丁雪 宋春敏 劉熠斌 喬柯 楊軍衛(wèi) 譚雅文

[摘 要] 基于對工程實踐能力的培養(yǎng)，對化工熱力學課程的教學改革進行了詳細介紹。課程改革實踐的具體措施包括：優(yōu)化課程內容，設計綜合案例，輔助工程軟件，建立進程式考評體系等，以提升學生將專業(yè)知識和工程實踐相結合的能力。

[關鍵詞] 化工熱力學;教學改革;工程實踐

一、改革背景

高等工程教育的根本任務在于培養(yǎng)優(yōu)秀工程技術人才，關鍵在于工程實踐教育[1]。2018年教育部發(fā)布了《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》，列出了核心課程體系建議，指出核心課程體系是實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標的體現(xiàn)[2，3]。化工熱力學是化學工程與工藝專業(yè)的重要基礎課，對培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)起著重要作用[4，5]。在專業(yè)課程鏈中，化工熱力學處于承上啟下的過渡環(huán)節(jié)，其基本理論指導著化學反應、分離過程中物質及能量的合理利用，最終于化工設計、生產實習等實踐教學環(huán)節(jié)得以體現(xiàn)。然而，化工熱力學課程概念抽象，理論性強，公式繁多，學生學習通常側重基本概念和繁雜的數(shù)學計算，而對于熱力學的實踐指導作用缺乏感性認識。從培養(yǎng)化工專業(yè)學生工程實踐能力的角度考慮，我們對化工熱力學課程進行了教學改革，旨在強化教學中相關理論知識與實踐環(huán)節(jié)的銜接，夯實學生的理論基礎，培養(yǎng)其理論聯(lián)系實際的能力、增強工程意識及開拓創(chuàng)新能力。

二、改革內容

（一）優(yōu)化課程內容

1.理順理論知識點，實施主線式教學。化工熱力學教學以Gibbs自由能G=H-TS為主線，以“實際=理想+校正”為主要處理問題的方法，建立熱力學理論知識點之間的聯(lián)系，研究對象從簡單的理想體系逐漸過渡到真實體系，循序漸進，理論最終服務于平衡研究和過程能量分析的實際。

2.將生活實例和工程問題引入課堂。選用生活、工程及科研實例：如配酒溶液體積減小問題、相平衡理論在閃蒸塔設計中的應用問題、熱力學定律在化工單元設備如泵、換熱器、透平機中的應用問題以及熱力學原理在蒸汽動力循環(huán)和制冷循環(huán)中的應用如電廠熱水利用以及空調、冰箱、熱泵中的應用問題，等等。鮮活的案例促使學生更加深刻地了解各種分離操作的特點和應用，并對分離方法的選擇原則和分離技術的應用產生更深層次的理解。

3.設計綜合案例，強化理論和實際的聯(lián)系。典型的化工過程設計主要包括判斷化學反應能否進行、反應物預處理和產物的分離處理、工藝過程的能量合理利用。這些過程都需要在熱力學基本原理指導下完成。選用涵蓋課程不同章節(jié)的基本知識點的綜合案例，在化工熱力學課堂教學中穿插講解，使學生在知識的接受上實現(xiàn)連貫與融合，在掌握基礎知識的同時，又能夠將理論與實際生產相聯(lián)系，做到學以致用。例如石油催化裂化過程包括反應—再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)。在該工藝設計中，需要通過熱力學反應平衡計算分析該工藝反應的可行性;分餾系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng)所用的分離塔設計可根據(jù)熱力學平衡計算結合物料衡算及能量衡算完成，以確定生產過程中所需設備的尺寸和設備數(shù)目，以及分離條件等;對工藝過程進行能量分析可以指導換熱網(wǎng)絡優(yōu)化以及能量回收系統(tǒng)的設備選擇。類似的工藝案例還有合成氨、裂解制乙烯等，我們將這些工藝過程滲透于課程各章節(jié)主要知識點，指導學生在不同環(huán)節(jié)把熱力學基礎知識應用于實際案例中，使學生實現(xiàn)知識點的貫通認識，達到學與做的統(tǒng)一，工程實踐能力得以提高。

