對工程熱力學的認識范文

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關鍵詞：創新能力；工程熱力學；教學改革

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

創新能力由多種能力構成，主要包括學習能力、分析能力、綜合能力、想象能力、創造能力、解決問題的能力與實踐能力等多種能力。創新能力的培養是一項系統工程，貫穿人才培養的全過程，滲透教學過程的各個方面。在當前的教學活動中，一般將課程設計、實驗和畢業設計（論文）等環節，作為創新能力培養的主要途徑。但對于工程熱力學之類的基礎課，如何在專業課程的教學中實現對學生創新能力的培養成為專業課教師深入思考的問題。筆者結合自己多年來的教學實踐，對工程熱力學教學活動中學生創新能力的培養進行了如下一些探討。

一、采用激勵啟發方式組織課堂教學

工程熱力學課程的特點是理論性強、概念抽象，教學難度大。在缺少專業工程背景的情況下，學生在學習過程中普遍感覺較為困難，甚至茫然不知所云。如何使學生能夠較好地掌握教學內容及熱力學基本內容，是工程熱力學課程教學的根本所在。在多年的教學過程中，我們發現在課堂教學中，除了需要借助優美的PPT多媒體課件來展示熱力學過程，更需要激發學生學習熱力學的興趣，在引入一些工程實例的基礎上，激勵學生去思考，及時地與學生就教學內容進行討論，促進學生對知識點的掌握和領悟。

與常規教學方法相比，課堂教學不再是文字、公式的羅列，PPT動畫的簡單演示，而是把教學的核心放在啟迪學生對熱力學概念、原理的思考及把握上，使學生在學習課程內容的同時，熟悉熱力學的系統內容、章節間的邏輯關系、基本原理等，形成對熱力學的一種系統的總體的認識和把握，而不是零散地去背誦記憶一些片段。通過這種激勵啟發式的教學，使學生做到理論和實際工程案例的結合，從而使熱力學知識很好地固化在學生的大腦中，并且達到靈活應用的目的。

激勵啟發式教學，需要教師在課堂教學前充分準備，精心設計課堂教學內容的每個環節，圍繞章節內容中的重點知識內容，設計問題及啟發實例，并完成課堂互動討論的教學組織，在此過程中需要教師飽含激情和較好的耐心，使學生在嚴肅活潑的氛圍中掌握熱力學的相關知識。

二、改進課堂教學PPT，增加工程實例

工程熱力學作為一門專業基礎課，與工程實際密切相關。在教學過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內容的PPT演示，并不能滿足課堂學生學習的需要。為了提高學生學習熱力學的興趣及深入掌握熱力學知識，迫切需要在傳統課件中加入工程實例，利用多媒體技術全面展示熱力學的工程應用，使學生在工程案例的演示中發現并體會工程熱力學的重要性及美感。通過工程案例的學習，使課堂教學內容圖文并茂，聲像結合，使學生在多方位、立體化地形成認知并達到對熱力學知識的理解、分析、記憶、掌握和應用。對于熱力學工程案例，我們選取了真空做功、制冷循環，內燃機等工程機械作為實例，進行詳細分析和講授。

工程案例的引入，將實際生活中與熱力學相關的問題引入到教學中，用所學知識來解釋工程問題，在講解中讓學生明白熱力學知識可以解決本專業涉及的實際專業問題，從而實現“從理論中來，到實踐中去”，實現對創新型人才的培養。

三、將工程熱力學的學習融入大學生創新項目中

在創新型人才培養中，需要提升學生運用基礎理論進行學術研究的能力和具有工程應用背景的有關開發、設計的能力。大學生創新項目的實施，有利于促進高校培養具有創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模式，倡導以學生為主體的本科人才培養和研究性學習教學改革，充分調動學生主動學習的積極性、創新思維和創新意識，同時在項目實施中使學生逐漸掌握思考問題、解決問題的能力。

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

四、改進課后作業完成形式，增加分析報告

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

創新是實現社會持續不斷向前發展的原動力，也是培養和造就一大批素質過硬、勇于創新的新世紀人才，保證國家高速發展的有力保障。創新能力的培養來自于理論和課堂，更在于理論和課堂之外的親身體會和具體的實踐操作。本文從工程熱力學教學與工程實例結合，與科研活動結合，改進課堂教學組織模式和課后作業完成形式等方面，探討了以培養創新型人才為目標下的工程熱力學教學改革與實踐，希望能夠進一步提高工程熱力學的教學質量和效果。

參考文獻：

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關鍵詞 工程熱力學 教學方法 教學質量 實踐

中圖分類號：G420 文獻標識碼：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

工程熱力學是一門以熱力學普遍原理為基礎，講述熱能與其他形式能量（主要是機械能）之間的轉換規律及其工程應用的基礎學科，是動力、能源、機械、材料、航空航天、生物（醫學）、化學以及環境工程等專業的重要技術基礎課，也是培養21世紀工科學生科學素質的公共基礎課。

然而長期以來，由于工程熱力學的概念抽象、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，學生也不易學。學生對很多概念似懂非懂，缺乏學習興趣，教學效果欠佳。顯然，如何教好“工程熱力學”，使學生掌握熱力學基本原理及其工程應用，已成為該課程教學的關鍵。

1 課程特點及學習中存在的問題

工程熱力學是以熱力學普遍原理為基礎，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，推導出一系列有用的公式，得到若干重要結論，并用這些公式和結論指導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，學習中很容易混淆。例如，功的概念，有體積變化功、有用功、排斥大氣功、推動功、流動功和技術功等等。熱容的概念，既可從定義出發分為質量熱容、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。熱力系統的概念、熱力過程的概念和循環的概念等也是如此。

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

1.2 內容相互交叉且難理解

工程熱力學的研究內容也很多，主要包括熱力系統、狀態參數等基本概念，熱力學第一、第二定律等基本定律，常用工質的性質，過程和循環的分析及計算方法，化學熱力學等等。有些章節的內容還可以單獨成為一門學科方向，如研究燃氣動力循環的內燃機學，研究氣體流動的空氣動力學等。

可見，這些具體的研究內容，即與熱力學的基本原理相關聯，又引伸出許多復雜的公式和結論，還有自己相對獨立的結構體系。在學習過程中，學生普遍感覺課程的內容繁多，應付不暇，難于理解，顧此失彼。

1.3 公式應用條件復雜且難記憶

工程熱力學與工程實際問題聯系密切，涉及面廣，公式很多。即使同一個公式，在不同的應用條件下，也有很多不同的表達形式。例如，熱力學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，許多學生很難吃透公式的物理意義和具體的應用條件，在遇到熱工實際問題時，往往無法確定選用哪一個公式，靈活應用就更不用說了。

