原理工大学学报(社会科学版),2001,19(1):80-86.

[3]王琳琳,陈小鹏,童张法.理论联系实际提高化工热力学教学质量[J].化工高等教育，2003,3:73-75.

[4]郑延成,李颢.化工热力学教学的实践探索[J]．广东化工,2013(22):147-148．

[5]应安国,武承林,任世斌,等.化工热力学课程教学改革的一些尝试和心得[J].广东化工，2012(1):156.

2016-05-05;

2016-07-01

刘芳(1982- )，女，河南汝南人，讲师，博士，从事工业催化剂、能源化工方面的研究.

G642

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1671-9476(2016)05-0102-04

10.13450/j.cnki.jzknu.2016.05.027