高校化工热力学课程教学现状及改革创新

［摘要］文章主要分析了高校化工热力学课程教学的现状，探讨了课程改革的原则和目标，并根据目前课程教学存在的不足，提出了一些针对性的改革措施和建议。通过更新课程内容、引入先进的教学方法和教学资源、加强实践环节的培养、优化评估环节、增加课程内容的反馈等措施，提高学生的学习兴趣和学习能力，促进高校化工热力学课程教学的改革与创新。

［关键词］化工热力学；教学改革；教学方法

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）15-0057-05

化工热力学是化学工程领域的重要基础课程之一，其主要内容是化工过程中的热力学性质、能量变化及转换、物质的相变以及化学反应中的热力学等。随着化工工艺的不断发展和复杂化，社会对化工热力学的研究与应用需求也日益增加。在高校，化工热力学课程的内容与教学方法对培养学生的化工工程思维能力、提高其热力学分析与计算能力具有重要意义[1]。化工热力学作为一门基础课程，为学生提供了热力学的基本概念、理论和计算方法等知识，使学生能够理解和定量分析研究化学反应和化工过程中的能量转换、物质转化以及相变等现象。化工热力学课程注重培养学生的工程思维能力，通过学习热力学原理和应用，使学生能够运用热力学知识解决实际工程问题，提高其工程实践能力[2]。通过对化工热力学的深入研究，可以推动化工工艺的创新，提高工艺效率和能源利用效率[3]。另外，化工热力学是化学工程领域其他高级课程的基础，如化工传递过程、反应工程、化工工艺等，掌握化工热力学的基本原理和方法，可为学生后续课程的学习打下坚实的基础。

总之，高校化工热力学课程能够为学生提供基础知识、培养工程思维能力、推动科学研究与应用，以及为后续课程的学习打下基础。通过对化工热力学的教学研究，可以提高学生的学习效果和综合素质，为培养优秀的化学工程人才作出贡献。然而，当前化工热力学教学存在着一些问题，如教材内容过于抽象、教学方法单一、教学资源匮乏等[4]，因此，进行化工热力学课程教学改革是十分必要的。

一、高校化工热力学课程教学现状分析

化工热力学是化学工程专业的一门基础课程，主要涉及化工过程的热力学原理和热力学计算方法。高校化工热力学课程教学现状如下：

在课程设置方面，许多高校都将化工热力学作为化学工程专业本科阶段的必修课程，并在本科的前两年进行教学。一些高校还将其作为研究生培养计划中的必修或选修课程。同时，一些高校也将化工热力学分为两个模块进行教学，分别是基础热力学和化学反应热力学。

在教学内容方面，高校化工热力学课程的教学内容主要包括热力学基本概念、原理、热力学第一定律和第二定律、热力学函数、热力学循环和相平衡等，同时也会涉及化学反应热力学的相关内容，如化学反应热力学平衡常数的计算和热力学平衡常数的影响因素等。

在教学方法方面，大多数高校采用理论教学与实践教学相结合的方式进行化工热力学课程的教学[1，5]。理论教学主要通过课堂讲授、课后习题讲解等形式进行，强调对基本概念和原理的理解。实践教学则通过实验操作、计算实例等形式进行，帮助学生将理论知识应用到实际问题中。

在教学评价方面，高校化工热力学课程的教学评价主要通过考试、专题研究报告、实验报告和课堂表现等方式进行[6]。考试主要测试学生对基本概念和原理的理解与运用能力，专题研究报告考查学生查阅整合文献资源的能力，实验报告则评估学生实际操作和数据分析能力，课堂表现则关注学生对课程内容的理解程度和思考能力。

多数高校的化工热力学课程的教学现状相对较好，教学内容全面，教学方法多样化，教材选用合理[3]，但是仍然存在一些问题，如理论与实际脱节、教学内容过于复杂难懂、缺乏实践操作与理论联系的机会等[7]。这些问题制约了学生对化工热力学知识的掌握和理解，教学效果不尽如人意。具体表现如下：