2 明確學習目的，激發學習興趣

興趣是學習的動力源泉之一，教學成功的關鍵是培養學生的學習興趣。教師可以從多個方面激發學生學習的興趣，但最重要的就是在第一堂課上讓學生明確學習的目的。教師除了要對工程熱力學的發展歷史，主要研究對象、內容和方法作一個常規的介紹外，還應對課程的開設情況、課程的實用價值和重要作用進行深入細致的闡述。首先，熱現象幾乎是每一個工程領域中都會碰到的物理現象，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。在一些領域中，熱現象的規律還是制約技術發展的瓶頸問題。所以，在境內外的高等工程教育中，傳熱學、熱力學與流體力學課程的開設相當普遍。其次，無論從工業生產過程來看，還是從節約能源消耗來看，理工科學生都應該具備合理節能、用能的意識，并懂得其基本的應用技術。而熱工類課程的內容就是合理用能及節能理論中的最基礎與最核心的部分。最后，還應結合生產和生活中的實例，讓學生明白學到的熱力學知識可以解決和解釋很多實際問題，特別要強調專業與課程的聯系，和實際問題在課程中的理論基礎。這樣，才能使學生明確學習《工程熱力學》的專業目的性，對學習該門課程充滿期待。

3 教學方法的改革與實踐

實踐證明，提高課程教學質量的關鍵是改進教學方法。針對工程熱力學課程的特點，經過探索發現，實行啟發式教育，在課堂上加強互動，就一兩個中心問題展開討論，讓學生在思考中吸收新知識。先進的教學方法既可活躍學生的學術思想，激發學生的創新精神，又可顯著提高本課程的教學質量。

3.1 整合知識結構，優化課程體系

調整后的新專業所牽涉的知識結構比以前廣泛的多，要求學生掌握的知識面也比以前更寬。從培養復合型人才考慮，在不增加學時數的基礎上，應對課程體系進行優化和整合。

教學內容應提高起點、后移重點，簡化大學物理熱學中已涉及的部分內容，并略去繁瑣的公式推導。強調課程體系中理論與應用的有機結合和相互滲透，注意培養學生工程應用的觀念。同時，適當地介紹新型制冷循環、新型節能材料的工質熱物性等，本學科的最新研究成果及其應用，以擴大學生的知識面，啟發學生的創造性思維。另外，注意與其它課程之間的協調，上掛高等數學、理論和材料力學等基礎課程，下掛內燃機原理、鍋爐原理、供熱工程、制冷工程等專業課程，保證其作為技術基礎課程能為后續課程的學習、今后的工作和進一步的研究奠定扎實的理論基礎。

3.2 突出重點，精講多練

在課堂教學中，根據工程熱力學的特點和教學改革的要求，應采用精講多練的教學方法。這是因為，課程的內容多而課時少，教學中也不可能做到面面俱到，而某些原理在后續專業課程的學習中還會應用，授課時應有所側重，實行“精講”；課程有諸多應用條件復雜的公式，只有通過多做練習，才能深入理解公式的物理意義、變換規律及具體應用條件，做到融會貫通，靈活的應用它們來分析解決工程實際問題。

3.3 正確應用圖表，化抽象為形象

圖表具有直觀、形象、方便的特點，在工程熱力學中有其特殊的作用，應用也是經常性的。因為有些熱力過程或循環十分復雜，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值計算和模擬。所以，引導學生正確使用圖表是工程熱力學教學中應該特別重視的。

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，就應提醒學生注意圖表的作用和細節，如怎樣在圖上區分吸熱、放熱，對內、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，應重點說明它們的構圖原理，并通過各種等值線簇的繪制，講解各參數的變化規律。另外，為了讓學生掌握各種圖表的使用方法，還應安排一定數量的、通過圖表進行熱力計算的習題。

3.4 利用計算機輔助教學，促進師生互動

工程熱力學課程內容含有許多抽象的工作原理圖、系統循環圖。常規的板書教學浪費時間效果也不太理想。如果把這部分內容制作成集聲、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，激發學生的學習興趣，還可加大教學信息量，增加單位時間內授課內容的深度和廣度，有利于學生理解和記憶課程內容。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，充分利用計算機輔助教學，發揮多媒體的作用，可以幫助教師有效地提高教學效果和教學效率，也可以改變學生死記硬背和被動接受知識的學習方式。

3.5 加強實踐教學，理論聯系實際

工程熱力學有較強的工程應用背景，在加強基礎理論教學時，還要注意緊密聯系工程實際，吸收當今熱工科技的新成果，培養學生的創新能力。

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

在課堂教學中，還應注重理論聯系實際，把抽象的理論知識與生動的工程實際問題相結合，用熱力學理論剖析自然現象，做到學以致用。一方面，可以采用案例教學法。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動熱泵取暖浪費等等。另一方面，結合具體教學內容適時地向學生介紹學科的最新研究成果及其應用。例如，在講解動力循環時，可以選擇介紹目前內燃機利用蘭金循環回收廢熱能量，提高整機效率的方法。實踐證明，把教學內容與工程實際問題密切聯系的教學方法，可以加強課堂教學的前瞻性和趣味性，能有效調動學生的求知欲，使其由“被動接受學習”轉變為“主動研究學習”，對提高教學效果大有幫助。

4 強化考試對教學的推動作用

考試作為檢驗學生對課程內容掌握程度的標尺，關系到教學質量和效果。為了使考試成績能科學、客觀、公平地反映學生對工程熱力學知識的掌握和應用能力，同時調動學生學習的主動性和積極性，可采用學生普遍認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%。

為了有效避免學生死記硬背概念、定律和公式，教師應綜合運用選擇題、判斷改錯題、計算題和綜合分析題編制試卷，靈活考察熱力學的基本原理及應用。這是因為實際問題往往非常復雜，需要學生靈活應用多方面的理論知識才能做出正確解答。對于那些基礎知識不扎實的學生，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 結束語

工程熱力學是一門充滿生機的經典學科，大量的經典內容仍是現代學子為培養創新能力必須掌握的重要基礎。由于課程具有概念多且抽象、知識點多且相互交叉、公式多且應用條件復雜的特點，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”的教學質量、解決學生難學、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課程體系的教學改革，并結合自己的教學實踐，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質量有所貢獻。

參考文獻

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[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律及過程趨衡的極限條件等。它是培養學生分析和解決實際化工問題思維方法的重要專業理論基礎課[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，希望激發學生學習的興趣，進而更好地掌握這門課程，為后續專業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是由1958年原武漢水利電力學院開辦的“電廠化學”專業發展而來，主要面向電力行業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)，培養掌握化學與化工基礎理論及能源化學專業知識和技能的未來行業發展的領軍人物。目前，本專業主要有水處理、材料腐蝕與防護、化學監督與控制、能源化學四個主要研究方向。為了適應學校對新專業發展和一流學科建設的要求，2015年在本專業大三學生中新增設了《化工熱力學》這門化工類專業的專業基礎課程。如何調動學生的課堂積極性，培養學生的創新能力，夯實學生的專業基礎，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的培養目標，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的需要，適當刪減補充了教材內容，結合學科動態，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、激發聽課興趣、培養創新能力；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，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)相結合，培養學生查閱資料和分工協作的能力，為學生下一步學習專業課程夯實基礎。

