工程熱力學概念范文

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篇1

關鍵詞：數學物理；工程熱力學；教學

作者簡介：高蓬輝（1979-），男，山西興縣人，中國礦業大學力學與建筑工程學院，副教授；張東海（1977-），男，江蘇徐州人，中國礦業大學力學與建筑工程學院，副教授。（江蘇 徐州 221116）

基金項目：本文系中國礦業大學青年教師教學改革資助項目（項目編號：2001207）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0087-02

“工程熱力學”為能源工程、機械工程、化學工程、材料工程以及航空航天工程等多門學科的發展奠定了基礎，熱工理論的研究與應用直接決定能源轉化效率、節能技術及環境保護實施的成效，對于人類社會的可持續發展具有重大意義。因此，作為高校工科專業的重要基礎課，加強“工程熱力學”的教學效果就尤為重要。我國近兩百所高校開設建筑環境與能源應用工程專業，全部將“工程熱力學”課程設置為主干專業基礎課之一。“工程熱力學”課程不僅是后續專業課程學習的理論基礎，同時直接為學生今后的科研和工作實踐提供理論指導，具有重要的學習意義和實際應用價值。[1]

筆者根據自身在“工程熱力學”課程教學過程中的切身體會和經驗，指出應注重將基礎數學、物理理論知識融會于“工程熱力學”課程講授過程中，促進學生對熱力學中抽象概念和過程的深入理解，達到提高和改善教學效果的重要作用和目的。

一、基礎數學物理知識在熱力學理論中的體現

熱力學的先修課程主要有高等數學和普通物理等課程，在教學中發現許多學生高等數學知識薄弱，需要在課堂教學中講解大量的高等數學知識，才能使課堂教學質量得到保證，然而卻浪費了“工程熱力學”課程自身的教學時數，因此探索基礎數學、物理知識體系與熱力學之間合理的聯系以及有機過渡的教學方法成為熱力學教學中必須重視的問題之一。

熱力學作為一門非常系統且抽象的學科，其科學性、嚴謹性主要是通過各個章節中貫穿其中的數學體系來構建而成的。如何科學、深入理解這些繁雜這些概念和數學結論，成為課堂教學活動中非常關鍵的一環。以下我們將例舉熱力學中非常重要的一些基于數理知識的基本概念和理論推導過程。

1.狀態參數

在熱力學的教學過程中，我們把系統中瞬間表現的工質熱力性質的總狀況，稱為工質的熱力狀態，簡稱為狀態。[2]熱力狀態反映了工質大量分子熱運動的平均特性，描述工質狀態特性的各種物理量稱為工質的狀態參數。而狀態參數是熱力系統狀態的單值函數，與熱力過程無關，狀態參數的這一特性的數學特征為點函數，表示為：

（1）

循環積分為：

（2）

在教學活動中，應將微分的理念融入到狀態參數概念的講解中，并通過全微分將熱力系統狀態參數為點函數的特性進一步闡述，使學生深入理解熱力狀態參數的特殊性。

2.微變量dh與變化量h的區別

在熱力學第一定律的學習過程中，對于焓有兩個非常相似的公式：

（3）

（4）

上式（3）和（4），從外形來看，非常相似，且學生在學習過程中，也容易忽視其細微差別。從數學角度來看，在教學過程中應對其進行區分。式（3）為焓的微分計算表達式，dh為焓的微變量值；式（4）為焓的改變量計算表達式，h為焓的變化量，即式（4）是通過對式（3）進行積分后得到的。這些細微概念上的差別，帶來完全不同的熱力學分析。通過上述的詳細講解和區別，可以加深學生對熱力學中相關公式和計算過程的理解。

3.卡諾循環與極限的概念

卡諾循環解決了在一定的高溫熱源T1和低溫熱源T2間，熱功轉換最大效率的問題。由于卡諾循環是典型的可逆循環，在整個熱力轉換過程中，沒有熵產，即沒有不可逆因素所引起的做功能力的損失，因此，該循環熱效率ηtc=1-T2/T1成為兩熱源T1、T2之間工作熱機的最大循環熱效率。

在課堂講解中，聯系實際工業生產和生活中的熱力機械，指出實際熱力機械的熱功轉換效率都低于卡諾循環熱效率ηtc，原因在于卡諾循環作為可逆循環，是一理想熱力循環，其熱效率為實際生產、生活中熱力循環效率的極限。[3]因此，實際生產和生活中的熱力循環效率只能小于卡諾循環的熱效率，不可能大于卡諾循環的熱效率。這樣從數學極限的角度也解釋了為什么卡諾循環效率是一定高、低溫熱源間工作熱機的最大效率的問題，使學生更加容易理解卡諾循環這節的相關概念和理論。

4.音速

研究流體在管道內流動時，我們提出了音速α，并且對定熵流動中音速用下面的公式進行計算：

（5）

在得到音速與溫度之間的函數關系時，指出理想氣體定熵過程方程式：

（6）

對式（6）進行變形，得到 （7）

在將式（7）代入式（5）時，遇到與是否等效的問題，從形式看，一為偏微分關系，另一為全微分關系。但從變量與因變量的角度來看，同樣反映出變量與因變量間的函數變化關系，在課堂教學過程中，需要對這一細微差別進行講解，以促進學生對物理過程以及數學關系的理解，不可一帶而過，從而造成學生概念以及數學關系理解上的斷層和缺失。

二、構筑基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法

“工程熱力學”課程的一個重要特點是基本理論多，基本概念抽象。為此，在課堂教學中針對基本理論部分，把講解重點放在基本理論和基本概念的深入理解上，如狀態參數、可逆過程、熱功轉換、熱力學第一、二定律、卡諾循環、卡諾定律、熵等，這些一定要詳細講解、分析透徹。特別是熱力學第二定律的課堂教學中，因為該部分內容概念抽象、原理費解，又不能用實驗來演示，所以學生學習非常困難，但熱力學第二定律作為“工程熱力學”課程的核心內容之一，非常重要。凡此種種，筆者作為“工程熱力學”課程的講授教師，在教學活動中，認為通過將基礎數理知識與“工程熱力學”課程有機結合的教學方法，可以提高和改善課堂教學效果，促進學生對“工程熱力學”課程內容的掌握和理解。教學活動中可以采取以下的方法，以實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學：

1.課程準備階段

在“工程熱力學”課程的備課階段，先將本章節內容難以理解的概念、定理以及公式推導過程摘出來，同時考慮這些部分與哪些基礎數學、物理知識相關，并將這部分數理知識作為課堂講授內容的鋪墊部分準備到“工程熱力學”課程的課堂教學活動中，即將這部分基礎數理知識寫入課堂講義、PPT教學幻燈片中。

2.課堂講授階段

在“工程熱力學”課程的課堂講授過程中，將熱力學基本概念、原理和公式的推導與基礎數理知識結合起來，在講授過程中，實現熱力學本身內容與基礎數學、物理知識的互動講解，從而達到改善教學效果、使學生易于理解和掌握的教學目的，實現學生對復雜、難懂內容的系統把握和理解。

3.課后反饋階段

課后可以與學生圍繞課程教學內容進行溝通，對課堂教學不足之處進行查漏補缺，一方面可以掌握學生的掌握情況，另一方面可以對教學方法不斷改進，起到再次升華的作用。

三、結論

“工程熱力學”作為能源、機械和化工等眾多學科領域方面的一門基礎專業課，其重要性不言而喻。如何改進已有的教學方法，改善和提高現有的課堂教學效果，成為各高校“工程熱力學”課程教師所共同關注的關鍵問題之一。本文從筆者自身的教學體會出發，根據“工程熱力學”課程內容的特點，提出將基礎數理知識融入到“工程熱力學”的教學活動中，并給出了實現將基礎數理知識與“工程熱力學”課程結合的教學方法和途徑，為“工程熱力學”課程的講授提供了新的思路和方法，對其他課程的教學改革也有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]歐陽琴，寇廣孝.建筑環境與設備工程專業“工程熱力學”課程改革探索[J].教育教學研究，2011，（12）：191-192.

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關鍵詞：工程熱力學與傳熱學；安全工程專業；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0041-03

“工程熱力學與傳熱學”是一門與工程實際聯系緊密、應用性很強的熱科學基礎課，它源于礦業、石油、冶金、化工、機械、環境、航空航天等工程領域中的實際工程問題，也發展、應用于解決實際工程問題，在理工科本科生教育中占有重要地位，為理工科專業技術課的學習提供重要的理論基礎。近年來，隨著人類社會的進步和科學技術水平的提高，實際工程領域所面臨的熱科學問題更加復雜，這使得“工程熱力學與傳熱學”課程傳統的教學模式及授課內容已面臨社會發展和學科發展的嚴峻挑戰，存在較多問題和不足。[1]作為中國礦業大學（北京）（以下簡稱“我校”）“工程熱力學與傳熱學”課程的主講團隊，筆者結合近年來科研工作中關于熱力學與傳熱學的問題和多年對該課程的教學經驗，對該課程在安全工程專業本科教育中的課程改革和教學實踐進行了一些探索，并得到了一些粗淺的體會和認識。

一、安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革的必要性

1.該課程對安全工程專業本科教育的重要性

安全工程專業是一個涉及理、工、文、法、管等學科的綜合交叉工科專業，目前國內開辦安全工程專業的高等院校的類型很多，有礦業、石油、化工、軍工、土木、交通、環境、經濟等。“工程熱力學與傳熱學”是安全工程專業必修的一門專業基礎課程，在安全工程專業的培養計劃中有非常重要的地位。根據安全科學基本理論，事故是能量失去控制而意外釋放所造成的，而“工程熱力學與傳熱學”正是研究能量轉化與傳遞過程的基本規律，由此可見該課程對安全工程專業本科生培養的重要性，其教學水平直接影響安全工程專業本科生的培養質量。

2.目前該課程教學中存在的問題和難點

（1）教學學時少，但教學內容多，造成教與學矛盾。隨著21世紀國家人才培養戰略逐漸向拓寬專業口徑、培養復合型人才方向發展，安全工程專業本科教育的培養計劃和培養目標也不斷調整，更加重視大安全“通才”教育。為滿足安全工程專業培養計劃改革和課程體系設置需要，我國多數高校對“工程熱力學與傳熱學”課程學時都進行了縮減。比如我校，由起初64學時調整為48學時，雖然學時減少，但主體教學內容并未刪減，這導致教學進度不得不加快。然而熱力學和傳熱學理論性、專業性強，因為教學進程加快，使得學生不能深入透徹理解重要知識點，造成教學效果較差，引起教與學的矛盾。

