武衛(wèi)榮 宋先雨 路 峰 姜骉麟 黃美英 李廷真

(重慶三峽學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,重慶 萬(wàn)州 404199)

“化工熱力學(xué)”是化工及相關(guān)專業(yè),如化學(xué)工程與工藝專業(yè)、分子科學(xué)與工程專業(yè)、過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)核心課程,是一門理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程[1-4]。該課程是將化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)原理應(yīng)用到化學(xué)工程領(lǐng)域,用以評(píng)價(jià)化學(xué)工程領(lǐng)域能量的合理利用,探討物質(zhì)變化的方向和限度,指導(dǎo)混合物的有效分離,解決化工過(guò)程熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、能量的有效利用、物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化、以及相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡的計(jì)算等工程實(shí)際問(wèn)題。本課程教學(xué)是通過(guò)科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和工程倫理的教育,培養(yǎng)學(xué)生具備解決化工生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究中實(shí)際問(wèn)題的能力,利用熱力學(xué)原理分析和優(yōu)化化工生產(chǎn)中物質(zhì)和能量的有效利用極限問(wèn)題。同時(shí),也是幫助學(xué)生理解所學(xué)專業(yè)、樹(shù)立正確的價(jià)值觀,培養(yǎng)節(jié)約資源、合理利用能源意識(shí)的重要手段。

1 有效課堂教學(xué)的必要性

“化工熱力學(xué)”課程的基本概念和理論比較抽象,公式繁多且相關(guān)的推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜,學(xué)生在理解和掌握課程內(nèi)容時(shí)具有較大難度[5],尤其是在應(yīng)用化工熱力學(xué)理論和知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題時(shí),導(dǎo)致學(xué)生有較大的畏難情緒,學(xué)習(xí)熱情不高。因此,如何在有限的授課學(xué)時(shí)內(nèi),將化工熱力學(xué)基本理論和知識(shí),尤其是解決問(wèn)題的思想和方法傳授給學(xué)生,讓學(xué)生更好地理解和掌握熱力學(xué)原理和實(shí)際應(yīng)用,樹(shù)立正確的工程觀念,提升獨(dú)立思考和解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力,是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

教學(xué)實(shí)踐證明,只有實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的高度統(tǒng)一,才能取得理想的教學(xué)效果,達(dá)到讓學(xué)生掌握知識(shí)并能解決問(wèn)題的目的[6,7]。有效的課堂教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,有助于學(xué)生克服畏難情緒,更好地投入學(xué)習(xí)中。因此,教學(xué)過(guò)程的科學(xué)組織和有效整合是實(shí)現(xiàn)課堂高效利用的前提條件,而高效利用課堂則是教學(xué)的重中之重。為了提高課堂教與學(xué)的效果,依據(jù)“以工程案例為主線、以學(xué)生為主體”的原則,優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)注重與學(xué)生的情感交流。

2 課堂教與學(xué)統(tǒng)一的探索

2.1 課堂教學(xué)注重情感交流,提升課堂教學(xué)效果

課堂教學(xué)過(guò)程是由相互依存的教和學(xué)兩方面構(gòu)成,也是課堂上師生間面對(duì)面?zhèn)鬟f信息、相互交流的過(guò)程。老師的態(tài)度決定學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度,而學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度又會(huì)反過(guò)來(lái)影響教師的教學(xué)過(guò)程。當(dāng)今大學(xué)生處于電子產(chǎn)品、互聯(lián)網(wǎng)的世界中,缺少了人與人之間面對(duì)面的交流和溝通,更需要關(guān)愛(ài)。因此,教師在課堂上需要有意識(shí)地與學(xué)生進(jìn)行交流和溝通,在傳授知識(shí)的同時(shí)傳遞尊重、平等與關(guān)愛(ài)。同時(shí)密切關(guān)注學(xué)生的聽(tīng)課狀態(tài),及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)度,利用小問(wèn)題或生活的實(shí)例,與學(xué)生討論活躍課堂氣氛,在交流互動(dòng)中傳授知識(shí)。當(dāng)學(xué)生感受到來(lái)自老師的關(guān)注后,便會(huì)更加重視課堂學(xué)習(xí)。另外,充分利用好課間和課后時(shí)間,教師及時(shí)為學(xué)生答疑解惑,有助于提升課堂教學(xué)效果,實(shí)現(xiàn)教與學(xué)統(tǒng)一。

