化工专业认证和卓越工程师培养背景下化工热力学课程教学改革

金士威　肖磊　杨小俊　田琦峰　闫志国　宣爱国

摘 要 卓越工程师教育培养计划是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目。化学工艺专业是我校实施教育部“卓越计划”的重点学科之一，我们对化工热力学课程进行了教学改革和探讨，对师资队伍建设，优化课本内容，现代化软件的应用，教学与本校特色专业建设相结合方面提出了思考和建议。

关键词 卓越计划 化工热力学 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.01.059

近年来，我国参照有关《华盛顿协议》成员国的做法，开展了面向我国本科教育专业进行工程教育专业认证工作。“卓越工程师教育培养计划”旨在全面提高我国工程人才培养质量，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质各类型工程技术人才。我校的化学工艺专业于1998年获原化工部高等学校重点学科，同年获得硕士学位授予权。2004获湖北省教育厅“有突出成就创新学科”，2006年为湖北省第四批立项建设的拟增列二级学科博士学位点。化工热力学课程在化工类人才培养中起着承前启后的作用，是基础课和专业课之间不可缺少的“桥梁与纽带”。同时，化工热力学又是应用性很强的课程，它的内容是后续分离工程、化学反应工程等课程的重要基础，其核心任务在于培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生将热力学基本原理应用于化工技术领域能力的目的。为更好地推进“卓越工程师教育培养计划”，仅仅将书本中的知识讲解给学生是远远不够的。化工热力学课程教学改革需要在激发学生兴趣的基础上将理论知识和实际运用结合，公式概念和现代化设计软件结合，根据自己学校本身化工专业的特色和优势，开展相应的化工热力学教学工作。本课题将以我校化工与制药学院化学工程与工艺专业的本科生为研究对象，围绕我校化工专业认证与卓越工程师培养背景下化工热力学课程教学中贯彻工程实践能力培养的教学方法改革与实践，提出一些建议和思考。

1 加强师资队伍建设，提升整体素质

事业要发展，关键在人才，基础在教育。基础教学工作需要强大的师资力量作为后盾，只有完善的教学系统，才能定制出一套帮助学生学习的好方法。化工热力学是化学工程的基础学科，具有很强的理论性和应用性，书中有大量的公式和定律，不乏较多的难点，这些对教师如何很好地提升教学效果，让学生听得懂，用得到，有很大的挑战。目前，学院一些教师对书本上的理论知识熟悉，但工程经验以及理论教学和实际运用之间的相互转换相对薄弱，这让学生在学习的过程中或因理论知识过于枯燥而影响学习积极性，这不仅阻碍了教学效果，也不利于适应经济社会发展需要的高质量人才的培养。针对这些问题，学校应该采取措施，建设一支以“卓越计划”为根本的高水平的师资队伍。（1）注重优秀教师的引进，优先聘请既有化工生产实践经历，又懂得化工热力学基础教学的优秀老师；（2）学院要加大校企合作力度，让老师有更多的机会深入实践，在实践中切实感受理论与实际生产之间的差别和联系，在以后的教学工作中能更好、更全面地将化工热力学中的理论知识与工程实践结合起来。（3）教师之间定期开展教学工作会议，反馈近期教学中遇到的问题，对那些教学过程中学生普遍存在的疑问和教学难点要集中讨论，给出解决方案，动态教学提升教学质量。（4）学校应与其他院校建立学科教学网络，共享教学成果与心得，从中汲取好的教学方法和新的教学思维，提升学科的教学质量。