（2）課程概念多、公式多、理論性強，降低了學生學習興趣。“工程熱力學與傳熱學”課程概念多、公式多、圖表多，盡管有些概念和公式在“大學物理”和“物理化學”課程中學習接觸過，但運用這些抽象概念和基本公式解釋、推導熱物理規律時，多數學生都會感覺到比較吃力，因為這要求學生具有扎實的數理基礎和較強的抽象思維能力。另外，該課程中一些概念比較抽象且比較相近，容易發生混淆，比如可逆過程與準靜態過程的聯系與區別，技術功、軸功、容積功區別，導熱系數、傳熱系數、導溫系數的聯系與區別等。同時，“工程熱力學與傳熱學”中繁多的公式的關聯性極強，推導過程復雜。上述理論性和專業性很強的概念、公式及其之間的復雜關系，大大地降低了學生學習的興趣和動力。

（3）教學內容及參考教材安全專業應用案例較少，學生專業實踐應用能力培養不足。隨著科學技術的快速發展，熱力學與傳熱學領域一些新的概念和理論不斷涌現，目前多數新出版的“工程熱力學與傳熱學”教材內容豐富，知識面力求新穎和廣博，只配有少量簡單應用案例。這對目前壓縮學時的安全工程專業本科教學來說不合適，不利于學生在有限學時內深入學習和掌握重要熱力學和傳熱學理論，而且不能使學生深入了解熱力學和傳熱學理論在安全專業的應用，從而造成專業實踐應用能力培養不足。因此，針對安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學，應有所側重，補充該專業應用案例，強化學生學習興趣和動力。

3.該課程教學內容和教學方法優化的必要性

隨著經濟的快速發展和社會的不斷進步，人們對安全的要求越來越高，近幾年來安全學科發展迅猛，“安全科學與工程”已成為工學門類下第37個一級學科，安全學科涉及面越來越廣，已深入到礦業、石油、冶金、化工、環境、土木、交通等多個工程領域。“工程熱力學與傳熱學”作為安全工程專業重要專業基礎課，面臨社會科技發展和安全科學發展的新形勢，特別是教學學時壓縮情況下，其傳統的教學模式、授課內容、教學效果已充滿挑戰，存在較多問題和不足，其教學情況，在一定程度上影響安全專業人才在實際工程中解決相應問題的能力。因此，在有限學時內，對該課程教學內容和教學方法進行改進和優化是非常必要的。通過教學改革，提高該課程教學水平，才能使其充分發揮對安全專業技術課學習應起到的橋梁和鋪墊作用，從而在一定程度上提高安全工程專業本科生的培養質量。[2]

二、安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革思路及實施

1.該課程教學內容調整和優化

（1）根據安全專業方向和學時分配，強化和弱化部分教學內容。為滿足安全工程專業培養計劃改革和課程體系設置需要，我校對“工程熱力學與傳熱學”課程學時由起初64學時縮減為48學時。為在有限學時內完成教學計劃和提高教學質量，筆者選用的參考教材為張學學教授主編的《熱工基礎》，該書基本內容由工程熱力學和傳熱學兩部分組成。[3]該書側重于熱力學和傳熱學基礎，有助于學生對基本理論知識和方法的理解和掌握，但對于安全工程專業基礎教育來說，其部分章節教學內容不重要，比如工程熱力學篇的第六章內燃機和燃氣輪機動力循環裝置和第七章制冷裝置循環等內容，因此在教學過程中對上述內容可以弱化。該書第五章中作為了解內容的濕空氣性質及其熱力學過程，是通風安全理論的基礎，對安全工程專業來說就特別重要，因此在教學中對該部分內容應強化。總的來說，對該課程的教學應因材施教，根據安全工程專業方向和教學計劃分配，靈活調整和優化教學內容和重點，使得學生能深入透徹理解重要知識點，避免引起教與學的矛盾。

（2）擴充傳熱學數值計算知識及應用算例，增強學生對基本公式及理論知識應用方面的理解，激發學生學習興趣和動力。“工程熱力學與傳熱學”課程概念多、公式多、圖表多，通過實驗教學可以加深學生對熱力學與傳熱學理論知識的理解和掌握，但受于學時和實驗條件限制，目前該課程實驗教學課時還比較少。近年來隨著計算機技術和數值計算方法的快速發展，數值計算（或稱數值實驗）為熱力學和傳熱學研究開辟了一個新途徑。目前“工程熱力學與傳熱學”課程教學中，只在導熱部分對數值計算基礎進行了簡要介紹，為了使學生能較系統地了解和掌握數值計算在傳熱學的應用，也需要對流換熱部分的數值解算進行補充。考慮到本科生對數值計算涉及的數學推導和偏微分方程求解等知識的理解和掌握比較吃力，在課程教學中對MATLAB軟件在傳熱學數值計算中應用進行介紹，并引入相關傳熱問題解算案例進行講解。MATLAB是一套綜合性的高性能數值計算和可視化軟件，借助MATLAB軟件不僅能使學生較快掌握傳熱學數值計算的應用，同時借助其強大的計算和繪圖功能，也可以使學生對熱力學和傳熱學中的許多公式和熱物理規律推導進行圖像化展示，這有助于學生對熱力學和傳熱學基本理論知識的理解和掌握。[4]

（3）建立安全專業應用案例庫，細化到具體章節教學內容中。“工程熱力學與傳熱學”與工程實際聯系緊密，應用性很強，它源于工程實際，并應用于解決實際工程問題。因此，若要提高“工程熱力學與傳熱學”課程教學質量，在課程教學過程中應將實際工程案例作為教學素材，引導學生對特定的教學案例問題進行分析，并借助熱力學和傳熱基本理論提出解決方案。針對安全工程專業說，工作中會遇到各種各樣的危險情景，引入專業案例教學非常重要，比如應該補充講授熱力學能量傳遞、煙氣對流和輻射復合傳熱方面的案例、熱力學與傳熱學在事故演變分析中的應用案例。通過案例教學不僅可以使學生對熱力學和傳熱學知識有深刻的理解和掌握，也有利于拓展學生的思維模式，激發學生的創新意識，更重要的是培養學生的專業應用和實踐能力，對工作中危險情景問題應該怎樣借助熱力學和傳熱學理論來分析和解決會有較好的把握。因此，筆者近幾年來特別重視對安全專業應用案例庫的建設，對各個案例根據教學內容進行分類，基本貫穿于各個章節的教學中。

2.該課程教學方法改進和優化

近幾年來隨著國家對人才培養戰略的調整以及工科類專業培養目標的改革，為了保證和進一步提升“工程熱力學和傳熱學”課程教學質量，筆者對該課程教學方法進行了一些探索和改進。

（1）以科研與工作實踐促進教學。大學教學不同于中學教學，大學是培養人才和創造知識的重要平臺，在大學教學過程中要講授傳播高深前沿的專業技術知識。只有通過科研歷練和工作實踐，大學教師才可以逐步提高專業素養和綜合素質，才能緊跟進而較好地把握本專業科技前沿。“工程熱力學和傳熱學”課程作為工科類重要專業基礎課，該課程任課教師更應立足于科技前沿，通過科研工作不斷提高自身業務素質，并將科研成果轉變為專業理論知識滲透到教學過程中，這樣才能克服教材內容滯后于最新專業科技知識的不足，保證教學質量，同時通過“工程熱力學和傳熱學”課程教學也能拓寬學生的科研視野和提升學生專業知識水平。為此，筆者在教學過程中穿插介紹了課題組在采空區自然發火、礦井降溫等領域與熱力學和傳熱學有關的研究成果。

（2）設立課程助教和網絡討論課堂，增強課程教學答疑和交流。為了及時解答學生學習過程中遇到的問題，在“工程熱力學和傳熱學”課程教學過程中筆者安排了助教，助教一般由青年教師或高年級研究生擔任，主要負責課程作業批改和答疑，并不定時開展相關專題討論班，加強學生對重要章節的學習和理解。另外，在課外，筆者還充分利用網絡資源，建立了網絡討論課堂（QQ群）。針對課程學習疑難問題、課程建設及改進建議等問題學生都可以在課程討論群中提出，助教或任課教師基本每天都會登陸討論群回答學生提出的問題。通過設立助教和建立網絡討論渠道，較大程度上增進了課堂教學以外老師和學生的交流，提升了該課程的學習質量。

（3）借助現代多媒體教育技術豐富教學手段。近年來，隨著計算機科技和互聯網技術的快速發展，多媒體技術成為教育教學過程中一個非常重要和便利的工具。“工程熱力學和傳熱學”課程涉及的公式和圖表非常多，采用多媒體技術可以顯著節省教師對一些公式和圖表的板書時間，不僅能提高教學效率，并且采用圖文并茂的PPT可以形象具體地展示教學內容，利于學生理解。然而，對于比較重要的教學內容，比如導熱微分方程、對流換熱方程等數學描述的推導，筆者仍采用傳統板書方式，詳細分析和講解重要定律和公式的提出和推導過程。另外，要充分利用多媒體技術的多種媒介形式，包括多種形態的文字、圖片、動畫、錄像等。[5]目前筆者已經制作和收集了一些圖片和視屏（熱電偶等測溫器件、肋片、換熱器傳熱過程Flash、煤自燃實驗錄像等），在課堂教學實踐中取得了較好的效果，大大激發了學生的學習興趣和熱情，也加深了學生對傳熱學在科技生產領域中應用的認識。

（4）改革和優化考核方式。“工程熱力學和傳熱學”課程涉及的公式和準則特別多，有些公式較難記憶和推導，因此任課教師在閉卷考試命題時不得不壓縮范圍，這導致一些同學在考試復習時會忽略一些教學內容。為了使學生能對熱力學和傳熱學基本理論知識有一個整體的把握和思考，特別是對該課程基本理論的應用有較深刻的認識和理解，筆者采用多元化考核方式。多元化成績評定包括三部分：第一，課后習題作業、出勤、課堂表現、課下網絡討論表現情況；第二，專題大作業完成情況，專題大作業主要是基于熱力學和傳熱學基本理論開展相關產品設計或數值模擬等；第三，閉卷考試成績。采取這種多元化考核方式，不僅能促進學生對熱力學和傳熱學理論知識的深入學習和掌握，也能提高學生的學習能動性，提升實踐應用能力，有助于培養高素質人才。

3.學生實踐應用能力培養引導

為了進一步提高學生的實踐應用能力和培養學生的創新意識，筆者在“工程熱力學和傳熱學”課程教學過程中通過多種形式對學生進行引導或提供多種實踐渠道進行學習。

（1）設置熱力學和傳熱學專題大作業。在教學過程中，筆者精心選取了多個與熱力學和傳熱學密切相關的專業問題，讓學生分組協作，首先對這些問題進行調研，然后開展實驗設計和數值模擬分析，并寫出相應的總結報告。最后，利用討論課時間，組織各組以PPT形式進行匯報，通過提問和討論意見進一步完善作業成果。專題大作業的成果作為期末考試總成績評定的一部分。在課堂教學過程中增加學生參與的比重，使學生成為課程學習的主體，能為培養學生的實踐創新能力創造有利條件。[6]

