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篇1

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；工程熱力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0133-02

創(chuàng)新能力由多種能力構(gòu)成，主要包括學(xué)習(xí)能力、分析能力、綜合能力、想象能力、創(chuàng)造能力、解決問題的能力與實踐能力等多種能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)工程，貫穿人才培養(yǎng)的全過程，滲透教學(xué)過程的各個方面。在當(dāng)前的教學(xué)活動中，一般將課程設(shè)計、實驗和畢業(yè)設(shè)計（論文）等環(huán)節(jié)，作為創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主要途徑。但對于工程熱力學(xué)之類的基礎(chǔ)課，如何在專業(yè)課程的教學(xué)中實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成為專業(yè)課教師深入思考的問題。筆者結(jié)合自己多年來的教學(xué)實踐，對工程熱力學(xué)教學(xué)活動中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進行了如下一些探討。

一、采用激勵啟發(fā)方式組織課堂教學(xué)

工程熱力學(xué)課程的特點是理論性強、概念抽象，教學(xué)難度大。在缺少專業(yè)工程背景的情況下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺較為困難，甚至茫然不知所云。如何使學(xué)生能夠較好地掌握教學(xué)內(nèi)容及熱力學(xué)基本內(nèi)容，是工程熱力學(xué)課程教學(xué)的根本所在。在多年的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)在課堂教學(xué)中，除了需要借助優(yōu)美的PPT多媒體課件來展示熱力學(xué)過程，更需要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣，在引入一些工程實例的基礎(chǔ)上，激勵學(xué)生去思考，及時地與學(xué)生就教學(xué)內(nèi)容進行討論，促進學(xué)生對知識點的掌握和領(lǐng)悟。

與常規(guī)教學(xué)方法相比，課堂教學(xué)不再是文字、公式的羅列，PPT動畫的簡單演示，而是把教學(xué)的核心放在啟迪學(xué)生對熱力學(xué)概念、原理的思考及把握上，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的同時，熟悉熱力學(xué)的系統(tǒng)內(nèi)容、章節(jié)間的邏輯關(guān)系、基本原理等，形成對熱力學(xué)的一種系統(tǒng)的總體的認(rèn)識和把握，而不是零散地去背誦記憶一些片段。通過這種激勵啟發(fā)式的教學(xué)，使學(xué)生做到理論和實際工程案例的結(jié)合，從而使熱力學(xué)知識很好地固化在學(xué)生的大腦中，并且達到靈活應(yīng)用的目的。

激勵啟發(fā)式教學(xué)，需要教師在課堂教學(xué)前充分準(zhǔn)備，精心設(shè)計課堂教學(xué)內(nèi)容的每個環(huán)節(jié)，圍繞章節(jié)內(nèi)容中的重點知識內(nèi)容，設(shè)計問題及啟發(fā)實例，并完成課堂互動討論的教學(xué)組織，在此過程中需要教師飽含激情和較好的耐心，使學(xué)生在嚴(yán)肅活潑的氛圍中掌握熱力學(xué)的相關(guān)知識。

二、改進課堂教學(xué)PPT，增加工程實例

工程熱力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，與工程實際密切相關(guān)。在教學(xué)過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內(nèi)容的PPT演示，并不能滿足課堂學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)的興趣及深入掌握熱力學(xué)知識，迫切需要在傳統(tǒng)課件中加入工程實例，利用多媒體技術(shù)全面展示熱力學(xué)的工程應(yīng)用，使學(xué)生在工程案例的演示中發(fā)現(xiàn)并體會工程熱力學(xué)的重要性及美感。通過工程案例的學(xué)習(xí)，使課堂教學(xué)內(nèi)容圖文并茂，聲像結(jié)合，使學(xué)生在多方位、立體化地形成認(rèn)知并達到對熱力學(xué)知識的理解、分析、記憶、掌握和應(yīng)用。對于熱力學(xué)工程案例，我們選取了真空做功、制冷循環(huán)，內(nèi)燃機等工程機械作為實例，進行詳細(xì)分析和講授。

工程案例的引入，將實際生活中與熱力學(xué)相關(guān)的問題引入到教學(xué)中，用所學(xué)知識來解釋工程問題，在講解中讓學(xué)生明白熱力學(xué)知識可以解決本專業(yè)涉及的實際專業(yè)問題，從而實現(xiàn)“從理論中來，到實踐中去”，實現(xiàn)對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

三、將工程熱力學(xué)的學(xué)習(xí)融入大學(xué)生創(chuàng)新項目中

在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中，需要提升學(xué)生運用基礎(chǔ)理論進行學(xué)術(shù)研究的能力和具有工程應(yīng)用背景的有關(guān)開發(fā)、設(shè)計的能力。大學(xué)生創(chuàng)新項目的實施，有利于促進高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的新型人才，促進高校探索并建立以科研活動為中心的教學(xué)模式，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體的本科人才培養(yǎng)和研究性學(xué)習(xí)教學(xué)改革，充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，同時在項目實施中使學(xué)生逐漸掌握思考問題、解決問題的能力。

結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新項目，結(jié)合建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程的專業(yè)特點，在指導(dǎo)學(xué)生大創(chuàng)項目時，將熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律和卡諾定律應(yīng)用其中，使學(xué)生明白能源利用的守恒性，以及如何提高熱力循環(huán)的效率，減少不可逆損失，這些都成為學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識來解決實際問題的一種鍛煉。學(xué)生在科研項目中，深化了對熱力學(xué)知識的認(rèn)識，同時提高了自己思考問題、解決問題的能力。同時，鼓勵學(xué)生積極參加各類挑戰(zhàn)杯、建筑節(jié)能比賽、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等，通過這些競賽活動進一步提升自己的新能力。

四、改進課后作業(yè)完成形式，增加分析報告

工程熱力學(xué)課程是一門實踐性很強的課程，其中很多理論已用于工業(yè)過程。因此，在課后作業(yè)中，需要對傳統(tǒng)布置練習(xí)題來檢驗教學(xué)成果的方式進行改進，增加一些實際工業(yè)循環(huán)的實例，讓學(xué)生通過分析其所應(yīng)用的原理，提交分析報告，并指出該工業(yè)過程效率提高的方式和途徑，以這樣的方式來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。同時，精選一些課后習(xí)題，通過詳解的方式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和解決問題的能力，進一步促進創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

創(chuàng)新是實現(xiàn)社會持續(xù)不斷向前發(fā)展的原動力，也是培養(yǎng)和造就一大批素質(zhì)過硬、勇于創(chuàng)新的新世紀(jì)人才，保證國家高速發(fā)展的有力保障。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)來自于理論和課堂，更在于理論和課堂之外的親身體會和具體的實踐操作。本文從工程熱力學(xué)教學(xué)與工程實例結(jié)合，與科研活動結(jié)合，改進課堂教學(xué)組織模式和課后作業(yè)完成形式等方面，探討了以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)下的工程熱力學(xué)教學(xué)改革與實踐，希望能夠進一步提高工程熱力學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和效果。

參考文獻：

[1]岳丹婷，呂欣榮，李青.深化熱工教學(xué)改革加強學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].2002，（4）：86-88.

[2]譚羽非.突出專業(yè)特點改革工程熱力學(xué)課程教學(xué)的研究與實踐[J].高等建筑教育，2004，（13）：39-43.

篇2

關(guān)鍵詞 工程熱力學(xué) 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量 實踐

中圖分類號：G420 文獻標(biāo)識碼：A

Research and Practice of Teaching Method on "Engineering Thermodynamics"

ZHANG Yong, LIU Yiwen, FU Lijuan

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract Engineering thermodynamics the basic course is to train engineering students' scientific quality in the 21st century, but also important technology-based course of heat and power engineering and related fields. Articles with "thick foundation, wide caliber" of education reform ideas, the teaching practice, from the curriculum, teaching content, teaching methods and means of performance evaluation, etc., made a number of reform ideas and methods. Teaching should be a clear learning objective, integration of knowledge structure, and update course content to highlight and to grasp the dynamic interdisciplinary research, focusing on integrating theory with practice, to strengthen the practice of teaching, in order to facilitate a comprehensive evaluation of teaching quality.

Key words engineering thermodynamics; teaching methods; teaching quality; practice

工程熱力學(xué)是一門以熱力學(xué)普遍原理為基礎(chǔ)，講述熱能與其他形式能量（主要是機械能）之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律及其工程應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科，是動力、能源、機械、材料、航空航天、生物（醫(yī)學(xué)）、化學(xué)以及環(huán)境工程等專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，也是培養(yǎng)21世紀(jì)工科學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的公共基礎(chǔ)課。

然而長期以來，由于工程熱力學(xué)的概念抽象、理論深奧，對知識的理解和掌握有一定的難度，造成教師不易教，學(xué)生也不易學(xué)。學(xué)生對很多概念似懂非懂，缺乏學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果欠佳。顯然，如何教好“工程熱力學(xué)”，使學(xué)生掌握熱力學(xué)基本原理及其工程應(yīng)用，已成為該課程教學(xué)的關(guān)鍵。

1 課程特點及學(xué)習(xí)中存在的問題

工程熱力學(xué)是以熱力學(xué)普遍原理為基礎(chǔ)，針對具體問題采用抽象、概括、簡化和理想化的方法，建立分析模型，推導(dǎo)出一系列有用的公式，得到若干重要結(jié)論，并用這些公式和結(jié)論指導(dǎo)和解決工程實際問題。其顯著特點如下：

1.1 概念多且抽象難懂

工程熱力學(xué)不但概念多，并且概念的物理意義在不同使用條件下又有不同的引申，學(xué)習(xí)中很容易混淆。例如，功的概念，有體積變化功、有用功、排斥大氣功、推動功、流動功和技術(shù)功等等。熱容的概念，既可從定義出發(fā)分為質(zhì)量熱容、摩爾熱容、體積熱容；又可按熱力過程的不同分為比定壓熱容和比定容熱容；還可以根據(jù)熱量計算方法的不同分為真實比熱容、平均比熱容和定值比熱容等。熱力系統(tǒng)的概念、熱力過程的概念和循環(huán)的概念等也是如此。

工程熱力學(xué)的概念、定律和分析過程較為抽象，都不涉及物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)，初學(xué)者很難深入領(lǐng)會。而且工程熱力學(xué)的很多概念和結(jié)論都是用數(shù)學(xué)公式來表達的，且推導(dǎo)過程并沒有結(jié)合具體的物理過程，而僅僅是通過數(shù)學(xué)關(guān)系式間的變換得出其物理結(jié)論。例如，從熵的定義式來看，熵應(yīng)該與換熱量和系統(tǒng)溫度有關(guān)，但定義式又是怎樣反映熱過程進行的方向、限度和條件呢？由于學(xué)生以前很少接觸用數(shù)學(xué)語言描述物理概念的方法，普遍感覺熱力學(xué)的概念抽象難懂。

1.2 內(nèi)容相互交叉且難理解

工程熱力學(xué)的研究內(nèi)容也很多，主要包括熱力系統(tǒng)、狀態(tài)參數(shù)等基本概念，熱力學(xué)第一、第二定律等基本定律，常用工質(zhì)的性質(zhì)，過程和循環(huán)的分析及計算方法，化學(xué)熱力學(xué)等等。有些章節(jié)的內(nèi)容還可以單獨成為一門學(xué)科方向，如研究燃?xì)鈩恿ρh(huán)的內(nèi)燃機學(xué)，研究氣體流動的空氣動力學(xué)等。

可見，這些具體的研究內(nèi)容，即與熱力學(xué)的基本原理相關(guān)聯(lián)，又引伸出許多復(fù)雜的公式和結(jié)論，還有自己相對獨立的結(jié)構(gòu)體系。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生普遍感覺課程的內(nèi)容繁多，應(yīng)付不暇，難于理解，顧此失彼。

1.3 公式應(yīng)用條件復(fù)雜且難記憶

工程熱力學(xué)與工程實際問題聯(lián)系密切，涉及面廣，公式很多。即使同一個公式，在不同的應(yīng)用條件下，也有很多不同的表達形式。例如，熱力學(xué)第一定律對于閉口系和開口系有兩種不同的表達式；對于可逆過程也有不同的表達形式；對于理想氣體的可逆過程還有不同的表達形式。這么多不同形式的公式，許多學(xué)生很難吃透公式的物理意義和具體的應(yīng)用條件，在遇到熱工實際問題時，往往無法確定選用哪一個公式，靈活應(yīng)用就更不用說了。

