化工热力学教学分析及改革探讨

余 杰

（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）

化工热力学是热力学的重要分支，是国内外高等学校化工相关专业的基础课之一.它是从化学工程的角度，利用热力学原理，分析化工过程，应用系统特性模型，与计算机[1,2]相结合，解决化工工业中的设计优化，能量有效利用等实际问题.化工热力学课程是化工专业的重要课程[3]，为化工分离过程、反应工程等课程打下理论基础，从而培养学生从事化工生产，工程设计的能力.我校化工热力学课程需要紧跟高校课程改革[4]，本文通过分析我校化工热力学教学现状，提出课程改革方案.

1 化工热力学在我校的教学现状

化学工程与工艺专业是赤峰学院新建工科专业之一，是我校转型发展[5]的实践探索专业之一，符合高校服务地方的方针政策，为赤峰周边化工相关企业提供高层次人才.化工热力学是我校化学工程与工艺专业的专业必修课，是一门理论性与工程性相结合的课程、是培养应用型人才重要的理论基础课程.现就赤峰学院化工热力学课程的开展及教学工作情况进行分析.

1.1 课程开展情况

化学工程与工艺专业在我校自2013年开始招收本科学生，化工热力学作为专业必修课程，安排在第五学期开展，共3学分，48学时.本课程是以化工原理及物理化学为基础课程，以热力学第一，第二定律为基础，测量、推算与关联热力学性质，通过解决过程的可行性分析、有效能利用、平衡问题及其状态下的热力学性质的计算等这些实际问题，为化工分离，反应工程等课程提供依据，为培养从事化学工业等领域工程设计、技术开发、工厂操作与管理、应用研究等工作的高级应用型人才打下夯实基础.

1.2 教学手段

本课程一直采用多媒体为主，板书为辅的教学手段.通过多媒体呈现板书无法表达的生动的化工过程动画，复杂的公式推导，实际的化工设备图等，可以使复杂的抽象的想象变得生动直接，便于学生理解，增加学生学习兴趣.传统板书辅助教学可以使学生紧跟老师思路，同步推导公式，使学生印象深刻，便于掌握重点.

1.3 评测手段

本课程现采用综合评测方法，其中平时成绩占20%、期中考试占40%、期末考试占40%.分阶段考试能实时掌握学生学习动态，及时调整教学方法，并根据平时课堂表现、作业情况，综合考察学生学习成果.

1.4 教学过程中存在的问题

通过近几年的化工热力学教学工作，体会到化工热力学的教学中还存在较多的问题：

(1)化工热力学是化学工程与工艺专业开展较早的专业课，对于学生来说学习难度有所提升.化工热力学是以化工原理和物理化学为理论基础的学科，普遍学生认为本课程概念繁多，理论复杂，公式抽象，计算量大，综合性高，且与生活实际关系不大，很难对其产生较大兴趣，缺乏学习的信心.例如：汽液平衡的计算中，逸度系数，活度系数，相平衡等概念及计算的方法：联系立方型方程，活度系数模型，利用数学演绎的方法进行求解等，需要学生对概念理解深刻，对立方型方程及活度系数模型的应用熟练掌握，对迭代法使用娴熟，综合能力要求较高.

(2)我校学生普遍计算机应用能力较差，学校在化工专业的培养上对计算机重视不够，一些化工计算类课程较难开展.化工热力学在教学中主要通过各种平衡计算、热力学性质计算，建立化工模型，分析化工过程，解决实际问题.由于其模型众多、公式繁琐、计算复杂，变量之间的关系往往是非线性的，通过一步步手算推导及计算，工作量繁重.随着计算机技术的发展，这些繁重的计算可以通过计算机编程快速算出，大大减少了工作量.例如：利用立方型方程PR方程求取饱和汽、液相摩尔体积等问题都需要应用计算机软件进行编程计算从而快速得到结果.而我专业学生对于计算机的熟练应用仅限于office、WPS等常用办公软件，对于编程及化工专业软件知之甚少，是化工热力学的学习的阻力.

(3)本课程在教学中以理论讲授为主，没有实验、参观、见习等环节作为依托，使学生很难想象抽象的化工过程，增加了理解难度，降低了学习兴趣.例如：流体的压缩与膨胀过程，制冷循环等环节需要在工厂进行参观实习才能深刻理解其原理，了解其过程.而且本课程虽然以多媒体结合板书的方法进行教学，增加了课程一定的生动性，但方法对于近年来的科技发展来讲也变得较为传统，缺乏新意和变换，学生学习兴趣不高，很难深入课程，从而难以了解课程精髓，理解热力学在工程中的应用实例.