（2）利用大學生創新計劃項目。目前，我校積極響應國家、北京市有關開展大學生創新訓練的政策和工作安排，每年都組織設立大學生創新訓練計劃項目近300項，這為我校大學生參與科研工作、開展創新活動提供了重要的平臺和良好的條件。我校“工程熱力學和傳熱學”課程剛好在大學生創新訓練項目立項這學期開課，在教學過程中，筆者鼓勵學生應用熱力學和傳熱學基本理論進行選題，并在開展研究工作過程中給予方法和技術指導。

（3）利用校外實踐基地現場實習交流。為了提高學生的實際工作能力和教學質量，培養高素質復合型人才，以盡快適應社會發展的人才需求，和加強本科實踐環節的教學，我校資源與安全工程學院積極開展校企合作實踐教學，目前已建立了39個校外實習和實踐教學基地。在“工程熱力學和傳熱學”課程教學過程中，筆者穿插介紹了安全工程專業相關應用案例，同時，也經常給學生灌輸實踐學習的思想，鼓勵學生好好利用實踐基地這個很好的學習平臺，到實踐基地去實習或社會實踐時現場觀察、學習熱力學和傳熱學的應用實例。通過現場學習能較大程度上拓展學生實踐應用思維和激發學生創新意識。

三、結語

“工程熱力學與傳熱學”課程在理工科本科生教育中占有重要地位，它源于工程實際問題，也發展、應用于解決實際工程問題。為能使熱力學和傳熱學知識適應社會發展需要和滿足現代社會對信息型、復合型人才的需求，“工程熱力學與傳熱學”教學內容和教學方法需不斷改進和優化。

本文以安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”教學為例，針對該課程教學內容、教學特點和目前教學中存在的典型問題和不足，提出了該課程教學改革和優化的思路和具體改進實施方案。該課程教學改革在安全工程專業教學中實踐結果表明，新的人才培養目標和培養模式下“工程熱力學與傳熱學”課程教學質量有較大改觀，學生理論知識學習情況、分析解決問題能力、實踐應用能力都得到較大提升。筆者對該課程在安全工程專業本科教育中的課程改革和教學實踐，希望能為國內其他高校理工科“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革提供思路借鑒。

參考文獻：

[1]于靖博，董麗娜，趙蘭英.《工程熱力學與傳熱學》課程教學改革與實踐[J].廣州化工，2013，41（11）：259-260.

[2]林日億，梁金國，黃善波，等.安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革[J].中國電力教育，2010，（167）：93-95.

[3]張學學，李桂馥，史琳.熱工基礎[M].第二版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]丁鵬.MATLAB在高校“傳熱學”教學中的應用與實踐[J].中國電力教育，2011，（196）：149-150.

篇3

論文摘要 結合多年從事化工熱力學教學的經驗，根據化學工程與工藝專業培養方案要求，探討提高化工熱力學教學質量的方法。精選教學內容，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結合。加強學科間的溝通與銜接，科學組織教學；引導學生對熱力學性質計算的編程求解，采用雙語教學，加強綜合知識的能力培養；強化實踐環節的訓練，注重學生科研能力的培養；適度引入多媒體教學，提高教學水平和教學質量；改革考核方式，注重學生靈活應用知識的能力。

化工熱力學作為化學工程專業的專業基礎課和必修主干課，是一門理論性和應用性較強的課程，它既要解決化學問題，又要解決工程實踐問題[1]。通過化工熱力學課程的學習，學生能夠掌握化工熱力學的基本概念和理論，利用化工熱力學的原理和模型進行化工過程能量、相平衡及化學反應平衡分析和研究，利用化工熱力學的方法對化工中物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯及推算，解決化工生產和設計中的有關實際問題[2-3]。本課程的基本概念和公式多，理論抽象，計算與公式推導較難，學生系統掌握該課程的內容比較困難， 本文從教材建設和教學實施方法上進行探討，使學生更好地掌握其基本原理和實際應用，培養高素質的化學工程與工藝專業人才。

1 根據化學工程與工藝專業培養方案要求，精選教學內容，使之具有合理性、實用性，達到理論與實踐相結合

化工熱力學的主要任務是使學生熟悉熱力學基本定律在化學工程中的應用，掌握根據熱力學原理求取化工基礎數據和化工過程中熱量與功的計算方法，培養學生應用熱力學基本原理分析解決化工領域中有關問題的初步能力。因此，在制定教學大綱和選擇教學內容時， 將熱力學知識體系分成兩部分：一是流體的P-V-T性質及計算、流體熱力學性質及應用；二是溶液理論、相平衡及應用。對于第一部分，主要介紹氣體和液體的P-V-T性質及計算、流體的熱力學性質計算。要求熟練掌握常用的流體狀態方程及應用計算，學會計算的思路、步驟和方法；掌握利用狀態方程和熱容數據計算流體的熱力學性質的方法，繪制熱力學圖表。第二部分介紹溶液活度系數模型方程以及相平衡理論及其在化工分離中的應用。要求能根據超額吉布氏自由能與活度系數的關系，結合模型方程計算混合溶液的活度系數；掌握相平衡理論在不同條件下的方程表達式及其應用，尤其是超臨界流體在分離中的應用。采用循序漸進、先易后難的方法逐步講解和學習，最后達到融會貫通。使教學內容既要具有合理性、實用性，又能夠充分反映本學科領域的最新科技成果，并與化工生產發展需要相結合。

2 加強學科間的溝通與銜接，科學組織教學

化工熱力學作為一門專業基礎課程， 是在物理化學學習的基礎上，進一步深化熱力學基本概念和理論，將重點轉移到解決工程實際問題上來的課程。因此化工熱力學具有知識的過渡性和很強的理論性、應用性。化工熱力學中涉及到的熱力學基本定律，熱力學函數如焓、熵、內能、自由焓、自由能，流體P-V-T關系的狀態方程等知識，均是物理化學中所學習過的，需要在化工熱力學中進一步深化與應用。

加強與高等數學學科的溝通，解決公式推導計算難的問題。化工熱力學中涉及到很多計算，如流體的P-V-T關系計算、熱力學性質的計算、化工過程能量分析計算、相平衡計算、化學反應平衡計算等，對高等數學知識的運用要求多且較高。應加強與相關的專業基礎課程及專業課程的橫向聯系，做到理論聯系實際。在教學過程中引導學生放開思路，加強理論知識與實踐知識的聯系，將熱力學的有關理論與這些課程的實際應用聯系起來，避免學生認為化工熱力學理論太深、不好學的現象發生。

3 引導學生對熱力學性質計算的編程求解；采用雙語教學，加強綜合知識的能力培養

化工熱力學的計算常涉及較多的公式及參數，計算量大且較復雜，通常需要進行試差、迭代來處理，因而電算在化工熱力學計算中起著不可替代的作用。在講授熱力學性質時，引入陳新志教材中的偏離函數的內容。焓、熵、吉布氏自由能的偏離函數均可以通過狀態方程推導出復雜的表達式，編寫程序，即可以得到結果。相平衡中的計算更為復雜，編程計算大有裨益。實踐發現，編程計算雖然對部分學生有一定難度，但多數學生卻表現出很大的積極性，隨著上機題的完成，計算機應用能力也得到提高。

此外，在教學中注意向學生介紹一些英文專業術語以及科技英語的表達方法，為學生查閱相關文獻打下一定基礎，并推薦原版教材（Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics，J.M. Smith）部分章節給學生閱讀，雙語講解，進一步培養學生的英文閱讀和聽說能力。

4 強化實踐環節的訓練，注重學生實踐能力及科研能力的培養

在實踐教學中，注重培養學生的動手能力，將難懂的知識與實際過程進行關聯，運用所學基本理論解決實際問題的能力，將抽象的熱力學概念和理論具體化，與生產實際聯系起來，以消除學生對熱力學的畏懼情緒，培養實際應用能力。比如我們延伸了實驗內容，在二元汽液平衡數據測定和無限稀釋溶液活度系數的測定實驗中，除測定必要的實驗數據外，還要求學生根據實驗計算回歸出Wilson和van Laar模型方程參數，再比較兩種模型與實測值的偏差大小，并分析原因，從而達到了理論與實踐的結合。另外，還組織感興趣的同學進行創新性實驗研究。隨著生命科學和分子熱力學的發展，生化模型分子（例如含N，N-二甲基甲酰胺DMF和醇的混合物）由于其在生化過程模擬中的重要意義，正引起人們越來越多的注意。為了更深入地了解這些體系的熱力學性質及分子間的作用力，組織學生采用Rose平衡釜測定常壓下二元體系（正丙醇—DMF，正丙醇－異丙醇，異丙醇—DMF）的常壓氣液相平衡數據來關聯三元體系（DMF +正丙醇+異丙醇）的性質，并通過熱力學同一性檢驗數據的可靠性。學生從查閱資料，設計實驗方案，確定原料、試劑及分析方法，到實驗操作，數據處理，并進行整理寫出研究報告。這一過程對學生是一次全面的綜合訓練，加強了理論與實踐的結合。對實驗中遇到的問題老師及時解決，鍛煉學生綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力，強化專業操作技能，同時也加深對溶液理論知識的理解，培養學生的科研創新意識。

5 適度引入多媒體教學，提高課堂教學效果

熱力學抽象、難懂，多媒體輔助教學具有形象、生動、直觀的特點，便于加深學生對問題的理解；同時大大增加了課堂信息量，提高了教學效率，還可免除教師上課時寫板書的勞累，因此多媒體輔助教學還是很有必要的。如在講解化工熱力學中混合物汽液相平衡計算，狀態方程法計算組成、溫度和壓力時，往往非常復雜而且容易出錯，迭代步驟繁多，計算費時費力。如果采用多媒體技術，可以形象生動地展示計算框圖，在程序中采用循環語句，只需要輸入初始的條件就可以很快得到結果。

但使用多媒體輔助手段也有缺點，主要是變換的畫面，雖能形象直觀地闡述豐富生動的信息，但用幻燈片顯示熱力學中公式推導顯得相當機械、呆板，與看書相差無幾，無法體現教師的靈活思路，更無法調動學生的積極性，同時也會影響師生之間的情感交流，結果是學生反映來不及記筆記，聽課時就像看電影，教學效果差，對所學內容印象不深，甚至形成了課下學生借教師課件拷貝的局面。因此，多媒體教學只是教學的輔助手段，不能成為教學的主體形式，多媒體教學優勢并不是在任何課中都能體現出來的。熱力學教學應采用多媒體與傳統板書相結合方式的教學手段，板書與多媒體的優勢才能相得益彰，提高學生學習興趣，拓寬學生思維空間，更好理解化工熱力學內容。

