改革教學(xué)方法提高化工熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量論文
論文摘要：結(jié)合多年從事化工熱力學(xué)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案要求，探討提高化工熱力學(xué)教學(xué)質(zhì)量的方法。精選教學(xué)內(nèi)容，使之具有合理性、實(shí)用性，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合。加強(qiáng)學(xué)科間的溝通與銜接，科學(xué)組織教學(xué)；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算的編程求解，采用雙語(yǔ)教學(xué)，加強(qiáng)綜合知識(shí)的能力培養(yǎng)；強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，注重學(xué)生科研能力的培養(yǎng)；適度引入多媒體教學(xué)，提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量；改革考核方式，注重學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)的能力。
論文關(guān)鍵詞：化工熱力學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量
化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修主干課，是一門(mén)理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，它既要解決化學(xué)問(wèn)題，又要解決工程實(shí)踐問(wèn)題[1]。通過(guò)化工熱力學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握化工熱力學(xué)的基本概念和理論，利用化工熱力學(xué)的原理和模型進(jìn)行化工過(guò)程能量、相平衡及化學(xué)反應(yīng)平衡分析和研究，利用化工熱力學(xué)的方法對(duì)化工中物系的熱力學(xué)性質(zhì)和其它化工物性進(jìn)行關(guān)聯(lián)及推算，解決化工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中的有關(guān)實(shí)際問(wèn)題[2-3]。本課程的基本概念和公式多，理論抽象，計(jì)算與公式推導(dǎo)較難，學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容比較困難，本文從教材建設(shè)和教學(xué)實(shí)施方法上進(jìn)行探討，使學(xué)生更好地掌握其基本原理和實(shí)際應(yīng)用，培養(yǎng)高素質(zhì)的化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才。
1、根據(jù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案要求，精選教學(xué)內(nèi)容，使之具有合理性、實(shí)用性，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合
化工熱力學(xué)的主要任務(wù)是使學(xué)生熟悉熱力學(xué)基本定律在化學(xué)工程中的應(yīng)用，掌握根據(jù)熱力學(xué)原理求取化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和化工過(guò)程中熱量與功的計(jì)算方法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用熱力學(xué)基本原理分析解決化工領(lǐng)域中有關(guān)問(wèn)題的初步能力。因此，在制定教學(xué)大綱和選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí)，將熱力學(xué)知識(shí)體系分成兩部分：
一是流體的P-V-T性質(zhì)及計(jì)算、流體熱力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用；
二是溶液理論、相平衡及應(yīng)用。對(duì)于第一部分，主要介紹氣體和液體的P-V-T性質(zhì)及計(jì)算、流體的熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算。要求熟練掌握常用的流體狀態(tài)方程及應(yīng)用計(jì)算，學(xué)會(huì)計(jì)算的思路、步驟和方法；掌握利用狀態(tài)方程和熱容數(shù)據(jù)計(jì)算流體的熱力學(xué)性質(zhì)的方法，繪制熱力學(xué)圖表。第二部分介紹溶液活度系數(shù)模型方程以及相平衡理論及其在化工分離中的應(yīng)用。
要求能根據(jù)超額吉布氏自由能與活度系數(shù)的關(guān)系，結(jié)合模型方程計(jì)算混合溶液的活度系數(shù)；掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達(dá)式及其應(yīng)用，尤其是超臨界流體在分離中的應(yīng)用。采用循序漸進(jìn)、先易后難的方法逐步講解和學(xué)習(xí)，最后達(dá)到融會(huì)貫通。使教學(xué)內(nèi)容既要具有合理性、實(shí)用性，又能夠充分反映本學(xué)科領(lǐng)域的最新科技成果，并與化工生產(chǎn)發(fā)展需要相結(jié)合。
2、加強(qiáng)學(xué)科間的溝通與銜接，科學(xué)組織教學(xué)