2 明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

興趣是學(xué)習(xí)的動力源泉之一，教學(xué)成功的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可以從多個方面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，但最重要的就是在第一堂課上讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)的目的。教師除了要對工程熱力學(xué)的發(fā)展歷史，主要研究對象、內(nèi)容和方法作一個常規(guī)的介紹外，還應(yīng)對課程的開設(shè)情況、課程的實用價值和重要作用進行深入細(xì)致的闡述。首先，熱現(xiàn)象幾乎是每一個工程領(lǐng)域中都會碰到的物理現(xiàn)象，能量的有效與合理的利用幾乎是每一個工程師都需要解決的問題。在一些領(lǐng)域中，熱現(xiàn)象的規(guī)律還是制約技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題。所以，在境內(nèi)外的高等工程教育中，傳熱學(xué)、熱力學(xué)與流體力學(xué)課程的開設(shè)相當(dāng)普遍。其次，無論從工業(yè)生產(chǎn)過程來看，還是從節(jié)約能源消耗來看，理工科學(xué)生都應(yīng)該具備合理節(jié)能、用能的意識，并懂得其基本的應(yīng)用技術(shù)。而熱工類課程的內(nèi)容就是合理用能及節(jié)能理論中的最基礎(chǔ)與最核心的部分。最后，還應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實例，讓學(xué)生明白學(xué)到的熱力學(xué)知識可以解決和解釋很多實際問題，特別要強調(diào)專業(yè)與課程的聯(lián)系，和實際問題在課程中的理論基礎(chǔ)。這樣，才能使學(xué)生明確學(xué)習(xí)《工程熱力學(xué)》的專業(yè)目的性，對學(xué)習(xí)該門課程充滿期待。

3 教學(xué)方法的改革與實踐

實踐證明，提高課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵是改進教學(xué)方法。針對工程熱力學(xué)課程的特點，經(jīng)過探索發(fā)現(xiàn)，實行啟發(fā)式教育，在課堂上加強互動，就一兩個中心問題展開討論，讓學(xué)生在思考中吸收新知識。先進的教學(xué)方法既可活躍學(xué)生的學(xué)術(shù)思想，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，又可顯著提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。

3.1 整合知識結(jié)構(gòu)，優(yōu)化課程體系

調(diào)整后的新專業(yè)所牽涉的知識結(jié)構(gòu)比以前廣泛的多，要求學(xué)生掌握的知識面也比以前更寬。從培養(yǎng)復(fù)合型人才考慮，在不增加學(xué)時數(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對課程體系進行優(yōu)化和整合。

教學(xué)內(nèi)容應(yīng)提高起點、后移重點，簡化大學(xué)物理熱學(xué)中已涉及的部分內(nèi)容，并略去繁瑣的公式推導(dǎo)。強調(diào)課程體系中理論與應(yīng)用的有機結(jié)合和相互滲透，注意培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用的觀念。同時，適當(dāng)?shù)亟榻B新型制冷循環(huán)、新型節(jié)能材料的工質(zhì)熱物性等，本學(xué)科的最新研究成果及其應(yīng)用，以擴大學(xué)生的知識面，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。另外，注意與其它課程之間的協(xié)調(diào)，上掛高等數(shù)學(xué)、理論和材料力學(xué)等基礎(chǔ)課程，下掛內(nèi)燃機原理、鍋爐原理、供熱工程、制冷工程等專業(yè)課程，保證其作為技術(shù)基礎(chǔ)課程能為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、今后的工作和進一步的研究奠定扎實的理論基礎(chǔ)。

3.2 突出重點，精講多練

在課堂教學(xué)中，根據(jù)工程熱力學(xué)的特點和教學(xué)改革的要求，應(yīng)采用精講多練的教學(xué)方法。這是因為，課程的內(nèi)容多而課時少，教學(xué)中也不可能做到面面俱到，而某些原理在后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中還會應(yīng)用，授課時應(yīng)有所側(cè)重，實行“精講”；課程有諸多應(yīng)用條件復(fù)雜的公式，只有通過多做練習(xí)，才能深入理解公式的物理意義、變換規(guī)律及具體應(yīng)用條件，做到融會貫通，靈活的應(yīng)用它們來分析解決工程實際問題。

3.3 正確應(yīng)用圖表，化抽象為形象

圖表具有直觀、形象、方便的特點，在工程熱力學(xué)中有其特殊的作用，應(yīng)用也是經(jīng)常性的。因為有些熱力過程或循環(huán)十分復(fù)雜，一般的分析計算根本不可能，只能憑借各類繪制的圖表進行計算；借助圖表還可利用計算機進行數(shù)值計算和模擬。所以，引導(dǎo)學(xué)生正確使用圖表是工程熱力學(xué)教學(xué)中應(yīng)該特別重視的。

在剛開始接觸簡單的P-V圖、T-S圖時，為了給理解水蒸氣和濕空氣的圖表奠定基礎(chǔ)，就應(yīng)提醒學(xué)生注意圖表的作用和細(xì)節(jié)，如怎樣在圖上區(qū)分吸熱、放熱，對內(nèi)、對外作功；怎樣在圖上表示熱過程的方向等等。在介紹水蒸氣的h-s圖和濕空氣的h-d圖時，應(yīng)重點說明它們的構(gòu)圖原理，并通過各種等值線簇的繪制，講解各參數(shù)的變化規(guī)律。另外，為了讓學(xué)生掌握各種圖表的使用方法，還應(yīng)安排一定數(shù)量的、通過圖表進行熱力計算的習(xí)題。

3.4 利用計算機輔助教學(xué)，促進師生互動

工程熱力學(xué)課程內(nèi)容含有許多抽象的工作原理圖、系統(tǒng)循環(huán)圖。常規(guī)的板書教學(xué)浪費時間效果也不太理想。如果把這部分內(nèi)容制作成集聲、光、色、圖、文于一體的多媒體課件，既直觀形象，又新穎生動。不但可加強授課的生動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可加大教學(xué)信息量，增加單位時間內(nèi)授課內(nèi)容的深度和廣度，有利于學(xué)生理解和記憶課程內(nèi)容。例如，我們可以用多媒體課件演示各種熱過程曲線的生成，還可以利用計算機繪制水蒸氣的各種圖線，免除查圖、查表的麻煩。

總之，在課堂上進行形象直觀的教學(xué)，充分利用計算機輔助教學(xué)，發(fā)揮多媒體的作用，可以幫助教師有效地提高教學(xué)效果和教學(xué)效率，也可以改變學(xué)生死記硬背和被動接受知識的學(xué)習(xí)方式。

3.5 加強實踐教學(xué)，理論聯(lián)系實際

工程熱力學(xué)有較強的工程應(yīng)用背景，在加強基礎(chǔ)理論教學(xué)時，還要注意緊密聯(lián)系工程實際，吸收當(dāng)今熱工科技的新成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

實驗教學(xué)具有直觀性強的特點，可以很好地配合課堂教學(xué)。除了開設(shè)“空氣絕熱指數(shù)的測定”、“飽和蒸汽P-T曲線關(guān)系的測定”等驗證性試驗外，還開設(shè)了綜合設(shè)計性試驗，要求學(xué)生根據(jù)試驗?zāi)康?，自己設(shè)計試驗方案，寫出詳細(xì)的試驗，并選擇試驗設(shè)備和用具，經(jīng)教師審查合格后，方可開始試驗，最后還要進行實驗誤差分析。通過試驗，一方面加深了學(xué)生對熱力學(xué)基本原理的理解和認(rèn)識，另一方面也鍛煉了學(xué)生的動手能力和獨立分析問題、解決問題的能力。

在課堂教學(xué)中，還應(yīng)注重理論聯(lián)系實際，把抽象的理論知識與生動的工程實際問題相結(jié)合，用熱力學(xué)理論剖析自然現(xiàn)象，做到學(xué)以致用。一方面，可以采用案例教學(xué)法。例如，用相對濕度的概念來解釋為什么陰雨天晾衣服不易干，而晴天易干；用熱效率的概念來解釋為什么用電爐取暖比用電驅(qū)動熱泵取暖浪費等等。另一方面，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容適時地向?qū)W生介紹學(xué)科的最新研究成果及其應(yīng)用。例如，在講解動力循環(huán)時，可以選擇介紹目前內(nèi)燃機利用蘭金循環(huán)回收廢熱能量，提高整機效率的方法。實踐證明，把教學(xué)內(nèi)容與工程實際問題密切聯(lián)系的教學(xué)方法，可以加強課堂教學(xué)的前瞻性和趣味性，能有效調(diào)動學(xué)生的求知欲，使其由“被動接受學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃友芯繉W(xué)習(xí)”，對提高教學(xué)效果大有幫助。

4 強化考試對教學(xué)的推動作用

考試作為檢驗學(xué)生對課程內(nèi)容掌握程度的標(biāo)尺，關(guān)系到教學(xué)質(zhì)量和效果。為了使考試成績能科學(xué)、客觀、公平地反映學(xué)生對工程熱力學(xué)知識的掌握和應(yīng)用能力，同時調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，可采用學(xué)生普遍認(rèn)可的綜合評定成績的方式，即平時成績占10%、考勤占10%、實驗占10%、期末考試占70%。

為了有效避免學(xué)生死記硬背概念、定律和公式，教師應(yīng)綜合運用選擇題、判斷改錯題、計算題和綜合分析題編制試卷，靈活考察熱力學(xué)的基本原理及應(yīng)用。這是因為實際問題往往非常復(fù)雜，需要學(xué)生靈活應(yīng)用多方面的理論知識才能做出正確解答。對于那些基礎(chǔ)知識不扎實的學(xué)生，只是簡單記住了書本上概念、定律和公式，面對各種似是而非的敘述也會舉棋不定，做出錯誤判斷也不足為奇。

5 結(jié)束語

工程熱力學(xué)是一門充滿生機的經(jīng)典學(xué)科，大量的經(jīng)典內(nèi)容仍是現(xiàn)代學(xué)子為培養(yǎng)創(chuàng)新能力必須掌握的重要基礎(chǔ)。由于課程具有概念多且抽象、知識點多且相互交叉、公式多且應(yīng)用條件復(fù)雜的特點，教師要把這門課講得精彩很不容易。因此，如何有效的提高“工程熱力學(xué)”的教學(xué)質(zhì)量、解決學(xué)生難學(xué)、教師難講的問題，是值得長期研究的課題。

針對我校熱能與動力工程專業(yè)課程體系的教學(xué)改革，并結(jié)合自己的教學(xué)實踐，通過以上的嘗試，有重點、有目的的講解，取得了一定的效果，希望能對提高本課程的教學(xué)質(zhì)量有所貢獻。

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篇3

[關(guān)鍵詞]化工熱力學(xué)；能源化學(xué)工程；教學(xué)實踐；教學(xué)體會

化工熱力學(xué)是化工類學(xué)生的專業(yè)必修課程之一，主要講述熱力學(xué)定律在化學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用，包括化工過程中各種形式的能量之間相互轉(zhuǎn)換規(guī)律及過程趨衡的極限條件等。它是培養(yǎng)學(xué)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(chǔ)課[1-3]。然而該課程的課程內(nèi)容抽象、計算繁瑣，學(xué)生感到非常難學(xué)又缺乏實際應(yīng)用，在課程學(xué)習(xí)過程中學(xué)生產(chǎn)生恐懼和厭學(xué)心理，達不到良好的教學(xué)效果，因此，我們對該課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進行一些改革和嘗試，希望激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)夯實基礎(chǔ)。武漢大學(xué)2013年新開設(shè)的能源化學(xué)工程專業(yè)是由1958年原武漢水利電力學(xué)院開辦的“電廠化學(xué)”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(lǐng)域(包括超臨界火電、核電、生物質(zhì)能、氫能、新型化學(xué)電源等)，培養(yǎng)掌握化學(xué)與化工基礎(chǔ)理論及能源化學(xué)專業(yè)知識和技能的未來行業(yè)發(fā)展的領(lǐng)軍人物。目前，本專業(yè)主要有水處理、材料腐蝕與防護、化學(xué)監(jiān)督與控制、能源化學(xué)四個主要研究方向。為了適應(yīng)學(xué)校對新專業(yè)發(fā)展和一流學(xué)科建設(shè)的要求，2015年在本專業(yè)大三學(xué)生中新增設(shè)了《化工熱力學(xué)》這門化工類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。如何調(diào)動學(xué)生的課堂積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，夯實學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，使他們在54學(xué)時的學(xué)習(xí)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(xué)過程聯(lián)系起來是本課程的核心教學(xué)任務(wù)。本文結(jié)合我校能源化學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，淺談《化工熱力學(xué)》的教學(xué)體會，著重對教學(xué)方式進行了探索和實踐，為培養(yǎng)能源化學(xué)工程領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物奠定基礎(chǔ)。