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新，因材施教，為學生下一步學習更專業的能源化學工程知識和從事新能源行業工作奠定扎實的基礎。

參考文獻

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[關鍵詞]建筑環境與能源應用工程 創新能力培養 連續性教學

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

一、前言

高等工程教育承擔著為國家經濟建設培養注冊工程師的重要任務。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認證、工程經驗和考核要求。該制度的基礎是工程教育認證，而通過工程教育認證的核心是進行專業綜合改革，開展以學生為中心的課堂改革，注重創新能力培養。

寧波工程學院于2006年招收建環專業本科生，即提出了以培養本科應用型人才為己任的辦學目標。要求學生在修完專業基礎課、專業課之后能靈活掌握所學內容，并能舉一反三，將基礎理論應用到實際工作中。但在實際教學過程中，專業基礎課理論性太強，并且抽象，學生理解起來很難，專業課雖然相對專業基礎課貼近生產實際，但往往與專業基礎課脫節，其結果使專業基礎課與專業課連貫性不強，使學生覺得基礎課形同虛設，進而影響他們對專業課的理解程度。本文以專業基礎課工程熱力學，專業課空調用制冷技術、空氣調節技術為例，開展連續性教學研究，將基礎課融入專業課之中，使學生活學活用，培養學生創新能力，實現應用型人才培養目標，以期達到對專業基礎課的深入掌握。

二、開展專業基礎課-專業課連續性教學的意義

工程熱力學作為暖通方向的一門專業基礎課，其基本理論是專業課教學中必不可少的，是各種專業課進行功、能計算分析的基礎，因此對專業課程具有很強的理論指導意義。空調用制冷技術、空氣調節技術作為暖通方向的專業課，旨在使學生掌握制冷空調基本原理，能夠結合工程熱力學對制冷循環、空氣調節過程進行熱力學分析，最終達到系統節能的目的。兩者的連續性、系統性教學對于提升工程熱力學課程以及相關專業課程的教學質量具有非常重要的實際意義，同時也是培養應用型本科人才的保證。

對于學生創新能力的培養也是連續性教學的重要目標。創新能力培養應該建立在對專業基礎課及專業課透徹的理解基礎之上的，因此將兩者合理的融合在教學當中是重中之重。工程熱力學作為工程熱物理學科的基礎課，對學生將來在研究生階段科研水平的發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作用。本科生的思維活躍，不受限制，更容易產生新的想法，只要加以合理引導和指導，對本專業學生的科技創新也大有好處。

三、專業基礎課-專業課連續性教學改革內容

專業基礎課-專業課連續性教學改革內容如圖1所示。

圖1 研究內容

（一）設計新型教學模式，激發學生學習專業基礎課的學習興趣

學生反映在大一和大二時由于專業基礎課太抽象，并且學習的目的性不強，不知道這些知識將來用到哪里，因而學習沒有興趣，導致對知識的掌握效果不好。專業基礎課的地位固然重要，但是由于類似工程熱力學的基礎課程講述了大量的基礎理論和公式，所以教學工作中最忌諱內容枯燥，沒有趣味性，不能激發學生的學習。現代教育理論認為，學生是學習認知的主體，在教學過程中應充分發揮教師的引導作用，激發學生學習興趣。在工程熱力學課程教學中，首先應該使學生對工程熱力學的重要性有清醒的認識，培養對該課程學習的強烈興趣，所以必須以學生為中心，設計新型教學模式。教師在講授專業基礎課時，引入專業課中的工程或科研實例，使學生了解專業基礎課在專業課中的應用范圍，進而培養專業基礎課的學習興趣。如在工程熱力學中講述熱力學第二定律時，引入制冷空調循環作為第二定律的應用，讓同學們思考制冷循環是如何遵循熱力學第二定律工作的，應用該定律如何提高制冷循環效率。而制冷循環效率的提高正是國內外進行節能減排的熱點問題，這樣聯系實際進行專業基礎課的講解，便可激發學生興趣，提高課堂效率。

（二）專業基礎課-專業課內容融合式教學研究

教師在講授專業基礎課和專業課時，進行融合式教學，以培養學生創新能力為目標，引導學生思考專業基礎課在專業課中有哪些應用;在專業課中運用了哪些專業基礎課原理，如何用該原理解釋工程實際及科研課題，從而提高學生的應用創新能力。

如講解空調用制冷技術課程的制冷循環原理時，啟發學生通過思考聯想到工程熱力學的逆卡諾循環，進而把逆卡諾循環定理對照制冷循環原理進行講解，可使學生牢固掌握制冷循環原理，又因為有了理論依托，從深層次激發學生的創新意識，培養用基礎理論解釋工程現象的能力。空氣調節技術是建筑環境專業一門非常重要的專業課，其中一項重要基本技能是對焓濕圖的掌握。而早在工程熱力學專業基礎課中，焓濕圖已在“濕空氣”一章中提及，通常情況下，工程熱力學課程主要圍繞熱力學第一、第二定律進行講述，“濕空氣”這一章與前述定律關系不大，學生往往忽視對濕空氣中焓濕圖的學習，因此，需進行融合式教學，提高學生的重視程度。可在工程熱力學中“濕空氣”一章講述時，首先說明暖通空調對于建環專業學生的重要性，提出空氣調節的概念，而空氣調節的重要理論基礎是焓濕圖，是必須掌握的內容，進而進行焓濕圖的講解。在空氣調節技術課程中，為了提高學生的創新能力，需回顧工程熱力學中焓濕圖的基本理論，使學生在熟練掌握基本原理的基礎上，能夠舉一反三，提高理解問題的層次。

（三）建立專業基礎課-專業課連續性教學綜合考核評價方法

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

四、結語

生活水平的提高和科技的日益進步，使得建筑環境專業畢業生不再局限于傳統的水電設備安裝，大批具有高新技術含量的智能設備不斷涌現，從而使這一行業的人才需求不斷擴大。企業要求人才掌握的學科涉及面廣、數量眾多，并具備解決突發問題、綜合問題的能力。在建筑環境專業教學過程中開展專業基礎課-專業課連續性教學可以培養學生的創新能力，樹立整體意識，實現應用型人才培養的目標。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李國強，熊海貝.土木工程專業教育評估國際互認的探索與實踐[J].高等建筑教育，2013（1）：5-12.

[2] 倪九派，劉蕾，魏朝富.高等學校專業課教學的團隊授課法探討[J].中國成人教育，2010（2）：145-147.

[3] 黎廣彬，張淑香.公共基礎課為專業課服務的探索與研究[J].黑龍江畜牧獸醫職業學院學報，2007（1）：39-41.

