关键词 卓越计划 化工热力学 教学改革
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.01.059
近年来，我国参照有关《华盛顿协议》成员国的做法，开展了面向我国本科教育专业进行工程教育专业认证工作。“卓越工程师教育培养计划”旨在全面提高我国工程人才培养质量，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质各类型工程技术人才。我校的化学工艺专业于1998年获原化工部高等学校重点学科，同年获得硕士学位授予权。2004获湖北省教育厅“有突出成就创新学科”，2006年为湖北省第四批立项建设的拟增列二级学科博士学位点。化工热力学课程在化工类人才培养中起着承前启后的作用，是基础课和专业课之间不可缺少的“桥梁与纽带”。同时，化工热力学又是应用性很强的课程，它的内容是后续分离工程、化学反应工程等课程的重要基础，其核心任务在于培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生将热力学基本原理应用于化工技术领域能力的目的。为更好地推进“卓越工程师教育培养计划”，仅仅将书本中的知识讲解给学生是远远不够的。化工热力学课程教学改革需要在激发学生兴趣的基础上将理论知识和实际运用结合，公式概念和现代化设计软件结合，根据自己学校本身化工专业的特色和优势，开展相应的化工热力学教学工作。本课题将以我校化工与制药学院化学工程与工艺专业的本科生为研究对象，围绕我校化工专业认证与卓越工程师培养背景下化工热力学课程教学中贯彻工程实践能力培养的教学方法改革与实践，提出一些建议和思考。
1 加强师资队伍建设，提升整体素质
事业要发展，关键在人才，基础在教育。基础教学工作需要强大的师资力量作为后盾，只有完善的教学系统，才能定制出一套帮助学生学习的好方法。化工热力学是化学工程的基础学科，具有很强的理论性和应用性，书中有大量的公式和定律，不乏较多的难点，这些对教师如何很好地提升教学效果，让学生听得懂，用得到，有很大的挑战。目前，学院一些教师对书本上的理论知识熟悉，但工程经验以及理论教学和实际运用之间的相互转换相对薄弱，这让学生在学习的过程中或因理论知识过于枯燥而影响学习积极性，这不仅阻碍了教学效果，也不利于适应经济社会发展需要的高质量人才的培养。针对这些问题，学校应该采取措施，建设一支以“卓越计划”为根本的高水平的师资队伍。（1）注重优秀教师的引进，优先聘请既有化工生产实践经历，又懂得化工热力学基础教学的优秀老师；（2）学院要加大校企合作力度，让老师有更多的机会深入实践，在实践中切实感受理论与实际生产之间的差别和联系，在以后的教学工作中能更好、更全面地将化工热力学中的理论知识与工程实践结合起来。（3）教师之间定期开展教学工作会议，反馈近期教学中遇到的问题，对那些教学过程中学生普遍存在的疑问和教学难点要集中讨论，给出解决方案，动态教学提升教学质量。（4）学校应与其他院校建立学科教学网络，共享教学成果与心得，从中汲取好的教学方法和新的教学思维，提升学科的教学质量。
2 优化课本内容，重视化工热力学课程学习的应用性
“理论与实际结合，原理与应用并重”应该是化工热力学教学内容的优先考虑条件。化工专业认证和卓越工程师培养背景下化工热力学课程的教学应该旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，课程的教学既要有专业性，又要有社会实用性。对于化工热力学书本内容上的教学提出以下几点建议。（1）根据专业认证与卓越工程师培养的要求，根据学校教学计划的调整，课时的缩减，重构符合工程认证与卓越工程师培养计划的化工热力学课程教学内容体系；（2）根据化工热力学基本概念多、公式多、推导多，难点多的特点，重视化工热力学学习内容的联系性，例如从流体的P-V-T关系及热力学性质出发，到流体的相平衡和化学反应平衡，最后与传质、分离，反应工程相联系，将基础内容联系起来，对于复杂问题的解决很有帮助；（3）提出“从生活中来到生产中去”教改思路，启发学生在日常生活中用热力学的原理去分析问题。比如冰箱的工作原理与空调是否相同？打开冰箱门能起到降温的效果吗？通过这些生活例子引入讲解制冷循环与热泵循环的原理，可以使学生的理解和掌握这类循环的应用；（4）收集化工生产中化工热力学的应用实例，在教学中注意与工程实践相结合，以生动的例子来讲解热力学原理的应用。如“液化气成分的选择”、“以压缩天然气为燃料的出租车的里程问题”以及“低温热管降服青藏铁路冻土‘多动症’”、“化工热力学与遏制全球变暖的关系”等科学前沿成果等这些与教材和生活紧密结合的化工生产实例都可以运用到化工热力学的教学中。
