周 瑞，吳 霞，李 楠，王國(guó)政

(昌吉學(xué)院 化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)系，新疆 昌吉 831100)

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)本科、研究生學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。與物理化學(xué)、化工原理、分離工程、高等數(shù)學(xué)及其他門類學(xué)科聯(lián)系非常緊密。核心任務(wù)是要培養(yǎng)學(xué)生利用熱力學(xué)基本原理，在化工工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力。由于該學(xué)科內(nèi)容的基本概念抽象,且計(jì)算公式繁雜。課程設(shè)置僅一學(xué)期，72學(xué)時(shí)，在短期內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生真正掌握課程要求的理論知識(shí)，具備解決實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題能力，且之后繼續(xù)深造學(xué)習(xí)、科學(xué)研究、實(shí)際工作中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而許多教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，通常并未達(dá)到理想的教學(xué)效果。目前面對(duì)這些亟待解決的問(wèn)題，我們結(jié)合課程狀況及學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，匯集教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行交流。初步探索出以下方式，逐步優(yōu)化該課程的教學(xué)質(zhì)量。

1 突出啟發(fā)式教學(xué)方法

化工熱力學(xué)學(xué)習(xí)中，公式概念繁雜且推導(dǎo)復(fù)雜，適用條件多重限制，計(jì)算步驟繁多。實(shí)際問(wèn)題中又涉及到多個(gè)變量、局部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及不可測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)推導(dǎo)系統(tǒng)完整信息。有時(shí)還需通過(guò)已知條件查閱數(shù)據(jù)資料，得到物性參數(shù)，再使用相應(yīng)半經(jīng)驗(yàn)公式或簡(jiǎn)化公式進(jìn)行計(jì)算。因此課程的理論性很強(qiáng)，結(jié)構(gòu)、邏輯嚴(yán)密，又與高等數(shù)學(xué)其他專業(yè)課交叉緊密，離使得學(xué)生掌握知識(shí)程度較差，課堂感受普遍是枯燥乏味，教師的課程教學(xué)效果收效甚微。如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,活躍課堂氛圍，改變學(xué)生由被動(dòng)換為主動(dòng)思考。

突出啟發(fā)式教學(xué)，教師在講授基本概念前，先引入貼近生活中實(shí)例，啟發(fā)式提問(wèn)，如何解決實(shí)際問(wèn)題。再由課本內(nèi)容導(dǎo)入，進(jìn)行準(zhǔn)備概念講解和定義。如純流體的P-V-T關(guān)系中T-V圖的講解，可讓學(xué)生思考日常生活中燒開(kāi)水時(shí)，外界條件的影響因素，以及過(guò)冷水到過(guò)熱蒸汽的變化的過(guò)程。這種貼合生活實(shí)例的教學(xué)方式，可以啟發(fā)學(xué)生思考的同時(shí)，引起學(xué)生興趣，加深對(duì)基本概念的理解。再比如，講臨界溫度、壓力時(shí)，可先提出在如何壓縮鋼瓶中的液化氣等一系列生活常見(jiàn)問(wèn)題的實(shí)例。學(xué)生就更容易理解和接受。最后再結(jié)合書本知識(shí)，概念引入，由淺入深達(dá)到較好的教學(xué)開(kāi)端，使學(xué)生逐步掌握課程的基本原理。培養(yǎng)學(xué)生能從熱力學(xué)的角度出發(fā)，獨(dú)立觀察和解決化工實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力。

其次，教師要主動(dòng)收集教學(xué)與生活實(shí)踐的相關(guān)實(shí)例。課程的小節(jié)開(kāi)始時(shí)，可以以實(shí)例作為導(dǎo)入，拋出問(wèn)題，懸而不解，使學(xué)生帶著疑問(wèn)，探求解決路徑。使化工熱力學(xué)課程有趣，緊密聯(lián)系生活。在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)教學(xué)影響下，培養(yǎng)學(xué)生觀察和聯(lián)系實(shí)際的的能力。如在講述混合變量時(shí)，讓學(xué)生舉例收縮、放熱現(xiàn)象。再對(duì)混合變量中體積、焓等抽象熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行講解。

2 夯實(shí)基礎(chǔ)，追根溯源，刪減繁復(fù)