1明確教學(xué)內(nèi)容與課程主線

結(jié)合我校《化工熱力學(xué)》課程以工程應(yīng)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(xué)工業(yè)出版社出版的《化工熱力學(xué)》作為教材[4]，同時，也鼓勵學(xué)生使用部分參考教材(《化工熱力學(xué)》，馮新等編，2008；《化工熱力學(xué)(第二版)》，陳鐘秀等編，2000；《化工熱力學(xué)導(dǎo)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(xué)發(fā)展時間較長，已形成較完整的知識體系，如何在54學(xué)時內(nèi)有效地把關(guān)鍵知識點教授給學(xué)生是本課程教學(xué)實踐的關(guān)鍵。由于本專業(yè)學(xué)生在大二《物理化學(xué)》課程中已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了理想氣體相關(guān)的狀態(tài)方程及其應(yīng)用，因此在本課程教學(xué)中不再贅述，而是重點介紹工程實際應(yīng)用較多的二參數(shù)狀態(tài)方程、化工熱力學(xué)分析、溶液熱力學(xué)、流體相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡等。在教學(xué)實踐中，首先，詳細(xì)分析《化工熱力學(xué)》教材結(jié)構(gòu)，圍繞主線內(nèi)容合理編排知識點；其次，建立好各知識點之間的邏輯關(guān)系，讓學(xué)生在大腦中建立化工熱力學(xué)框架圖；最后，根據(jù)能源化學(xué)工程專業(yè)的需要，適當(dāng)刪減補充了教材內(nèi)容，結(jié)合學(xué)科動態(tài)，增強化工熱力學(xué)的應(yīng)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(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

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

3課堂教學(xué)與工程實踐密切結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程觀點

化工熱力學(xué)由于理論性較強、基本概念多且抽象，而且本科生在學(xué)習(xí)過程中接觸科研課題及工程實踐的機會較少，將課堂教學(xué)內(nèi)容與科研課題及工程實踐緊密結(jié)合起來，建立“以應(yīng)用為中心”、“探究式”的特色教學(xué)模式，緊密聯(lián)系我校在能源化學(xué)工程領(lǐng)域(特別是超臨界火電、核電、生物質(zhì)能、氫能、新型化學(xué)電源等方面)開發(fā)利用的化學(xué)工程實際問題，把學(xué)科前沿領(lǐng)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(xué)生獲取利用化工熱力學(xué)基本原理解決工程實際問題提供思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程觀點。

4考核方式方法研究

傳統(tǒng)的期末一張考卷為準(zhǔn)的考試方式不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)，也不能全面地體現(xiàn)學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度，為了更加系統(tǒng)全面地評價學(xué)生對課程內(nèi)容的認(rèn)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(xué)生的課堂綜合表現(xiàn)、課程預(yù)習(xí)、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(xué)過程中的應(yīng)用。然而由于該課程的課程內(nèi)容抽象、計算繁瑣，教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)仍有部分學(xué)生存在畏懼厭學(xué)心理，因此，在今后的教學(xué)實踐中應(yīng)考慮進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的主觀能動性，在課堂教學(xué)中引入分組討論，開展導(dǎo)向性的專題研究，將課程內(nèi)容與能源化學(xué)過程(特別是學(xué)科動態(tài))相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和分工協(xié)作的能力，為學(xué)生下一步學(xué)習(xí)專業(yè)課程夯實基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

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

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篇4

[關(guān)鍵詞]建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程 創(chuàng)新能力培養(yǎng) 連續(xù)性教學(xué)

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）07-0138-02

一、前言

高等工程教育承擔(dān)著為國家經(jīng)濟建設(shè)培養(yǎng)注冊工程師的重要任務(wù)。目前，世界上許多國家都實行注冊工程師制度。按國際慣例，注冊工程師制度包括專業(yè)認(rèn)證、工程經(jīng)驗和考核要求。該制度的基礎(chǔ)是工程教育認(rèn)證，而通過工程教育認(rèn)證的核心是進行專業(yè)綜合改革，開展以學(xué)生為中心的課堂改革，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

寧波工程學(xué)院于2006年招收建環(huán)專業(yè)本科生，即提出了以培養(yǎng)本科應(yīng)用型人才為己任的辦學(xué)目標(biāo)。要求學(xué)生在修完專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課之后能靈活掌握所學(xué)內(nèi)容，并能舉一反三，將基礎(chǔ)理論應(yīng)用到實際工作中。但在實際教學(xué)過程中，專業(yè)基礎(chǔ)課理論性太強，并且抽象，學(xué)生理解起來很難，專業(yè)課雖然相對專業(yè)基礎(chǔ)課貼近生產(chǎn)實際，但往往與專業(yè)基礎(chǔ)課脫節(jié)，其結(jié)果使專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課連貫性不強，使學(xué)生覺得基礎(chǔ)課形同虛設(shè)，進而影響他們對專業(yè)課的理解程度。本文以專業(yè)基礎(chǔ)課工程熱力學(xué)，專業(yè)課空調(diào)用制冷技術(shù)、空氣調(diào)節(jié)技術(shù)為例，開展連續(xù)性教學(xué)研究，將基礎(chǔ)課融入專業(yè)課之中，使學(xué)生活學(xué)活用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，以期達到對專業(yè)基礎(chǔ)課的深入掌握。

二、開展專業(yè)基礎(chǔ)課-專業(yè)課連續(xù)性教學(xué)的意義

工程熱力學(xué)作為暖通方向的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其基本理論是專業(yè)課教學(xué)中必不可少的，是各種專業(yè)課進行功、能計算分析的基礎(chǔ)，因此對專業(yè)課程具有很強的理論指導(dǎo)意義?？照{(diào)用制冷技術(shù)、空氣調(diào)節(jié)技術(shù)作為暖通方向的專業(yè)課，旨在使學(xué)生掌握制冷空調(diào)基本原理，能夠結(jié)合工程熱力學(xué)對制冷循環(huán)、空氣調(diào)節(jié)過程進行熱力學(xué)分析，最終達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。兩者的連續(xù)性、系統(tǒng)性教學(xué)對于提升工程熱力學(xué)課程以及相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的實際意義，同時也是培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的保證。

對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是連續(xù)性教學(xué)的重要目標(biāo)。創(chuàng)新能力培養(yǎng)應(yīng)該建立在對專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課透徹的理解基礎(chǔ)之上的，因此將兩者合理的融合在教學(xué)當(dāng)中是重中之重。工程熱力學(xué)作為工程熱物理學(xué)科的基礎(chǔ)課，對學(xué)生將來在研究生階段科研水平的發(fā)揮以及日后在工作崗位上從事各類具體工作都有很好的指導(dǎo)作用。本科生的思維活躍，不受限制，更容易產(chǎn)生新的想法，只要加以合理引導(dǎo)和指導(dǎo)，對本專業(yè)學(xué)生的科技創(chuàng)新也大有好處。

三、專業(yè)基礎(chǔ)課-專業(yè)課連續(xù)性教學(xué)改革內(nèi)容

專業(yè)基礎(chǔ)課-專業(yè)課連續(xù)性教學(xué)改革內(nèi)容如圖1所示。

圖1 研究內(nèi)容

（一）設(shè)計新型教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生反映在大一和大二時由于專業(yè)基礎(chǔ)課太抽象，并且學(xué)習(xí)的目的性不強，不知道這些知識將來用到哪里，因而學(xué)習(xí)沒有興趣，導(dǎo)致對知識的掌握效果不好。專業(yè)基礎(chǔ)課的地位固然重要，但是由于類似工程熱力學(xué)的基礎(chǔ)課程講述了大量的基礎(chǔ)理論和公式，所以教學(xué)工作中最忌諱內(nèi)容枯燥，沒有趣味性，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)。現(xiàn)代教育理論認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)認(rèn)知的主體，在教學(xué)過程中應(yīng)充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在工程熱力學(xué)課程教學(xué)中，首先應(yīng)該使學(xué)生對工程熱力學(xué)的重要性有清醒的認(rèn)識，培養(yǎng)對該課程學(xué)習(xí)的強烈興趣，所以必須以學(xué)生為中心，設(shè)計新型教學(xué)模式。教師在講授專業(yè)基礎(chǔ)課時，引入專業(yè)課中的工程或科研實例，使學(xué)生了解專業(yè)基礎(chǔ)課在專業(yè)課中的應(yīng)用范圍，進而培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)興趣。如在工程熱力學(xué)中講述熱力學(xué)第二定律時，引入制冷空調(diào)循環(huán)作為第二定律的應(yīng)用，讓同學(xué)們思考制冷循環(huán)是如何遵循熱力學(xué)第二定律工作的，應(yīng)用該定律如何提高制冷循環(huán)效率。而制冷循環(huán)效率的提高正是國內(nèi)外進行節(jié)能減排的熱點問題，這樣聯(lián)系實際進行專業(yè)基礎(chǔ)課的講解，便可激發(fā)學(xué)生興趣，提高課堂效率。

（二）專業(yè)基礎(chǔ)課-專業(yè)課內(nèi)容融合式教學(xué)研究

教師在講授專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課時，進行融合式教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生思考專業(yè)基礎(chǔ)課在專業(yè)課中有哪些應(yīng)用;在專業(yè)課中運用了哪些專業(yè)基礎(chǔ)課原理，如何用該原理解釋工程實際及科研課題，從而提高學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。

如講解空調(diào)用制冷技術(shù)課程的制冷循環(huán)原理時，啟發(fā)學(xué)生通過思考聯(lián)想到工程熱力學(xué)的逆卡諾循環(huán)，進而把逆卡諾循環(huán)定理對照制冷循環(huán)原理進行講解，可使學(xué)生牢固掌握制冷循環(huán)原理，又因為有了理論依托，從深層次激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)用基礎(chǔ)理論解釋工程現(xiàn)象的能力?？諝庹{(diào)節(jié)技術(shù)是建筑環(huán)境專業(yè)一門非常重要的專業(yè)課，其中一項重要基本技能是對焓濕圖的掌握。而早在工程熱力學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課中，焓濕圖已在“濕空氣”一章中提及，通常情況下，工程熱力學(xué)課程主要圍繞熱力學(xué)第一、第二定律進行講述，“濕空氣”這一章與前述定律關(guān)系不大，學(xué)生往往忽視對濕空氣中焓濕圖的學(xué)習(xí)，因此，需進行融合式教學(xué)，提高學(xué)生的重視程度?？稍诠こ虩崃W(xué)中“濕空氣”一章講述時，首先說明暖通空調(diào)對于建環(huán)專業(yè)學(xué)生的重要性，提出空氣調(diào)節(jié)的概念，而空氣調(diào)節(jié)的重要理論基礎(chǔ)是焓濕圖，是必須掌握的內(nèi)容，進而進行焓濕圖的講解。在空氣調(diào)節(jié)技術(shù)課程中，為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，需回顧工程熱力學(xué)中焓濕圖的基本理論，使學(xué)生在熟練掌握基本原理的基礎(chǔ)上，能夠舉一反三，提高理解問題的層次。

（三）建立專業(yè)基礎(chǔ)課-專業(yè)課連續(xù)性教學(xué)綜合考核評價方法

傳統(tǒng)教學(xué)中的考核評價是通過每門課程結(jié)束后進行期末測試來完成，內(nèi)容僅限于本課程知識點，開展連續(xù)性教學(xué)后，為了從整體上考查學(xué)生掌握情況，鞏固所學(xué)知識，可以開展連續(xù)性綜合考核評價，即通過綜合性題目，測試學(xué)生用工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)等基本原理分析解決實踐問題的能力，促進學(xué)生全面能力提升，激發(fā)創(chuàng)新潛能。

四、結(jié)語

生活水平的提高和科技的日益進步，使得建筑環(huán)境專業(yè)畢業(yè)生不再局限于傳統(tǒng)的水電設(shè)備安裝，大批具有高新技術(shù)含量的智能設(shè)備不斷涌現(xiàn)，從而使這一行業(yè)的人才需求不斷擴大。企業(yè)要求人才掌握的學(xué)科涉及面廣、數(shù)量眾多，并具備解決突發(fā)問題、綜合問題的能力。在建筑環(huán)境專業(yè)教學(xué)過程中開展專業(yè)基礎(chǔ)課-專業(yè)課連續(xù)性教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，樹立整體意識，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

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篇5

關(guān)鍵詞 熱工學(xué)；熵；焓-熵圖；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）23-0076-02

1 引言

食品冷鏈物流（Food Cold Chain Logistics）是上海海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程專業(yè)食品物流工程方向的專業(yè)特色。它是以制冷設(shè)施與技術(shù)作為手段，以食品冷凍冷藏工藝學(xué)作為基礎(chǔ)的一項低溫物流系統(tǒng)工程，過程要求易腐食品在生產(chǎn)、運輸、貯藏、銷售直至消費前的一系列環(huán)節(jié)中始終維持在食品規(guī)定的低溫環(huán)境下，以減少食品損耗，保證食品質(zhì)量。它是隨著制冷技術(shù)的發(fā)展而建立起來的，熱工學(xué)中有關(guān)熱能和機械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本理論和熱量傳遞規(guī)律，正是低溫冷鏈物流實踐應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，而活學(xué)活用熱工學(xué)的基本理論知識，對學(xué)好本專業(yè)起著至關(guān)重要的作用。

