计算机在化工热力学课程中的应用

李彩琴，李小花，刘荔贞，张晓龙

（山西大同大学化学与环境工程学院 山西 大同 037009）

1 引言

化学工程经历了漫长的发展细分出许多子学科，化工热力学即为其中之一。该课程主要对化学工程中涉及到的能量转化规律及稳态过程的应用限制条件进行研究以达到能量高效利用、生产流程简化、生产经济安全的目的。此外化工热力学课程是许多工科型高校开设的一门重要的专业课，也在工科院校培养计划中占有很大比重，是在化学及其相关科研研究和实际化工生产应用中逐渐发展形成的一门综合性和应用性的课程[1]。

化工热力学课程涉及的范围较广，所涵盖的基础理论很多：主要体现在其知识点抽象，表达式较长，特殊记号较多，计算量大等。综合近年来各大高校学习该课程的学生反馈，学生对这门课程有不少抱怨，多数学生反映化工热力学是一门既难理解，不易掌握又缺乏实际生产应用的理论课程。因此信息时代下如何更好地将计算机运用到教学中很有必要。本文主要从多媒体教学和计算程序两个方面讨论计算机在化工热力学课程中的重要性。

2 多媒体辅助课堂教学

传统的课堂教学往往从铃声响起便是教师的独舞，一节课未间断的板书，填鸭式的教学。这种教学模式固然有其优点，但长此以往会使学生对课堂乏味，而且不能准确地反映学生的听课效率和对所学知识的掌握情况[1]，尤其是化工热力学这一门概念性强公式冗长的课程。这种教学模式其课堂效果往往事倍功半。因此寻求新的课堂改进方案十分必要。

发展增添教学方式方法，将数字媒体技术融入课堂教学是21世纪人才培养的趋势[2]。人类社会文明发展步入多媒体时代，互联网发展很迅速，数字通讯技术具有全天候、全方位、多媒体的特性，以3G、4G为代表实现了图片、视频、声音等网络媒体文件的传接，并能够在电脑、手机等载体工具上视频会议、商务办公、网上冲浪、查阅信息、远程教学等多种信息服务。我们生活的方方面面都受网络平台影响着，当然作为国之大计的教育也不例外。

声音、图像、视频信息传播技术的迅猛发展加快了网络发展的步伐。教学则必须与时俱进，在教学中掌握数字媒体技术，学会如何使用这一工具，让其成为现代教学的重要组成部分。一对一、一对多在线传授、远程教育、高校网课的建设对数字媒体技术的应用都有实质性意义。在新的课堂授课中，教师可以采用增强老师与学生之间的互动，提升教学质量，课堂问答、电脑自媒体与黑板匹配教学等一系列教学革新方法，也就是等同于开发出第二课堂，此举不但能使学生打破固定听课思维，极大提升学生学习积极性和增强创新意识，而且这种利用电子媒体与传统板书相结合的模式可以在很大程度上解放老师，减少教师板书环节，节约课堂时间，在课堂中讲述更多的知识，弥补传统课堂效率低的缺点。同时有助于提高教师教授及学生学习化工热力学课程的热情。

3 计算机程序构建教学模型，简化计算

化工热力学在研究气体、液体系统时往往需要构建更精确、更科学的模型，如理想气体状态方程PV=RT。严格地说，在低压过程中，真实气PVT关系才接近理想气体，于是新的模型即为低压环境。再如BWR等高次的状态方程，真实流体的叙述则要运用Wilson活度系数模型。这些化工热力学精确的模型多数由数学表达式组成，这些公式冗长繁琐，计算步骤很多，如果人工一步步运算又有不小的难度。计算机在教育上的应用则解决了这一问题，计算机辅助教学可以很大程度上提高学生计算效率和准确度。同时也使学生解决化学工程问题的本领增强。已经比较成熟的计算机技术为教师和学生提供了编程语言和应用软件语言，既有诸如C++程序和Fortran程序的高级语言，也有可以进行超复杂的数学运算的商业应用软件，如Mathematica[3]和Math CAD[4]等语言。此外各类图表和绘图功能的软件层出不穷，这些软件能较高效对化工热力学的数据进行分析，甚至连最基础的Office软件中的Excel[5]也能对化工热力学中的诸多数据进行计算。

当日常化工热力学教学遇到计算时，应该具体问题具体分析，先从理论分析着手，模拟计算流程，编辑计算程序，再利用不同的软件将结果计算出。以此提高计算效率和精确度。如讲授用到PR状态方程计算气体的摩尔体积时，使用Excel就能很快地表示出计算的结果；涉及用模型预测溶液的活度系数时，我们采用Math CAD软件进行计算。在学习时学生可以对同一个未知题采用多种方法来解决，他们可以根据自己对基础知识的掌握程度和对计算机的熟悉度进而设计不同方案。在课下，教师留给学生些许课后作业，以此来帮助学生巩固所学知识，计算机辅助教学这种模式运用在化工热力学教学中，符合计算机技术快速融入教育的现代教学的趋势，学生可以了解计算机在化工热力学中的发展近况，而且相比手工计算，计算机可以大大缩短计算时间，简化计算步骤，帮助学生战胜对繁琐的公式演算的恐惧。这种计算机辅助教学让学生融入知识本身。学生也会渐渐爱上化工热力学这门课程 。

4 结语

化工热力学的教学成果将影响化工分离、化工能量分析、化工生产设计等课程的教学质量，也会影响到化学制药方面的教育，应该引起高校化学工作者的重视和关注。尽管化工热力学的教学上存在着诸多困难点，但是高等教师不能经常抱怨，随意马虎，糊弄了事。应该尽到教师应尽的职责，因材施教，不断革新自己的教学方式方法、形成良好的教学氛围、与时俱进时刻关注其最新发展状况，变更教学模式，已达到化工热力学课程教学目的，提高教学质量。本文从多媒体教学和计算程序两个方面讨论了计算机在化工热力学课程中的重要性。希望能为从事化工热力学的教职工提供一些参考。