2.2 突出應(yīng)用性,優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

“化工熱力學(xué)”課程共有48學(xué)時(shí),主要介紹流體的p-V-T關(guān)系及狀態(tài)方程式、純流體熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算、溶液熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算、蒸汽動(dòng)力循環(huán)和制冷循環(huán)、流體相平衡、化工過(guò)程熱力學(xué)分析等,要求掌握20多個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。要在有限課時(shí)內(nèi),把信息量較大的概念、公式,以及抽象難懂的基本理論有效地傳遞給學(xué)生,必須對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行有效組織才能實(shí)現(xiàn)高效利用課堂的效果。

課程內(nèi)容抽象、公式復(fù)雜、概念嚴(yán)謹(jǐn),常令學(xué)生望而生畏,教學(xué)難度很大。要在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到教學(xué)目標(biāo),應(yīng)以突出應(yīng)用為目的,分清主次,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、合理設(shè)計(jì)課程結(jié)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)?！盎崃W(xué)”主要內(nèi)容中流體的p-V-T關(guān)系和狀態(tài)方程式、純流體與溶液熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算是其他章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ),流體相平衡是熱力學(xué)與傳質(zhì)過(guò)程、分離過(guò)程之間聯(lián)系的橋梁。在教學(xué)過(guò)程中,具體做法是:對(duì)于后續(xù)課程學(xué)習(xí)極為重要的概念、公式、理論要講清來(lái)源、內(nèi)涵以及意義,重點(diǎn)突出用途,精簡(jiǎn)理論推導(dǎo),增加聯(lián)系生產(chǎn)生活的實(shí)例和趣味知識(shí),用通俗易懂、生動(dòng)形象的語(yǔ)言講解熱力學(xué)知識(shí),讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)輕松,克服畏難情緒,更好地掌握熱力學(xué)核心內(nèi)容,懂得如何學(xué)以致用。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)或半理論、半經(jīng)驗(yàn)的公式只講基本內(nèi)容,理論推導(dǎo)略講或不講,避免學(xué)生混淆。在課堂教學(xué)過(guò)程中,按“理想模型→修正→建立實(shí)際體系模型→應(yīng)用”的思路進(jìn)行課程內(nèi)容的優(yōu)化和講授,從而傳遞給學(xué)生熱力學(xué)中理想模型可加“校正”用于處理實(shí)際體系的思維方式。