3 加强现代化软件的应用
当前，计算机技术已经广泛应用到化工科研，设计和生产等各个领域，大部分工程设计和实验研究都需要借助强大的化工软件。热力学性质计算和化工过程模拟分析都可以借助化工软件来实现。在化工热力学课程教学的过程中，应该加强现代化软件的应用，将专业知识和计算机软件应用相结合，让学生能运用已学的现代化化工软件来解决课本和生活中的实际问题，模拟和分析简单的化工过程。对于流体P-V-T的教学时，可以引入Math-ematica软件求解立方型状态方程的根，也可以采用Newton-Raphson迭代法数值求解。讲解相平衡时，将工程上常用的Aspen Plus软件引入到气液相平衡计算中，模拟精馏分离甲醇-水混合物的过程。对于数据计算类，包括实验数据处理、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计计算和经济评价等，可以运用Matlab，Visual Basic等常用软件。现代化工软件的学习不仅可以培养学生的学习兴趣提升综合实力，也为后续的化工分离工程等学科的学习打下基础，增强了工程意识，适应了化工专业认证与卓越工程师培养的要求。
4 将教学与本校专业特色建设相结合
学校专业特色建设是提高办学质量的关键所在。近十多年来，高校超常发展带来一个负面化问题是同质化严重，学校特色淡化。我校的特色学科化学工程与技术为地区经济提供了巨大的帮助，是中南地区唯一培养化工矿山相关专业人才的本科院校，在磷资源开发利用方面，学术水平居于全国领先地位。湖北省磷化工中心就设在学校。除了在磷资源开发方面，石油炼制，精细化工等都是学校的特色专业。学校在化工方面有自己的特色和发展，化工热力学也是大化工方向的基础课程，可以将本课程的学习与学校化工特色专业相结合，这样既有先进的思想做指导又可以为我校特色专业的发展培育人才，为国家走新型工业化发展道路，建设创新型国家和人才强国战略服务，符合卓业工程师教育培养计划的初衷。学校的超临界流体萃取新技术可以运用化工热力学中的气液平衡和气固平衡来解释，书本上所介绍的直接式热泵精馏、间接式热泵精馏、闪蒸再沸式热泵精馏、蒸汽喷气式热泵精馏和吸收式热泵精馏过程，如果是仅仅依赖教师课堂上的讲授，学生只能简单地了解这些技术，讲到这些技术时可以将学生带到学校的精细化工中试车间，让学生直观地感受这些工程技术，然后辅助热力学上的知识讲解，可以让学生更好地掌握这些知识。利用学校化工特色专业现有的资源，开展更多这样生产实践活动，对化工热力学的教学工作有很大帮助。
5 结语
针对化工热力学课程的教学，国内许多高等学校都进行了一些富有意义的探索，如开展化工热力学精品课程建设、双语教学研究等方面的尝试。但迄今为止，基于化学工艺专业认证背景，结合卓越工程师培养的化工热力学课程工程实践教学的探讨，还亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技术和制造行业，化工热力学课程的教学需要更为科学、深度的改革。始终本着以培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量为目的，深化对化工热力学课程教学的改革。
*通讯作者：金士威
武汉工程大学教学研究项目（X2013010）资助
参考文献
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[3] 刘英杰，杨基和，徐淑玲.基于卓越工程师的化工工程设计课程改革及实践[J].化工高等教育，2014（2）：52-55.
[4] 董华青，阮慧敏，刘华彦.地方院校卓越工程师培训方案的构建与实践[J].浙江工业大学学报，2013.12（1）：93-98.
