化工热力学课程教学改革的研究与实践

赵云鹏 荆 涛 胡明刚 邓庆芳 张 宇 张挥球

(齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

化工热力学是化学工程学的一个重要分支，是化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础核心课程。它是将热力学原理应用于化学工程技术领域，研究化工生产中各种有关单元操作和过程的问题[1-3]，是化工过程研究、开发和设计的理论基础，其既要解决化学问题，又要解决工程实践问题，是一门理论性和应用性较强的课程[4-7]。本课程的基本概念和理论比较抽象，公式推导与有关的计算过程比较复杂，学生系统理解和掌握课程内容，特别是在应用化工热力学的理论知识分析和解决实际问题方面比较困难。为了让学生更好地理解和掌握化工热力学的基本原理和实际应用，培养综合素质强的应用型化学工程与工艺专业人才，在教学过程中从教学内容、教学方法、教学手段及考核方式等方面进行一些有益的改革研究与实践，使学生树立工程思想，提高学生工程实践能力，培养和提高学生独立思考与解决实际问题的创新能力。

1 把握教学内容，突出应用目的

本课程教学内容主要包括流体的p-V-T关系、纯流体与流体混合物的热力学性质、相平衡、化工过程的能量分析、蒸汽动力循环与制冷循环等方面。其中流体的p-V-T关系、纯流体与流体混合物的热力学性质是其它各章节内容的基础，相平衡是热力学与传质过程、分离过程之间联系的纽带。课程讲授仅32学时，在有限的学时内，教学信息量大，且基本理论抽象难懂，因此必须把握好各章节的教学内容与结构层次之间的相互关联、相互作用，才能融会贯通，做好教学过程设计与课堂内容传授。教学过程中对每章的内容都按照先简单后复杂、先理想状态后实际状态、先基本理论后实际应用的基本原则，渐进式地深入展开。教学内容在概念、理论、方法及模型的基础上突出以应用为主要目的，因此课程内容的组织和讲授紧紧围绕热力学的基本理论、模型与实际应用的主线进行。教学过程中注重结合具体的应用实例，形象生动地对所运用的原理、方法与模型进行细致地讲解，有利于学生理解和掌握化工热力学的主要内容。注重加强问题启发性教学，积极促进学生主动思考，激发学生自主学习兴趣，重在突出基本理论的实际运用，使学生树立以概念、理论、方法及模型为基础，以实际应用为最终目的和落脚点的工程观点，深刻认识和理解化工热力学内容的特点与本质，提高学生解决实际问题的工程实践与创新能力。

2 运用问题启发讨论教学方法，提高教学质量

化工热力学课程传统的教学方法是以教师课堂教学为主，讲授基本概念、基本原理和繁琐枯燥的数学推导与计算，不利于开发学生的学习潜能与创新思维能力，达不到良好的教学效果。如何提高学生学习兴趣，使学生正确理解和掌握热力学的基本知识和研究处理问题的基本方法，培养学生工程意识，并将热力学的基本原理和方法应用到化工生产实践中，是本课程需要解决的重点问题[8,9]。针对上述问题，改变传统的讲授方法，课堂运用问题启发讨论教学方法，强调以问题为导向、以学生为中心、以实际工程应用为目的，通过教师引出问题、启发指导及师生相互交流讨论，充分调动了学生在学习过程中的探索性和主动性，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的工程意识，提高了学生分析和解决实际问题的创新能力。运用问题启发讨论教学方法，教师能够及时跟踪学生对教学内容理解和掌握的基本情况，及时发现在教学过程中需要改进完善的不足之处。教与学二者之间相互促进、相互提高，收到了较好的教学效果，提高了教学质量。

3 注重实例分析与讨论，强化学生实际应用能力

选取化工过程中典型的实例在课堂上进行分析与讨论，对提高学生的实际应用能力具有非常重要的作用。例如对化工过程进行能量分析时，选取典型的蒸汽动力厂节能措施的改进为例展开分析与讨论[10]。首先，学生要明确从能量衡算法和有效能衡算法两个方面上综合考虑此问题。其次，分别对能量衡算法和有效能衡算法进行分析与讨论：能量衡算法是以热力学第一定律为基础，仅反映能量在数量上的相互转换与利用的情况，没有考虑能量品位的高低，不能说明能量利用的完善性与合理性；有效能衡算法是结合热力学第一和第二定律，进行相同品位能量的数量衡算，从有效能的利用程度对能量利用的完善性进行评价，反映系统中能量的质量利用情况。最后，两种分析方法得出的结论明显不同：能量衡算法表明能量利用的薄弱环节是冷凝器，而有效能衡算法表明节能必须改进燃烧和传热过程，可见有效能衡算法的结论正确。通过具体实例的分析与讨论，培养和提高了学生独立思考与解决问题的能力，强化了学生对基本概念、原理、方法及模型等方面的实际应用能力。