[4] 李長萍.論交互性教學的內涵及特征[J].教育理論與實踐，2007（2）：45-47.

篇5

關鍵詞 熱工學；熵；焓-熵圖；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）23-0076-02

1 引言

食品冷鏈物流（Food Cold Chain Logistics）是上海海洋大學食品科學與工程專業食品物流工程方向的專業特色。它是以制冷設施與技術作為手段，以食品冷凍冷藏工藝學作為基礎的一項低溫物流系統工程，過程要求易腐食品在生產、運輸、貯藏、銷售直至消費前的一系列環節中始終維持在食品規定的低溫環境下，以減少食品損耗，保證食品質量。它是隨著制冷技術的發展而建立起來的，熱工學中有關熱能和機械能之間相互轉換的基本理論和熱量傳遞規律，正是低溫冷鏈物流實踐應用的理論基礎，而活學活用熱工學的基本理論知識，對學好本專業起著至關重要的作用。

熱工學是一門研究熱能利用的基本原理和規律，以提高熱能利用率為主要目的的課程，包括工程熱力學、傳熱學和熱工基礎的應用等部分內容。其中，工程熱力學和傳熱學構成熱工學的理論基礎，熱能轉換的基本概念、熱力學兩大基本定律、理想氣體和蒸汽的熱力性質與熱力過程以及濕空氣等內容屬于工程熱力學部分，而熱傳導、熱對流和熱輻射等3種熱量傳遞方式的基本理論（包括導熱的基本定律及穩態和非穩態導熱、對流傳熱和輻射傳熱等）是傳熱學部分主要講述的內容。目的是使學生掌握熱能轉換和利用的基本原理和規律，能夠對有關熱科學問題進行基本計算訓練和獲得解決相關工程問題的基本能力[1]。但是，學生在學習過程中反映感到困難最多的就是狀態參數概念抽象、圖表復雜、知識枯燥等。為此，筆者在教學實踐中有以下幾點體會和認識。

2 多角度分層次學習抽象概念――以熵為例

工程熱力學中常用的狀態參數有6個：壓力、比體積、溫度、熵、熱力學能和焓。其中，熵的概念學生最難理解。熵是熱力學第二定律導出的重要概念，在熱學中得到廣泛應用，近年來在經濟學、生態學等其他學科中也逐漸得到重視和廣泛應用[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這個單詞根據意譯而來的。1923年，德國物理學家普朗克來我國講學時，我國物理學家胡剛復做翻譯，根據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，于是就在商上另加火字旁，創造了一個新字――“熵”。

介紹熵這個概念的歷史由來 熵的概念由德國物理學家魯道夫?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，系統的熵值就越小；而越均勻的能量分布，系統的熵值就越大，當能量完全均勻分布的系統，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狀態參數，它是不能再被轉化做功的能量的量度。可逆過程中，δQ/T的積分值和熱力過程的路徑無關，因此可以斷定可逆過程的δQ/T一定是某一狀態參數的恰當微分，所以取名為熵（S），它的定義式為dS=δQ/T。

介紹熵的特點

1）熵是狀態參數，同狀態函數焓和熱力學能一樣，一般只計算狀態參數的變化；

2）計算不可逆過程的熵變時，其值僅取決于給定的狀態，與達到狀態的過程無關；

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

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之和，對應選定的環境狀態，系統熵的變化是系統無效能變化的量度。

重點介紹熵的本質 熵是一個反映自發過程不可逆性的狀態參數，自然發展的情況下，系統各部分能量差總是傾向于均衡。在孤立系統中，實際發生的過程總是使整個系統的熵值增大，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變為熱，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。

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

3 結合應用實例學習圖表知識――以焓熵圖為例

水蒸氣的熱力性質圖表是熱力過程計算中的重要依據。但是對這一部分內容，學生普遍反映圖表太復雜，圖中等參數線太多，表中數據參數太多，水和水蒸氣狀態又十分復雜，應用起來很不方便。

介紹水和水蒸氣圖表實際應用中的優缺點 水和水蒸氣的熱力性質表優點是數值的準確度高，缺點是數據不連續，需要用內插法計算近似值，使得查表工作十分煩瑣。水和水蒸氣的熱力性質圖的優點是查取方便，熱力過程分析更直觀、清晰和方便；缺點是數值誤差較大，在工程應用容許范圍內。優先選用的是水和水蒸氣的熱力性質圖，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、以熵為橫坐標，上下界線分別為飽和水和飽和蒸汽線，交點為臨界點，飽和水的左側區域為過冷水區，飽和蒸汽的右側區域為過熱蒸汽區，飽和水和飽和蒸汽線下方為濕蒸汽區域。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，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，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，為方便區別，實用的h-s圖中，定容線常用紅線或虛線標出。然后，讓每位學生畫出焓―熵圖的草圖，并標出上下界線、臨界點、三種狀態及等干度線簇、等容線簇、等壓線簇和等溫線簇等，使學生掌握焓熵圖的基本要點。

結合應用實例練習查圖方法和步驟 學生掌握焓熵圖的基本曲線及分布規律后，結合實例用焓熵圖查水蒸氣的參數，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，直接確定水的狀態和各參數的值。

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表和未飽和水與過熱蒸汽熱力性質表進行求解，使學生通過查圖和表，明顯感覺到水和水蒸氣的熱力性質表的缺c：數據不連續，需要用內插法計算近似值，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，所以數值誤差較大。水和水蒸氣的熱力性質表的優點是數值的準確度較高。

通過應用實例，使學生深刻認識到水和水蒸氣的熱力性質圖表的優缺點和使用場合，在工程應用容許范圍內，優先選用的是水和水蒸氣的熱力性質圖，讓學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，培養學生活學活用熱工學的基本理論的能力。

4 結束語

教學沒有固定的模式，一個教師不僅要有淵博的知識、豐富的實踐經驗，還要積極思考，探討能讓學生容易接受的教學方法。教師除了從事教學以外，一定要參加科研，把握相關的學科知識前沿以豐富自己的學識，提高自己的業務水平，這是搞好教學工作的重要前提。教學中注意采用多種合理教學手段和方法，在課堂上做到深入淺出，激發學生的學習興趣和熱情，使學生加深對課程的內容理解。同時應廣泛借鑒國內外先進的教學經驗，勇于嘗試改革、積累經驗，培養學生工程實踐和創新意識，這是教學工作者值得不斷探索的努力方向。