對(duì)初次接觸化工熱力學(xué)課程的學(xué)生來(lái)說(shuō)重要概念和原始公式的推導(dǎo)同等重要。要避免只記重要的結(jié)論、概念，而忽視原始公式的推導(dǎo)。其他繁瑣衍生公式可由老師簡(jiǎn)要概述或由學(xué)生課余自行推導(dǎo)。尤其對(duì)于熱力學(xué)課程而言，學(xué)生聽(tīng)課時(shí)不能只看不動(dòng)筆，在推導(dǎo)基本熱力學(xué)公式時(shí)，教師應(yīng)適時(shí)地用板書推導(dǎo)，帶動(dòng)學(xué)生理清解題思路，主動(dòng)消化教學(xué)內(nèi)容。例如立方型狀態(tài)方程中，vdW方程中a,b項(xiàng)的引入，考慮氣體分子的體積以及分子之間的相互作用,通過(guò)引力、斥力修正,如何修正理想氣體模型等；如何由混合溶液中偏摩爾性質(zhì)微分推導(dǎo)出Gibbs-Duhem方程等。由概念逐步消化，由簡(jiǎn)到難，重點(diǎn)掌握結(jié)論以及經(jīng)驗(yàn)公式。上課由老師協(xié)助，學(xué)生一同進(jìn)行推導(dǎo)，利用高等數(shù)學(xué)運(yùn)算在化工熱力學(xué)中的常見(jiàn)解決方法，使得學(xué)生輕松掌握簡(jiǎn)單原始公式，再鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維以此類推。當(dāng)學(xué)生掌握基礎(chǔ)概念和公式推導(dǎo)中,會(huì)產(chǎn)生一種成功感,提高其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

物理化學(xué)課程開(kāi)設(shè)在前，一些課程中的內(nèi)容在化工熱力學(xué)的真實(shí)狀態(tài)下的進(jìn)一步延伸,如熱力學(xué)基本方程、化學(xué)位、偏摩爾性質(zhì)、Maxwell關(guān)系式等,雖然學(xué)生在物理化學(xué)課程中已經(jīng)學(xué)過(guò)這些內(nèi)容,但是這些基礎(chǔ)內(nèi)容在化工熱力學(xué)課程中也十分重要。通過(guò)再次回憶和復(fù)習(xí)，夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)，鞏固熱力學(xué)基本知識(shí)，以此做好后續(xù)課程的有效銜接。將理想狀態(tài)與化工熱力學(xué)中的實(shí)際緊密結(jié)合，解決化學(xué)工程中的實(shí)際應(yīng)用。與化工其他專業(yè)課相結(jié)合，如化工原理、化工分離技術(shù)和分離工程等專業(yè)課程中，團(tuán)隊(duì)討論可優(yōu)化和調(diào)整對(duì)課程結(jié)構(gòu)體系，精煉教學(xué)內(nèi)容。使學(xué)生扎實(shí)必要的理論基礎(chǔ)，先建立理想基礎(chǔ)模型，再用實(shí)際應(yīng)用的修正路徑，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地入門。

3 深入剖析，歸納總結(jié)

化工熱力學(xué)其中的抽象概念和公式，可采用聯(lián)系歸納的方法進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生系統(tǒng)、科學(xué)地掌握。例如偏心因子和壓縮因子都是描述偏離程度的概念，在課程中以公式形式反復(fù)出現(xiàn)?？梢詫?duì)其進(jìn)行歸納總結(jié)，掌握它的基本含義和使用條件，方便在普遍化維里系數(shù)的運(yùn)算。而在講解逸度、逸度系數(shù)、活度、活度系數(shù)的概念中，可以用之前的偏離程度的概念深入剖析，怎樣與壓力，濃度建立聯(lián)系，同時(shí)歸納系統(tǒng)講解各種使用條件。其次需要前后進(jìn)行有效區(qū)分和對(duì)比記憶，例如剩余性質(zhì)和超級(jí)性質(zhì)。