（二）以工程軟件輔助課程建設

由于解決化工真實生產過程問題所涉及系統(tǒng)通常較為復雜，溫度壓力幅值范圍寬廣，物性變化受多種條件影響等，往往不能用簡單的理想模型來計算，而是需要適用范圍更廣、準確性更好、復雜性更高的實際模型。實際體系計算模型參數(shù)較多，模型復雜，計算工作量大，要實現(xiàn)快速高效的計算，需借助計算機來完成。Aspen Plus是化工生產裝置設計、模擬和優(yōu)化的大型通用過程模擬軟件，利用該軟件可以建立化工流程并進行過程計算，熱力學方程是該軟件的主要計算依據(jù)，包含狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法兩類物性方法。在聯(lián)合課程教學中以“突出實用功能、加強能力培養(yǎng)”為指導思想，融合Aspen Plus的計算理念，采用Aspen Plus進行實際案例的化工計算，突顯現(xiàn)代大型計算過程模擬軟件的作用，提高學生知識運用能力和利用效率。實踐發(fā)現(xiàn)，英文軟件應用雖然對部分學生有一定難度，但多數(shù)學生卻表現(xiàn)出很大興趣。利用軟件解決復雜真實體系的計算，能夠使學生在學習知識的同時得到實踐鍛煉，開闊眼界，從而為后續(xù)化工設計、生產實習等實踐課程的學習打下更為扎實的基礎。教學實踐中，我們結合卓越工程師培養(yǎng)計劃，完善了卓越工程師班的教學。經教學實踐驗證：該軟件用于教學，教實一體，簡明生動，效果顯著。

（三）建立進程式考評體系

根據(jù)培養(yǎng)學生實踐能力和工程意識的目標，我們課程組對考評方式和考評內容進行了分析，建立了進程式考評體系，總評成績由平時表現(xiàn)、期中測驗和期末測驗綜合給出。平時表現(xiàn)采取開放式考核，考核形式多樣，從多個側面考查學生學習效果。日常作業(yè)則考查學生掌握和跟進課堂知識的程度;課堂練兵為開卷形式，選擇典型題目現(xiàn)做現(xiàn)答，讓學生知道自己的知識體系中遇到的問題在哪，并怎樣找到答案;拓展型題目基于課程網(wǎng)絡以思考題、討論題的形式發(fā)布，學生在網(wǎng)上相互討論、解答并提交答案;通過布置大作業(yè)方式考查學生應用所學知識的能力，允許學生查閱資料、應用計算機計算完成。期末和期中考試采取閉卷形式，以對基礎知識的理解性考查為主，同時引入實踐類題目，考驗學生靈活綜合應用知識的能力。

（四）建設優(yōu)質網(wǎng)絡教育資源，促進學生自主學習

網(wǎng)絡是現(xiàn)代學生獲取知識的重要手段。目前課程的教學大綱、教案、教學錄像、課件、習題、參考文獻等資源已上網(wǎng)并免費開放，同時具有網(wǎng)上答疑、網(wǎng)上布置和提交作業(yè)等師生互動功能。課程網(wǎng)站資源豐富，并保持經常更新，方便學生根據(jù)自身的條件而自主學習，激發(fā)了他們的學習興趣與熱情。使學生對專業(yè)知識的領會更加深刻。

三、結語

化工熱力學是化學工程工藝專業(yè)的核心基礎課程，對培養(yǎng)學生的工程實踐能力具有重要作用。我們課程組通過課程內容整合和貫通性綜合案例的引入，優(yōu)化了課程內容;通過引入工程軟件輔助課程建設，提高了學生的工程計算能力;通過進程式考評體系，考核并提高了學生處理實際問題的能力。

參考文獻

[1]張來斌.加強工程實踐教育，培養(yǎng)卓越工程技術人才[J].大學，2012（7）：30-37.

[2]夏淑倩.新時代化工類專業(yè)課程建設與改革[J].中國大學教學，2019（6）：16-19.

[3]姚薇.高?；ゎ悓I(yè)課程體系的現(xiàn)狀與對策[J].化學教育，2015（22）：5-8.

[4]胡琳娜，康彥芳，王淑芳，等.從化工熱力學教學談“節(jié)能減排”意識的培養(yǎng)[J].教育教學論壇，2017（50）：148-149.

[5]龍威，謝穎，黃燕.高水平理工科大學建設背景下化工熱力學的課程改革[J].化工時刊，2019，33（7）：46-49.