2 优化课本内容，重视化工热力学课程学习的应用性

“理论与实际结合，原理与应用并重”应该是化工热力学教学内容的优先考虑条件。化工专业认证和卓越工程师培养背景下化工热力学课程的教学应该旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，课程的教学既要有专业性，又要有社会实用性。对于化工热力学书本内容上的教学提出以下几点建议。（1）根据专业认证与卓越工程师培养的要求，根据学校教学计划的调整，课时的缩减，重构符合工程认证与卓越工程师培养计划的化工热力学课程教学内容体系；（2）根据化工热力学基本概念多、公式多、推导多，难点多的特点，重视化工热力学学习内容的联系性，例如从流体的P-V-T关系及热力学性质出发，到流体的相平衡和化学反应平衡，最后与传质、分离，反应工程相联系，将基础内容联系起来，对于复杂问题的解决很有帮助；（3）提出“从生活中来到生产中去”教改思路，启发学生在日常生活中用热力学的原理去分析问题。比如冰箱的工作原理与空调是否相同？打开冰箱门能起到降温的效果吗？通过这些生活例子引入讲解制冷循环与热泵循环的原理，可以使学生的理解和掌握这类循环的应用；（4）收集化工生产中化工热力学的应用实例，在教学中注意与工程实践相结合，以生动的例子来讲解热力学原理的应用。如“液化气成分的选择”、“以压缩天然气为燃料的出租车的里程问题”以及“低温热管降服青藏铁路冻土‘多动症”、“化工热力学与遏制全球变暖的关系”等科学前沿成果等这些与教材和生活紧密结合的化工生产实例都可以运用到化工热力学的教学中。

3 加强现代化软件的应用

当前，计算机技术已经广泛应用到化工科研，设计和生产等各个领域，大部分工程设计和实验研究都需要借助强大的化工软件。热力学性质计算和化工过程模拟分析都可以借助化工软件来实现。在化工热力学课程教学的过程中，应该加强现代化软件的应用，将专业知识和计算机软件应用相结合，让学生能运用已学的现代化化工软件来解决课本和生活中的实际问题，模拟和分析简单的化工过程。对于流体P-V-T的教学时，可以引入Math-ematica软件求解立方型状态方程的根，也可以采用Newton-Raphson迭代法数值求解。讲解相平衡时，将工程上常用的Aspen Plus软件引入到气液相平衡计算中，模拟精馏分离甲醇-水混合物的过程。对于数据计算类，包括实验数据处理、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计计算和经济评价等，可以运用Matlab，Visual Basic等常用软件。现代化工软件的学习不仅可以培养学生的学习兴趣提升综合实力，也为后续的化工分离工程等学科的学习打下基础，增强了工程意识，适应了化工专业认证与卓越工程师培养的要求。

4 将教学与本校专业特色建设相结合

学校专业特色建设是提高办学质量的关键所在。近十多年来，高校超常发展带来一个负面化问题是同质化严重，学校特色淡化。我校的特色学科化学工程与技术为地区经济提供了巨大的帮助，是中南地区唯一培养化工矿山相关专业人才的本科院校，在磷资源开发利用方面，学术水平居于全国领先地位。湖北省磷化工中心就设在学校。除了在磷资源开发方面，石油炼制，精细化工等都是学校的特色专业。学校在化工方面有自己的特色和发展，化工热力学也是大化工方向的基础课程，可以将本课程的学习与学校化工特色专业相结合，这样既有先进的思想做指导又可以为我校特色专业的发展培育人才，为国家走新型工业化发展道路，建设创新型国家和人才强国战略服务，符合卓业工程师教育培养计划的初衷。学校的超临界流体萃取新技术可以运用化工热力学中的气液平衡和气固平衡来解释，书本上所介绍的直接式热泵精馏、间接式热泵精馏、闪蒸再沸式热泵精馏、蒸汽喷气式热泵精馏和吸收式热泵精馏过程，如果是仅仅依赖教师课堂上的讲授，学生只能简单地了解这些技术，讲到这些技术时可以将学生带到学校的精细化工中试车间，让学生直观地感受这些工程技术，然后辅助热力学上的知识讲解，可以让学生更好地掌握这些知识。利用学校化工特色专业现有的资源，开展更多这样生产实践活动，对化工热力学的教学工作有很大帮助。

5 结语

针对化工热力学课程的教学，国内许多高等学校都进行了一些富有意义的探索，如开展化工热力学精品课程建设、双语教学研究等方面的尝试。但迄今为止，基于化学工艺专业认证背景，结合卓越工程师培养的化工热力学课程工程实践教学的探讨，还亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技术和制造行业，化工热力学课程的教学需要更为科学、深度的改革。始终本着以培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量为目的，深化对化工热力学课程教学的改革。

*通讯作者：金士威

武汉工程大学教学研究项目（X2013010）资助

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