熱工學(xué)是一門研究熱能利用的基本原理和規(guī)律，以提高熱能利用率為主要目的的課程，包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和熱工基礎(chǔ)的應(yīng)用等部分內(nèi)容。其中，工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)構(gòu)成熱工學(xué)的理論基礎(chǔ)，熱能轉(zhuǎn)換的基本概念、熱力學(xué)兩大基本定律、理想氣體和蒸汽的熱力性質(zhì)與熱力過程以及濕空氣等內(nèi)容屬于工程熱力學(xué)部分，而熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射等3種熱量傳遞方式的基本理論（包括導(dǎo)熱的基本定律及穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、對流傳熱和輻射傳熱等）是傳熱學(xué)部分主要講述的內(nèi)容。目的是使學(xué)生掌握熱能轉(zhuǎn)換和利用的基本原理和規(guī)律，能夠?qū)τ嘘P(guān)熱科學(xué)問題進行基本計算訓(xùn)練和獲得解決相關(guān)工程問題的基本能力[1]。但是，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中反映感到困難最多的就是狀態(tài)參數(shù)概念抽象、圖表復(fù)雜、知識枯燥等。為此，筆者在教學(xué)實踐中有以下幾點體會和認(rèn)識。

2 多角度分層次學(xué)習(xí)抽象概念――以熵為例

工程熱力學(xué)中常用的狀態(tài)參數(shù)有6個：壓力、比體積、溫度、熵、熱力學(xué)能和焓。其中，熵的概念學(xué)生最難理解。熵是熱力學(xué)第二定律導(dǎo)出的重要概念，在熱學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，近年來在經(jīng)濟學(xué)、生態(tài)學(xué)等其他學(xué)科中也逐漸得到重視和廣泛應(yīng)用[2]。

介紹“熵”這個字的歷史由來 我國最初是沒有“熵”這個字的，它是由Entropy這個單詞根據(jù)意譯而來的。1923年，德國物理學(xué)家普朗克來我國講學(xué)時，我國物理學(xué)家胡剛復(fù)做翻譯，根據(jù)Entropy的定義是熱量除以溫度所得到的商值，而且這個概念與火有關(guān)，于是就在商上另加火字旁，創(chuàng)造了一個新字――“熵”。

介紹熵這個概念的歷史由來 熵的概念由德國物理學(xué)家魯?shù)婪?克勞修斯在1850年首次提出，用熵來表示能量分布在空間中的均勻程度，越集中的能量空間分布，系統(tǒng)的熵值就越??；而越均勻的能量分布，系統(tǒng)的熵值就越大，當(dāng)能量完全均勻分布的系統(tǒng)，熵就達到最大值。

介紹熵的定義 熵是描述所有不可逆過程共同特性的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)，它是不能再被轉(zhuǎn)化做功的能量的量度?？赡孢^程中，δQ/T的積分值和熱力過程的路徑無關(guān)，因此可以斷定可逆過程的δQ/T一定是某一狀態(tài)參數(shù)的恰當(dāng)微分，所以取名為熵（S），它的定義式為dS=δQ/T。

介紹熵的特點

1）熵是狀態(tài)參數(shù)，同狀態(tài)函數(shù)焓和熱力學(xué)能一樣，一般只計算狀態(tài)參數(shù)的變化；

2）計算不可逆過程的熵變時，其值僅取決于給定的狀態(tài)，與達到狀態(tài)的過程無關(guān)；

3）δQ=TdS的量綱是能量，T是強度量參數(shù)，Q、S是廣延量參數(shù)，計算時必須考慮體系的質(zhì)量。

介紹熵的物理意義 可分為宏觀和微觀兩個方面：從微觀上講，熵反映的是系統(tǒng)的無序度或混亂度；從宏觀上

講，一個熱力系熵的變化，可以表示為熵流和熵產(chǎn)之和，對應(yīng)選定的環(huán)境狀態(tài)，系統(tǒng)熵的變化是系統(tǒng)無效能變化的量度。

重點介紹熵的本質(zhì) 熵是一個反映自發(fā)過程不可逆性的狀態(tài)參數(shù)，自然發(fā)展的情況下，系統(tǒng)各部分能量差總是傾向于均衡。在孤立系統(tǒng)中，實際發(fā)生的過程總是使整個系統(tǒng)的熵值增大，不能減少，極限的情況（可逆過程）保持不變，即孤立系的熵增原理[2]。摩擦生峋褪鞘掛徊糠只械能不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，使熵增加；讓一個熱物體同一個冷物體相接觸，熱物體將冷卻，冷物體將變熱，直到兩個物體達到相同的溫度為止。熱量由高溫物體傳至低溫物體，整個系統(tǒng)由高溫物體和低溫物體組成，高溫物體的熵減少，低溫物體的熵增加，熵總變化是它們的代數(shù)和，是增加的；每一次能量從一個較高水平（比如河水下落時，最初處于較高位置）轉(zhuǎn)化到一個較低水平（比如河水落到壩底，處于較低位置），都意味著下一次能再做功的能力減少了。

介紹熵在其他學(xué)科上的應(yīng)用 熵是熱力學(xué)第二定律導(dǎo)出的重要概念，它不但在熱學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，而且在生命科學(xué)、哲學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、生態(tài)學(xué)、歷史學(xué)、文學(xué)、藝術(shù)、語言學(xué)、宗教學(xué)等社會各個領(lǐng)域的應(yīng)用也得到很多學(xué)者的日益重視。例如：探索將生態(tài)系統(tǒng)熵量化為能量輸出或輸入與經(jīng)濟收入或支出之比；以貨幣流為參數(shù)來計算城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的熵變；以熵與焓的關(guān)系探討地球的熵增；生物與環(huán)境綜合為一個生態(tài)系統(tǒng)，生命體時刻與外界進行能量、物質(zhì)、信息的交換，是一個開放的系統(tǒng)，任何真實的系統(tǒng)都不能脫離環(huán)境而存在，可以用“生命熵”來獨立定義，用熵來分析一個生命體生長、發(fā)育、衰老、死亡的全過程。自然界所有的生物利用和環(huán)境的能量交換趨于多樣、有序、熵減小，最終被環(huán)境選擇，得以進化。

3 結(jié)合應(yīng)用實例學(xué)習(xí)圖表知識――以焓熵圖為例

水蒸氣的熱力性質(zhì)圖表是熱力過程計算中的重要依據(jù)。但是對這一部分內(nèi)容，學(xué)生普遍反映圖表太復(fù)雜，圖中等參數(shù)線太多，表中數(shù)據(jù)參數(shù)太多，水和水蒸氣狀態(tài)又十分復(fù)雜，應(yīng)用起來很不方便。

介紹水和水蒸氣圖表實際應(yīng)用中的優(yōu)缺點 水和水蒸氣的熱力性質(zhì)表優(yōu)點是數(shù)值的準(zhǔn)確度高，缺點是數(shù)據(jù)不連續(xù)，需要用內(nèi)插法計算近似值，使得查表工作十分煩瑣。水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖的優(yōu)點是查取方便，熱力過程分析更直觀、清晰和方便；缺點是數(shù)值誤差較大，在工程應(yīng)用容許范圍內(nèi)。優(yōu)先選用的是水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖，其中，溫―熵圖（T-s圖）和壓―容圖（p-v圖）主要是對蒸汽熱力過程進行定性分析使用，而焓―熵圖（h-s圖）主要用作對蒸汽熱力過程的功量和熱量進行定量計算，應(yīng)用更加廣泛。

介紹焓―熵圖的基本特點 溫熵圖中以焓為縱坐標(biāo)、以熵為橫坐標(biāo)，上下界線分別為飽和水和飽和蒸汽線，交點為臨界點，飽和水的左側(cè)區(qū)域為過冷水區(qū)，飽和蒸汽的右側(cè)區(qū)域為過熱蒸汽區(qū)，飽和水和飽和蒸汽線下方為濕蒸汽區(qū)域。此外，圖中還包括等干度線簇、等壓線簇、等容線簇和等溫線簇等。在濕蒸汽區(qū)，等壓線與等溫線重合，是一組斜率不同的直線；在過熱蒸汽區(qū)，等壓線與等溫線不同，等壓線為向上傾斜的曲線，而等溫線是彎曲然后趨于平坦；等容線比等壓線在向上延伸方向上更抖些，為方便區(qū)別，實用的h-s圖中，定容線常用紅線或虛線標(biāo)出。然后，讓每位學(xué)生畫出焓―熵圖的草圖，并標(biāo)出上下界線、臨界點、三種狀態(tài)及等干度線簇、等容線簇、等壓線簇和等溫線簇等，使學(xué)生掌握焓熵圖的基本要點。

結(jié)合應(yīng)用實例練習(xí)查圖方法和步驟 學(xué)生掌握焓熵圖的基本曲線及分布規(guī)律后，結(jié)合實例用焓熵圖查水蒸氣的參數(shù)，并進一步在圖中分析水蒸氣的基本熱力過程。例如：給出水的溫度和焓值，查圖求熵值；給出壓力和溫度，求焓值和熵值等。這就使學(xué)生能熟練通過查焓―熵圖中定溫線和定焓線或者定壓線和定溫線，直接確定水的狀態(tài)和各參數(shù)的值。

同時，為了加深對比，之后又用同樣的條件，查飽和水和飽和水蒸氣熱力性質(zhì)表和未飽和水與過熱蒸汽熱力性質(zhì)表進行求解，使學(xué)生通過查圖和表，明顯感覺到水和水蒸氣的熱力性質(zhì)表的缺c：數(shù)據(jù)不連續(xù)，需要用內(nèi)插法計算近似值，使得查表工作十分煩瑣。而水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖就克服了此缺點，查取方便，熱力過程分析更直觀、清晰和方便，但缺點是需要個體肉眼觀察，所以數(shù)值誤差較大。水和水蒸氣的熱力性質(zhì)表的優(yōu)點是數(shù)值的準(zhǔn)確度較高。

通過應(yīng)用實例，使學(xué)生深刻認(rèn)識到水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖表的優(yōu)缺點和使用場合，在工程應(yīng)用容許范圍內(nèi)，優(yōu)先選用的是水和水蒸氣的熱力性質(zhì)圖，讓學(xué)生在具體的案例中熟悉并牢固掌握本課程的理論知識要點，培養(yǎng)學(xué)生活學(xué)活用熱工學(xué)的基本理論的能力。

4 結(jié)束語

教學(xué)沒有固定的模式，一個教師不僅要有淵博的知識、豐富的實踐經(jīng)驗，還要積極思考，探討能讓學(xué)生容易接受的教學(xué)方法。教師除了從事教學(xué)以外，一定要參加科研，把握相關(guān)的學(xué)科知識前沿以豐富自己的學(xué)識，提高自己的業(yè)務(wù)水平，這是搞好教學(xué)工作的重要前提。教學(xué)中注意采用多種合理教學(xué)手段和方法，在課堂上做到深入淺出，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，使學(xué)生加深對課程的內(nèi)容理解。同時應(yīng)廣泛借鑒國內(nèi)外先進的教學(xué)經(jīng)驗，勇于嘗試改革、積累經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新意識，這是教學(xué)工作者值得不斷探索的努力方向。

參考文獻

篇6

一、物理化學(xué)課程在課程體系中的地位

物理化學(xué)在兩階段工科化學(xué)(化工類)課程體系中處于樞紐地位。第一階段由化學(xué)原理(基礎(chǔ)物理化學(xué))、無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)等課程組成?；瘜W(xué)原理作為理論教學(xué)內(nèi)容,在對中學(xué)化學(xué)知識總結(jié)提煉上升到理性認(rèn)識高度的基礎(chǔ)上,對后繼無機化學(xué)、有機化學(xué)作為應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容提供理論基礎(chǔ)。第二階段由物理化學(xué)加后繼專業(yè)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程、選修課程組成。物理化學(xué)作為理論教學(xué)內(nèi)容,既將先前所學(xué)無機化學(xué)、有機化學(xué)等知識從理性上加以認(rèn)識提高,又為后繼課程提供理論基礎(chǔ)。[2]在專業(yè)教育的范疇內(nèi),物理化學(xué)是工科,尤其是化工、冶金、輕工等各專業(yè)必備的化學(xué)理論基礎(chǔ),它銜接基礎(chǔ)理論和相關(guān)的專業(yè)課程,是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。