參考文獻

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一、物理化學課程在課程體系中的地位

物理化學在兩階段工科化學(化工類)課程體系中處于樞紐地位。第一階段由化學原理(基礎物理化學)、無機化學、有機化學、分析化學等課程組成。化學原理作為理論教學內容,在對中學化學知識總結提煉上升到理性認識高度的基礎上,對后繼無機化學、有機化學作為應用教學內容提供理論基礎。第二階段由物理化學加后繼專業或專業基礎課程、選修課程組成。物理化學作為理論教學內容,既將先前所學無機化學、有機化學等知識從理性上加以認識提高,又為后繼課程提供理論基礎。[2]在專業教育的范疇內,物理化學是工科,尤其是化工、冶金、輕工等各專業必備的化學理論基礎,它銜接基礎理論和相關的專業課程,是一門專業基礎課程。

二、物理化學課程的教學內容

物理化學提供應用于所有化學以及相關領域的基本概念和原理,嚴格和詳細地闡釋化學中普適的核心概念,以數學模型提供定量的預測。因此,物理化學是分析化學、無機化學、有機化學和生物化學課程,以及其他相關前沿課題的概念的理論基礎。總體而言,物理化學理論課程可能涉及的教學內容如下:[3]

1.熱力學與平衡

標準熱力學函數(焓、熵、吉氏函數等)及其應用。熵的微觀解釋。化學勢在化學和相平衡中的應用。非理想系統、標準狀態、活度、德拜-休克爾極限公式。吉布斯相律、相平衡、相圖。電化學池的熱力學。

2.氣體分子運動學說

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、黏度。

3.化學動力學

反應速率的微分和積分表達式。弛豫過程。微觀可逆性。反應機理與速率方程。穩定態近似。碰撞理論、絕對速率理論、過渡狀態理論。同位素效應。分子反應動力學含分子束、反應軌跡和激光。

4.量子力學

薛定諤方程的假定和導出。算符和矩陣元素。勢箱中的粒子。簡諧振子。剛性轉子、角動量。氫原子、類氫離子波函數。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。量子化學應用。

5.光譜

光-物質相互作用、偶極選律。線型分子的轉動光譜。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.統計熱力學

系綜。配分函數表示的標準熱力學函數。原子、剛性轉子、諧振子的配分函數。愛因斯坦晶體、德拜晶體。

7.跨學科的應用

生物物理化學、材料化學、環境化學、藥學、大氣化學等。物理化學實驗課程培養學生用物理化學原理聯系定量模型與觀察到的化學現象的能力,深化學生對模型定性假設和局限的理解,鍛煉他們采用模型定量預測化學現象的基本技能。

學生應能記錄正確的測量值,估算原始數據的誤差。學生需要理解電子儀器的原理和使用方法,操作現代儀器測量物理性質和化學變化,積累用這些儀器解決實驗問題的經驗。物理化學實驗應含有結合若干實驗方法和理論概念的綜合實驗教學內容。適用于工科化學(化工類)課程體系的物理化學實驗教學內容大體如下:

1.熱化學實驗

計算機聯用測定無機鹽溶解熱。計算機聯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.相平衡化學平衡實驗

不同外壓下液體沸點的測定。環己烷-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摩爾質量。沸點升高法測定物質摩爾質量。熱重分析。氨基甲酸銨分解平衡常數的測定。

3.表面化學實驗

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.化學動力學實驗

量氣法測定過氧化氫催化分解反應速率系數。蔗糖轉化反應速率系數測定。酯皂化反應動力學。一氧化碳催化氧化反應動力學。甲酸液相氧化反應動力學方程式的建立。可燃氣-氧氣-氮氣三元系爆炸極限的測定。計算機聯用研究BZ化學振蕩反應。

5.電化學實驗

強電解質溶液無限稀釋摩爾電導的測定。離子遷移數測定。原電池反應電動勢及其溫度系數的測定。金屬鈍化曲線測定。

6.結構化學實驗

磁化率測定。分子介電常數和偶極矩的測定。

三、面向專業的物理化學教學內容建設

當然,一個工科類專業的物理化學教學不可能也不必要包含上列的所有內容。因此,各學科專業教學指導委員會根據專業的培養目標和規格,在已經或即將公布的各學科專業的指導性專業規范中,制訂了包括物理化學在內的化學課程教學基本內容作為最低要求。如化學工程與工藝專業的規范(研究型)中規定:物理化學可分為兩部分,物理化學(I)主要內容為化學熱力學和反應動力學等,作為化工主干課的基礎,應注意與化工熱力學課程和化學反應工程課程的銜接和分界(一些內容可在化工熱力學課程和化學反應工程課程中展開,以加強工程背景);物理化學(II)主要內容為溶液理論、統計力學、量子力學等方面的概要以及近展等。各專業的物理化學教學基本內容充分體現了本專業的學科特點,是在保障人才培養質量的前提下,兼顧國內各相關學校的教學條件提出的基本要求。因此,它體現的是該專業人才的知識體系的共性。由于各校的學科背景和教學條件的優勢不同,要培養具有特色的專業人才,需要在教學中研究如何在滿足各專業的教學基本內容要求的基礎上開展物理化學教學。我們認為在教學內容建設中應堅持貫徹下列原則,才能切實發揮物理化學這一門專業基礎課程的作用。[4]

1.承前啟后,發揮樞紐作用。了解授課對象的先修和后繼課程與物理化學的聯系,深化化學原理課程中的物理化學理論,介紹其在后繼專業課程中的應用,以開闊視野并兼顧系統性和趣味性。

2.少而精和博而通。傳統的基礎內容要突出重點,講深講透,體現學科框架;選擇介紹相關前沿的內容以擴大知識面。

3.提倡內容側重的多樣化。針對不同專業時要不拘一格,倡導內容側重的多樣化;即便面對同一專業,內容側重亦應有寬松的選擇余地。

4.體現工科特色,強調應用性和實踐性。引入研究型實踐項目,使學生加深對理論的理解,提高應用水平。

四、建設物理化學教學內容的措施

華東理工大學物理化學教研室在國家精品課程和國家級教學團隊建設過程中,以提高專業人才的教育質量為目標,采取了一系列措施,提高物理化學課程的教學水平和質量,促進相關專業的課程體系建設。

1.根據授課專業的先修、后繼課程,研讀相關教材,如化學工程與工藝專業的現代基礎化學、化工熱力學、化工原理、化學反應工程、化工過程分析與合成教材,了解其改革動向和內容變革,并且請有關學科的學術帶頭人做物理化學在學科領域應用介紹的報告,提出教學內容改革建議。這樣做的結果一方面可以避免教學內容上不必要的重復,另一方面可以合理地選擇教學內容側重,實現化學基礎課程與專業課程的合理銜接。

2.編寫教材和教學參考書,保障教學基本內容的教學質量,介紹物理化學學科發展、在交叉領域的應用;介紹溶液模型、線性自由能關系等半經驗方法,以銜接后繼課程。近年來編寫或修訂出版了《物理化學參考》、《物理化學》(第五版)、《物理化學導讀》、《物理化學釋疑》、《物理化學教學與學習指南》。開展教學研討,提高教師隊伍的學識水平和在教學中貫徹少而精、博而通教學思想的能力。