本课为人教版高中化学必修2第二章第一节“化学能与热能”的第2课时。化学能对人类的重要性决定了本章学习的重要性。在初中化学中，学生从燃料的角度对“化学与能源”有了初步认识，在选修模块“化学反应原理”中，学生将从科学概念层面和定量角度深入地学习。因此，本章内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又为选修“化学反应原理”奠定了必要的基础。手持技术，是由数据采集器、传感器和配套软件组成的定量采集和处理数据系统，能与计算机连接完成各种后期处理的实验技术系统。在中学化学教学中引入手持技术，能促使学生了解先进的科学技术，获得科学的学习方法，形成正确的学习态度。
二、学情分析
在初中，学生知道化学反应能够制造新物质，知道某些具体反应是放热或吸热反应，通过高一上学期实验课的训练，学生有一定的实验观察和动手能力，但实验现象的表述能力还需提高。学生对生活现象熟悉但好奇，渴望利用所学知识去解决生活中的问题，因此以热水袋爆炸视频作为课的开始，更能吸引学生的注意力。
三、教学目标
1.知识与技能
形成吸热反应和放热反应的概念，掌握化学反应是吸收能量还是放出能量的判断方法；了解多功能手持分析仪的使用。
2.过程与方法
通过投影的实验数据图，学生感受化学能与热能的相互转化，形成吸热和放热反应的概念；通过多功能手持分析仪的使用，会用定量的方法研究化学问题。
3.情感态度与价值观
通过实验激发学生学习化学的兴趣和情感；通过新闻视频进一步培养学生关注新闻、关注社会的习惯，进一步养成辩证看待与化学能有关的社会和生活问题的习惯。
4.教学重难点
化学反应中的能量变化；化学反应吸热和放热的原因及判断方法。
5.教法分析
本课在“双主互动式”课堂教学模式下，主要采用情境教学法与实验促学法相结合的教学法。
6.学法分析
这节课在指导学生的学习方法和培养学生的学习能力方面主要采取：在教师情境教学法引导下，利用“双主互动式”教学模式，学生自主实验、观察、总结。
四、教学流程
采用“双主互动式”课堂教学模式，体现学生的主体性。
五、教学过程
[设置情境]播放新闻视频――2014年12月5日，广东一户人家在为电热水袋充电时，电热水袋突然爆炸！
[思考]为什么电热水袋会爆炸？
（学生根据提示思考、讨论）
[讲解]电热水袋加有铁粉，使水能够导电，产生大量热。电热水袋内有一个温控器，当水温到一定温度时会自动断电，保证安全。当热水袋温控器失灵时，内部液体不断加热、汽化，产生的巨大压力可导致袋体爆炸。
设计意图：从生活中走进化学，拉近学科知识与生活的距离；进一步培养学生关注新闻、关注社会的习惯，感受化学与生活的紧密联系。
[讲解]此外，有一种前期暖手袋和我们化学密切相关。内部液体是过饱和溶液醋酸钠（CH3COONa）。由于过饱和溶液的浓度太高，液体不稳定。当扭曲内部金属片时，产生的轻微震动便足以使溶质结晶，变成较稳定的固体，而该过程放热，暖手袋开始暖起来。在热水泡时，溶质的可溶性增加。在溶解的过程中，溶质进行吸热反应，再次成为过饱和溶液，以此循环使用。
设计意图：让学生初步建立化学反应与能量之间有关系的思想。
[引导]在刚刚的例子中发生了化学能与热能的相互转化，那它具体是怎样转化的？我们通过几个实验来体会。
[讲解]多功能分析仪及其使用。
[演示实验2-1]盐酸与铝片反应，通过手持分析仪接通电脑，将实验温度变化在投影幕上显示出来。
[问题讨论]（1）铝与盐酸反应方程式。（2）铝条为什么要打磨？（3）通过实验你能够得出什么结论？
（学生观察并描述现象，书写化学方程式，得出结论：盐酸与铝片的反应是放热反应。）
设计意图：让实验中很难观测的温度变化转为大量数据；向学生引进现代新兴技术，使学生感受现代技术在化学中的应用。
[演示实验2-2]Ba（OH）2?8H2O晶体与NH4Cl晶体反应。