6 改革考核方式，注重學生靈活應用知識的能力

考試是教學過程和教學成果的檢驗，它往往成為教學過程的指揮棒，因此考試內容及方法的改革是教學改革的重要組成部分，也是教學改革的重點和難點。根據熱力學課程的教學實踐，要求學生全面閱讀書籍，在歸納整理的基礎上，使知識系統化，找出學習中存在的問題，再集中解答。由于化工熱力學的理論性強，大量模型方程難以記憶，閉卷考試要花費較多的時間和精力去記憶公式，難免疏虞理解和應用，或本末倒置，顧此失彼。因此采用了開卷考試，考試的目的在于使學生對教材體系有個全面的理解，突出重點和實用性，善于靈活應用。而且整個試卷均采用英語出題，這就加大了熱力學題的難度，有些學生對英文句子不理解或不懂得專業詞匯，導致答題南轅北轍。部分學生懷著僥幸心理，想依賴考場上翻書籍蒙混過關，但因課程知識的復雜性，突擊過關是不現實的。因此開卷考試，擴大了學生的閱讀量，注重學生融會貫通的能力。

參考文獻

[1]趙云鵬，荊濤.化工熱力學教學實踐的研究[J].長春師范學院學報:自然科學版，2006，25(4):125—126

篇4

關鍵詞：工程熱力學;雙語教學;課程體系

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0069-02

隨著我國本科教學水平的不斷提高和國際化交流與合作的廣泛開展，就業市場對本科畢業生的知識結構和外語應用能力有了新的要求，專業外語應用能力成為21世紀國際化專業人才的必備專業素養，直接影響本科畢業生的就業趨向和未來發展。[1-4]我國教育部對本科生的雙語課程教學十分重視，2001年教育部在《關于加強高等學校本科教學工作，提高教學質量的若干意見》中提出，要采用英語等外語進行公共課和專業課教學，要求各高校在三年內開設5%～10%的本科雙語課程。[5]2005年，教育部在《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中又指出：要提高雙語教學課程的質量，繼續增加雙語教學課程的數量。2007年，教育部在《關于進一步深化本科教學改革，全面提高教學質量的若干意見》中指出，要鼓勵開展雙語教學工作。教育部2004年8月開始試行的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》中，雙語教學被列為主要評估點之一。雙語教學的水平已經成為衡量高等學校辦學水平的一項重要指標。我國高校在本科生課程雙語教學的實踐過程中，近年來取得了實質性的進展，也突顯了課程體系構建不合理、重點內容設置不當、教材建設相對滯后、雙語教學師資不足、雙語學習氛圍較差、課程考核評價方法有待改革等問題。為了使“工程熱力學”在校級精品課程的基礎上進行雙語教學，需要對“工程熱力學”雙語教學的課程體系進行合理構建和重點內容進行設置，以期把該課程建設成為高質量的雙語教學課程，為提高本科畢業生的整體質量和英語應用能力奠定良好的基礎，以適應國家化人才市場的需要。

一、“工程熱力學”雙語教學的課程體系構建與實施

“工程熱力學”作為能源、環境、機械、化工等大類工科專業的專業基礎課，兼有理論性、實踐性和工程性，它起到承上啟下、從基礎課程到專業課程的橋梁作用，是本科生專業課程體系中不可或缺的骨干專業基礎課，在上述專業本科生的培養過程中具有重要的核心地位。“工程熱力學”課程內容具有概念多、基本理論抽象、富含哲學思維和理念、工程應用領域廣泛等特點，要實現該課程的高質量雙語教學就要對該課程體系進行合理構建，為保證教學效果奠定良好的基礎。該課程經過多年的建設、教學改革和教學經驗的積累，已成為校級精品課程，在教師團隊建設、師資英語水平、多媒體課件及相關網絡資源、課堂教學方法及課程評價方法等方面均具有良好的條件，為“工程熱力學”雙語教學課程體系的合理構建做了較為充分的準備。“工程熱力學”課程教學團隊認真研究了國內高校開設雙語課程的案例，確定了“工程熱力學”雙語教學課程體系主要由教學模式、教學團隊、教學內容（如課程大綱、授課計劃）、多媒體課件、課堂教學實施、多層次啟發式教學方法、網絡資源、課程成績評價方法等內容組成，認為教學模式、教學團隊和教學團隊是保證“工程熱力學”雙語教學質量的關鍵因素。

雙語教學模式對課程體系的構建起到關鍵性影響，首先要確定雙語教學模式。近年來我國高校開展的雙語教學模式主要可概括為全外語型、混合型和部分外語型三種。

（1）全外語型。采用外文教材，直接用外文授課。這種模式要求師生均應具有較高的外語水平。

（2）混合型。采用外文教材，混合外文與漢語授課。與全外語型相比，學生較易掌握課程內容，適合學生接觸雙語教學的初級階段，也適合多數任課教師的外語水平。

（3）部分外語型。采用外文教材，用漢語講授。這種模式適合外語知識和接受能力較弱的生源。結合“工程熱力學”課程多年的教學實踐，結合現有的師資英語水平和學生的實際英語水平，建議對“工程熱力學”采用混合型雙語教學模式。

教學團隊是實施“工程熱力學”課程體系的人力資源保證，教學團隊的建設是關鍵。經過多年的建設，“工程熱力學”課程已形成了年齡結構、學歷層次、學緣結構等較為合理的教學團隊。老教師具有豐富的教學經驗，青年教師具有較高的英語應用水平，為“工程熱力學”雙語教學的實施提供了良好的師資力量。

教學內容是一門課程知識面寬窄、程度深淺、系統性完善度的體現，也是體現課程整體質量的重要組成部分。“工程熱力學”在建成校級精品課程的過程中，在教學大綱、教學計劃、課程的重點和難點、多媒體課件制作和網絡資源建設等方面積累了豐富的素材與資源，為“工程熱力學”雙語教學的教學內容規劃與設置奠定了扎實的基礎。

在上述條件下，“工程熱力學”課程教學團隊經過認真調查研究，并結合現有的師資條件、課程教學資源、學生的實際英語水平構建了“工程熱力學”雙語教學的“三段一改”課程教學方法，“三段”即課前階段、課堂教學階段、課后檢驗階段;“一改”即改革課程考核和評價方法。現就“三段一改”課程教學方法的實施構想簡要介紹如下：

（1）課前階段。課前階段所做的工作重點是確定雙語教學模式、選定中文教材和外文教材、編制中英文教學大綱和授課計劃、確定課程的主要知識點和重點與難點內容、制作多媒體課件、建立習題與思考題庫，并將教學大綱、授課計劃、多媒體課件和習題與思考題庫在學校的畢博網絡平臺開放，供學生結合各自的時間、興趣和特點進行課前預習與課后復習。教師在課堂講授前預習要求，以保證學生的預習效果。

（2）課堂教學階段。課堂教學階段是將課程內容傳授給學生。授課語言采用中文和英文，英文講授不低于50%。教學方法采用啟發式、討論式、課堂提問等方式激發學生的學習興趣。多媒體課件分別有中文和英文版本，課程的重點內容有中英文對照。課堂教學針對不同英語水平的學生分為三個不同層次，即最高層次、平均層次和低層次。最高層次要求學生以英文教材和英文多媒體課件為主，作業用英文完成;平均層次要求學生以中文教材和英文多媒體課件為主，英文教材為輔，對課程的主要內容能用英文和中文同時掌握，作業以中文為主;低層次要求學生以中文教材和中文多媒體為主，英文教材和英文多媒體為輔，對課程的重點內容能用英文理解和掌握，作業可全部用中文完成。課堂教學的目標是以平均層次為主要教學對象，逐步積累經驗后過渡到以高層次為主。

（3）課后檢驗階段。課后檢驗階段主要包括課程作業批改、網上答疑和討論、課程實驗等環節，不僅可以檢驗課堂教學效果，鞏固課堂講授的知識，還可以檢驗學生對知識點的掌握情況，積極征求學生對本課程教學的意見，及時發現教學過程中出現的問題，改進教學方法，提高教學質量。

（4）改革課程考核和評價方法。雙語教學的課程考核和評價方法應考慮到雙語教學的特點，把英語的應用能力作為課程成績的重要組成部分，把學生的英語作業、課堂英語提問和交流納入課程平時成績，并加大平時成績的權重，以引起學生對英語應用能力的重視，激發用英語思考和學習的主動性，保證雙語教學質量。

因此，合理構建雙語教學的課程體系，由任課教師在課堂教學中分層次加以有效實施，并提高學生的自主性和積極性，可確保雙語教學取得較好的教學效果。

二、“工程熱力學”雙語教學重點內容的設置與教學要求

“工程熱力學”雙語教學重點內容的合理設置是保證“工程熱力學”雙語教學質量的重要組成部分，重點內容的設置應該基本與中文教學的內容相同，同時應吸納經典英文教材中的新概念和工程應用，與國際先進水平接軌，滿足人才市場的國際化要求。“工程熱力學”的內容可分為基本概念和理論、工程應用、常用圖表三大部分。結合該課程教學團隊多年教學經驗的積累，建議將如下內容作為“工程熱力學”雙語教學的重點內容：

在基本概念和理論方面，主要包括：熱力系如閉口系、開口系、絕熱系、孤立系;狀態參數如壓力、溫度、比容、內能、焓、熵、火用;熱力過程如可逆過程、準靜態過程、不可逆過程;熱力循環如正循環、逆循環;不可逆因素如溫差傳熱、摩擦耗功、自由膨脹;熱力學基本定律如熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三定律;不同形式的實際氣體方程;熱效率、制冷系數、火用的概念、常見形式能量的火用、火用效率、火用損失、生成焓、理論燃燒溫度、平衡常數、相對濕度、含濕量、干球溫度、濕球溫度、露點溫度、馬赫數;卡諾定理、孤立系統熵增原理、克勞修斯不等式;卡諾循環熱效率，一般熱效率表達式等。[6， 7]

在工程應用方面，主要包括：實際應用案例，氣體動力循環如狄塞爾循環、奧托循環;制冷循環如空氣壓縮制冷循環、蒸汽壓縮制冷循環、噴射式制冷循環、吸收式制冷循環;蒸汽動力循環如郎肯循環、再熱循環、回熱循環;燃氣-蒸汽聯合循環;燃料電池;燃料電池-燃氣-蒸汽聯合循環等;濕空氣的加熱、冷卻與干燥等。

在常用圖表方面，主要包括：水蒸氣表、水蒸氣焓-熵圖、常用制冷工質的熱物性圖表、濕空氣的焓-含濕量圖等。

上述內容是不同層次學生必須掌握的“工程熱力學”課程內容基本知識點，對不同層次的學生，主要體現在英語應用能力的要求不同。最高層次同學能夠熟練閱讀英文原版教材和相關的英文資料，能在課堂上用英語與老師和同學進行流利口頭交流，在課后能用英語完成作業，熟練地應用英文多媒體課件進行課后復習;平均層次同學能讀懂上述內容相關的英文原版教材內容的相關內容，能用英語在課堂上與老師和同學進行交流，能用英語寫作部分作業題，能用英文多媒體課件進行課后復習;對低層次同學，能基本看懂英文原版教材中上述相關課程內容，基本能用英語在課堂上與老師和同學進行溝通，掌握上述課程內容的英文詞匯和表達方法，能看懂英文多媒體課件中的上述課程內容。在雙語教學中要強調學科的專業性，絕不能把雙語教學變成專業外語教學。

三、結論

合理構建“工程熱力學”雙語教學課程體系和設置課程內容知識點，采用“三段一改”的教學方法，改革課程考核與評價方法，對不同層次的學生提出不同的英語應用能力要求，把學科內容作為課程教學的重點，并在實際教學過程中不斷總結經驗，改革教學方法，有望使“工程熱力學”雙語教學的教學質量不斷得到提高，把“工程熱力學”建成高水平的雙語教學示范課程。

參考文獻：

[1]龍國智.我國高校雙語教學的現狀評析[J].改革與開放，2011，

（4）：173-174.