3.制作相關前沿課題和理論應用實例,如“正、負離子混合表面活性劑雙水相系統及其微觀結構”、“溫室氣體CO2的捕集和封存(CCS)技術”、“復雜材料的微相平衡和結構演化的數學模擬”、“離子液體的合成、性質和應用”等教學素材,進行教學資源的儲備。

4.由科學研究項目提煉研究型教學實驗,如“界面上聚乳酸PLA膜的結構特性研究”、“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構的影響”等。

篇7

關鍵詞：課程建設；知識庫；工程實例；專業基礎課

作者簡介：朱群志（1972-），男，浙江臺州人，上海電力學院能源與環境工程學院，教授；沈坤全（1963-），男，浙江桐鄉人，上海電力學院教務處，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項目（項目編號：20105302）的研究成果。

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

近年來，高等教育學校的規模連續擴大，在校學生人數增長較快。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的具有博士學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經驗，與生產實際的聯系也不太緊密；另一方面，高校教師在學校內部以及與其他單位之間的流動機會較多，富有教學經驗的教師流失之后，會影響相關課程和專業的教學質量。因此，提高青年教師的教學水平以及傳承優秀教師的教學經驗成為專業建設的重要內容之一。為了培養青年教師的教學和科研能力，有些高校采取了“傳幫帶”或“結對子”這類的言傳身教的模式，取得了一定的效果。但是，除了傳統的“傳幫帶”形式以外，還可以用載體把教學經驗、教學資源等固化下來，使優質的教學資源和經驗得到傳承和發展。本文在工科專業基礎課程中使用知識庫來固化教學資源進行了探索。

一、在工科專業基礎課中建設知識庫的必要性

專業基礎課程在一個專業的培養計劃占重要地位。課程一般可分為公共基礎課、專業基礎課和專業課三大類。專業基礎課是銜接公共基礎課和專業課的橋梁，專業課中涉及的基本概念和原理很多已包含在專業基礎課的教學內容中。同時，專業基礎課也是學生最早接觸的與專業緊密相關的課程。專業基礎課的教學效果對學生學習后續課程以及激發學生對專業的興趣都有較大的影響。因此，加強專業基礎課程的建設對提高教學質量是非常必要的。

課程知識庫是以教學為目的、主要面向授課教師和學生、通過因特網將各種教學資源整合在一起形成的一個共享系統。知識庫中包括教學大綱、教案、多媒體課件、習題講解、教學經驗以及音像資料等。課程知識庫對課程建設和專業建設可以起到促進作用，該知識庫是一個共享的課程教學資源系統，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資源，借鑒其他教師的教學經驗，在保持本課程的特色上形成自己的教學風格。同時，知識庫固化了本校教師的音像資料和教學經驗等資源，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的影響。

二、在“工程熱力學”課程中建設知識庫的探索

專業基礎課有著與專業課不同的特點。例如，“工程熱力學”是熱能與動力工程專業的三大基礎課程之一，在公共基礎課程和專業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換規律及其工程應用。“工程熱力學”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識有助于學生對課程內容的理解和掌握。為了在專業基礎課程中取得良好的教學效果，教學別要注重理論與實踐相結合。在講授理論知識后，需要結合知識點列舉一些生活以及工程實際中的例子；也可以先從學生熟悉的例子出發，引出要學習的知識。總的來說，是使學生能夠建立知識點與工程實際對象的關聯，將學到的知識用于分析和解決實際的工程問題。通過這樣的教學方式，學生可以達到“學以致用”，對課程甚至專業凝聚起強烈的學習興趣。

本文在熱能動力工程專業的基礎課程“工程熱力學”中開展了知識庫的建設。如前所述，課程知識庫的建設是一項比較龐大的工程，涉及的內容很多。作為知識庫建設的第一步工作，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.知識庫的建設主體

為了使知識庫的實例既能體現出理論和實際相結合、又能反映出本課程的前沿發展、同時也能被學生所接受，知識庫的建設需要有廣大教師和學生的共同參與。老教師在長期的教學實踐中積累了豐富的教學經驗，能夠舉出恰當的生活實例和工程實例來幫助學生理解教學內容；新教師由于從事教學的時間不長，教學經驗不夠豐富，備課時間大部分用于理解教材和熟悉教學內容，給出生動形象的實例有一定難度。但是新教師一般學歷較高，在本學科的某一方面有比較深入的了解，掌握了相關的學科前沿知識。這些前沿知識在課堂的引入可以拓展學生的知識面，并且有利于學生創新能力的培養。新老教師的優勢可以互補，在建設知識庫的過程中充分發揮新老教師各自的優勢，將教學實例和學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的知識庫供各位教師共享。另外，教師提供的例子是教師認為比較恰當和形象的，在課堂教學中學生大多是被動地接受。有些學生在理解相關知識點的基礎上，能夠提出更貼切其認知水平和生活環境的例子。教師將學生提出的例子也收集起來，反饋到課堂教學中，學生可能更容易接受；同時，學生的學習方式由被動變為主動，學習興趣得到了提高。

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熱學在19世紀便已發展成為一門比較完備的科學，隨著人們對客觀世界的了解深入，關于熱學的知識也在不斷擴展。熱學是物理學科的一個重要組成部分，是研究與熱現象有關的規律的科學。課程教學的目的是掌握熱現象規律，了解熱現象作為“大數”粒子無序運動的本質，為大學階段其他課程的學習打好理論基礎，是本科物理專業學生必修的一門專業基礎課。我們使用的熱學教材是經典的李椿等編著的《熱學》教材，通過幾年的教學實踐，對熱學課程的教學內容及教學方法做了一系列的探索和總結。

一、熱學課程的結構及特點

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

二、熱學內容的表述方式

關于內容的表述，不外乎有文字表述、數學表述及圖像表述等，而在熱學中這三種表述在一個概念中可能都會出現。比如說熱力學第一定律的應用，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，也會有能量的轉換關系的描述，當然不同的能量也可以由數學表達式表示出來。

1.文字表述。科學內容的表達力求嚴謹，文字力求精確、簡潔，例如，平衡態的定義，“孤立系統宏觀性質不隨時間變化的狀態”，定義簡潔明了，其中的關鍵詞是“孤立”二字，也說明了平衡態的特性，如沒有這二字，也就不能稱其為平衡態了。另外，在熱學的表述中，很多地方用到了否定的語言，體現最為明顯的是熱力學第二定律，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.數學表述。對于熱力學中的概念，文字的描述要多一些，內容也很好理解，學生一般接受也較容易，但對于統計物理中的概念，文字就變得比較抽象，不好理解，所以在微觀方面，相比文字，數學更直觀、更容易理解記憶。相比于物理專業中的其他課程，熱學中涉及到的式子并不是很多，學生也可以根據內容體系，用數學表述的形式把學習到的知識串接在一起，進行系統、有對比、有條理的學習。