二、物理化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)提供應(yīng)用于所有化學(xué)以及相關(guān)領(lǐng)域的基本概念和原理,嚴(yán)格和詳細(xì)地闡釋化學(xué)中普適的核心概念,以數(shù)學(xué)模型提供定量的預(yù)測。因此,物理化學(xué)是分析化學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)和生物化學(xué)課程,以及其他相關(guān)前沿課題的概念的理論基礎(chǔ)?？傮w而言,物理化學(xué)理論課程可能涉及的教學(xué)內(nèi)容如下:[3]

1.熱力學(xué)與平衡

標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)(焓、熵、吉氏函數(shù)等)及其應(yīng)用。熵的微觀解釋?；瘜W(xué)勢在化學(xué)和相平衡中的應(yīng)用。非理想系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、活度、德拜-休克爾極限公式。吉布斯相律、相平衡、相圖。電化學(xué)池的熱力學(xué)。

2.氣體分子運動學(xué)說

麥克斯韋-玻耳茲曼分布。碰撞頻率、隙流速度。能量均分定律、熱容。傳遞過程、擴散系數(shù)、黏度。

3.化學(xué)動力學(xué)

反應(yīng)速率的微分和積分表達式。弛豫過程。微觀可逆性。反應(yīng)機理與速率方程。穩(wěn)定態(tài)近似。碰撞理論、絕對速率理論、過渡狀態(tài)理論。同位素效應(yīng)。分子反應(yīng)動力學(xué)含分子束、反應(yīng)軌跡和激光。

4.量子力學(xué)

薛定諤方程的假定和導(dǎo)出。算符和矩陣元素。勢箱中的粒子。簡諧振子。剛性轉(zhuǎn)子、角動量。氫原子、類氫離子波函數(shù)。自旋、保里原理。近似方法。氦原子。氫分子離子、氫分子、雙原子分子。LCAO方法。計算化學(xué)。量子化學(xué)應(yīng)用。

5.光譜

光-物質(zhì)相互作用、偶極選律。線型分子的轉(zhuǎn)動光譜。振動光譜。光譜項。原子和分子的電子光譜。磁共振譜。拉曼光譜、多光子選律。激光。

6.統(tǒng)計熱力學(xué)

系綜。配分函數(shù)表示的標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)。原子、剛性轉(zhuǎn)子、諧振子的配分函數(shù)。愛因斯坦晶體、德拜晶體。

7.跨學(xué)科的應(yīng)用

生物物理化學(xué)、材料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥學(xué)、大氣化學(xué)等。物理化學(xué)實驗課程培養(yǎng)學(xué)生用物理化學(xué)原理聯(lián)系定量模型與觀察到的化學(xué)現(xiàn)象的能力,深化學(xué)生對模型定性假設(shè)和局限的理解,鍛煉他們采用模型定量預(yù)測化學(xué)現(xiàn)象的基本技能。

學(xué)生應(yīng)能記錄正確的測量值,估算原始數(shù)據(jù)的誤差。學(xué)生需要理解電子儀器的原理和使用方法,操作現(xiàn)代儀器測量物理性質(zhì)和化學(xué)變化,積累用這些儀器解決實驗問題的經(jīng)驗。物理化學(xué)實驗應(yīng)含有結(jié)合若干實驗方法和理論概念的綜合實驗教學(xué)內(nèi)容。適用于工科化學(xué)(化工類)課程體系的物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容大體如下:

1.熱化學(xué)實驗

計算機聯(lián)用測定無機鹽溶解熱。計算機聯(lián)用測定有機物燃燒熱。溫度滴定法測定弱酸離解熱。差熱分析。

2.相平衡化學(xué)平衡實驗

不同外壓下液體沸點的測定。環(huán)己烷-乙醇恒壓氣液平衡相圖繪制。液-固平衡相圖繪制。凝固點下降法測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量。沸點升高法測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量。熱重分析。氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測定。

3.表面化學(xué)實驗

溶液表面張力測定。沉降法測定粒度分布。BET容量法測定固體比表面積。

4.化學(xué)動力學(xué)實驗

量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率系數(shù)。蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率系數(shù)測定。酯皂化反應(yīng)動力學(xué)。一氧化碳催化氧化反應(yīng)動力學(xué)。甲酸液相氧化反應(yīng)動力學(xué)方程式的建立?？扇?xì)?氧氣-氮氣三元系爆炸極限的測定。計算機聯(lián)用研究BZ化學(xué)振蕩反應(yīng)。

5.電化學(xué)實驗

強電解質(zhì)溶液無限稀釋摩爾電導(dǎo)的測定。離子遷移數(shù)測定。原電池反應(yīng)電動勢及其溫度系數(shù)的測定。金屬鈍化曲線測定。

6.結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗

磁化率測定。分子介電常數(shù)和偶極矩的測定。

三、面向?qū)I(yè)的物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容建設(shè)

當(dāng)然,一個工科類專業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)不可能也不必要包含上列的所有內(nèi)容。因此,各學(xué)科專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格,在已經(jīng)或即將公布的各學(xué)科專業(yè)的指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范中,制訂了包括物理化學(xué)在內(nèi)的化學(xué)課程教學(xué)基本內(nèi)容作為最低要求。如化學(xué)工程與工藝專業(yè)的規(guī)范(研究型)中規(guī)定:物理化學(xué)可分為兩部分,物理化學(xué)(I)主要內(nèi)容為化學(xué)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)等,作為化工主干課的基礎(chǔ),應(yīng)注意與化工熱力學(xué)課程和化學(xué)反應(yīng)工程課程的銜接和分界(一些內(nèi)容可在化工熱力學(xué)課程和化學(xué)反應(yīng)工程課程中展開,以加強工程背景);物理化學(xué)(II)主要內(nèi)容為溶液理論、統(tǒng)計力學(xué)、量子力學(xué)等方面的概要以及近展等。各專業(yè)的物理化學(xué)教學(xué)基本內(nèi)容充分體現(xiàn)了本專業(yè)的學(xué)科特點,是在保障人才培養(yǎng)質(zhì)量的前提下,兼顧國內(nèi)各相關(guān)學(xué)校的教學(xué)條件提出的基本要求。因此,它體現(xiàn)的是該專業(yè)人才的知識體系的共性。由于各校的學(xué)科背景和教學(xué)條件的優(yōu)勢不同,要培養(yǎng)具有特色的專業(yè)人才,需要在教學(xué)中研究如何在滿足各專業(yè)的教學(xué)基本內(nèi)容要求的基礎(chǔ)上開展物理化學(xué)教學(xué)。我們認(rèn)為在教學(xué)內(nèi)容建設(shè)中應(yīng)堅持貫徹下列原則,才能切實發(fā)揮物理化學(xué)這一門專業(yè)基礎(chǔ)課程的作用。[4]

1.承前啟后,發(fā)揮樞紐作用。了解授課對象的先修和后繼課程與物理化學(xué)的聯(lián)系,深化化學(xué)原理課程中的物理化學(xué)理論,介紹其在后繼專業(yè)課程中的應(yīng)用,以開闊視野并兼顧系統(tǒng)性和趣味性。

2.少而精和博而通。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容要突出重點,講深講透,體現(xiàn)學(xué)科框架;選擇介紹相關(guān)前沿的內(nèi)容以擴大知識面。

3.提倡內(nèi)容側(cè)重的多樣化。針對不同專業(yè)時要不拘一格,倡導(dǎo)內(nèi)容側(cè)重的多樣化;即便面對同一專業(yè),內(nèi)容側(cè)重亦應(yīng)有寬松的選擇余地。

4.體現(xiàn)工科特色,強調(diào)應(yīng)用性和實踐性。引入研究型實踐項目,使學(xué)生加深對理論的理解,提高應(yīng)用水平。

四、建設(shè)物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的措施

華東理工大學(xué)物理化學(xué)教研室在國家精品課程和國家級教學(xué)團隊建設(shè)過程中,以提高專業(yè)人才的教育質(zhì)量為目標(biāo),采取了一系列措施,提高物理化學(xué)課程的教學(xué)水平和質(zhì)量,促進相關(guān)專業(yè)的課程體系建設(shè)。

1.根據(jù)授課專業(yè)的先修、后繼課程,研讀相關(guān)教材,如化學(xué)工程與工藝專業(yè)的現(xiàn)代基礎(chǔ)化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、化工過程分析與合成教材,了解其改革動向和內(nèi)容變革,并且請有關(guān)學(xué)科的學(xué)術(shù)帶頭人做物理化學(xué)在學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用介紹的報告,提出教學(xué)內(nèi)容改革建議。這樣做的結(jié)果一方面可以避免教學(xué)內(nèi)容上不必要的重復(fù),另一方面可以合理地選擇教學(xué)內(nèi)容側(cè)重,實現(xiàn)化學(xué)基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的合理銜接。

2.編寫教材和教學(xué)參考書,保障教學(xué)基本內(nèi)容的教學(xué)質(zhì)量,介紹物理化學(xué)學(xué)科發(fā)展、在交叉領(lǐng)域的應(yīng)用;介紹溶液模型、線性自由能關(guān)系等半經(jīng)驗方法,以銜接后繼課程。近年來編寫或修訂出版了《物理化學(xué)參考》、《物理化學(xué)》(第五版)、《物理化學(xué)導(dǎo)讀》、《物理化學(xué)釋疑》、《物理化學(xué)教學(xué)與學(xué)習(xí)指南》。開展教學(xué)研討,提高教師隊伍的學(xué)識水平和在教學(xué)中貫徹少而精、博而通教學(xué)思想的能力。

3.制作相關(guān)前沿課題和理論應(yīng)用實例,如“正、負(fù)離子混合表面活性劑雙水相系統(tǒng)及其微觀結(jié)構(gòu)”、“溫室氣體CO2的捕集和封存(CCS)技術(shù)”、“復(fù)雜材料的微相平衡和結(jié)構(gòu)演化的數(shù)學(xué)模擬”、“離子液體的合成、性質(zhì)和應(yīng)用”等教學(xué)素材,進行教學(xué)資源的儲備。

4.由科學(xué)研究項目提煉研究型教學(xué)實驗,如“界面上聚乳酸PLA膜的結(jié)構(gòu)特性研究”、“生物柴油中脂肪酸甲酯的GC-MS測定”、“MCM-41介孔氧化硅材料的合成和表征”等;形成各類研究性課題,如“生物柴油的制備及性能檢測”、“Gem-ini表面活性劑連接基團對合成硅基介孔材料結(jié)構(gòu)的影響”等。

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關(guān)鍵詞：課程建設(shè)；知識庫；工程實例；專業(yè)基礎(chǔ)課

作者簡介：朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，教授；沈坤全（1963-），男，浙江桐鄉(xiāng)人，上海電力學(xué)院教務(wù)處，副教授。（上海?200090）

基金項目：本文系上海市教育委員會重點課程建設(shè)項目（項目編號：20105302）的研究成果。

中圖分類號：G642.42?????文獻標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）23-0045-02

近年來，高等教育學(xué)校的規(guī)模連續(xù)擴大，在校學(xué)生人數(shù)增長較快。在這個背景下，高校師資隊伍不斷壯大，很多有志于教育事業(yè)的具有博士學(xué)位的研究生成為高校教師的一員。但是，步入高校的青年教師一般缺乏教學(xué)經(jīng)驗，與生產(chǎn)實際的聯(lián)系也不太緊密；另一方面，高校教師在學(xué)校內(nèi)部以及與其他單位之間的流動機會較多，富有教學(xué)經(jīng)驗的教師流失之后，會影響相關(guān)課程和專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。因此，提高青年教師的教學(xué)水平以及傳承優(yōu)秀教師的教學(xué)經(jīng)驗成為專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容之一。為了培養(yǎng)青年教師的教學(xué)和科研能力，有些高校采取了“傳幫帶”或“結(jié)對子”這類的言傳身教的模式，取得了一定的效果。但是，除了傳統(tǒng)的“傳幫帶”形式以外，還可以用載體把教學(xué)經(jīng)驗、教學(xué)資源等固化下來，使優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源和經(jīng)驗得到傳承和發(fā)展。本文在工科專業(yè)基礎(chǔ)課程中使用知識庫來固化教學(xué)資源進行了探索。

一、在工科專業(yè)基礎(chǔ)課中建設(shè)知識庫的必要性

專業(yè)基礎(chǔ)課程在一個專業(yè)的培養(yǎng)計劃占重要地位。課程一般可分為公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課三大類。專業(yè)基礎(chǔ)課是銜接公共基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁，專業(yè)課中涉及的基本概念和原理很多已包含在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)內(nèi)容中。同時，專業(yè)基礎(chǔ)課也是學(xué)生最早接觸的與專業(yè)緊密相關(guān)的課程。專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)效果對學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的興趣都有較大的影響。因此，加強專業(yè)基礎(chǔ)課程的建設(shè)對提高教學(xué)質(zhì)量是非常必要的。