[2]馬劍敏，施軍瓊，胡倩如.生物化學雙語教學在我校的實踐與思考[J].科技信息，2008，（26）：590-591.

[3]欒曉明，姜，馬惠珠.工科專業課程雙語教學模式初探與實踐[J].高教探索，2007，（6）：169-172，190.

[4]曲燕.推進專業課雙語教學的建設和設想[J].化工高等教育，

2010，（1）：84-86.

[5]胡煒，蔣.高校雙語教學實踐初探[J].改革與開放，2010，（18）：

172-173.

篇5

關鍵詞：Aspen；化工熱力學教學；p-V-T關系；狀態方程

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0214-03

一、引言

化工熱力學是化學工程的基礎學科，是化學工程與工藝專業的必修課程，在化學工程的教學過程中占有極其重要的地位。

學習化工熱力學課程的目的是為了解決實際問題，物性數據的計算是本課程的重要內容，因為過程工程的研究、設計、操作與優化中都離不開物性數據。例如，為蒸餾、萃取、結晶等分離過程提供基礎數據；從容易測量的性質推算難測量的性質；從溫和條件的物性數據推算航天發射、深潛高壓等苛刻條件下所需的物性數據等等。

化工熱力學的研究對象更接近實際過程，實際過程所涉及的系統如此復雜，溫度、壓力范圍如此寬廣，化學工程師們不能再依靠簡單的理想氣體或理想溶液模型來計算物性了，而是需要適用范圍更廣、準確性更好、復雜性更高的模型，如PR等狀態方程，借助商業化的化工流程模擬軟件Aspen來促進化工熱力學教學是一個很好的選擇，對促進學生掌握概念，強化基礎，提高應用能力具有重要作用。同時對后續的化工設計、化工計算等課程的教學十分有益。化工熱力學教學中引入Aspen具有如下優點：

1.Aspen軟件中物性計算原理與本課程熱力學性質的計算原理是一致的，用該軟件輔助熱力學教學，能提高教學效率，簡化計算過程，激發學生的學習興趣。另一方面，也能使學生掌握Aspen軟件物性計算原理的內核，了解更多的基礎數據來源，提高應用能力，真正掌握“核心技術”，不至于再像從前那樣，只知計算結果，不知計算原理，不明所用的模型，不能分析結果。

2.國內許多高校的后續課程，如化工設計、化工計算等教學中也開始采用Aspen輔助教學，化工熱力學作為這些課程的基礎，采用Aspen進行熱力學性質計算，無疑會使得后續課程的基礎更加扎實。

用Aspen軟件指導化工熱力學的教學過程，在發達國家也受到高度重視，如Sandler等也出版了相關的教學指導材料[1]。但國內的化工熱力學教學與國外教學有相當的差異性，如，國內的教學課時數較少，教材內容更緊湊，因此，引入化學物性計算軟件來提高教學效率更加重要。

在之前的文章中已經就Aspen軟件輔助[2，3]化工熱力學教學進行簡單探索，但存在和課本知識與課堂教學不能較好匹配的問題，因此我們將基于Aspen軟件，結合化工熱力學課程教學，演示完成化工熱力學性質計算過程，包括典型的流體性質，如p-V-T性質、焓、熵、熱容、逸度、相平衡、穩定流動及循環過程的模擬計算等，能較全面地輔助化工熱力學為教學過程，是展示化學熱力學在相關過程中的應用，提升教學效果的一種嘗試。

本文用PR方程完成流體p-V-T性質計算。

二、流體p-V-T性質計算的原理

狀態方程是物質p-V-T關系的解析式。以經典的立方型狀態方程PR方程[4]為例，該方程描述為

其中，ai與bi是混合物中純組分I的模型參數，kij是二元相互作用參數[5]，其數值一般從混合物的實驗數據擬合得到，也可以通過從混合物的第二virial系數的數據來決定。

計算由Aspen自帶的數據庫就能提供相關的臨界參數等物性數據，以完成物性的推算。

三、流體的p-V-T性質計算

本文采用《化工熱力學》[6]中的兩個實例，對Aspen計算過程進行簡要說明。

實例一選自《化工熱力學》例題2-3，用PR方程計算異丁烷在380K的飽和氣、液相摩爾體積。利用Aspen計算過程如下：

1.啟動Aspen Plus User Interface，選擇Run type為Property analysis。

2.在Components>Specifications>Selection下設定組分為異丁烷。

3.在Property>Specifications>Global>Base method下選擇狀態方程為PENG-ROB。

4.在Property>Prop-Sets下新建一個物性集“PS-1”，在Property>Prop-Sets>PS-1>Properties下設定物性參數V，在Property>Prop-Sets>PS-1>Qualifiers設定Phase為Liquid和Vapor。

5.在Property>Analysis下新建一個物性分析“PT-1”，Select Type選擇GENERIC。

6.在Property>Analysis>PT-1>System下選擇Point（s） without flash，輸入異丁烷的摩爾流量為1kmol/hr。

7.在Property>Analysis>PT-1>Variable下輸入溫度為380K，在Adjusted variables下選擇Variable為Pressure，隨后點擊Range/List，輸入壓力值為22.5bar。

8.在Property>Analysis>PT-1>Tabulate下選擇第5步建立的物性集PS-1。

9.點擊NEXT，計算完畢，在Results查看結果。

將實例一的計算結果與教材結果對比，整理后如下表所示：

由此可見，Aspen計算結果與實驗值相差較小，在誤差允許范圍內。因此可認為計算結果可靠。

實例二選自《化工熱力學》例2-4，用PR方程計算由R12（CCl2F2）和R22（CHClF2）等物質的量的混合氣體在400K和1MPa，2MPa，3MPa，4MPa，5MPa時的摩爾體積。并假定二元交互參數kij為0。

該例在Aspen中的操作上與實例一基本一致，具體過程如圖1所示：

將實例二的計算結果與教材結果對比，整理后如下表所示：

由此可見，Aspen計算結果與教材值相差較小，在誤差允許范圍內。因此可認為計算結果可靠。

四、討論

在用Aspen計算上述兩個實例時，需要注意以下幾點：

1.在進行計算前，應先了解溫度、壓力等基本單位。在Setup>Specifications>Global下，可以設定輸入以及輸出的單位，在本例中，選用了SI-CABR單位集，默認溫度單位為℃，壓力單位為bar。

2.在實例二的計算中，題目中已假定兩物質的二元交互參數kij為0，因此在選好狀態方程后，可以在Property>Parameters>Binary Interaction>PRKBV-1中，查看各組分的二元交互參數，在Aspen中，PR方程中的kij由三個參數進行描述，即，可以看到在Aspen中R12與R22的這三個參數的默認值均為0，符合計算要求。而在實際生產中，可通過利用實驗數據得到回歸值，在相關位置進行修改后，使得計算值更貼近實際值。

3.實際過程測定混合物性質需要花費大量人力、物力和時間，但用Aspen軟件和化工熱力學原理，推算混合物的性質具有準確、高效的特點。

五、結論

利用Aspen軟件進行流體p-V-T性質計算，操作步驟簡單易行，計算結果比較準確。可以使學生對求體積根、混合法則的應用等方面有更深的理解，有利于教學過程。同時，進一步掌握了Aspen軟件的內核，還可以實現利用Aspen完成物性數據的計算，將化工過程的基礎計算、流程模擬統一起來，利用一個專業軟件解決多個課程的問題，增加將來在工作中應用物性推算解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]Sandler S I. Using Aspen Plus in Thermodynamics Instruction：A Step-by-Step Guide [M].New Jersey：John Wiley & Sons，Inc，2015.

[2]陳新志，趙倩，錢超.基于Aspen-Plus的化工熱力學教學（Ⅰ）均相性質計算[J].化工高等教育，2011，（05）：75-79.

[3]陳新志，趙倩，錢超.基于Aspen-Plus的化工熱力學教學（Ⅱ）純物質飽和性質計算[J].化工高等教育，2011，28（06）：58-60.

[4]Peng D Y，Robinson D B. A New Two-Constant Equation of State[J]. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals，1976，15（1）：59-64.

篇6

關鍵詞：化工熱力學 化學工程與工藝 學習興趣

化工熱力學是一門理論性和邏輯性很強的課程，在學習過程中概念多而抽象，并且非常容易混淆，公式繁多并且推導復雜。這些特點使得學生缺乏必要的學習興趣，造成化工熱力學課程的教學效果普遍欠佳。學生形容其是“一大堆的基本概念，沒完沒了的公式，無窮無盡的計算，是一門“含含（焓）糊糊傷（熵）腦筋”的課程。因此，如何提高學生學習化工熱力學的興趣，使學生能夠掌握基本的熱力學原理，能夠從熱力學的觀點出發解決日常生活和化工過程中的實際問題，培養他們理論聯系實際的能力，是本課程必須首先解決的問題。為此我們進行了一些有益的嘗試。從教材選擇、調整教學內容、改進教學方法、運用生活實例等方面進行了探索，旨在提高學生學習興趣，從而加深學生對化工熱力學基本原理的掌握與應用能力，收到了較好的效果。

一、選用合適各高校學生特點的教材

目前，化工熱力學教材版本較多，有浙江大學朱自強等編著的，有清華大學高光華等編著的，有天津大學馬沛生編著的等。每套教材都涵蓋了化工熱力學的基本教學內容，但又有各自的特點。在教材的選用方面，必須結合高校化學工程與工藝學生的整體素質水平，綜合考慮，不宜盲目照搬。如馮新等主編的化工熱力學教材，在編寫時，始終堅持“從生活中來，到生產中去”的主旨。教材編寫內容始終圍繞“為什么要學――學什么――如何學――如何用”展開。在近三年采用馮新等編著的新版教材后，武漢工程大學化學工程與工藝專業學生對化工熱力學的學習熱情明顯提高，在教學反饋中，多數學生認為該教材緊密結合生活與化工生產實際，如“液化氣成分的選擇”、“以壓縮天然氣為燃料的出租車的里程問題”以及“低溫熱管降服青藏鐵路凍土‘多動癥’”、“化工熱力學與遏制全球變暖的關系”等科學前沿成果。使他們對日常生活中熱力學問題有了進一步的了解，培養了在日常生活中對一些科學問題的分析與思考能力。