一是教材内容过于抽象。目前使用的化工热力学教材，公式内容较多且复杂，参数各异，加之在不同前提条件下不同公式的适用范围不同，所以对学生来说显得晦涩难懂，过于抽象，难以理解和掌握[8]。这容易导致学生对热力学的基本概念和原理理解不深入，应用能力不强，仅仅靠课堂上的学习时间和教师的讲解是远远不够的。

二是教学方法单一。传统的化工热力学教学方法主要以讲授为主，学生被动接受知识，学习效率不高，且缺乏互动和实践环节，学生学习兴趣和动力不足[9]。

三是教学资源匮乏。化工热力学实验设备和教学资源相对匮乏，学生在实践环节的培养不够充分，缺乏实验操作锻炼和解决实际问题的能力，这导致学生对热力学在实际应用中的理解有限[10-11]。

二、化工热力学教学改革的原则和目标

（一）改革的原则

高校化工热力学课程教学改革的原则包括以下几点：

1.理论与实践相结合。将课堂理论知识与实际应用相结合，引入实验、案例分析、工程实践等教学方法，并针对真实的实验结果，与理论知识相结合，从而进一步提高学生对热力学概念的理解和应用能力[12-13]。

2.强调问题解决能力。培养学生的问题解决能力和创新思维。结合所学知识，通过让学生以个人或小组的形式设计实验、操作实验、解决实验中的实际问题等方式，培养学生独立思考和解决实际工程问题的能力[5，14]。

3.强化实践操作能力。重视实验操作环节，增加实验课程的比例。通过实践操作锻炼学生的实验技能和观察能力，提高学生实验数据处理和实验结果分析的能力。

4.采用多元评价方式。包括课堂测验、实验报告、小组讨论、课程设计等，以全面评估学生的学习效果和综合能力，鼓励学生积极参与课程活动。

5.灵活运用教材资源。结合国内外最新研究成果和教材资源，设计教学内容和改进教学方法，以提高教学质量和教学效果。

6.激发学生学习兴趣。学生对化工热力学内容的学习兴趣是其深入学习关键动力。随着计算机技术的发展，现在有许多化工热力学软件可以用来辅助教学。通过在教学中引入这些软件，如Aspen、Matlab、Origin等，可以让学生更直观地认识到热力学原理的应用，提高他们的学习兴趣和学习效果。另外，通过生动的教学方式和案例分析，激发学生对热力学课程的学习兴趣，提高学生的学习主动性和参与度。

7.与行业对接。充分发挥学校与教师的资源优势，与相关的产业企业合作，在上课或寒暑假时间开展实习、实训和科研项目，使学生能够深入了解行业需求和应用前景，为学生就业和创新创业提供支持[9]。

8.不断更新教学内容。及时更新教学内容，关注最新科研成果和技术发展动态，将最新的理论知识和实践应用引入课堂，提高教学的前沿性和实用性[15]。

9.鼓励合作学习。在开展教学工作时，推崇合作学习的理念，设计小组合作模式，鼓励学生在小组中就某个化工热力学问题展开讨论和合作，以激发学生自身的创造力和解决实际问题的能力，同时提高学生的团队合作精神和沟通能力[16-17]。

（二）改革的目标

化工热力学教学改革的目标包括提高学生的学习兴趣和学习能力，培养学生的实践能力和创新精神，使学生能够熟练掌握化工热力学的基本概念和原理，并能够将其用于解决工程实际问题[11，18]。

三、化工热力学教学改革的措施与方法

（一）课程内容的更新与拓展

随着新材料、新工艺的不断涌现，传统的化工热力学课程已经无法完全满足学生对新知识的需求。因此，在课程教学改革中，应该加入一些前沿的研究成果和应用案例，使学生能够了解到最新的热力学理论和实践应用。例如，可以引入新材料的热力学性质和能量转化机制，让学生了解到不同材料在化工生产过程中的应用潜力。同时，还可以加入一些与环境保护和可持续发展相关的内容，体现生态环保的绿色发展理念和节能减排意识，培养学生的环境意识和可持续发展思维。