化工熱力學(xué)作為一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，是在物理化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化熱力學(xué)基本概念和理論，將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到解決工程實(shí)際問(wèn)題上來(lái)的課程。因此化工熱力學(xué)具有知識(shí)的過(guò)渡性和很強(qiáng)的理論性、應(yīng)用性�；崃W(xué)中涉及到的熱力學(xué)基本定律，熱力學(xué)函數(shù)如焓、熵、內(nèi)能、自由焓、自由能，流體P-V-T關(guān)系的狀態(tài)方程等知識(shí)，均是物理化學(xué)中所學(xué)習(xí)過(guò)的，需要在化工熱力學(xué)中進(jìn)一步深化與應(yīng)用。
加強(qiáng)與高等數(shù)學(xué)學(xué)科的溝通，解決公式推導(dǎo)計(jì)算難的問(wèn)題�；崃W(xué)中涉及到很多計(jì)算，如流體的P-V-T關(guān)系計(jì)算、熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、化工過(guò)程能量分析計(jì)算、相平衡計(jì)算、化學(xué)反應(yīng)平衡計(jì)算等，對(duì)高等數(shù)學(xué)知識(shí)的運(yùn)用要求多且較高。應(yīng)加強(qiáng)與相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的橫向聯(lián)系，做到理論聯(lián)系實(shí)際。在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生放開(kāi)思路，加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)的聯(lián)系，將熱力學(xué)的有關(guān)理論與這些課程的實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，避免學(xué)生認(rèn)為化工熱力學(xué)理論太深、不好學(xué)的現(xiàn)象發(fā)生。
3引導(dǎo)學(xué)生對(duì)熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算的編程求解；采用雙語(yǔ)教學(xué)，加強(qiáng)綜合知識(shí)的能力培養(yǎng)
化工熱力學(xué)的計(jì)算常涉及較多的公式及參數(shù)，計(jì)算量大且較復(fù)雜，通常需要進(jìn)行試差、迭代來(lái)處理，因而電算在化工熱力學(xué)計(jì)算中起著不可替代的作用。在講授熱力學(xué)性質(zhì)時(shí)，引入陳新志教材中的偏離函數(shù)的內(nèi)容。焓、熵、吉布氏自由能的偏離函數(shù)均可以通過(guò)狀態(tài)方程推導(dǎo)出復(fù)雜的表達(dá)式，編寫(xiě)程序，即可以得到結(jié)果。相平衡中的計(jì)算更為復(fù)雜，編程計(jì)算大有裨益。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，編程計(jì)算雖然對(duì)部分學(xué)生有一定難度，但多數(shù)學(xué)生卻表現(xiàn)出很大的積極性，隨著上機(jī)題的完成，計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力也得到提高。
此外，在教學(xué)中注意向?qū)W生介紹一些英文專業(yè)術(shù)語(yǔ)以及科技英語(yǔ)的表達(dá)方法，為學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)打下一定基礎(chǔ)，并推薦原版教材（IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics，J.M.Smith）部分章節(jié)給學(xué)生閱讀，雙語(yǔ)講解，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的英文閱讀和聽(tīng)說(shuō)能力。
4、強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，注重學(xué)生實(shí)踐能力及科研能力的培養(yǎng)
在實(shí)踐教學(xué)中，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，將難懂的知識(shí)與實(shí)際過(guò)程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，運(yùn)用所學(xué)基本理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，將抽象的熱力學(xué)概念和理論具體化，與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，以消除學(xué)生對(duì)熱力學(xué)的畏懼情緒，培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用能力。比如我們延伸了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在二元汽液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定和無(wú)限稀釋溶液活度系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，除測(cè)定必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外，還要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算回歸出Wilson和vanLaar模型方程參數(shù)，再比較兩種模型與實(shí)測(cè)值的偏差大小，并分析原因，從而達(dá)到了理論與實(shí)踐的結(jié)合。