二、重視緒論教學，激發學生的學習熱情

在一些課程教學中，緒論部分往往是易被教師忽略的章節。但我們在教學實踐中發現，一個好的緒論就是一盞指路的明燈，學生對一門課程的興趣程度，與緒論講述的好壞，有非常直接的關系。緒論教學不僅可以讓學生詳細了解化工力學課程的歷史發展、學科脈絡和學科意義，更重要的是它能適時地激發起學生的學習興趣，讓學生從總體上初步把握課程的內容和特點，為整個課程開個好頭。我們在教學中，一般會用4節的時間，先入為主，首選向學生提出一些日常生活中常見的熱力學問題與現象，如為什么會有高原反應，為什么鐵會生銹，而生成的鐵銹不會自動變成鐵，為什么化工廠要用這么多的換熱器，核電站究竟怎么發電，與普通火電站有什么異同點？通過一系列的提問，使學生產生聯想，進而引導學生用熱力學的嚴密思維去思考生活中遇到的一切問題。同時結合我校學生剛經過化工廠生產實習的特點，引導學生思考在化工生廠過程中用到哪些經典的熱力學知識，工廠是如何節能降耗的，將重點轉移到更接近實際的系統上。通過4個學時的緒論教學，課后總有很多學生圍著老師表達想法和看法，表現出對化工熱力學學習的極大熱情。

三、多應用聯系生活和生產實際的實例教學，生動教學內容

枯燥的理論知識永遠也吸引不了學生的學習熱情，讓熱力學的知識從生活實踐中來，反過來再指導我們的生產實踐，才能提高學生對該課程的興趣。生動的實例是提高學生學習熱情的良藥。考慮到學生對生產沒有感性認識，課程教學應盡可能用從生活中來到生產中去的實例，并精心設計。如在流體的p-V-T關系一章的教學中，以p-V-T行為與液化氣成分選擇的關系為例，先問學生液化氣的選擇問題。通過引導學生對一系列烷烴p-V-T圖的利用，來解釋為什么天然氣有這么多的優點，但沒有作為瓶裝液化氣的原因，而瓶裝液化氣只能選擇丙烷和正丁烷。另一個例子是汽車用壓縮天然氣的問題。作者鼓勵學生對武漢市正在運行的出租車司機進行用氣經濟情況調查，由于多數司機憑經驗知道加同樣的氣，冬天用氣比夏天經濟，但不知道其究竟是什么原因，通過學生自己向司機的調查與說明，極大地提高了學生的自豪感，深深覺得自己的所學在生活中有用武之地，從而提高了學習的熱情。

四、將現代化教學手段與傳統板書有機結合，豐富課堂氣氛

多媒體教學具有信息量豐富、圖表顯示方便、鏈接轉移自由等優點。但對于化工熱力學課程，從歷年教學經驗和學生反饋的意見看，完全采用多媒體進行教學，并不是最佳選擇。化工熱力學教學中大量的公式及推導，大量的熱力學圖表的集中展示，會使學生大腦高度緊張，而長時間地觀看屏幕，也易使學生產生視覺疲勞，跟不上老師的思路，造成學習興趣下降，反而有損教學的實際效果。

近幾年來的實踐表明，采用多媒體教學和傳統板書教學有機結合的方式，更符合化工熱力學課程的特點，有利于學生的互動，更有利于提高教學質量。通過板書，將相關公式與理論推演一步步詳細列在黑板上，與多媒體相比更利于學生集中精力，跟隨教師的思路進行思考和記錄。此外，利用校園網，開設BBS論壇，對課堂教學平臺進行延伸，方便學生不受時間和空間限制地進行討論和提問，也極大地提升了學生的學習熱情。

盡管化工熱力學的許多內容是枯燥和抽象的，但在長期的教學實踐和反思中，我們通過對教材的選擇、教材內容的優化、教學方式改革，提高了學生對于化工熱力學學習的興趣和積極性，培養了應用化工熱力學的理論和觀點解決化工過程實際問題的初步能力。以后，我們會進一步探索課程改革的方法，為培養寬口徑、厚基礎、復合型的化工高級人才而努力。

參考文獻：

[1]馮新，陸小華.以學生為本的化工熱力學課程教學改革[J].化工高等教育，2006，（4）.

[2]朱自強，徐汛.化工熱力學[M].北京：化學工業出版社，1991.

[3]高光華，童景山.化工熱力學[M].北京：清華大學出版社，2007.

[4]馬沛生.化工熱力學[M].北京：化學工業出版社，2005.

篇7

關鍵詞:農林高校;熱工基礎及流體力學;課程教學;實踐創新

當前，在“綠色發展理念”深入人心的時代背景下，農林類高校迎來了很好的歷史發展機遇;同時社會和企業對農林類專業人才的需求更加重視質量，對人才的知識深度、廣度和對專業基礎課、專業特色課核心知識的實踐運用能力，均提出了更高要求。提高機械設計制造及其自動化專業學生林業裝備系統總體及其子系統技術的掌握程度，拓展學生在林業裝備系統上運用專業基礎課、專業特色課中核心知識的科研能力，是農林類高教工作者面臨的共同課題［4］。

1課程教學剖析

1．1課程內容

“熱工基礎及流體力學”這門課程是機械設計制造及其自動化專業的一門綜合性專業基礎課，是后續液壓與氣體傳動、泵與風機、林業機械等專業及特色專業課的重要基礎。課程目標包括:掌握工質的熱力學性質、熱力學第一定律、第二定律、熱工轉換的規律和理想氣體的熱力學過程，學會基本的理論分析與計算方法;通過對熱量傳遞的三種基本方式、導熱基本理論、對流換熱基本規律、黑體輻射基本定律等內容的學習，使學生具備對基本的傳熱學問題進行分析和總結的能力;掌握流體的主要物理性質和流體靜力學的基本理論知識，學會流體上的作用力分析，能夠推導流體動力學方程的連續性方程和伯努利方程，針對黏性流體，能對管內流動狀態進行判斷;能夠對“傳熱學”“工程流體力學”的實驗結果進行分析和解釋，通過實驗數據綜合分析工程中的現象及問題，并得到合理有效的結論。總體來看，本課程講授內容包括工程熱力學、傳熱學以及工程流體力學三大板塊的內容，是在高等數學、大學物理、理論力學、材料力學的基礎上進行深化學習，拓展到實際的工程問題，所以本課程不僅理論性強，而且工程應用性也很強;與機械設計制造及其自動化專業其他課程相比，該課程涵蓋了本應三門獨立開設的課程內容，知識難點聚集、微積分公式眾多、三大知識板塊思維跨度大、學生融會貫通掌握難。但是，學生對課程內容的掌握程度直接影響后續專業特色課程的學習情況。

1．2教學思路

目前，本課程總學時為48學時，理論授課42學時，實驗授課6學時。三大板塊的教學內容多，理論授課課時較少，矛盾突出:(1)學生由固體學科切換到流體學科的學習需要較長適應期;(2)課程中較多章節內容抽象，且涉及大量公式推導及專業的概念鋪墊，加之為了跟上教學進度教學內容更新較快，學生普遍反映課程難度較大;(3)教學內容和后續專業及特色專業課內容銜接性不夠緊密;(4)從內容的充實性和課程的結構上來看，“熱工基礎及流體力學”這門課程的教學內容已經滿足要求，但是對接林業機械領域最新技術，強化學生創新思維方面，當前的課程建構仍無能為力;(5)由于本課程的學習不涉及具體的機械裝備系統，使得同學們對本課程在專業中的地位認知不足，學習積極性欠佳，這些現狀使得提升教學效果難度較大。針對上述課程特點及教學現狀，結合農林類高校“機械設計制造及其自動化”專業的實際情況，制定了如下教學思路:(1)授課時，使學生從機電系統、固體力學等學科的思維中切換出來，將空間觀測法跟同學們探討透徹，基于空間觀測法開展“熱工基礎及流體力學”的課程教學。(2)在教學大綱中刪除過于抽象、應用面較窄的教學內容，深入講解與后續“液壓與氣體傳動”“泵與風機”“林業機械”等課程關聯度較深的內容，為專業及特色專業課的學習做好扎實鋪墊。(3)結合在林業機械領域與“熱工基礎及流體力學”緊密關聯的科研經歷，探索寓教學于科研、科研反哺教學的授課模式，強化同學們對“熱工基礎及流體力學”在“機械設計制造及其自動化”專業里占有重要地位的基礎認知，顯著提升同門們自愿學習、自主學習的熱情。(4)注重思維方式、終身學習意識的培養。教學過程中注重切入問題角度的講解，使得同學們在明白問題的同時更養成學習思考問題方法的習慣;從固體學科到流體學科是一個較大的跨越，在跨越的過程中，使同學們樹立終身學習意識，為以后培養同學們提出、解決林業機械領域學科前沿性、熱點性問題的能力打下堅實基礎。

2課程構建探討

在“碳達峰、碳中和”的硬性發展要求及“綠水青山就是金山銀山”的發展理念加速推進的浪潮之下，農林高校“機械設計制造及其自動化”專業的畢業生在高等教育系統中的地位不斷提升，所以基礎專業課程構建更需獲得與之地位匹配的重視。一方面，基礎專業課課程構建要體現基礎知識的深度和廣度;另一方面，內容要很好銜接并服務于核心專業課、特色專業課，為學生后期畢業設計、研究生科研深造做好鋪墊。

2．1課程內容深度銜接核心專業課

“林業機械”是南京林業大學“機械設計制造及其自動化”專業的核心專業課，內容涵蓋林業動力、整地、清理、苗圃、造林、撫育、保護、防火、采伐、采摘、智能化等機械。其中，和“熱工基礎及流體力學”專業基礎課相關的包括動力、清理、保護、采摘等板塊。林業動力機械(包括泵、風機)涉及“工程熱力學”中熱能和機械能之間的轉化問題，同時也涉及“工程流體力學中”可壓縮混合氣體壓強、溫度變化和裝置的動力匹配問題;林業清理機械涉及“工程流體力學中”不可壓液態水在管道內部的流動，在霧化器內的流態分布、出口后霧化粒徑分布等復雜多相流問題，如圖1所示;林業保護機械中噴霧射程、噴霧穿透涉及“工程流體力學中”可壓縮流體空氣的外部流動及耦合風場、霧滴的多相流動問題，如圖2所示;林業采摘機械中，基于負壓的采摘系統涉及可壓縮流體空氣的管內流動問題。從銜接核心專業課的角度來看，一方面，農林類高校“熱工基礎及流體力學”這門專業基礎課程應該深耕“工程熱力學”和“工程流體力學”，而“工程流體力學”應該是重點中的重點;另一方面，也好兼顧課程內容的完整性，“傳熱學”也要適度調整。

