能源化學(xué)工程專業(yè)化工熱力學(xué)教學(xué)思考

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[摘要]《化工熱力學(xué)》是能源化學(xué)工程專業(yè)一門理論性和邏輯性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，文章闡述了作者在《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)過程中如何提高學(xué)生對學(xué)習(xí)本課程興趣的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)體會。通過明確教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)主線，改變傳統(tǒng)的單一的課堂教學(xué)，將課堂教學(xué)與學(xué)科動態(tài)及工程實(shí)踐密切結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和工程意識，以滿足培養(yǎng)能源化學(xué)工程領(lǐng)域領(lǐng)軍人物的要求。

[關(guān)鍵詞]化工熱力學(xué)；能源化學(xué)工程；教學(xué)實(shí)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(shí)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(jì)算繁瑣，學(xué)生感到非常難學(xué)又缺乏實(shí)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(dá)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(jìn)行一些改革和嘗試，希望激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)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(shí)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(hù)、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(shí)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(shí)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(jìn)行了探索和實(shí)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?！痘崃W(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(diǎn)，我們選用了朱自強(qiáng)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]?；崃W(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(diǎn)教授給學(xué)生是本課程教學(xué)實(shí)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(diǎn)介紹工程實(shí)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(shí)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(diǎn)；其次，建立好各知識點(diǎn)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(bǔ)充了教材內(nèi)容，結(jié)合學(xué)科動態(tài)，增強(qiáng)化工熱力學(xué)的應(yīng)用能力，如燃料電池開路電壓的計(jì)算、水/二氧化碳共電解制合成氣過程中氣體組成的計(jì)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(jì)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(diǎn)，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(shí)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(diǎn)講述化工熱力學(xué)知識點(diǎn)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(jìn)式教學(xué)方法達(dá)到對關(guān)鍵知識點(diǎn)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(shí)踐密切結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程觀點(diǎn)

化工熱力學(xué)由于理論性較強(qiáng)、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(shí)踐的機(jī)會較少，將課堂教學(xué)內(nèi)容與科研課題及工程實(shí)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(shí)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(qiáng)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(shí)際問題提供思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程觀點(diǎn)。

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(jìn)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(diǎn)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(jì)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(shí)踐中應(yīng)考慮進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)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(shí)基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

在《化工熱力學(xué)》課程的教學(xué)實(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者：王瑤 劉通 周柏青 單位：武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院