課程知識庫是以教學(xué)為目的、主要面向授課教師和學(xué)生、通過因特網(wǎng)將各種教學(xué)資源整合在一起形成的一個共享系統(tǒng)。知識庫中包括教學(xué)大綱、教案、多媒體課件、習(xí)題講解、教學(xué)經(jīng)驗以及音像資料等。課程知識庫對課程建設(shè)和專業(yè)建設(shè)可以起到促進作用，該知識庫是一個共享的課程教學(xué)資源系統(tǒng)，獨立于任何單個教師，避免了知識和資源高度集中在某個個體上。該知識庫是開放的，所有任課教師都可以使用。青年教師可以通過該知識庫盡快熟悉教學(xué)資源，借鑒其他教師的教學(xué)經(jīng)驗，在保持本課程的特色上形成自己的教學(xué)風(fēng)格。同時，知識庫固化了本校教師的音像資料和教學(xué)經(jīng)驗等資源，這些資源不會由于教師的流失而丟失，可以削弱教師流失對課程教學(xué)的影響。

二、在“工程熱力學(xué)”課程中建設(shè)知識庫的探索

專業(yè)基礎(chǔ)課有著與專業(yè)課不同的特點。例如，“工程熱力學(xué)”是熱能與動力工程專業(yè)的三大基礎(chǔ)課程之一，在公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)課之間起到承前啟后的作用。該課程研究熱能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律及其工程應(yīng)用?！肮こ虩崃W(xué)”課程的特點之一是概念抽象且繁多，因此，對概念及原理的清晰認(rèn)識有助于學(xué)生對課程內(nèi)容的理解和掌握。為了在專業(yè)基礎(chǔ)課程中取得良好的教學(xué)效果，教學(xué)別要注重理論與實踐相結(jié)合。在講授理論知識后，需要結(jié)合知識點列舉一些生活以及工程實際中的例子；也可以先從學(xué)生熟悉的例子出發(fā)，引出要學(xué)習(xí)的知識?？偟膩碚f，是使學(xué)生能夠建立知識點與工程實際對象的關(guān)聯(lián)，將學(xué)到的知識用于分析和解決實際的工程問題。通過這樣的教學(xué)方式，學(xué)生可以達到“學(xué)以致用”，對課程甚至專業(yè)凝聚起強烈的學(xué)習(xí)興趣。

本文在熱能動力工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程“工程熱力學(xué)”中開展了知識庫的建設(shè)。如前所述，課程知識庫的建設(shè)是一項比較龐大的工程，涉及的內(nèi)容很多。作為知識庫建設(shè)的第一步工作，可以先從收集和整理生活實例和工程實例入手，建立起一個以實例為主的知識庫。

1.知識庫的建設(shè)主體

為了使知識庫的實例既能體現(xiàn)出理論和實際相結(jié)合、又能反映出本課程的前沿發(fā)展、同時也能被學(xué)生所接受，知識庫的建設(shè)需要有廣大教師和學(xué)生的共同參與。老教師在長期的教學(xué)實踐中積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗，能夠舉出恰當(dāng)?shù)纳顚嵗凸こ虒嵗齺韼椭鷮W(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容；新教師由于從事教學(xué)的時間不長，教學(xué)經(jīng)驗不夠豐富，備課時間大部分用于理解教材和熟悉教學(xué)內(nèi)容，給出生動形象的實例有一定難度。但是新教師一般學(xué)歷較高，在本學(xué)科的某一方面有比較深入的了解，掌握了相關(guān)的學(xué)科前沿知識。這些前沿知識在課堂的引入可以拓展學(xué)生的知識面，并且有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新老教師的優(yōu)勢可以互補，在建設(shè)知識庫的過程中充分發(fā)揮新老教師各自的優(yōu)勢，將教學(xué)實例和學(xué)科前沿知識等融入到一起，建成一個針對某門課程甚至是某專業(yè)的知識庫供各位教師共享。另外，教師提供的例子是教師認(rèn)為比較恰當(dāng)和形象的，在課堂教學(xué)中學(xué)生大多是被動地接受。有些學(xué)生在理解相關(guān)知識點的基礎(chǔ)上，能夠提出更貼切其認(rèn)知水平和生活環(huán)境的例子。教師將學(xué)生提出的例子也收集起來，反饋到課堂教學(xué)中，學(xué)生可能更容易接受；同時，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動變?yōu)橹鲃?，學(xué)習(xí)興趣得到了提高。

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熱學(xué)在19世紀(jì)便已發(fā)展成為一門比較完備的科學(xué)，隨著人們對客觀世界的了解深入，關(guān)于熱學(xué)的知識也在不斷擴展。熱學(xué)是物理學(xué)科的一個重要組成部分，是研究與熱現(xiàn)象有關(guān)的規(guī)律的科學(xué)。課程教學(xué)的目的是掌握熱現(xiàn)象規(guī)律，了解熱現(xiàn)象作為“大數(shù)”粒子無序運動的本質(zhì)，為大學(xué)階段其他課程的學(xué)習(xí)打好理論基礎(chǔ)，是本科物理專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。我們使用的熱學(xué)教材是經(jīng)典的李椿等編著的《熱學(xué)》教材，通過幾年的教學(xué)實踐，對熱學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法做了一系列的探索和總結(jié)。

一、熱學(xué)課程的結(jié)構(gòu)及特點

熱學(xué)課程的主要內(nèi)容分為三大部分：宏觀理論部分，稱為熱力學(xué)，是通過直接觀察和實驗測量，再用嚴(yán)密的邏輯推理方法總結(jié)出來的有關(guān)熱現(xiàn)象的規(guī)律，研究的方法是宏觀法，所得出的熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，具有可靠性與普遍性，但是它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)、主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)、把物質(zhì)看成為連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，沒有解釋事物的微觀本質(zhì)；微觀理論部分，稱為統(tǒng)計物理學(xué)，是從物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，即從物質(zhì)分子、原子的運動及它們之間的相互作用出發(fā)，用統(tǒng)計的方法來研究系統(tǒng)的熱學(xué)性質(zhì)，它可以揭示熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，但由于它在數(shù)學(xué)上遇到很大的困難，由此做出的簡化假設(shè)（微觀模型）后所得的理論結(jié)果與實驗不能完全符合；物性學(xué)部分，即熱學(xué)理論的應(yīng)用，利用前兩部分的理論說明物態(tài)的性質(zhì)及其相互變化的規(guī)律，包括液體、固體、相變的基礎(chǔ)理論[1]。前兩部分是課程要求的重點，宏觀部分學(xué)生掌握起來較容易，但統(tǒng)計物理學(xué)部分涉及到微觀領(lǐng)域及統(tǒng)計的方法，理解起來較難一些。

二、熱學(xué)內(nèi)容的表述方式

關(guān)于內(nèi)容的表述，不外乎有文字表述、數(shù)學(xué)表述及圖像表述等，而在熱學(xué)中這三種表述在一個概念中可能都會出現(xiàn)。比如說熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用，涉及到四個等值過程，其中在這些過程中會有過程的圖示，即P-V圖，也會有能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系的描述，當(dāng)然不同的能量也可以由數(shù)學(xué)表達式表示出來。

1.文字表述?？茖W(xué)內(nèi)容的表達力求嚴(yán)謹(jǐn)，文字力求精確、簡潔，例如，平衡態(tài)的定義，“孤立系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)”，定義簡潔明了，其中的關(guān)鍵詞是“孤立”二字，也說明了平衡態(tài)的特性，如沒有這二字，也就不能稱其為平衡態(tài)了。另外，在熱學(xué)的表述中，很多地方用到了否定的語言，體現(xiàn)最為明顯的是熱力學(xué)第二定律，涉及到的定律的兩種表述，開爾文表述和克勞修斯表述都是用“不可能”這樣否定的詞開頭敘述內(nèi)容，之后兩種表述的等效性的證明也同樣采用了反證法，而不是直接證明。還可以用反證的方法證明兩條絕熱線不能相交、絕熱線和等溫線不能相交于兩點等類似的題目。

2.數(shù)學(xué)表述。對于熱力學(xué)中的概念，文字的描述要多一些，內(nèi)容也很好理解，學(xué)生一般接受也較容易，但對于統(tǒng)計物理中的概念，文字就變得比較抽象，不好理解，所以在微觀方面，相比文字，數(shù)學(xué)更直觀、更容易理解記憶。相比于物理專業(yè)中的其他課程，熱學(xué)中涉及到的式子并不是很多，學(xué)生也可以根據(jù)內(nèi)容體系，用數(shù)學(xué)表述的形式把學(xué)習(xí)到的知識串接在一起，進行系統(tǒng)、有對比、有條理的學(xué)習(xí)。

3.圖像表述。在熱學(xué)中也運用到了非常多的物理圖像表述，相比于前兩種表述，圖像表述更形象、直觀、容易理解。例如，在講解氣體分子按速率分布時，速率分布函數(shù)的概念較抽象，物理意義不好理解，但通過利用速率分布曲線圖，從圖中曲線的形狀、曲線下包圍的面積、曲線的峰值對應(yīng)的速率等方面可以充分理解分子按速率分布的物理意義，使抽象的問題變得形象生動。所以，可以通過作圖，把物理概念、數(shù)學(xué)計算變得簡單化，直觀化。

三、熱學(xué)教學(xué)的方法

在熱學(xué)課程教學(xué)中，怎樣才能把學(xué)生認(rèn)為枯燥的、難懂難記的知識內(nèi)容變?yōu)橛腥さ摹⒁子诶斫獾膬?nèi)容呢？這就需要我們充分了解這門課程，注意每一個細(xì)節(jié)內(nèi)容，把零散的看似不關(guān)聯(lián)的內(nèi)容整合起來，達到融會貫通、心中有數(shù)，這樣講給學(xué)生時才能有的放矢、游刃有余，學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)也會變得明確、理解透徹。在課程的講解中，可采取以下幾種教學(xué)方法。

1.歸納總結(jié)的方法。教師在講完每一部分后要對內(nèi)容做一個總結(jié)，把重點內(nèi)容用一條主線串連起來，便于學(xué)生的理解和掌握。例如，在熱力學(xué)第一定律這一部分，可以用幾個字把這一部分的主要內(nèi)容概括出來：一個定律、兩個循環(huán)、三個物理量、四個過程，即熱力學(xué)第一定律，熱機循環(huán)和制冷循環(huán)，內(nèi)能、功、熱量三個物理量，等體、等壓、等溫、絕熱四個過程。這樣的總結(jié)使學(xué)生既了解了所學(xué)知識的重點，也更容易地掌握了所學(xué)的知識點。另外，在習(xí)題的講解中，也應(yīng)善于總結(jié)和歸納，學(xué)生在中學(xué)時習(xí)慣了大量的題目練習(xí)，即所謂的題海戰(zhàn)術(shù)，通過熟練的做題來達到掌握知識的目的。在大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生如何去學(xué)習(xí)，怎么去做總結(jié)，怎樣用最短的時間掌握最多的知識。首先，課堂上教師針對所講知識點應(yīng)選取一兩個例題進行講解，對用到的知識及所用的解題方法進行歸納總結(jié)，學(xué)生學(xué)習(xí)之后對這類題目的解題思路、技巧、用到的知識點等非常熟悉，而且能夠做到舉一反三，提高了學(xué)習(xí)的效率及解題的準(zhǔn)確性。

2.類比的方法。類比法是指一類事物具有某種屬性，可以推測與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理的方法。通過類比，可以用熟知的知識引出未知的知識，節(jié)約學(xué)習(xí)時間，也使認(rèn)知變得簡單易懂。例如，在討論熱力學(xué)過程及其涉及到的內(nèi)能、熱量、功的轉(zhuǎn)化時，可以在P-V圖中進行描述，之后，在熱力學(xué)第二定律中引出熵的概念后，可以通過T-S圖表述理想氣體的性質(zhì)，特點。通過類比，會發(fā)現(xiàn)P-V圖和T-S圖有很多相似的地方，例如，我們用P-V圖示法表示系統(tǒng)在準(zhǔn)靜態(tài)過程中做的功，即示功圖，而用T-S圖示法表示系統(tǒng)在準(zhǔn)靜態(tài)過程中吸收的熱量，即示熱圖；在這兩類圖中，每一個點代表一個平衡態(tài)，每一條曲線代表一個可逆過程；閉合曲線所包圍的面積等于系統(tǒng)經(jīng)歷一個可逆循環(huán)過程后從外界凈吸收的熱量，也等于系統(tǒng)對外做的功。通過這樣的對比學(xué)習(xí)，會發(fā)現(xiàn)原來枯燥的內(nèi)容也很有趣，在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)物理中的相似的美。再如，在學(xué)習(xí)氣體的輸運過程時，粘滯、熱傳導(dǎo)、擴散三類輸運現(xiàn)象也可以進行類比學(xué)習(xí)，它們分別對應(yīng)當(dāng)氣體各處的流速、溫度、密度不均勻時發(fā)生的過程，得出的宏觀規(guī)律的表達式及微觀解釋都很相似。通過這樣類比的學(xué)習(xí)，很容易掌握了新的內(nèi)容，也對所學(xué)的內(nèi)容有了更深刻的理解。