4 丰富教学手段，提高教学效果

在传统的教学过程中，知识主要是通过书本、板书和简单的图表等方式向学生讲授，难以收到较好的效果。化工热力学研究的内容是化工生产中各种有关单元操作和过程的问题，并涉及到许多有关的热力学数据、图和表等。课堂上合理地采用多媒体教学手段并结合板书，运用电子图片、动画对一些单元操作和过程进行演示和讲解，向学生展示一些化工生产过程中的设备、单元操作过程等，形象生动、直观清楚，增强学生的感性认识，有利于学生对所学内容的理解，解决了传统方法抽象难懂及教师在课堂上描述困难的问题。运用多媒体教学手段，增加了课堂教学的信息量，拓宽了学生的思维空间，提高了学生的学习兴趣，加深了学生对知识内容的理解和掌握，提高了化工热力学课堂的教学效果。

计算机在化工热力学的计算问题中具有重要的作用，注重加强计算机在解决化工热力学问题中的运用，例如利用试差迭代方法进行立方型状态方程体积根的求解时，直接计算困难，需要通过计算机程序来完成求解过程，计算速度快且易于实现。计算机的应用还有利于学生明确计算过程中公式的适用范围，参数设定等方面的关键问题，加深学生对化工热力学内容的理解与应用。

网络课程平台是学生自主学习的重要途径和手段，充分利用学校的网络课程平台，将教学大纲、教学计划、教学课件、各章习题、作业、问题讨论等教学资源上传至网络课程平台，提供给学生便于学习利用，对课堂教学具有很好的辅助作用，更加有益于学生利用课程平台进行自主学习，增强学生自主学习的意识，培养和提高学生自主学习的能力。通过不断地丰富各种有效的教学手段，达到提高化工热力学课程教学效果的目的。

5 改革考核方式，持续改进教学过程

考核方式是化工热力学教学改革的重要环节之一，是检查教学大纲执行情况和评估教学质量的一种有效方法，是获取教学效果反馈信息的主要方式，是持续改进与完善教学全过程的重要依据。对学生的考核主要包括平时的过程考核和期末考试考核。本课程原来的考核方式是以期末考试为主，容易导致学生只重视对书本知识的记忆理解，而无法全面考查学生实际能力提高的程度。化工热力学课程的基本概念和公式多，而且理论性和应用性都很强，平时的过程考核能够充分客观地反映学生对所学内容理解和掌握的程度，主要包括课堂提问与讨论、问题练习、各章作业、平时测验等方面。且平时的过程考核能够及时准确地反映教学内容、教学方法、教学手段等方面存在的实际问题，以便及时并有针对性地持续改进教学中的每一个细节，从而有效地提高课堂教学的质量。期末考试注重基本知识、基本理论及其实际应用的考核，既有概念、填空、判断、选择、简答等考查学生对基本知识、理论和方法等内容理解与掌握的题型，又有分析、证明、论述、计算等考查学生应用所学知识独立分析和解决问题能力的题型。通过对期末考试答卷质量进行客观准确地分析与评价，明晰教学全过程中各个环节存在的主要问题，及时进行总结，持续改进教学全过程，更好地提高教学效果与质量。

6 结语

通过化工热力学课程的教学改革研究与实践，把握好教学内容的特点与本质、突出内容的实际应用目的，改革教学方法、教学手段和考核方式，激发学生对化工热力学的学习兴趣，提高教学效果和质量，加深学生对理论知识的理解和掌握，强化学生的实际应用能力，提高学生的工程意识和创新能力。同时，通过这些有益的教学改革研究与实践，有效地提高授课教师的综合素质与能力，为培养专业基础扎实、知识面宽及创新能力强的应用型化工专业人才打下了坚实的基础。