2．2匹配三大板塊關系，優化課程結構

建議協調、平衡三大板塊的課時占比，同時明晰課程內容的內在邏輯關系，在此基礎上進一步優化課程結構。在“工程熱力學”(熱能的間接應用)板塊中，我們將實現熱力學能向機械能轉化的媒介稱之為“工質”，媒介一般是“單一氣體”或者“混合氣體”，熱力學第一定律、熱力學第二定律、工質熱力學性質及理想氣體的熱力過程等課程內容和專業核心課程林業機械吻合度較好。“工程流體力學”中，對流體的終結性定義是“抓不起來的物體”，一般性的定義是“氣體和液體”的總稱，但課程內容中流體基本概念的鋪墊、流體靜力學、流體運動學、流體動力學及黏性流體等課程內容都是基于不可壓的液體，同為流體，但氣體和液體的性質及研究重點相差甚遠，“氣體”這種流體相關課程內容的缺失為后續專業核心課程的學習帶來很大知識結構缺陷。“傳熱學”(熱能的直接應用)中，對導熱、對流傳熱(混合傳熱，主要是流體和固體之間)、輻射傳熱的基本原理、工程應用等課程內容做了比較詳細的講解，但是后續專業核心課程對傳熱學中的知識需求很少，僅僅在脈動燃燒技術這一研究領域有所涉及。總體來看，不管是“工程熱力學”中的“工質”，還是“工程流體力學”中的“氣體”，再或者“對流換熱”中的“流體”，其中“氣體”是課程的“最大公約數”，也是和林業機械這一專業核心課程相關的“最大公約數”。鑒于此，“工程熱力學”教學內容總體上可以維持不變，部分章節可以簡化，不重要的知識點減少不必要的推導，側重理論、公式概念的理解和應用，這樣可省出一部分課時。總課時不變的情況下可以合理縮減“傳熱學”的課時，對輻射傳熱只做一般性介紹;考慮到相似原理在流體力學的試驗研究中也有重要應用，可以在這里對相似準則進行深入講解，省出較多課時。將“工程流體力學”放在最突出的位置，省出來的課時分配給這一部分;增加可壓縮流體“漩渦勢流理論”“相似理論中的量綱分析法”、包括氣體動力學中“擾動在外空間流場中的傳播”及“管內氣體的流動”等內容，以匹配林業機械核心專業課。

2．3樹立自主學習、終身學習意識

目前，流體力學板塊中關于可壓縮流體的課程內容匱乏，教學中會鼓勵同學們在MOOC上尋找優秀資源進行線上學習，使同學們樹立自主學習意識。通過工程流體力學板塊，我們在體力學的范疇內將研究運動的方法由拉格朗日法提升到歐拉法，這是一個顯著的改變，也是重要的進步，通過這一步，有助于培養同學們的終身學習意識。

結語

篇8

關鍵詞：研究型教學高等工程熱力學課程實踐

如何激勵研究生的創新意識，鍛煉和培養研究生的創新和研究能力，是研究生教育改革的重要課題之一。當前，傳統的接受式教學模式面臨巨大的挑戰，這種教學方式的特點是：教師在講臺上講授，學生在臺下做筆記，學生被動地接受知識，這種傳統的單向灌輸式教學方式，無法調動學生學習的積極性和主動性，學生往往在沒有壓力的狀態中學習，教學效果不佳。本科生相比，研究生身心已較為成熟，思維活躍、求知欲望和實踐意向都較為強烈，若還是采用傳統的灌輸式教學，注重結論和公式的推導，而這些結論和公式到底有何作用，學生常常并不清楚，學習積極性不高，教學效果事倍功半。學生缺乏研究創新，不能很好地解決實際問題，是傳統教學模式最大弊端，有的研究生在進入論文階段后不清楚科研論文如何寫作，對科學問題的敏感性不強，將文獻的閱讀變成簡單的課程學習，科研能力、創新能力都不強，專業課程內容呈老化，教學特點日益淡化，甚至浪費了課程學習階段，因此，有必要對研究生的課程，尤其是專業課程的教學方法和教學理念進行改革，引進國內外先進的教學方法和教學理論，提高研究生的科研能力和創新能力。

研究性教學模式是在綜合美國布魯納的“發現學習模式”和瑞士皮亞杰的“認知發展學說”基礎上構建的教學模式，主要強調它在與工程實踐結合較緊密的專業課程中的應用，是一種培養創造性人才的新途徑。因為學生學習的過程與科學家的研究過程在本質上是一致的，因此學生應像“科學家”一樣，以主人公的身份去發現問題、分析問題、解決問題，并在探究過程中獲取知識、發展技能、培養能力，特別是培養創新能力，發展自己的個性。研究性教學將科學研究的思想和過程融入課堂教學中，鼓勵和帶領學生從課本固有知識框架中走出來，勇敢且智慧地去發現未知，幫助學生形成自己對某一事物的分析路徑和獨特觀點。

《高等工程熱力學》是動力機械、制冷與低溫工程、工程熱物理、化工等與能源相關專業研究生的重點基礎課程，其理論對高效利用能源、節約能源以及開發新能源有重要的指導意義。其主要教學內容包括熱力學理論基礎、流體工質的熱力性質計算、多組分系統熱力學和相平衡、管內氣體流動熱力學。其教學目的是讓學生更深刻地理解熱力學三大定律，以及用熱力學知識去解決問題的方法。從以往的教學情況看，學生普遍反映理論較難理解，課程實用性不強，學習興趣不高。針對這種情況，筆者結合研究型教學的特點進行以下方面的嘗試。

一、改變教學手段，傳統教學模式和課堂討論式教學相結合

《高等工程熱力學》是本學院研究生的專業基礎課程，一些必要的理論和方法需要通過傳統教學模式教授給學生。在講授過程中，針對以往學生提出的實用性不強的問題，在講解某一理論的時候，更側重該理論及方法的應用背景，讓學生在結合使用背景去理解理論知識，達到事半功倍的效果。課堂討論則是研究型教學的一種方法，研究導向的教學模式側重于營造情境，提出問題，引導學生獨立思考，形成自己的觀點，而不在于給學生提供權威性的標準答案。在進行傳統教學的一個階段結束之后，進行一堂課堂討論，一方面，有利于加深學生對所學知識的理解；另一方面，也可以提高學生對問題獨立思考的能力。但組織課堂討論，要注重討論內容的選擇，過難或過于抽象的問題會使學生喪失興趣和信心，導致冷場。在課堂討論過程中，教師要始終把握討論的重點和方向，不致偏題，對于學生提出的觀點，教師要給予適當的點評和鼓勵，指出其不足，并引導討論逐步深入進行。同時為了避免同學在課堂上提出的問題比較空洞、缺乏一定的論據，在課堂討論的前二周時間會給學生布置下去題目，讓學生在課下進行查閱資料并歸納總結，最終在課堂上提出自己有理有據的論點。

同時筆者鼓勵學生自由思考、標新立異，引導學生在已有的學習和生活經驗基礎之上形成假說。比如，在進行“準平衡過程和可逆過程”這兩個基本概念的課堂討論中，有很多同學提出了對這兩個概念自己的理解，對原有的概念提出了質疑。同時通過課堂討論，大家也更深刻地理解了在經典熱力學中為什么要引入這兩個概念。

二、完善課程內容，追蹤研究領域的最新進展

學生要完成研究型的學習，單靠一本教材是不可能完成的。所以筆者在教學的過程中，針對某一部分教學內容，筆者經常是結合著國內外最新的研究文獻或者碩博論文進行講解，同時附上參考文獻。在整個課程的講解過程中，筆者共引用了10余本書，并對其進行簡短評價，學生可以根據自己的興趣和研究方向，有重點地對這些參考書和文獻進行深入的研究。研究生階段學生對研究領域內的所有未知充滿好奇，通過對本領域最新進展的學習，可培養學生創造性思維的意識。科研工作如果缺少創新性，則研究的價值就不能體現出來。因此筆者在授課過程中，一方面介紹當前研究的熱點問題，比如說開發環保型工質的問題、先進聯合循環的問題、不可逆熱力學中有限時間熱力學的問題等。同時還給學生介紹本專業的一些高水平期刊，比如說《Progress in Energy and Combustion Science》、《Microscale Thermophysical Engineering》等。讓學生追蹤本學科領域的最新研究進展，開拓自己的思路和視野。

三、改變評價體系，考核形式多樣化

過去的考試體系往往是一卷訂終身的形式，教學圍繞考試轉。最終考核的不是學生的綜合能力，而是學生的記憶能力。因此筆者和課程組其他人員討論，擬定采取“小組作業”和“個人作業”相結合的考核方式。小組作業一般由6～8人分工完成。在學期初期就將學生分組，每個小組的題目不同，要結合所學的內容和研究專題去確定題目。小組成員要定期進行討論。在小組研究過后，需要撰寫科技類的小論文，字數一般為3000字左右。之后，由小組成員分工把主要內容采用適當的形式（多采用PowerPoint）講解出來，其他小組的成員和教師會就作業內容提出問題。小組作業一般占個人總成績的40%，個人作業占個人成績的60%，其由期末考試、平時討論發言情況成績組成。期末考試改變過去閉卷考試的形式，而采取開卷考試的形式，試題題目側重于運用知識去解決實際問題的方法，而不再是公式的死記硬背。

通過這種考試形式的改變，在很大程度上調動了學生主動學習的積極性，對高等工程熱力學產生了濃厚的興趣。“小組作業”的形式改變了過去學生只是一個人悶頭拿著教材看和學的狀態，注重和組內其他人的交流，加強合作意識。同時小組的經常討論，也使得每個學生都得到了表達自己的機會，使學生的表達能力得到了加強。而科技論文的撰寫，是研究生今后從事科研的必備能力，因此課堂上科技論文的撰寫是其練兵的過程。這大大地激發了學生的學習興趣，同時也鼓勵學生的創新思維。

研究型大學培養的研究生更應該具有創新意識，因此在研究生專業基礎課上進行研究型教學的探索是非常有必要的，根據筆者進行的教學模式、教學內容和評價體系三方面的改革探索，已經確定初步的成效。但這僅僅是課程改革的開始，在教學模式和教學內容上我們還有許多工作要做，旨在使我們培養出來的研究生都符合知識經濟時代對創新人才的要求。

參考文獻：

[1]翟亞軍，哈明虎．我國研究生課程教學中存在的問題及對策研究[J].中國高教研究，2004，(6)：39-41.

[2]張喜德.研究生專業課程教學改革的探討與實踐[J].廣西大學學報(哲學社會科學版)，2006，(28)：65-66.

[3]孫旭峰。有限元法課程中的研究型教學實踐[J].高教論壇.2009，(3)：86-88.

[4]馬風華.研究性教學方法在“國際金融”教學中的運用[J].2008，(8)：101-102.