3.討論學(xué)習(xí)的方法。目前，在教學(xué)中提倡貫徹“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)原則[2]，教師給學(xué)生提供機會使學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動中，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性。我們可以結(jié)合重要的知識點，課堂上讓學(xué)生到講臺上參與問題的討論及講解，也可以以作業(yè)的形式布置下去所要討論的問題，學(xué)生下去查資料、寫小論文等，之后在課堂上以學(xué)生為主體進行討論。例如，在講解熵的概念時，不妨先讓學(xué)生自己先查一些關(guān)于熵的內(nèi)容，比如熵這個物理名詞的提出、熵的概念的建立、熵增加原理、熵的應(yīng)用等。學(xué)生通過調(diào)研，對熵這個抽象概念就有了一個初步認(rèn)識，在課堂上討論時，學(xué)生也把他們自己查到的資料講解出來，既可以增加信息量，又可以使學(xué)生更深刻準(zhǔn)確地認(rèn)識熵。所以，通過這樣的討論學(xué)習(xí)，可以使每一位學(xué)生都在思考，互相啟發(fā)，找出正確解決問題的方法，在這樣的教學(xué)中，學(xué)生不但學(xué)習(xí)、積累了知識，而且鍛煉了學(xué)生提出問題、解決問題的能力，對其綜合能力的培養(yǎng)也起到了很好的作用。所以，教師在課堂上不能一味的自己在講解，要加強與學(xué)生的交流，結(jié)合內(nèi)容提出問題，引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的主體意識，激發(fā)學(xué)生主觀能動性，使學(xué)生更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。

雖然熱學(xué)課程只是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)時也比較少，但是它是學(xué)生進入物理專業(yè)后最先學(xué)習(xí)到的一門課程，學(xué)習(xí)好這門課程會為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。在教學(xué)中，充分掌握課程特點，采用合適的教學(xué)方法，使學(xué)生喜歡上這門課程，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的樂趣，進而學(xué)習(xí)好這門課程，增強探索求知和解決問題的能力。

參考文獻：

[1]李椿，章立源，錢尚武.熱學(xué)[M].第二版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]黃秀雯，梁永豐.教師身份的確認(rèn)：作為教育主體[J].教育教學(xué)論壇，2013，（22）：20-23.

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以化工原理為代表的化工原理系列課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課中最重要的課程，起著由“理”及“工”承上啟下的橋梁作用，其教學(xué)目的就是培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決化工單元操作中實際工程問題的能力。化工原理系列課程包括：理論課、實驗課、生產(chǎn)或仿真實習(xí)和課程設(shè)計四個環(huán)節(jié)。其中化工單元操作過程設(shè)計方法、操作原理及其計算是理論課程教學(xué)的重要內(nèi)容，而迅速準(zhǔn)確地進行工程計算是課程設(shè)計的基礎(chǔ)，所以組織好化工原理理論課程教學(xué)是落實化工原理整體教學(xué)的關(guān)鍵。目前，化工原理主要授課內(nèi)容：流體流動、流體輸送機械、非均相物系的分離和固體流態(tài)化、傳熱、精餾、吸收、萃取、干燥等單元的基本概念、原理和工程計算方法，而通用過程模擬軟件中幾乎包括所有常見的化工單元基本模塊，在講課過程中，教師可以在講授基本原理后，使用軟件中的相關(guān)計算模塊對其工作特性進行模擬展示。

東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院肖國民、李浩揚[3]等，利用Fluent、Aspenplus軟件應(yīng)用于講授和解決“三傳”問題。其中利用Fluent軟件，對固定床反應(yīng)器進行動量模擬，結(jié)合反應(yīng)動力學(xué)模型和對流傳熱模型等，研究反應(yīng)器內(nèi)一氧化碳與硝酸二乙酯偶聯(lián)反應(yīng)，從而獲得反應(yīng)器內(nèi)速度、溫度和各物質(zhì)濃度的分布情況，模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好。這一過程給學(xué)生清晰的展示了：不僅固定床反應(yīng)器內(nèi)部的“三傳”均和反應(yīng)的進行程度相輔相成，而且若想準(zhǔn)確計算、設(shè)計或優(yōu)化一個單元操作過程，實驗情況與計算模擬必須相互反饋，相得益彰。利用Aspenplus軟件對二苯基甲烷二異氰酸酯換熱器進行設(shè)計和工程開發(fā)，與傳統(tǒng)的換熱器設(shè)計計算方法相比，結(jié)果具有可靠性高、計算用時少、繪圖快、和各專業(yè)集成效應(yīng)強等優(yōu)勢。通過對甲醇—水精餾過程模擬，說明該軟件可用于質(zhì)量傳遞方面的計算。教學(xué)實踐證明，該方法不僅可以全面反映塔內(nèi)物料組成、質(zhì)量分布狀況等工藝計算結(jié)果，而且還可通過系統(tǒng)內(nèi)置板式塔或填料塔的各種塔內(nèi)件參數(shù)，得到塔結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計，另外學(xué)生還可以通過改變模擬計算條件，綜合考察各因素對分離效果的影響，便于教學(xué)。

中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院劉相、王蘭娟[16]利用軟件：Mathcad、Aspenplus和AutoCAD與傳統(tǒng)的課程設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方式，簡化繁瑣的計算過程，強化學(xué)生的工程意識和制圖規(guī)范，使化工原理課程設(shè)計逐步走入規(guī)范化軌道。中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院孫蘭義，張月明[17,18]等，選擇烯烴分離裝置作為研究對象應(yīng)用于化工原理課程設(shè)計教學(xué)之中，利用Aspenplus、ProII獲得了最佳回流比、理論板數(shù)等重要數(shù)據(jù)，計算機教學(xué)的引入為化工原理課程設(shè)計教學(xué)注入了新的活力。江蘇技術(shù)師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張春勇，鄭純智[19]等利用Aspenplus軟件在流體流動和輸送機械、傳熱、精餾、吸收與脫吸中應(yīng)用，在教學(xué)過程中使學(xué)生看到的都是工程實例，充分踐行了理論聯(lián)系實際這一教學(xué)原則。嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院韋曉燕，譚軍[20]等，山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張治山、高軍[21]等將Aspenplus過程模擬系統(tǒng)有目、有步驟地應(yīng)用于化工原理系列課程教學(xué)，通過單元模型操作型問題、實際案例分析和課程設(shè)計三個階段的訓(xùn)練，使學(xué)生加深對化工單元設(shè)計的理解，達到培養(yǎng)“知識”+“能力”型人才的目的。另外，北京石油化工學(xué)院化學(xué)工程系葛明蘭，李翠清[22]等和安陽大學(xué)化工系李安林，張換平[23]等將ChemCAD軟件應(yīng)用與化工課程設(shè)計和簡捷精餾模型，青海大學(xué)化工學(xué)院李曉昆，張宏[24]等將ECSS軟件應(yīng)用在板式精餾塔工藝計算中。華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院鄭秀玉，李瓊[25]還將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化工仿真實習(xí)教學(xué)的改革與實踐當(dāng)中，取得了寶貴的教學(xué)經(jīng)驗。實際工程問題的解決方案通常是多方面因素綜合，且呈非線性關(guān)系作用的結(jié)果，解答需要經(jīng)過多次運算與討論分析。如操作型計算，盡管與設(shè)計型應(yīng)用的原理是一樣的，但是因為思考問題的角度不同，使得此類問題復(fù)雜、靈活，綜合條件的選擇計算不是一次完成，而是需要多次試算，反復(fù)迭代，加之公式復(fù)雜，計算步驟繁多，計算量很大。模擬軟件的應(yīng)用是解決這類問題行之有效的捷徑，既幫助學(xué)生加深了對各化工單元的認(rèn)識與理解，又培養(yǎng)了他們解決實際工程問題的能力。

2在化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程教學(xué)中的應(yīng)用

化學(xué)反應(yīng)工程和化工分離工程皆為化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其主要研究內(nèi)容的共性為過程開發(fā)、工藝設(shè)計以及實際生產(chǎn)操作過程中遇到的工程問題。在化工生產(chǎn)過程中，化學(xué)反應(yīng)是生產(chǎn)的核心，而分離過程則是其前的原料凈化和其后的產(chǎn)品精制，一般來說分離裝置的費用占總投資的70%以上。過程模擬系統(tǒng)中，基本上包含了教學(xué)過程中所包含的各式反應(yīng)器模型，另外系統(tǒng)還集成了用戶自定義模塊，用戶可根據(jù)實際需求二次開發(fā)反應(yīng)器模塊子程序。而對于化工分離過程的模擬無論是從可模擬介質(zhì)的種類和塔器的形式上，還是從模擬結(jié)果的精度上，都堪稱化工模擬技術(shù)發(fā)展的代表。如：在AspenPlus中用于模擬所有類型的多級汽-液、液-液平衡為例，其計算分為簡捷、嚴(yán)格法兩種。簡捷法計算單元模塊庫有三類：簡捷法精餾設(shè)計、簡捷法精餾核算和石油簡捷蒸餾。

嚴(yán)格法計算單元模塊庫有六類：嚴(yán)格精餾、復(fù)雜塔嚴(yán)格精餾、石油嚴(yán)格蒸餾、基于質(zhì)量傳遞速率蒸餾、嚴(yán)格間歇蒸餾和嚴(yán)格液-液萃取，每一類單元模塊庫中又有多個以進料、加熱器（冷凝器）和側(cè)線物流等不同組合形式，如：嚴(yán)格精餾不僅可用于兩相(汽-液)計算，還可用于三相(汽-液-液)計算，即可模擬：普通蒸餾、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精餾、平衡和反應(yīng)比例控制蒸餾等工藝過程，而石油嚴(yán)格蒸餾庫中就有近50種形式可選，所以過程模擬系統(tǒng)不僅可以滿足化工分離工程課程主要內(nèi)容的需要，而且對其后繼石化、煉化等工藝課程，也有較大的幫助。天津科技大學(xué)王彥飛，朱亮等采用教學(xué)內(nèi)容與AspenPlus軟件相結(jié)合以提高教學(xué)質(zhì)量，討論環(huán)氧丙烷水解絕熱連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器模型的多解性，在課堂上非?？焖僦庇^的讓學(xué)生清楚了解多定態(tài)現(xiàn)象以及產(chǎn)生的原因，有助于學(xué)生對反應(yīng)過程的理解，并通過軟件使用可以回答，“如果改變某些條件，那么對于結(jié)果有哪些影響？”這樣的問題。南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系戴斌，徐宏利用化工過程模擬系統(tǒng)ChemCAD二次開發(fā)工具，在SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的工藝設(shè)計上，通過使用VBA語言編程，實現(xiàn)有復(fù)雜反應(yīng)動力學(xué)方程的反應(yīng)器工藝設(shè)計。變換不同的SO2轉(zhuǎn)化工藝條件，計算得到與之對應(yīng)的反應(yīng)器體積，從而為裝置技改、去瓶頸和優(yōu)化提供依據(jù)。上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院吳錫慧，郁平等對化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革和實踐，在實驗中引入AspenPlus軟件強化計算機應(yīng)用，提高了學(xué)生們的設(shè)計和綜合分析能力。該軟件也正被學(xué)生用在大學(xué)生化工設(shè)計競賽、畢業(yè)設(shè)計和科技創(chuàng)新等環(huán)節(jié)。