（二）教学方法的改进

众所周知，化工热力学概念多且抽象，不同概念之间又联系紧密，为了方便学生厘清热力学知识脉络和概念间的关联，课堂讲授时可以增加知识图谱的内容。知识图谱可以清晰地显示出化工热力学的知识体系及各知识点之间的相互联系，有助于学生全面理解课程的知识体系和脉络，并进一步融合各知识点，提升学生学习该课程的兴趣和信心，培养学生的科学思维和良好习惯。

教师还可以引入现代技术手段，利用计算机模拟软件、虚拟实验室等现代技术手段，让学生能够通过模拟实验和计算来观察和分析热力学过程。这样可以提高学生的实验设计和数据处理能力，并增强他们对热力学理论的理解。同时引入最新的前沿知识，这不仅能拓宽学生的视野，还有助于提升学生学习课程的热情。通过学习学科前沿知识，可促使学生进一步阅读最新文献，激发其科学精神和创新精神。

传统的化工热力学课程教学以理论讲解为主，学生缺乏实践操作和实际应用的机会。因此，可以引入一些实验教学和实践案例，让学生亲自动手操作和解决实际问题，提高他们的动手能力和实际应用能力。例如，可以设计一些小型实验，让学生通过实际操作来验证热力学定律，加深他们对理论知识的理解和记忆。同时要注重实验内容的更新和调整，保持与理论教学同步。此外，通过综合性、创新性实验可以培养学生的实践能力和创新精神，也可以帮助他们更好地理解和掌握所学知识。例如可以设置一些涉及多个知识点的综合性实验或需要学生自行设计实验方案的实验等。以本课题组研究过的部分课题“β-二亚胺配体（L1 = HC（CMeNAr）2，Ar = 2，4，6 - Me3C6H2）在固液相平衡中的研究”为例[19]，将学生以4～6人为一小组进行分组实验。学生在团队协作下获取实验数据，从分子极性、氢键和空间构效等方面处理并分析溶解度数据的差异。利用数据处理软件，如origin、Aspen、Matlab、Materials Studio等，使用固液相平衡模型关联得到的溶解度数据，计算其实验数据和拟合数据之间的偏差以评估热力学模型的拟合效果。学生通过参与实验教学，可以更加生动直观地理解热力学方程的原理和应用。还可以结合实际案例，列举一些“从生活中来，到生产中去”的鲜活实例，让学生分析和解决真实的化工热力学问题，引导他们通过自主探索和合作学习的方式来解决问题。这样可以激发学生的学习兴趣和主动性，培养他们的创新思维和解决问题的能力，以及团队合作精神，并充分理解热力学模型对化工生产质量与经济效益的重要性。

（三）教学资源的优化

化工热力学是一门理论性较强的课程，需要大量的教学资源来支撑教学活动。在课程教学改革中，可以加强与实验室、企业等单位的合作，共享资源，提供更多的实验设备和实践机会，以提高学生的学习效果和实践能力。例如，可以与化工设计院、企业合作，让学生参观实际的化工设计、生产过程，了解热力学在实际工程中的应用。同时，还可以建立化工热力学教学资源库，加强校际合作，收集整理相关的教学资料和案例，供学生自主学习和参考。在教学内容方面，可以与物理化学、材料科学等学科进行跨学科融合教学，拓宽学生的知识视野。

（四）评估方式的改革

传统的考试评估方式往往只注重学生对知识的记忆和理解，缺乏对学生实际应用能力的考查。在教学改革中，可以引入一些项目实践和综合评估，考查学生的实际操作能力和解决问题能力，以便更全面地评估学生的学习成果。例如，结合实验教学，设置关于实验操作过程的规范考核，以及完成后续数据处理的任务，考查学生的实验操作和数据处理能力。同时也可以设计一些关于化工热力学内容的主题课程项目，如相平衡、热力学模型和热力学定律等，要求学生结合热力学理论和实际应用，完成一定的任务和报告，并评估其综合能力和创新思维水平。

（五）增加课程反馈