（学生观察并记录实验现象。）
[思考与交流]两种反应物为什么需要研磨并用玻璃棒搅拌？通过实验，你能得出什么结论？
（学生根据教师提示思考，讨论，学生回答。）
[讲解小结]研磨药品、搅拌能增大反应物接触面积加快反应；金属与酸反应是放热反应；Ba（OH）2?8H2O晶体与NH4Cl晶体是吸热反应。
[追问]酸与碱的中和反应是放热的还是吸热的呢？
[分组实验2-3]酸碱中和反应。
（学生分小组合作动手实验，观察记录实验现象，写化学方程式。组长上台汇报实验结论及存在的疑惑，教师同学一起解决。）
[教师讲解]几个小组氢氧化钠和盐酸的用量虽然不同，但反应物换算成物质的量表示，当反应中氢离子与氢氧根离子的量相等，生成水的量相等，放出的热量相等。
设计意图：培养学生的实验能力；培养学生从定量的角度认识中和反应是放热反应；通过手持分析仪的使用，培养学生从定量的角度认识反应中能量的变化。
[引出]中和热：酸与碱发生中和反应生成1mol水所释放的热量称为中和热。
[追问]反应条件（加热）与反应吸热和放热有什么必然的关系？
[思考与交流]根据上述三个实验，思考凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应吗？
（学生讨论，提出猜想，教师启发得出结论：没有必然关系。）
[小结]在化学反应中，把最终表现为吸收热量的化学反应叫做吸热反应。
在化学反应中，反应物总能量大于生成物总能量的反应叫做放热反应。
[思考与交流]常见的吸热和放热反应有哪些？
（学生思考，交流，举手回答。）
[归纳小结]常见的放热反应：所有的燃烧反应、酸碱中和反应、大多数的化合反应、金属与水或酸的反应、生石灰和水反应。
常见的吸热反应：晶体Ba（OH）2?8H2O与NH4Cl反应、大多数的分解反应、以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应。
设计意图：进行知识的梳理，让学生养成新旧知识的联系。
[课堂小结]讲了中和热、吸热反应、放热反应的概念。常见的放热反应和吸热反应。
设计意图：对本节课的知识进行总结，帮助学生形成知识网络，有利于学生形成良好的学习习惯。
一、 加强学科的逻辑性教学
教师在教学学生时，很多学生也是很用功的，但是在学习的能力上显得很差劲，学习效果不好。其关键是对于科间的沟通与衔接差，教师没有起到科学组织教学作用。化工热力学是一门专业基础课程，其中涉及到热力学基本定律和热力学函数。如焓、熵、内能、自由能、自由焓、流体P-V-T关系的状态方程等等知识，对于这些知识有很强的理论性、应用性，而且知识又具有强烈的过渡性，而且这些知识大多是物理化学中所学习过的，现在需要在化工热力学中进一步深化与应用，这就需要做好逻辑性的过渡，而往往很多教师只是单纯的就课本而教书，导致很多学生学不好，这里就需要改革。
做好数学学科的沟通，起到穿针引线的作用，因为化工热力学课程中涉及到很多计算公式，如流体的P-V-T关系计算公式、热力学性质的计算公式、化工过程能量分析计算公式、相平衡计算公式、化学反应平衡计算公式等方面。这就要求数学知识功底的厚实了，学校在开展化工热力学课教学时，应该加强与相关的专业基础课程及专业课程的横向联系，使得理论联系实际，从而放开思路，使得学生不觉得化工热力学理论太深，难以学习的目的。
二、 合理设置教学内容
教师应该根据学生的实际情况，根据教材的内容合理调整教材的结构，使之具有合理性、实用性，达到理论与实践相结合 。为了更好的制定教学大纲和选择教学内容，可以 将热力学知识体系分为两个板块：一是流体的P-V-T性质及计算、流体热力学性质以及应用。让学生深刻的认识到气体和液体的P-V-T性质及计算、流体的热力学性质计算。并且能够熟练掌握常用的流体状态方程和应用计算，还有要求学生学会计算的思路、步骤和方法；具备利用状态方程和热容数据计算流体的热力学性质的方法，绘制热力学图表的能力。二是溶液理论、相平衡和应用。教师应采取循序渐进、先易后难的方法进行逐步讲解和学习，最后达到融会贯通。并根据超额吉布氏自由能与活度系数的关系，和结合模型方程计算混合溶液的活度系数；同时掌握相平衡理论在不同条件下的方程表达式及其应用，和超临界流体在分离中的应用功能。