2 课程改革探讨

2.1 加强教师资源工程实际能力的培养

化工热力学课程与实际生产有着直接而密切的关联，多数教师缺乏化工生产过程的实际经验，教学经验多是从参观学习中了解并课堂书本内容得来，加强教师资源工程实际能力的培养有助于提高课程完成质量，也使学生能够从课本走向实际生产.所以学校应加强教师化工生产工程实际经验的培养，给予教师与企业进行合作的机会，鼓励教师走进生产第一线，与企业一起攻关科技难题，提高教师工程素养，培养“双师型”教师.

2.2 优化课程内容，完善合理课程体系

化工热力学课程内容依托于物理化学，是将物理化学中热力学及相平衡等理论知识应用于实际流体，运用在实际的化工生产中.基于陈新志教授[6]提出的化工热力学的内容三要素：原理—模型—应用，学生在学习过程中的难点是原理理解不够深入，校正模型复杂繁琐记忆困难，在应用于实际生产中缺乏工程性思维，难以联系实际.所以对课程内容进行优化改革尤为重要.

首先，精简课程内容，调整课程结构，突出重点，使教学内容符合我院学生现状，保证学生基础理论概念的理解，强化重要概念的吸收；例如：对教学中的重要基础概念如偏摩尔性质、逸度系数、活度系数等基础概念要反复讲解，深刻理解，使学生熟记熟用，便于学生进一步学习中等难度的问题；将难于学生目前学习现状的内容进行简化，将复杂难点作为介绍内容，以理清思路为目的，使学生有个初步印象，待学生其他知识得到提升时，可以自学.其次，关注化工热力学发展的前沿动态，将前沿性内容引入课程，提高学生学习兴趣.第三，加入实验、参观等实践环节，使学生将学到的理论知识能通过校正模型与实际生产联系起来，使本学科不再抽象难懂，加强学生对化工生产实际的直观认识.最后，增加部分计算机课程的学习，如MATLAB、Aspen等，使学生能进行简单的计算机计算，不用将精力浪费在繁琐的手工计算中，并将计算机知识应用在化工热力学中.

2.3 丰富教学手段，增加学生学习兴趣

本课程现阶段主要通过多媒体教学，教学手段单一，增加教学手段，提高学生学习兴趣势在必行.

我院化工模拟实验室的基本建立，可以使学生通过计算机界面走进虚拟工厂，使学生有身临其境的感觉，结合设备装置的设计图及工艺流程图，了解化工生产典型过程，并与化工工艺学，化工反应工程，化工课程设计等课程相结合，学会将化工热力学的知识应用其中，设计合理化工设备及工艺流程，从而增强学生对于知识的记忆能力，加深化工热力学工程学方法的理解，提高学习兴趣.

并且，随着我院泛雅网络课程平台的建立和完善，应加快建设完整的网络课程体系，推广网络课程教学，增加师生网络互动，激发学生的学习兴趣.网络课程的建设[7]主要包含建立本课程的教学大纲，上传本课程的教学ppt，上传相关实验及视频的连接，建设完整的网络题库，增加学生答疑，课下讨论，主题帖，课上课下签到，问卷调查等环节，使化工热力学课程的教学更为完整，实现课堂教学加网络教学相辅相成的双重效果.

2.4 注重学生能力的培养

对于化工热力学的教学不单要注重理论知识的学习更应注重学生能力的培养，为培养工程系列人才打下夯实的基础.首先填鸭式的理论教学已不适用于当今教学，应该注重学生提出问题，解决问题的能力，教给学生学习方法，例如对于工程实际问题，通过整理归纳理想模型，寻找其与工程实际问题间的差异，找出修正方法进行校正.其次，改革教学考查方式，除现有的期中、期末、平时成绩的考查外应增加其他考查方式，比如每隔一段时间进行一次学习总结分享汇报、分学习小组进行专题探讨等，培养学生自主学习、举一反三、自我总结、团结协作、沟通交流、语言表达和提出问题的能力.再次，可以通过化工热力学学培养学生节能减排的意识，在化工设计课程中能够渗透节能减排的思维，在热量衡算中注意热力学效率的计算，加强学生实际问题中对于能量有效利用等综合能力的培养.

2.5 发展双语教学

随着国际交流的增加，培养高素质应用型人才的需求不断增加，遵循国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年），赤峰学院2017级本科化学工程与工艺专业成为AISEC专业，化工热力学的双语教学改革迫在眉睫.本课程紧跟双语教学的改革进程[8,9]，进行探索与实践.双语教学应总结原有教学经验，通过中英双语的教学，紧跟国际前沿，使学生具有较好的汉语和英语表达能力.

3 结论

化工热力学作为化学工程与工艺专业的专业基础课，在培养化工人才中具有重要地位.随着赤峰学院的转型发展，基于赤峰周边化工企业人才需求的增加，培养应用型化工人才是新形势下的必然.基于我院化工热力学的教学现状，改变教学模式，提高课程教学质量，培养学生工程思维，适应当今社会对高学历技术型人才需求的现状，化工热力学教学改革迫在眉睫.