2.3 利用生產(chǎn)生活實(shí)例讓課程“落地”,有助于提升課堂教學(xué)效果

化工熱力學(xué)課程內(nèi)容抽象難懂,如果只注重公式、概念以及基本理論的講授,只會(huì)讓學(xué)生認(rèn)為熱力學(xué)知識(shí)離生活很遙遠(yuǎn),從而缺乏學(xué)習(xí)積極性。為了取得理想的教學(xué)效果,應(yīng)樹(shù)立“以應(yīng)用為目的”的教學(xué)理念,在課堂上選取實(shí)際生產(chǎn)生活中典型的實(shí)例進(jìn)行分析討論,讓學(xué)生懂得如何靈活運(yùn)用相關(guān)熱力學(xué)知識(shí)解釋實(shí)際生產(chǎn)生活中存在的現(xiàn)象。例如在學(xué)習(xí)第二章流體p-V-T關(guān)系和狀態(tài)方程式的應(yīng)用時(shí),教師讓學(xué)生討論實(shí)際生活中的例子“以壓縮天然氣為能源的汽車為什么在冬天的里程比夏天長(zhǎng)?”,并提示學(xué)生利用合適的狀態(tài)方程計(jì)算一定體積的儲(chǔ)氣罐在不同溫度和一定壓力下壓縮天然氣能行駛的里程數(shù)。或者布置一個(gè)關(guān)于清潔能源可燃冰的材料題。材料中重點(diǎn)介紹了我國(guó)在全球海域天然氣水合物(可燃冰)開(kāi)采取得的成績(jī),然后將所學(xué)知識(shí)與可燃冰進(jìn)行結(jié)合提出問(wèn)題:“假設(shè)可燃冰(CH4·nH2O)組成是純凈的二水合甲烷晶體,多少克的可燃冰可釋放1標(biāo)準(zhǔn)立方米的天然氣(利用Peng-Robinson狀態(tài)方程計(jì)算)?”這類實(shí)際生產(chǎn)生活中的例子能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,通過(guò)學(xué)以致用加深對(duì)概念、原理、方法及模型的理解,切實(shí)讓學(xué)生感受到熱力學(xué)知識(shí)的價(jià)值和魅力。將課程內(nèi)容與生產(chǎn)生活實(shí)例相結(jié)合,不僅能促進(jìn)學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率和實(shí)際應(yīng)用能力,促進(jìn)學(xué)生有意識(shí)地形成工科思維模式,還能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)同感,從而達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

2.4 考核形式多樣化,調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性

對(duì)學(xué)生的考核主要包括平時(shí)的過(guò)程性考核和期末考核,二者考核的側(cè)重點(diǎn)不同。平時(shí)的過(guò)程性考核反映學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度,主要涉及課堂提問(wèn)與討論、課堂練習(xí)、各章節(jié)作業(yè)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)等方面。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂討論的積極性,可以適當(dāng)提高平時(shí)的過(guò)程性考核,如課堂提問(wèn)與討論在學(xué)生考核中的占比。對(duì)積極參與課堂討論的和討論內(nèi)容正確的同學(xué),應(yīng)根據(jù)不同情況當(dāng)堂分別給予獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)在最后考試成績(jī)中占有一定比例。例如引出逸度前,給出理想氣體的關(guān)系式dGi=RTdlnp,再提問(wèn)如果該式用于真實(shí)氣體,公式中壓力p變化了嗎?引導(dǎo)學(xué)生討論壓力在理想氣體和真實(shí)氣體中的不同概念,在真實(shí)氣體中,采用逸度f(wàn)i代替壓力p,看作是校正壓力或有效壓力,二者單位相同。通過(guò)討論,學(xué)生理解了真實(shí)壓力要采用逸度的原因,從而很自然地接受有關(guān)逸度的學(xué)習(xí)。通過(guò)課堂提問(wèn)與討論,不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,而且有助于學(xué)生加深對(duì)化工熱力學(xué)基本知識(shí)的綜合運(yùn)用,培養(yǎng)學(xué)生自主解決問(wèn)題的能力,同時(shí)還有助于輕松應(yīng)對(duì)期末考試。

