《化工热力学》教学方法的探索和思考*

朱 娜，王 洁

(1 南通大学杏林学院，江苏 南通 226008；2 南京林业大学化工学院，江苏 南京 210037)

化工热力学课程是化学工程专业最重要的课程之一，是化工类专业必修的专业基础课程。化工热力学以物理化学为基础，从热力学第一、第二定律出发，利用高等数学建模计算，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用，研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、条件和状态[1-2]，为分离工程、化学工艺学提供了相平衡的理论计算依据和工艺参数，是化工过程开发、设计和生产的重要理论依据。

1 化工热力学课程特点及目前存在的主要问题

化工热力学课程理论性强，概念多且抽象，公式复杂且存在大量繁琐的推导过程，侧重逻辑思维，这些使得学生学习过程枯燥无味[3-4]。并且大部分学生觉得该学科不像化工原理课程，与实际应用紧密相关。因此，对化工热力学课程的学习，不够重视也提不起兴趣。同时，我校化工热力学课程设置仅48课时，而化工热力学课程涉及流体的PVT关系、流体及其过程行为、热力学第一第二定律等化工热力学基本原理、计算模型与应用方法等等。课程内容与课时之间存在矛盾，因此要在规定有限的学时内使学生具备化工热力学课程所要求的理论知识，并能应用在后续化工相关的科学研究或实际工作中，是亟待解决的问题。

2 化工热力学教学方法的探索和思考

2.1 精炼教学内容

我校选用的教材是马沛生、李永红主编的《化工热力学》第二版。该教材内容理论性强，内容多且逻辑严密，在授课过程中如果面面俱到，48课时是完全不够，因此，在授课内容上可以根据实际情况和授课对象做一些调整。一方面，该课程涉及到的基本概念和一些公式，之前在物理化学中学习过[5]，因此，在授课时，可以简单复习一下；另一方面，本课程涉及大量复杂公式的推导，高等数学和物理化学基础的好坏直接影响该课程的学习，而二本学校的学生本身基础比较薄弱、逻辑思维能力相对较弱。因此，在授课过程中，对经验或半经验的公式提出轻推导，重点介绍和对比各种公式的适用条件以及应用实例，例如第二章流体的PVT关系中涉及到很多状态方程，如范德华方程、RK方程、SRK方程、PR方程等等，这些方程中的参数需要用到大量复杂的推导且这些推导过程有较多相似的地方，那么在教学过程中我们可以简单交待一下是通过在临界点一阶导数和二阶导数为零得到这些参数的值，着重介绍后续的计算过程、这些状态方程的区别以及它们的适用范围。对于本身高等数学基础好且逻辑思维能力强的学生，可以鼓励学生课后思考推导过程，训练逻辑思维能力。

2.2 思维导图构建知识体系

化工热力学课程知识量大，每一章节就有大量的概念、公式以及推导过程，随着后续章节内容的增多，在学习过程中，学生往往容易陷入困境，把知识点搞混。对此，在授课过程中，我们可以引入思维导图。首先，在绪论部分时，要详细介绍化工热力学的研究对象、研究内容以及为什么，在此基础上，我们引入本课程所涉及到的内容及各部分的关系，从而列出本课程的内容框架。同时为了清楚介绍各章节之间的逻辑关系，可以用树状图将各章内容联系起来。随后在开展每一章内容之前，首先介绍本章节内容在化工热力学课程框架中的地位与作用，使学生时刻明白目前章节的位置，明确学习目的与重点，做到有的放矢。在每一章节结束时，都要系统的复习一下本章节的内容。当化工热力学课程全部内容结束后，让学生自己练提纲，总结每一章内容的知识点、公式及其适用条件以及解决什么问题，然后罗列各章节之间的关系。通过罗列提纲的方法，使学生对该课程的内容有清楚的认识，并明白各章节之间的关系，从而提高学习效率。