3.圖像表述。在熱學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、數學計算變得簡單化，直觀化。

三、熱學教學的方法

在熱學課程教學中，怎樣才能把學生認為枯燥的、難懂難記的知識內容變為有趣的、易于理解的內容呢？這就需要我們充分了解這門課程，注意每一個細節內容，把零散的看似不關聯的內容整合起來，達到融會貫通、心中有數，這樣講給學生時才能有的放矢、游刃有余，學生學習的目標也會變得明確、理解透徹。在課程的講解中，可采取以下幾種教學方法。

1.歸納總結的方法。教師在講完每一部分后要對內容做一個總結，把重點內容用一條主線串連起來，便于學生的理解和掌握。例如，在熱力學第一定律這一部分，可以用幾個字把這一部分的主要內容概括出來：一個定律、兩個循環、三個物理量、四個過程，即熱力學第一定律，熱機循環和制冷循環，內能、功、熱量三個物理量，等體、等壓、等溫、絕熱四個過程。這樣的總結使學生既了解了所學知識的重點，也更容易地掌握了所學的知識點。另外，在習題的講解中，也應善于總結和歸納，學生在中學時習慣了大量的題目練習，即所謂的題海戰術，通過熟練的做題來達到掌握知識的目的。在大學的學習過程中，教師應引導學生如何去學習，怎么去做總結，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，學生學習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，提高了學習的效率及解題的準確性。

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，節約學習時間，也使認知變得簡單易懂。例如，在討論熱力學過程及其涉及到的內能、熱量、功的轉化時，可以在P-V圖中進行描述，之后，在熱力學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，特點。通過類比，會發現P-V圖和T-S圖有很多相似的地方，例如，我們用P-V圖示法表示系統在準靜態過程中做的功，即示功圖，而用T-S圖示法表示系統在準靜態過程中吸收的熱量，即示熱圖；在這兩類圖中，每一個點代表一個平衡態，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經歷一個可逆循環過程后從外界凈吸收的熱量，也等于系統對外做的功。通過這樣的對比學習，會發現原來枯燥的內容也很有趣，在學習中發現物理中的相似的美。再如，在學習氣體的輸運過程時，粘滯、熱傳導、擴散三類輸運現象也可以進行類比學習，它們分別對應當氣體各處的流速、溫度、密度不均勻時發生的過程，得出的宏觀規律的表達式及微觀解釋都很相似。通過這樣類比的學習，很容易掌握了新的內容，也對所學的內容有了更深刻的理解。

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

雖然熱學課程只是一門專業基礎課，學時也比較少，但是它是學生進入物理專業后最先學習到的一門課程，學習好這門課程會為后續專業課程的學習打下良好的基礎。在教學中，充分掌握課程特點，采用合適的教學方法，使學生喜歡上這門課程，發現學習中的樂趣，進而學習好這門課程，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[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：作為教育主體[J].教育教學論壇，2013，（22）：20-23.

篇9

以化工原理為代表的化工原理系列課程是化學工程與工藝專業本科生必修的專業基礎課中最重要的課程，起著由“理”及“工”承上啟下的橋梁作用，其教學目的就是培養學生運用所學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、生產或仿真實習和課程設計四個環節。其中化工單元操作過程設計方法、操作原理及其計算是理論課程教學的重要內容，而迅速準確地進行工程計算是課程設計的基礎，所以組織好化工原理理論課程教學是落實化工原理整體教學的關鍵。目前，化工原理主要授課內容：流體流動、流體輸送機械、非均相物系的分離和固體流態化、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，使用軟件中的相關計算模塊對其工作特性進行模擬展示。

東南大學化學化工學院肖國民、李浩揚[3]等，利用Fluent、Aspenplus軟件應用于講授和解決“三傳”問題。其中利用Fluent軟件，對固定床反應器進行動量模擬，結合反應動力學模型和對流傳熱模型等，研究反應器內一氧化碳與硝酸二乙酯偶聯反應，從而獲得反應器內速度、溫度和各物質濃度的分布情況，模擬結果與實驗數據吻合良好。這一過程給學生清晰的展示了：不僅固定床反應器內部的“三傳”均和反應的進行程度相輔相成，而且若想準確計算、設計或優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計和工程開發，與傳統的換熱器設計計算方法相比，結果具有可靠性高、計算用時少、繪圖快、和各專業集成效應強等優勢。通過對甲醇—水精餾過程模擬，說明該軟件可用于質量傳遞方面的計算。教學實踐證明，該方法不僅可以全面反映塔內物料組成、質量分布狀況等工藝計算結果，而且還可通過系統內置板式塔或填料塔的各種塔內件參數，得到塔結構詳細設計，另外學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。

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

2在化學反應工程、分離工程教學中的應用

化學反應工程和化工分離工程皆為化學工程與工藝專業本科生必修的專業基礎課程。其主要研究內容的共性為過程開發、工藝設計以及實際生產操作過程中遇到的工程問題。在化工生產過程中，化學反應是生產的核心，而分離過程則是其前的原料凈化和其后的產品精制，一般來說分離裝置的費用占總投資的70%以上。過程模擬系統中，基本上包含了教學過程中所包含的各式反應器模型，另外系統還集成了用戶自定義模塊，用戶可根據實際需求二次開發反應器模塊子程序。而對于化工分離過程的模擬無論是從可模擬介質的種類和塔器的形式上，還是從模擬結果的精度上，都堪稱化工模擬技術發展的代表。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、嚴格法兩種。簡捷法計算單元模塊庫有三類：簡捷法精餾設計、簡捷法精餾核算和石油簡捷蒸餾。

嚴格法計算單元模塊庫有六類：嚴格精餾、復雜塔嚴格精餾、石油嚴格蒸餾、基于質量傳遞速率蒸餾、嚴格間歇蒸餾和嚴格液-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）和側線物流等不同組合形式，如：嚴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、平衡和反應比例控制蒸餾等工藝過程，而石油嚴格蒸餾庫中就有近50種形式可選，所以過程模擬系統不僅可以滿足化工分離工程課程主要內容的需要，而且對其后繼石化、煉化等工藝課程，也有較大的幫助。天津科技大學王彥飛，朱亮等采用教學內容與AspenPlus軟件相結合以提高教學質量，討論環氧丙烷水解絕熱連續攪拌釜式反應器模型的多解性，在課堂上非常快速直觀的讓學生清楚了解多定態現象以及產生的原因，有助于學生對反應過程的理解，并通過軟件使用可以回答，“如果改變某些條件，那么對于結果有哪些影響？”這樣的問題。南京化工職業技術學院化工系戴斌，徐宏利用化工過程模擬系統ChemCAD二次開發工具，在SO2轉化反應器的工藝設計上，通過使用VBA語言編程，實現有復雜反應動力學方程的反應器工藝設計。變換不同的SO2轉化工藝條件，計算得到與之對應的反應器體積，從而為裝置技改、去瓶頸和優化提供依據。上海應用技術學院吳錫慧，郁平等對化學反應工程教學改革和實踐，在實驗中引入AspenPlus軟件強化計算機應用，提高了學生們的設計和綜合分析能力。該軟件也正被學生用在大學生化工設計競賽、畢業設計和科技創新等環節。