三、 化工热力学方面的多媒体教学
多媒体教学是指教师在教学过程中，根据教学目标和教学对象的特点，以此通过教学设计，合理选择和运用现代教学媒体，并与传统教学手段有机组合，共同参与教学全过程，以多种媒体信息作用于学生，形成合理的教学过程结构，达到最优化的教学效果。而化工热力学抽象、难懂，而且学习也很枯燥，很多学生很厌恶学习，学校教师也感到很头疼，不论教师在讲台上怎样的手舞足蹈，怎样的卖力讲价，往往也收不到很大的效果。学校应改变现有的教学手段，引进多媒体教学，把这种高科技的东西应用到学生的学习中去，使学生的学习效率能够事半功倍。因为多媒体是将计算机、电视机、录像机、录音机和游戏机等技术融为一体的一种技术，能够接收外部图像、声音、录像及各种媒体信息，经计算机加工处理后以图片、文字、声音、动画等多种方式输出，实现输入输出方式的多元化，改变了计算机只能输入输出文字、数据的局限。这样形象、生动、直观的教学，学生在学习中就会感到一种有如身临其境的感觉。从而加深学生对问题的理解，并大大增加了课堂信息量，和教学效率。如教师在讲解化工热力学中混合物汽液相平衡计算和状态方程法计算组成、温度以及压力时，如果按照传统的教学方法，教师要在讲台上花很多功夫，而且是非常复杂而且容易出错，迭代步骤繁多，计算费时费力，最终收到的效果还很差。假设利于用多媒体技术进行教学，教师就可以形象生动地展示计算框图，在程序中采用循环语句，而其中的变动，重复演示等方面，也只需要输入初始的条件，变能很快的得到一种结果。使学生也更能容易接受知识。同时也免除教师上课时写板书的劳累。所以开展多媒体教学是很有必要的一件事情。
关键词：Aspen；化工热力学教学；均相性质推算；PR状态方程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0179-03
一、引言
学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题，物性数据的计算是本课程的重要内容，因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。从容易测量的性质推算如U、H、S等难测量的性质；从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据；等等。这些都有重要的理论与实际意义。
由经典热力学原理能方便地建立起不同性质之间的联系（即普遍化关系式），为实现不同性质之间的推算提供依据。但要推算出具体系统的性质数据，还必须引入反映系统特征的模型，如状态方程等。
化工热力学的研究对象更接近实际过程，实际过程所涉及的系统如此复杂，温度、压力范围如此宽广，化学工程师们不能再依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性了，而是需要适用范围更广、准确性更好、复杂性更高的模型，如PR等状态方程，借助商业化的化工流程模拟软件Aspen来促进化工热力学教学是一个很好的选择，对促进学生掌握概念、强化基础、提高应用能力具有重要作用，同时对后续的化工设计、化工计算等课程的教学十分有益。化工热力学教学中引入Aspen具有如下优点：（1）Aspen软件中物性计算原理与本课程热力学性质的计算原理是一致的，用该软件辅助热力学教学能提高教学效率，简化计算过程，激发学生的学习兴趣。另一方面，也能使学生掌握Aspen软件物性计算原理的内核，了解更多的基础数据来源，提高应用能力，不至于再像从前那样，只知计算结果，不知计算原理，不明所用的模型，不能分析结果，真正掌握物性推算的“核心技术”。（2）国内许多高校的后续课程，如化工设计、化工计算等教学中也开始采用Aspen辅助教学，化工热力学作为这些课程的基础，采用Aspen进行热力学性质计算，无疑会使后续课程的基础更加扎实。