2.3 多元化教学方法培养学生学习兴趣，提高教学效果

通过引导式教学方法培养学生学习兴趣、引导学生思考，通过例题教学和习题演练提高教学效果。

2.3.1 引导式教学

化工热力学课程概念多且都很抽象，不像化工原理和化学反应工程等学科涉及到工程化的实验条件和工程实际问题。学生往往觉得化工热力学课程既难学又无用武之地，在学习之初往往兴趣不大且不够重视。因此，如何将死板的热力学知识生动化、实用化，是教学中需要解决的首要问题。对此，可以采用引导式教学。引导式教学是指通过实例或提出问题，引发学生的思考，探究其中的原理和原因[6]。授课时通过将化工热力学与生活中的实例以及之前学习的相关课程结合起来，使学生意识到化工热力学与生活紧密相连，并不那么枯燥无味、晦涩难懂，从而激发学生探索新知识的欲望。

在讲授绪论部分的时候，可以引出与化工热力学知识相关的生活中的实际问题。比如冰箱的工作原理与空调是否相同？夏天打开冰箱门能否当空调使用？空调和取暖器哪个更省电？假酒为何会喝死人？怎样去除酒精中的甲醇？为什么无水酒精的价格是95%酒精的两倍？等等[7]。通过引入这些与生活密切相关的实际问题，可以引起学生对《化工热力学》课程的学习兴趣。

在讲授具体的知识点之前，可以先抛出与知识点相关的一些问题，引导学生思考。例如在介绍第二章流体的PVT关系中临界流体的应用时，可以举例为什么我们研究较多的的超临界流体是CO2和H2O？土壤中的有毒物质可以通过哪些方法除去？在介绍PVT相图应用的时候，可以举例石油液化气的主要成分有哪些，为何是丙烷、丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷和正己烷？再比如介绍第五章均相混合物热力学性质中Henry定律时，我们可以举例为何会有高山反应、潜水的时候又有醉氧反应。通过这些实例的提出，让学生自己查阅资料，发散思维，随后在授课过程中引导学生思考，将知识点与实例结合起来，这样可以加强学生对知识点的理解和记忆。

奥贝尔说过“影响学习的最重要因素，是学生已经知道了什么，根据学生的原有状况进行教学”。因此，在后续授课过程中涉及相关知识点时，可以引入之前其它学科的实例。比如10 kg/cm2的水蒸气能否推动汽轮机？精馏塔的设计主要依据是什么？石墨能否通过一定反应变成金刚石？判断依据是什么？满足哪些条件可以作为制冷剂？通过这些例子的引入，一方面帮助学生回忆之前学过的内容，另一方面加强知识点之间的相互联系，使学生能融会贯通的运用相关知识点。同时，化工热力学的知识概念都比较抽象，比如超临界流体，学生对此没有一个具体的认识，因此在授课过程中，可以播放一些关于超临界流体实验的视频，从而让学生加强对超临界流体的认识。

2.3.2 例题教学

化工热力学课程具备严密的知识体系，其概念、公式和解题方法具有抽象、形式化和逻辑性强等特点，类似高等数学和物理化学。对于此类学科，为了保证学习效果，可以通过典型的、具体的例题帮助学生理解。因此采用例题教学，同时加强习题演练。

例题教学是一种阐述解决问题过程的教学，通过解题过程详细充分的展开，让学生经历化工热力学知识形成和发展的过程，同时将常用题型分析和解题技巧传授给学生，从而帮助学生获得对知识的深刻理解。学生通过例题教学获取知识后，需要通过进一步的习题演练巩固所学知识，因此，课后习题的安排就显得十分重要和必要。演练习题是学生学习活动中的一种常用基本的形式，其作为一个桥梁，起到衔接理论知识和实际应用的作用，是课堂和课本所学知识的应用和实践。通过练习，一方面获取知识、巩固加深对知识点的理解，另一方面提高了分析问题和解决问题的能力，最重要的，可以培养学生的逻辑思维能力以及独立思考、克服困难的精神。化工热力学概念多、公式多，习题量大，因此需要组织学生进行不同层次、不同形式的解题练习，重点放在热力学第一定律和第二定律的应用上，帮助学生及时巩固所学知识，进一步加深对所学知识的理解。

3 结 语

在化工热力学课程的教学过程中，应多从学生角度出发，根据学生的实际情况，调整教学内容和教学方法，培养学生的学习兴趣，提高课程的教学质量。同时采用灵活的教学形式，注重学生逻辑思维能力的培养。从而使学生具备化工热力学课程所要求的理论知识，并能应用在后续化工相关的科学研究或实际工作中。

以上是讲授化工热力学课程中的一些体会和认识。