天津大學化工學院李士雨，齊向娟給出了應用ChemCAD模擬軟件更新分離過程教學內容的初步方案包括：分離過程熱力學、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：無論從國內外化工分離過程教學內容的更新趨勢上看，還是從工業界對分離過程教學內容需求的變化上看，在分離過程教學內容中增加計算機模擬分析方法是大勢所趨。華東理工大學化工學院李偉，朱家文等采用模擬軟件ProII在化工分離習題課上，同時改變熱力學方法、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進行多方案計算和比較，實現整體優化；通過調節操作參數實現產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。江蘇石油化工學院朱建軍、林西平等利用AspenPlus軟件對醋酸與乙醇催化反應精餾塔進行模擬，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，結果表明：運用AspenPlus軟件可以有效、快捷、方便地模擬脂化反應精餾過程，結果可靠,精度高。江漢大學化學與環境工程學院吳宇瓊將AspenPlus軟件引入分離工程課程及實驗教學中。通過演示軟件操作錄像、學習模擬經典實例等方法，使學生迅速掌握并使用軟件，借此求解泡、露點及塔板數等。

廣西大學化學化工學院秦祖贈，葛利等利用ProII對膨脹器的氣體加工裝置進行模擬，福建農林大學材料工程學院盧澤湘，范立維等利用AspenPlus對甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反應精餾工藝進行模擬，并進行教學演示和講解。著重在混合物熱力學性質的計算、多組分平衡分離過程計算上，真正做到了“嚴格計算”。同時指出軟件對化工熱力學、化工設計等課程的學習也會有較大的幫助，連續三年化工專業本科生對過程模擬系統的學習興趣調查中“，學習興趣強烈”的分別占到總人數：72.8%、83.2%、86.8%。將過程模擬系統應用于化學反應工程教學，避免了大量計算公式推導、復雜數值計算等問題，可以在少用課時的情況下，盡量全面地展示化學反應工程的核心內容。多組分多平衡級分離的嚴格計算，是設計分離設備和優化操作過程的必要計算手段，也是化工分離工程教學的主要內容。使用過程模擬系統，在進行MESH方程推導及基本算法介紹的同時，使得塔的精確計算和將熱力學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、分離要求和設備投資、運行費用等問題進行分析計算，極大地提高了學習的深度與廣度，使學生更加主動積極，綜合分析和解決實際工程問題的能力明顯提高。

3結語

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1. 1 結合專業需求，精簡內容

經典的物理化學內容博大精深， “廣而博”的教學思想對化學化工類重點院校來說尚且可以，但對于普通院校非化學專業來說要做到面面俱到基本不可能。我校制藥工程專業的培養定位是應用型人才，導致的必然結果是理論學時的壓縮，實踐學時的增加。在“課時少、任務重”的情況下，“少而精”是必然選擇。但“少而精”也不是隨意的刪減，而應緊緊結合專業需求，科學、合理地刪減。

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

1. 2 強化應用，弱化推導

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

1. 3 重視新內容，避免舊內容

在學時有限的情況下，教師要學會“做減法”，對在先行課程中學過的內容要少講，避免重復。如適當刪減無機化學中的化學平衡內容，大學物理中的熱機內容。同時也要學會“做加法”，增加與專業結合緊密的物理化學內容，為后續課程做足準備。如，增加相圖在藥物分離及提純中的應用介紹。利用低共熔相圖原理改良藥物劑型，當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分散結構，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，增加表面化學和膠體化學的介紹，這些內容雖然在物理化學課程體系中所占比例較小，但對制藥專業至關重要，可為藥物新劑型的開發提供理論指導。如微乳給藥系統因其有增溶，促進吸收，提高生物利用度等優點，被廣泛用于多種藥物制劑的開發，因此在授課時增加有關微乳內容的介紹，使學生充分了解其形成原理和性質，以便將來在工作中去應用。

2 加強理論與生產生活的聯系

制藥專業學生對物理化學產生畏學的另一個原因就是不知道學習物理化學有何用途。這說明教學內容與實際應用之間的融合還不夠，尤其是專業之間的融合不夠。加強理論聯系實際，不僅可以讓學生輕松享受學習的樂趣，也可讓學生明白學有所用的道理，這樣才有可能將“要學生學”變為“學生要學”。

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

3 加強理論與科學前沿的聯系

教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教學，沒有靈魂的教學。堅持教學與科研相結合，是培養學生創新能力的主要途徑，也是理論聯系實際的重要環節。同時，教學與科研緊密結合，教研相長，也是提高教學效果的重要舉措。

( 1) 熱力學部分與科學前沿的結合。講熱力學部分測定化學反應熱效應時，可以向學生介紹目前常用的量熱技術在藥學領域的應用。量熱法可測定藥物、賦形劑的穩定性，藥物與賦型劑之間的兼容性，分析藥物中無定形態的含量等。還可以定量地研究藥物與細胞間的相互作用，獲得藥效、抑制率等方面的信息，對于藥理學，臨床醫學、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可以對腫瘤細胞的生長代謝進行研究，可探討它的生產特點并找出其代謝規律，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) 動力學與科學前沿的結合。講動力學部分的阿侖尼烏斯公式求活化能時，可將其與現代熱分析技術相聯系，前者是將反應分別設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三因子，即活化能、指前因子、最可幾機理函數。后者獲得的動力學模型適用于定溫和變溫條件，適用范圍比前者更廣。

( 3) 相平衡與科學前沿的結合。講單組分相圖臨界點時，可以介紹超臨界萃取技術在藥物提取方面的應用。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經降低壓力分離出來。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的聯系

物理化學理論深奧、晦澀難懂也是學生感覺物理化學難學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教師都應不斷思考的問題。通過多年的物理化學教學，筆者深切地感受到物理化學的許多觀點都蘊含著豐富的人生哲理，教師在教學中應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習氣氛，而且能傳播人文精神，傳遞正能量，進而激發學生的學習興趣。

例如在講述熱力學定律時，應該讓學生明白，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，在現實中這兩種思想都是要不得的。又如講表面現象中的亞穩態時，過冷水沒有結冰，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。任何新生事物出現的初期都會面臨很多質疑，就像阿侖尼烏斯在提出電離理論之初，曾受到許多科學泰斗的質疑和嘲笑，被認為簡直是天方夜譚，但其最后成功了，所以新事物的出現都需要承受很多壓力。作為新時代的年輕人，就應該要有這種敢于質疑，敢于沖破枷鎖，不斷探知新領域的精神。