能源化學工程專業(yè)化工熱力學教學思考

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[摘要]《化工熱力學》是能源化學工程專業(yè)一門理論性和邏輯性較強的專業(yè)基礎課，文章闡述了作者在《化工熱力學》課程教學過程中如何提高學生對學習本課程興趣的教學實踐和教學體會。通過明確教學內容和教學主線，改變傳統的單一的課堂教學，將課堂教學與學科動態(tài)及工程實踐密切結合，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習能力和工程意識，以滿足培養(yǎng)能源化學工程領域領軍人物的要求。

[關鍵詞]化工熱力學；能源化學工程；教學實踐；教學體會

化工熱力學是化工類學生的專業(yè)必修課程之一，主要講述熱力學定律在化學工程領域的應用，包括化工過程中各種形式的能量之間相互轉換規(guī)律及過程趨衡的極限條件等。它是培養(yǎng)學生分析和解決實際化工問題思維方法的重要專業(yè)理論基礎課[1-3]。然而該課程的課程內容抽象、計算繁瑣，學生感到非常難學又缺乏實際應用，在課程學習過程中學生產生恐懼和厭學心理，達不到良好的教學效果，因此，我們對該課程的教學內容和教學方法進行一些改革和嘗試，希望激發(fā)學生學習的興趣，進而更好地掌握這門課程，為后續(xù)專業(yè)課程的學習夯實基礎。武漢大學2013年新開設的能源化學工程專業(yè)是由1958年原武漢水利電力學院開辦的“電廠化學”專業(yè)發(fā)展而來，主要面向電力行業(yè)及高效潔凈能源領域(包括超臨界火電、核電、生物質能、氫能、新型化學電源等)，培養(yǎng)掌握化學與化工基礎理論及能源化學專業(yè)知識和技能的未來行業(yè)發(fā)展的領軍人物。目前，本專業(yè)主要有水處理、材料腐蝕與防護、化學監(jiān)督與控制、能源化學四個主要研究方向。為了適應學校對新專業(yè)發(fā)展和一流學科建設的要求，2015年在本專業(yè)大三學生中新增設了《化工熱力學》這門化工類專業(yè)的專業(yè)基礎課程。如何調動學生的課堂積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，夯實學生的專業(yè)基礎，使他們在54學時的學習過程中理解并掌握本門課程的基本概念，并且將抽象的理論與實際的能源化學過程聯系起來是本課程的核心教學任務。本文結合我校能源化學工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，淺談《化工熱力學》的教學體會，著重對教學方式進行了探索和實踐，為培養(yǎng)能源化學工程領域的領軍人物奠定基礎。

1明確教學內容與課程主線

結合我校《化工熱力學》課程以工程應用為中心、專業(yè)研究方向覆蓋面廣等特點，我們選用了朱自強等編著、化學工業(yè)出版社出版的《化工熱力學》作為教材[4]，同時，也鼓勵學生使用部分參考教材(《化工熱力學》，馮新等編，2008；《化工熱力學(第二版)》，陳鐘秀等編，2000；《化工熱力學導論(原著第七版)》，J.M.史密斯等編，劉洪來等譯，2007)[5-7]。化工熱力學發(fā)展時間較長，已形成較完整的知識體系，如何在54學時內有效地把關鍵知識點教授給學生是本課程教學實踐的關鍵。由于本專業(yè)學生在大二《物理化學》課程中已經系統學習了理想氣體相關的狀態(tài)方程及其應用，因此在本課程教學中不再贅述，而是重點介紹工程實際應用較多的二參數狀態(tài)方程、化工熱力學分析、溶液熱力學、流體相平衡和化學反應平衡等。在教學實踐中，首先，詳細分析《化工熱力學》教材結構，圍繞主線內容合理編排知識點；其次，建立好各知識點之間的邏輯關系，讓學生在大腦中建立化工熱力學框架圖；最后，根據能源化學工程專業(yè)的需要，適當刪減補充了教材內容，結合學科動態(tài)，增強化工熱力學的應用能力，如燃料電池開路電壓的計算、水/二氧化碳共電解制合成氣過程中氣體組成的計算等。