另外，還組織感興趣的同學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究。隨著生命科學(xué)和分子熱力學(xué)的發(fā)展，生化模型分子（例如含N，N-二甲基甲酰胺DMF和醇的混合物）由于其在生化過(guò)程模擬中的重要意義，正引起人們?cè)絹?lái)越多的注意。為了更深入地了解這些體系的熱力學(xué)性質(zhì)及分子間的作用力，組織學(xué)生采用Rose平衡釜測(cè)定常壓下二元體系（正丙醇—DMF，正丙醇－異丙醇，異丙醇—DMF）的常壓氣液相平衡數(shù)據(jù)來(lái)關(guān)聯(lián)三元體系（DMF+正丙醇+異丙醇）的性質(zhì)，并通過(guò)熱力學(xué)同一性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。學(xué)生從查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定原料、試劑及分析方法，到實(shí)驗(yàn)操作，數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行整理寫(xiě)出研究報(bào)告。這一過(guò)程對(duì)學(xué)生是一次全面的綜合訓(xùn)練，加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題老師及時(shí)解決，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，強(qiáng)化專業(yè)操作技能，同時(shí)也加深對(duì)溶液理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)。
5、適度引入多媒體教學(xué)，提高課堂教學(xué)效果
熱力學(xué)抽象、難懂，多媒體輔助教學(xué)具有形象、生動(dòng)、直觀的特點(diǎn)，便于加深學(xué)生對(duì)問(wèn)題的理解；同時(shí)大大增加了課堂信息量，提高了教學(xué)效率，還可免除教師上課時(shí)寫(xiě)板書(shū)的勞累，因此多媒體輔助教學(xué)還是很有必要的。如在講解化工熱力學(xué)中混合物汽液相平衡計(jì)算，狀態(tài)方程法計(jì)算組成、溫度和壓力時(shí)，往往非常復(fù)雜而且容易出錯(cuò)，迭代步驟繁多，計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果采用多媒體技術(shù)，可以形象生動(dòng)地展示計(jì)算框圖，在程序中采用循環(huán)語(yǔ)句，只需要輸入初始的條件就可以很快得到結(jié)果。
但使用多媒體輔助手段也有缺點(diǎn)，主要是變換的畫(huà)面，雖能形象直觀地闡述豐富生動(dòng)的'信息，但用幻燈片顯示熱力學(xué)中公式推導(dǎo)顯得相當(dāng)機(jī)械、呆板，與看書(shū)相差無(wú)幾，無(wú)法體現(xiàn)教師的靈活思路，更無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，同時(shí)也會(huì)影響師生之間的情感交流，結(jié)果是學(xué)生反映來(lái)不及記筆記，聽(tīng)課時(shí)就像看電影，教學(xué)效果差，對(duì)所學(xué)內(nèi)容印象不深，甚至形成了課下學(xué)生借教師課件拷貝的局面。因此，多媒體教學(xué)只是教學(xué)的輔助手段，不能成為教學(xué)的主體形式，多媒體教學(xué)優(yōu)勢(shì)并不是在任何課中都能體現(xiàn)出來(lái)的。熱力學(xué)教學(xué)應(yīng)采用多媒體與傳統(tǒng)板書(shū)相結(jié)合方式的教學(xué)手段，板書(shū)與多媒體的優(yōu)勢(shì)才能相得益彰，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,拓寬學(xué)生思維空間，更好理解化工熱力學(xué)內(nèi)容。
6、改革考核方式，注重學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)的能力
考試是教學(xué)過(guò)程和教學(xué)成果的檢驗(yàn)，它往往成為教學(xué)過(guò)程的指揮棒，因此考試內(nèi)容及方法的改革是教學(xué)改革的重要組成部分，也是教學(xué)改革的重點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)熱力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，要求學(xué)生全面閱讀書(shū)籍，在歸納整理的基礎(chǔ)上，使知識(shí)系統(tǒng)化，找出學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，再集中解答。由于化工熱力學(xué)的理論性強(qiáng)，大量模型方程難以記憶，閉卷考試要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力去記憶公式，難免疏虞理解和應(yīng)用，或本末倒置，顧此失彼。因此采用了開(kāi)卷考試，考試的目的在于使學(xué)生對(duì)教材體系有個(gè)全面的理解，突出重點(diǎn)和實(shí)用性，善于靈活應(yīng)用。而且整個(gè)試卷均采用英語(yǔ)出題，這就加大了熱力學(xué)題的難度，有些學(xué)生對(duì)英文句子不理解或不懂得專業(yè)詞匯，導(dǎo)致答題南轅北轍。部分學(xué)生懷著僥幸心理，想依賴考場(chǎng)上翻書(shū)籍蒙混過(guò)關(guān)，但因課程知識(shí)的復(fù)雜性，突擊過(guò)關(guān)是不現(xiàn)實(shí)的。因此開(kāi)卷考試，擴(kuò)大了學(xué)生的閱讀量，注重學(xué)生融會(huì)貫通的能力。
參考文獻(xiàn)
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