教師需要對(duì)典型例題的深入剖析，使學(xué)生的作業(yè)和練習(xí)中再次鞏固。教會(huì)學(xué)生利用熱力學(xué)知識(shí)的原理和公式的技巧，加深對(duì)熱力學(xué)概念和原理的理解，再觸類旁通，解決其他問(wèn)題。如在反應(yīng)過(guò)程中的熱力學(xué)分析、能量守恒、反應(yīng)方向判斷需要用到的最基礎(chǔ)的熱力學(xué)參量。其中反映物系狀態(tài)的最重要的兩個(gè)熱力學(xué)函數(shù)就是焓和熵。在解決實(shí)際熱力學(xué)系中，熵和焓的參量分析和計(jì)算具有重要意義。然而焓和熵是不可直接測(cè)量的熱力學(xué)性質(zhì)，單純利用四大熱力學(xué)微分關(guān)系式是難以直接求解。要運(yùn)用二元函數(shù)微分性質(zhì)和參數(shù)間關(guān)系，作一定的代換，把不可直接量值用可已知可測(cè)量表示出來(lái)。在均相單組份體系中，利用Maxwell關(guān)系式，最終焓和熵的微分方程式僅與可測(cè)的熱容和P-V-T相關(guān)聯(lián)。

怎么樣從實(shí)際過(guò)程變?yōu)槌爻豪硐肽Ｐ停\(yùn)用已知的熱力學(xué)參數(shù),從理想態(tài)到標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，再加上校正數(shù)據(jù)，最后求取真實(shí)狀態(tài)性質(zhì)?；崃W(xué)需要使學(xué)生建立化學(xué)思維，循序漸進(jìn)地剖析關(guān)聯(lián)，解決具體應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)，為教師對(duì)學(xué)生的平時(shí)測(cè)評(píng)提供了一定依據(jù)。

4 拓展相關(guān)專題研究，進(jìn)行綜合考評(píng)

隨著學(xué)科不再單一發(fā)展而是交叉衍生?；崃W(xué)的研究方向與計(jì)算機(jī)編程、生物環(huán)境、能源生產(chǎn)、材料科學(xué)等領(lǐng)域擴(kuò)展。所研究對(duì)象不再僅僅局限于簡(jiǎn)單的氣、液、固三相，還涉及超臨界流體、節(jié)能減排等問(wèn)題。因此在教學(xué)中,需要與學(xué)生交流本學(xué)科的最近進(jìn)展和前沿動(dòng)態(tài)。通過(guò)開(kāi)展專題討論，鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)搜索文獻(xiàn)，自行選擇感興趣的角度，歸納總結(jié)撰寫專題小論文，在課程上一同交流。例如超臨界流體在生物制藥和保健品中的應(yīng)用等。以此來(lái)拓寬學(xué)生的知識(shí)面，聯(lián)系生活實(shí)際，了解前沿科學(xué)進(jìn)展，增強(qiáng)查閱文獻(xiàn)的能力。

同時(shí),教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行可分組布置學(xué)習(xí)任務(wù)和專題PPT的制作，對(duì)其小組成果進(jìn)行講解，鍛煉學(xué)生上講臺(tái)演講的能力。同時(shí)在搜集資料的同時(shí)，加深知識(shí)的鞏固和溫習(xí)。

如果以期末成績(jī)作為考核結(jié)果，這種方式不僅不利于學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)，還容易讓學(xué)生滋生一勞永逸的想法。在研究性教學(xué)中,可采用綜合考評(píng)方式，用將平時(shí)小測(cè)驗(yàn)，專題匯報(bào)、期末考試相結(jié)合的最后結(jié)果進(jìn)行評(píng)判。期末考試側(cè)重考查學(xué)生基本公式、概念的掌握程度和解決實(shí)例的能力,占總成績(jī)的60%。專題擴(kuò)展考評(píng)占20%，其他平時(shí)成績(jī)占20%，包括到課率、上課提問(wèn)、作業(yè)成績(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

將課程特點(diǎn)與學(xué)生實(shí)際情況相結(jié)合的前提下,注重提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自主學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生更好地掌握解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，也為其今后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。教師在團(tuán)隊(duì)教學(xué)研討中，應(yīng)合理編排教學(xué)內(nèi)容和調(diào)整進(jìn)度，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，刪減繁復(fù)，達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。通過(guò)教師輔助，學(xué)生為主導(dǎo)，豐富學(xué)生社會(huì)實(shí)踐能力，提高綜合素質(zhì)。