篇9

對于復合材料與工程專業而言，物理化學是一門非常重要的基礎化學課程，與專業理論知識緊密聯系，學好物理化學是學好復合材料專業知識的前提，但在實際教學中物理化學這門課程在本專業學習中存在一些問題，以下分別闡明現有問題及課改意見。

一、合理安排教學內容及課時

物理化學是一門概念性、理論性、系統性和邏輯性很強的學科，涉及的公式多，應用條件嚴格，比較抽象，是學生學習過程中普遍感到難度較大的一門課。在本專業的培養計劃中只安排了一學期的課程學習，因此選用高等教育出版社的《物理化學簡明教程》作為學習教材。這本教材簡明扼要地闡述了物理化學學科的主要內容及材料類學生所需的基礎知識，是一本符合本專業實際教學目標的好教材。但由于本專業物理化學的課時較少，最終只能摘取部分章節學習。例如在2010級的教學方案中，只教學了化學反應熱力學部分內容（熱力學第一定律、熱力學第二定律、化學勢、多相平衡等章節）及表面現象與分散系統章節，電化學及化學反應動力學兩個重要章節都未學習，這無疑會對物理化學課程學習的系統性產生不小的損害。面對這一實際情況，我們完全可以從整個專業的培養計劃出發，篩選出多門課程的重疊內容，選排重疊知識在哪門課需要重點學習，在哪門課可以了解。如在物理化學這門課程中多相平衡章節就和材料科學基礎課程里相關相圖的章節有所重復，對于復合材料與工程專業而言，材料科學基礎里的相圖知識更重要，因此在物理化學教學中完全可以減少多相平衡的教學任務，簡要介紹一些基本概念和原理即可，主要學習可在材料科學基礎課程中完成。同時，物理化學中的表面化學章節也與學習材料表界面課程知識重復，在材料表界面課程中更系統豐富地闡述了表面化學，因此在物理化學課程也可以酌情減少教學任務。此外，像膠體化學此類比較簡單的內容也可以安排學生自學，如果擔心學生的自覺性，就可以一些代表性問題作為作業，讓學生完成。

此外，如果有可能就應盡量合理制訂培養計劃，空出一些課時，把物理化學這門分為兩學期學習，因為只有系統、透徹地學習才能讓學生真正走進物理化學的世界。

二、改進教學方法

物理化學這門比較讓學生學起來吃力的課程，應該積極采取有效的教學方法，改變這一現狀。

首先要提高學生的學習興趣，比如在學習熱力學的過程中可以從歷史背景及名人軼事出發引出熱力學定律，又如在電化學中可以介紹鋰電的研究前景、新能源汽車的發展現狀等。興趣始終是學習的最好動力，培養學生的學習興趣是最大挑戰也是最有效的教學方法。

其次采取案例法[3]、類比法[4]等總結所學知識與生活的聯系及知識之間的關聯對比，加深學生印象，幫助學生更好地理解所學知識。對于案例法，我們可以從工業生產的角度選取一種產品總結其中涉及的化學反應熱力學、化學反應動力學等知識，這樣可以使學生產生直觀的學習感受，應用更好的學習方式。物理化學中有很多知識是可以用類比法學習的，如可逆電池與不可逆電池、理想氣體與非理想氣體等。這些類比不應由老師直接給出，而應讓學生先獨自完成這些類比，最后再對學生的類比結果進行查缺補漏，這樣不但可以加深學生的學習印象，更可以鍛煉學生的自主學習能力。

傳統的“滿堂灌”教學方法培養出來的學生，最明顯的弱點是思維呆板，缺乏創新能力和發散思維[5]。因此，我們可以設置專門的討論課，在相互交流中使學生的思維活躍起來，對于一些重要概念如熱力學部分的焓、熵等，讓學生通過獨立思考提出見解，得到教師和其他同學的幫助和啟發。討論課不僅能激發學生的學習興趣，而且能形成良好的相互探討和交流的學習風氣，有利于發散思維及創新能力的發展。

篇10

[關鍵詞] 化工熱力學 雙語教學 教學實踐

雙語教學,是指將母語以外的另一種語言直接應用于語言學科以外的其他學科教學,使第二語言學習與各學科知識獲得同步。2001年9月21日,教育部為迎接經濟全球化和世界科技革命的挑戰,提高我國教育的國際競爭力,出臺了《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》。其中,明確要求全國高等院校積極推廣使用英語等外語講授公共課和專業課,力爭3年內開設5%～10%的雙語課程。

我院從2001級化學工程與工藝專業教改班開始,進行“化工熱力學”課程的雙語教學,在教材選擇、教學內容與方法、教學手段及考核結果等方面進行了積極的探索,下面就教學實踐的經驗對“化工熱力學”雙語教學的內容和模式進行探討,并提出了提高雙語教學的建議。

一、教材選擇

與母語教學相比,雙語授課的教材選擇更為重要,對教學效果的影響更為直接。在選擇雙語教材時,主要考慮教材的英文難度、專業難度及與中文教材的配套程度,只有英文難度和專業難度都合適時,學生才能對雙語教學提起興趣,并取得良好的教學效果。由于專業課程的英文難度都不高,除專業詞匯和一般的復合句外,沒有太多生僻的單詞和語法,所以教材的專業難度成為一個重點要考慮的問題。目前,國內化工類原版教材,主要是化學工業出版社出版的“國外名校名著影印版系列”。其中,關于化工熱力學的有兩部:J.M.Smith等編著的“Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”(第六版)和Stanley I. Sandler編著的“Chemical and Engineering Thermodynamics”(第三版)。

這兩部教材中,以J.M.Smith等編著的“Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”(第六版)比較經典;國內大部分中文的化工熱力學教材都是以其為藍本編寫的;且有前幾版的中文譯本和配套的中文習題集。所以,本院的“化工熱力學”雙語教學決定采用此教材為基礎,并輔以相關的中文教材。

二、教學內容的確定

J.M.Smith等編著的“Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”(第六版)覆蓋內容廣泛,熱力學三大定律及其應用都包含在內,同時介紹了分子熱力學的內容;教材系統性較好,對定律原理的來龍去脈講解清楚,便于學生更好地理解概念性問題,是關于化工熱力學的一本經典著作。但是,國內化工類專業的學生在學習“化工熱力學”前,已學習過“大學化學”、“物理化學”、“大學物理”等課程。這些課程中已介紹過熱力學的三大定律、簡單的汽液平衡和熱機原理,而目前“化工熱力學”課程本身只有56～64學時,不可能依照原書的內容講解。我們根據培養方案和教學大綱的要求,并參考國內廣泛采用的浙江大學陳鐘秀等人編寫的“化工熱力學”內容為基礎,選擇了以下內容進行教學:

Chapter 1 Introduction

Chapter 2 Volumetric properties of pure fluids

Chapter 3 Thermodynamic peoperties of fluids

Chapter 4 The second law of thermodynamics

Chapter 5 Production of power from heat

Chapter 6 Refrigeration and liquefaction

Chapter 7 Solution thermodynamics

Chapter 8 Vapor/liquid equilibrium

這些內容涵蓋了原版教材10章的內容,其編排的順序是根據中文教材調整過的。這樣便于學生的預習、復習和對原版教材的進一步理解。

三、教學手段的運用

本院的學生英文基礎較差,所以在教學過程中采用了循序漸進的方式,并針對不同章節有區別地采用不同程度的雙語教學,以達到在有效的學時內牢固掌握專業課知識,并學會相關的專業詞匯和英文表達的目的。

在具體的教學過程中,雙語教學的模式有三個層次:一是專業術語的掌握階段。雖然學生已完成大學英語的學習和部分基礎課,如“有機化學”的雙語學習,但對化工專業中常用的英文術語還掌握較少,尤其是對一些在專業英語和日常英語中釋義不同的詞更難掌握;二是學會如何用英文表達專業內容。達到這一層次相對較難,且與學生的主觀能動性有很大的關系。從第3章的內容開始,課程難度加深,學生原有的知識儲備較少,全英文的講解可能會影響專業知識的掌握。所以采用英文板書,中文講解為主。三是學會閱讀英文習題并盡可能用英文答題的階段,這一階段的培養主要從第6章冷凍(Refrigeration)循環開始。一方面,是由于此時學生對專業詞匯已有一定的積累;另一方面,是這一章節的內容與第5章的熱機循環有相近之處,學生在大學物理和物理化學中也有涉及,專業知識的理解沒有太大的障礙。但在實踐過程中發現,原版教材中所配的習題與工程實踐聯系緊密,但單位多為英制,不便于學生使用。所以教師正在考慮編寫相關的習題集;對學生而言,英文讀題比閱讀原版教材難度更大。因為題目的英文表述較簡潔,沒有教材中的上下文聯系。尤其是題中已知條件較多時,解題時不知采用哪一個。針對這些問題,化工熱力學課程的雙語教學目前還停留在習題以中文為主、英文為輔的階段。考核還停留在英文出題、中文答題的階段。

四、考核結果分析

對于教學效果,其直接的檢驗方式就是學生的考核結果。對比01級以來三屆雙語班和非雙語班的學生考核結果。這三屆學生除01級為教改班(強化英語和計算機教學)外,其他兩屆都為平行班。考試的試卷內容是相同的,只是出題的語言分別為中文和英文,評分標準也是相同的。從圖1-3的數據可以看出,在成績的總體分布上,雙語班和非雙語班幾乎沒有差別,但在成績的分布范圍上存在一定差別;對于01級教改班的學生,由于強化過英語,所以雙語班的學生的平均成績高于非雙語班。而對于02和03級平行班而言,雙語班的學生取得高分(80分以上)的人數少于非雙語班,尤其是擴招后的03級。這說明學生英語基礎的差別對雙語教學的效果是有一定影響的,但對于知識的掌握不存在決定性的作用。

五、教學收獲和建議

通過化工熱力學雙語教學的實踐,教師最大的收獲是促進了教師繼續學習的主觀能動性,促使教師的英語聽說能力進一步提高;糾正了中文教材中某些含糊不清的概念和公式推導。學生的收獲在于學習專業基礎知識的同時掌握了更多的化工專業詞匯和表達,并在有限的課時內學到了更多的知識。

但在教學工作中發現還是存在很多問題,需要在今后的教學工作中進行改進。一是課程系統化。雙語教學只通過少數幾門課程的學習是達不到良好的效果的,需要從化工專業的基礎課開始;二是編寫相關的教輔材料。由于學生目前使用的原版教材中習題多為英制單位,且習題量較多,涉及過程廣泛。三是分層次教學。針對英語基礎較好,有學習興趣的學生開展雙語教學,才能達到專業課學習和英語學習同時進行,達到雙贏的可能和必要,對于英語基礎不好的學生,開展雙語教學可能還會影響對專業知識的掌握和后續課程的學習,不建議采用。

參考文獻:

[1]任衛群,饒芳.工科專業類課程雙語教學的體系化[J].高等工程教育研究,2005,(3):103-106.

[2]陳志國,蔣玲.理工科大學雙語教學的探討[J].現代大學教育,2005,(2): 107-109.