2.5 注重課堂教學(xué)幾個(gè)環(huán)節(jié),提高課堂教學(xué)效果

由于學(xué)生缺乏對(duì)已學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)復(fù)習(xí)的主動(dòng)性,會(huì)導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)的遺忘,而知識(shí)點(diǎn)遺忘又會(huì)影響下次課的教學(xué)效果。為了鞏固學(xué)生已學(xué)的舊知識(shí),同時(shí)有助于新知識(shí)的學(xué)習(xí),在課堂教學(xué)中,教師需要注重幾個(gè)細(xì)節(jié)的引導(dǎo):每次新課前需要利用2～3分鐘對(duì)前一次課的內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課前回顧,承上啟下為引出新的內(nèi)容做好鋪墊;在講解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)過(guò)程中或精講每個(gè)知識(shí)點(diǎn)之后,穿插幾個(gè)精心設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)練習(xí),讓學(xué)生進(jìn)行課堂隨練,時(shí)間控制在5～8分鐘,根據(jù)解答情況對(duì)易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解,讓學(xué)生在課堂上及時(shí)消化知識(shí);邊學(xué)習(xí)邊總結(jié)——每次新課結(jié)束后會(huì)對(duì)本節(jié)課內(nèi)容以及知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理,同時(shí),每章節(jié)內(nèi)容結(jié)束后再次進(jìn)行章節(jié)小結(jié),同時(shí)進(jìn)行大約20～30分鐘課堂測(cè)試,進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí);每?jī)芍苷n程完成之后,教師要求學(xué)生以不記名的方式反饋對(duì)課堂教學(xué)的想法、感受、意見(jiàn)和建議,并針對(duì)學(xué)生提出的意見(jiàn)和建議及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)授課方式和方法。只有教師重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn),才能取得好的課堂教學(xué)效果。

2.6 豐富教學(xué)手段,提高課堂教學(xué)效果

適宜的教學(xué)方法和手段的選擇也是課堂高效利用的保證。在課堂教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容合理采取相應(yīng)的教學(xué)方法和手段進(jìn)行講授。例如針對(duì)大量重要的公式推導(dǎo)需要充分發(fā)揮黑板板書的優(yōu)勢(shì)。在公式推導(dǎo)過(guò)程中,黑板板書非常靈活,教師可以按照需要補(bǔ)充相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)幫助學(xué)生理解,同時(shí)通過(guò)板書可與學(xué)生進(jìn)行較好的互動(dòng),達(dá)到多媒體沒(méi)有的效果。例如在利用熱力學(xué)第二定律判斷過(guò)程進(jìn)行的方向時(shí),學(xué)生遺忘了孤立系統(tǒng)熵增原理的推導(dǎo)公式,為了不影響本次課學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的學(xué)習(xí),發(fā)揮黑板優(yōu)勢(shì),可以直接在其上面進(jìn)行公式的推導(dǎo),補(bǔ)充這部分相應(yīng)內(nèi)容。

對(duì)于課堂上一些抽象、難以用圖或板書形式表現(xiàn)出來(lái)的內(nèi)容,合理地采用多媒體教學(xué)手段,以電動(dòng)圖片和動(dòng)畫的形式表現(xiàn)許多熱力學(xué)數(shù)據(jù)、圖和表、著名人物、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和工藝流程、設(shè)備等并結(jié)合板書,向?qū)W生直觀、生動(dòng)、形象展示,有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的記憶理解。同時(shí),運(yùn)用多媒體教學(xué)手段,增加了課堂教學(xué)的信息量,減少了板書的工作量,拓寬了學(xué)生的思維空間,對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣起了積極的作用,提高了化工熱力學(xué)課堂的教學(xué)效果。對(duì)于需要利用試差迭代方法進(jìn)行公式求解,直接計(jì)算困難時(shí),通過(guò)采用計(jì)算機(jī)程序完成求解過(guò)程,有利于學(xué)生明確公式的適用范圍、參數(shù)設(shè)定等關(guān)鍵問(wèn)題。為了彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)長(zhǎng)的不足,同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,建設(shè)線上資源,為學(xué)生學(xué)習(xí)提供便利?？傊?通過(guò)采取多種不同的教學(xué)手段,來(lái)提升化工熱力學(xué)課堂教學(xué)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的主渠道,是獲取信息最直接的場(chǎng)所。課堂高效利用離不開(kāi)課堂教學(xué)有效地組織。只有充分利用好這個(gè)主渠道才能實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的統(tǒng)一,取得理想教學(xué)效果,達(dá)成化工熱力學(xué)教學(xué)目標(biāo)。