天津大學(xué)化工學(xué)院李士雨，齊向娟給出了應(yīng)用ChemCAD模擬軟件更新分離過程教學(xué)內(nèi)容的初步方案包括：分離過程熱力學(xué)、自由度分析的原理和方法、單級平衡和多級平衡模擬計算等。得出：無論從國內(nèi)外化工分離過程教學(xué)內(nèi)容的更新趨勢上看，還是從工業(yè)界對分離過程教學(xué)內(nèi)容需求的變化上看，在分離過程教學(xué)內(nèi)容中增加計算機模擬分析方法是大勢所趨。華東理工大學(xué)化工學(xué)院李偉，朱家文等采用模擬軟件ProII在化工分離習(xí)題課上，同時改變熱力學(xué)方法、閃蒸條件、壓力等，完成不同條件下的多種閃蒸計算。進行丙烯精制塔精確計算可對塔操作參數(shù)進行多方案計算和比較，實現(xiàn)整體優(yōu)化；通過調(diào)節(jié)操作參數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的純度和塔的能耗比較，在其之間建立量化概念，這對于思考許多分離基本問題是十分有益的。江蘇石油化工學(xué)院朱建軍、林西平等利用AspenPlus軟件對醋酸與乙醇催化反應(yīng)精餾塔進行模擬，回流比、進料組成、進料位置等對醋酸與乙醇收率的影響進行了分析，結(jié)果表明：運用AspenPlus軟件可以有效、快捷、方便地模擬脂化反應(yīng)精餾過程，結(jié)果可靠,精度高。江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院吳宇瓊將AspenPlus軟件引入分離工程課程及實驗教學(xué)中。通過演示軟件操作錄像、學(xué)習(xí)模擬經(jīng)典實例等方法，使學(xué)生迅速掌握并使用軟件，借此求解泡、露點及塔板數(shù)等。

廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院秦祖贈，葛利等利用ProII對膨脹器的氣體加工裝置進行模擬，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院盧澤湘，范立維等利用AspenPlus對甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反應(yīng)精餾工藝進行模擬，并進行教學(xué)演示和講解。著重在混合物熱力學(xué)性質(zhì)的計算、多組分平衡分離過程計算上，真正做到了“嚴(yán)格計算”。同時指出軟件對化工熱力學(xué)、化工設(shè)計等課程的學(xué)習(xí)也會有較大的幫助，連續(xù)三年化工專業(yè)本科生對過程模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣調(diào)查中“，學(xué)習(xí)興趣強烈”的分別占到總?cè)藬?shù)：72.8%、83.2%、86.8%。將過程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)，避免了大量計算公式推導(dǎo)、復(fù)雜數(shù)值計算等問題，可以在少用課時的情況下，盡量全面地展示化學(xué)反應(yīng)工程的核心內(nèi)容。多組分多平衡級分離的嚴(yán)格計算，是設(shè)計分離設(shè)備和優(yōu)化操作過程的必要計算手段，也是化工分離工程教學(xué)的主要內(nèi)容。使用過程模擬系統(tǒng)，在進行MESH方程推導(dǎo)及基本算法介紹的同時，使得塔的精確計算和將熱力學(xué)中相對獨立的知識運用到具體的分離過程中，解決其工程實際問題成為可能，并且可以對塔的操作參數(shù)、分離要求和設(shè)備投資、運行費用等問題進行分析計算，極大地提高了學(xué)習(xí)的深度與廣度，使學(xué)生更加主動積極，綜合分析和解決實際工程問題的能力明顯提高。

3結(jié)語

篇10

1. 1 結(jié)合專業(yè)需求，精簡內(nèi)容

經(jīng)典的物理化學(xué)內(nèi)容博大精深， “廣而博”的教學(xué)思想對化學(xué)化工類重點院校來說尚且可以，但對于普通院校非化學(xué)專業(yè)來說要做到面面俱到基本不可能。我校制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)定位是應(yīng)用型人才，導(dǎo)致的必然結(jié)果是理論學(xué)時的壓縮，實踐學(xué)時的增加。在“課時少、任務(wù)重”的情況下，“少而精”是必然選擇。但“少而精”也不是隨意的刪減，而應(yīng)緊緊結(jié)合專業(yè)需求，科學(xué)、合理地刪減。

如減少熱力學(xué)、電化學(xué)的內(nèi)容，重點講解相平衡、化學(xué)動力學(xué)、表面化學(xué)與膠體等與制藥專業(yè)后續(xù)課程密切相關(guān)的部分。其實要做到物理化學(xué)與制藥專業(yè)課程之間的完美融合并不是一件容易的事，需要化學(xué)教師通過多種渠道提高自身的藥學(xué)知識儲備，只有對制藥專業(yè)課程有較深的認(rèn)識，才有可能在教學(xué)中靈活把握，更好地有的放矢，使物理化學(xué)在后續(xù)課程中充分發(fā)揮作用。

1. 2 強化應(yīng)用，弱化推導(dǎo)

物理化學(xué)公式推導(dǎo)繁瑣是學(xué)生畏學(xué)的一個重要原因。對于化學(xué)專業(yè)學(xué)生來說，掌握這些理論公式的來龍去脈毋庸置疑，但對于制藥專業(yè)學(xué)生來說，學(xué)習(xí)物理化學(xué)的目的不是從事理論研究，而是應(yīng)用物化知識去解決藥學(xué)領(lǐng)域中的專業(yè)問題，對結(jié)果的應(yīng)用才是重中之重。因此，教學(xué)中應(yīng)淡化公式推導(dǎo)，重點強調(diào)如何運用這些結(jié)論去解決實際中的問題。如熱力學(xué)部分中，理想氣體絕熱可逆過程的過程方程式，熵函數(shù)( S) 、吉布斯函數(shù)( G) 和亥姆霍斯函數(shù)( A) 的定義，不同物質(zhì)化學(xué)勢的表達形式等都無需推導(dǎo)，直接給出即可。重點放在對這些公式和概念的應(yīng)用上。特別像熵函數(shù)的引入是公認(rèn)的教學(xué)難點，傳統(tǒng)講法都是從熱機效率開始，由卡諾循環(huán)到卡諾定理，最后引出熵函數(shù)。對制藥專業(yè)學(xué)生來說，只需給出熵函數(shù)的定義式即可，重點應(yīng)放在如何計算ΔS 和應(yīng)用熵判據(jù)判斷變化方向。

1. 3 重視新內(nèi)容，避免舊內(nèi)容

在學(xué)時有限的情況下，教師要學(xué)會“做減法”，對在先行課程中學(xué)過的內(nèi)容要少講，避免重復(fù)。如適當(dāng)刪減無機化學(xué)中的化學(xué)平衡內(nèi)容，大學(xué)物理中的熱機內(nèi)容。同時也要學(xué)會“做加法”，增加與專業(yè)結(jié)合緊密的物理化學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)課程做足準(zhǔn)備。如，增加相圖在藥物分離及提純中的應(yīng)用介紹。利用低共熔相圖原理改良藥物劑型，當(dāng)藥物與載體以低共熔比例共存時，制成的藥物具有均勻的微細(xì)分散結(jié)構(gòu)，可大大改善其溶出速度，提高藥物的吸收效果和生物利用度。再如，增加表面化學(xué)和膠體化學(xué)的介紹，這些內(nèi)容雖然在物理化學(xué)課程體系中所占比例較小，但對制藥專業(yè)至關(guān)重要，可為藥物新劑型的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。如微乳給藥系統(tǒng)因其有增溶，促進吸收，提高生物利用度等優(yōu)點，被廣泛用于多種藥物制劑的開發(fā)，因此在授課時增加有關(guān)微乳內(nèi)容的介紹，使學(xué)生充分了解其形成原理和性質(zhì)，以便將來在工作中去應(yīng)用。

2 加強理論與生產(chǎn)生活的聯(lián)系

制藥專業(yè)學(xué)生對物理化學(xué)產(chǎn)生畏學(xué)的另一個原因就是不知道學(xué)習(xí)物理化學(xué)有何用途。這說明教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用之間的融合還不夠，尤其是專業(yè)之間的融合不夠。加強理論聯(lián)系實際，不僅可以讓學(xué)生輕松享受學(xué)習(xí)的樂趣，也可讓學(xué)生明白學(xué)有所用的道理，這樣才有可能將“要學(xué)生學(xué)”變?yōu)椤皩W(xué)生要學(xué)”。

其實每一個新藥的研發(fā)過程步步都離不開物理化學(xué)知識的指導(dǎo)。首先合成路線的選擇，工藝條件的確定離不開熱力學(xué)和動力學(xué)的指導(dǎo); 其次藥物的分離和純化又需要相平衡的理論知識; 藥物劑型的設(shè)計離不開表面和膠體知識的指導(dǎo); 而藥物在體內(nèi)的代謝，合適的給藥時間，藥物的有效期等離不開動力學(xué)知識的指導(dǎo)，可以說藥物從原料到產(chǎn)品到應(yīng)用就是一個完美運用物理化學(xué)知識的過程。因此教學(xué)過程中，可以給出一個具體藥物做合成目標(biāo)，指導(dǎo)學(xué)生運用物理化學(xué)知識去設(shè)計合成路線，通過這些教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生切身體會到物理化學(xué)對本專業(yè)的重要性，從而擺脫物理化學(xué)對制藥專業(yè)“無用”的帽子。同樣，在教學(xué)過程中還可穿插一些生活中應(yīng)用物理化學(xué)原理的實例，如冰上撒鹽化凍，人工降雨等，通過對這些實例的介紹和分析，不僅可以強化學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，擴寬思路，提高分析解決問題的能力，還可以極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 加強理論與科學(xué)前沿的聯(lián)系

教學(xué)沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教學(xué)，沒有靈魂的教學(xué)。堅持教學(xué)與科研相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要途徑，也是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)。同時，教學(xué)與科研緊密結(jié)合，教研相長，也是提高教學(xué)效果的重要舉措。

( 1) 熱力學(xué)部分與科學(xué)前沿的結(jié)合。講熱力學(xué)部分測定化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)時，可以向?qū)W生介紹目前常用的量熱技術(shù)在藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。量熱法可測定藥物、賦形劑的穩(wěn)定性，藥物與賦型劑之間的兼容性，分析藥物中無定形態(tài)的含量等。還可以定量地研究藥物與細(xì)胞間的相互作用，獲得藥效、抑制率等方面的信息，對于藥理學(xué)，臨床醫(yī)學(xué)、藥物的合成與篩選等方面均具有重要的理論意義與實際價值。特別是采用微量熱技術(shù)可以對腫瘤細(xì)胞的生長代謝進行研究，可探討它的生產(chǎn)特點并找出其代謝規(guī)律，廣泛用于藥物對腫瘤的抑制以及腫瘤熱療新方法的研究。

( 2) 動力學(xué)與科學(xué)前沿的結(jié)合。講動力學(xué)部分的阿侖尼烏斯公式求活化能時，可將其與現(xiàn)代熱分析技術(shù)相聯(lián)系，前者是將反應(yīng)分別設(shè)置在多個不同固定溫度下進行實驗來獲取活化能，后者是在程序升溫或降溫的條件下由一條或多條不同升溫速率下實驗得到的熱分析曲線來求取動力學(xué)三因子，即活化能、指前因子、最可幾機理函數(shù)。后者獲得的動力學(xué)模型適用于定溫和變溫條件，適用范圍比前者更廣。

( 3) 相平衡與科學(xué)前沿的結(jié)合。講單組分相圖臨界點時，可以介紹超臨界萃取技術(shù)在藥物提取方面的應(yīng)用。它是集萃取與分離于一體的新型提取分離方法，利用物質(zhì)在臨界點附近的奇妙特性，將超臨界流體做萃取劑，將高壓下萃取的物質(zhì)經(jīng)降低壓力分離出來。該方法由于具有不破壞被提取成份活性的特點使其在純天然有效組分的提取方面具有重要作用。

4 加強理論與人文科學(xué)的聯(lián)系

物理化學(xué)理論深奧、晦澀難懂也是學(xué)生感覺物理化學(xué)難學(xué)的一個重要原因之一，如何才能深入淺出地講好這門課是每一位物理化學(xué)教師都應(yīng)不斷思考的問題。通過多年的物理化學(xué)教學(xué)，筆者深切地感受到物理化學(xué)的許多觀點都蘊含著豐富的人生哲理，教師在教學(xué)中應(yīng)該把這些觀點和體會引入課堂，這樣不僅會營造輕松愉快的學(xué)習(xí)氣氛，而且能傳播人文精神，傳遞正能量，進而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如在講述熱力學(xué)定律時，應(yīng)該讓學(xué)生明白，第一類永動機不能制成的原因是想不勞而獲; 第二類永動機不能制成的原因是想一勞永逸，在現(xiàn)實中這兩種思想都是要不得的。又如講表面現(xiàn)象中的亞穩(wěn)態(tài)時，過冷水沒有結(jié)冰，過熱水沒有沸騰其原因是由于缺少晶種或汽化核心，因為在一個新相中形成一個舊相是不容易的。任何新生事物出現(xiàn)的初期都會面臨很多質(zhì)疑，就像阿侖尼烏斯在提出電離理論之初，曾受到許多科學(xué)泰斗的質(zhì)疑和嘲笑，被認(rèn)為簡直是天方夜譚，但其最后成功了，所以新事物的出現(xiàn)都需要承受很多壓力。作為新時代的年輕人，就應(yīng)該要有這種敢于質(zhì)疑，敢于沖破枷鎖，不斷探知新領(lǐng)域的精神。