2改變單一課堂教學模式，培養(yǎng)學生自主學習能力

化工熱力學課程設計的公式多而繁雜，學生在開始學習階段容易產生恐懼厭學心理，傳統的單一課堂教學模式具有“教師主導學生學習”的特點，與本課程“教師引導學生學習”的教學目的存在較大偏差。因此，應改變傳統單一課堂講授模式，充分采用“啟發(fā)式”和“參與式”相結合的教學方法。首先，教師在課前預習階段設疑(提出問題)，促使學生思考，復習舊知識，預習新知識；其次，教師在教學實踐過程中采用多媒體和板書相結合的教學方式解疑(解決問題)，并通過對例題和習題的講解加深學生對化工熱力學原理、方法和應用的理解，同時，教學過程中應避免陷于抽象的說教和枯燥的公式推導之中，重點講述化工熱力學知識點的應用條件和物理意義；最后，課堂教學結束后，教師主動與學生面對面交流答疑(探討問題)，并設置思考題讓學生查閱相關資料。通過“設疑—解疑—答疑”的漸進式教學方法達到對關鍵知識點舉一反三的目的，同時，吸引學生注意力，培養(yǎng)學生自主學習能力，提高學生學習的積極性和主動性。

3課堂教學與工程實踐密切結合，培養(yǎng)學生初步的工程觀點

化工熱力學由于理論性較強、基本概念多且抽象，而且本科生在學習過程中接觸科研課題及工程實踐的機會較少，將課堂教學內容與科研課題及工程實踐緊密結合起來，建立“以應用為中心”、“探究式”的特色教學模式，緊密聯系我校在能源化學工程領域(特別是超臨界火電、核電、生物質能、氫能、新型化學電源等方面)開發(fā)利用的化學工程實際問題，把學科前沿領域的科研成果帶入課堂，可以使他們強化科研思想、激發(fā)聽課興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新能力；同時，可以讓學生獲取利用化工熱力學基本原理解決工程實際問題提供思路和方法，培養(yǎng)學生初步的工程觀點。

4考核方式方法研究

傳統的期末一張考卷為準的考試方式不利于學生能力的培養(yǎng)，也不能全面地體現學生對所學知識的掌握程度，為了更加系統全面地評價學生對課程內容的認識情況，我們對課程的考核方式方法進行了改革探索。目前，課程成績總評包括平時成績和期末成績兩部分，其中平時成績包括學生的課堂綜合表現、課程預習、平時作業(yè)三個部分，各占10%；期末考試采用開卷方式考試，考試的題目偏重于對知識點的理解和其在能源化學過程中的應用。然而由于該課程的課程內容抽象、計算繁瑣，教學過程中發(fā)現仍有部分學生存在畏懼厭學心理，因此，在今后的教學實踐中應考慮進一步激發(fā)學生的學習興趣，增強學生的主觀能動性，在課堂教學中引入分組討論，開展導向性的專題研究，將課程內容與能源化學過程(特別是學科動態(tài))相結合，培養(yǎng)學生查閱資料和分工協作的能力，為學生下一步學習專業(yè)課程夯實基礎。

5結束語

在《化工熱力學》課程的教學實踐和嘗試中，首先要明確教學內容與主線，打破單一的學生被動聽講的模式，理論聯系實際應用，調動學生學習的積極性和主動性，激發(fā)學生對教學內容的興趣，并且在教學的過程中對教學方法進行改革創(chuàng)新，因材施教，為學生下一步學習更專業(yè)的能源化學工程知識和從事新能源行業(yè)工作奠定扎實的基礎。

參考文獻

[1]陸小華，馮新，吉遠輝，等．迎接化工熱力學的第二個春天[J]．化工高等教育，2008，3：19-21．

[2]梁浩，劉惠茹，王春花．《化工熱力學》教學實踐與嘗試[J]．廣東化工，2010，37(1)：157-158．

[3]李興揚，唐定興，沈鳳翠，等．化工熱力學教學改革與體驗[J]．化工高等教育，2011，3：71-73．

[4]朱自強，吳有庭．化工熱力學(第三版)[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2009．

[5]馮新，宣愛國，周彩榮，等．化工熱力學[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2008．

[6]陳鐘秀，顧飛燕，胡望明．化工熱力學(第二版)[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2000．

[7]史密斯JM，范內斯HC，阿博特MM，等編；劉洪來，陸小華，陳新志，等譯．化工熱力學導論(原著第七版)(IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics，SevenEdition)．北京：化學工業(yè)出版社，2007．

作者：王瑤 劉通 周柏青 單位：武漢大學動力與機械學院