关键词：化工热力学 化学工程与工艺 学习兴趣
化工热力学是一门理论性和逻辑性很强的课程，在学习过程中概念多而抽象，并且非常容易混淆，公式繁多并且推导复杂。这些特点使得学生缺乏必要的学习兴趣，造成化工热力学课程的教学效果普遍欠佳。学生形容其是“一大堆的基本概念，没完没了的公式，无穷无尽的计算，是一门“含含（焓）糊糊伤（熵）脑筋”的课程。因此，如何提高学生学习化工热力学的兴趣，使学生能够掌握基本的热力学原理，能够从热力学的观点出发解决日常生活和化工过程中的实际问题，培养他们理论联系实际的能力，是本课程必须首先解决的问题。为此我们进行了一些有益的尝试。从教材选择、调整教学内容、改进教学方法、运用生活实例等方面进行了探索，旨在提高学生学习兴趣，从而加深学生对化工热力学基本原理的掌握与应用能力，收到了较好的效果。
一、选用合适各高校学生特点的教材
目前，化工热力学教材版本较多，有浙江大学朱自强等编著的，有清华大学高光华等编著的，有天津大学马沛生编著的等。每套教材都涵盖了化工热力学的基本教学内容，但又有各自的特点。在教材的选用方面，必须结合高校化学工程与工艺学生的整体素质水平，综合考虑，不宜盲目照搬。如冯新等主编的化工热力学教材，在编写时，始终坚持“从生活中来，到生产中去”的主旨。教材编写内容始终围绕“为什么要学――学什么――如何学――如何用”展开。在近三年采用冯新等编著的新版教材后，武汉工程大学化学工程与工艺专业学生对化工热力学的学习热情明显提高，在教学反馈中，多数学生认为该教材紧密结合生活与化工生产实际，如“液化气成分的选择”、“以压缩天然气为燃料的出租车的里程问题”以及“低温热管降服青藏铁路冻土‘多动症’”、“化工热力学与遏制全球变暖的关系”等科学前沿成果。使他们对日常生活中热力学问题有了进一步的了解，培养了在日常生活中对一些科学问题的分析与思考能力。
二、重视绪论教学，激发学生的学习热情
在一些课程教学中，绪论部分往往是易被教师忽略的章节。但我们在教学实践中发现，一个好的绪论就是一盏指路的明灯，学生对一门课程的兴趣程度，与绪论讲述的好坏，有非常直接的关系。绪论教学不仅可以让学生详细了解化工力学课程的历史发展、学科脉络和学科意义，更重要的是它能适时地激发起学生的学习兴趣，让学生从总体上初步把握课程的内容和特点，为整个课程开个好头。我们在教学中，一般会用4节的时间，先入为主，首选向学生提出一些日常生活中常见的热力学问题与现象，如为什么会有高原反应，为什么铁会生锈，而生成的铁锈不会自动变成铁，为什么化工厂要用这么多的换热器，核电站究竟怎么发电，与普通火电站有什么异同点？通过一系列的提问，使学生产生联想，进而引导学生用热力学的严密思维去思考生活中遇到的一切问题。同时结合我校学生刚经过化工厂生产实习的特点，引导学生思考在化工生厂过程中用到哪些经典的热力学知识，工厂是如何节能降耗的，将重点转移到更接近实际的系统上。通过4个学时的绪论教学，课后总有很多学生围着老师表达想法和看法，表现出对化工热力学学习的极大热情。
三、多应用联系生活和生产实际的实例教学，生动教学内容
枯燥的理论知识永远也吸引不了学生的学习热情，让热力学的知识从生活实践中来，反过来再指导我们的生产实践，才能提高学生对该课程的兴趣。生动的实例是提高学生学习热情的良药。考虑到学生对生产没有感性认识，课程教学应尽可能用从生活中来到生产中去的实例，并精心设计。如在流体的p-V-T关系一章的教学中，以p-V-T行为与液化气成分选择的关系为例，先问学生液化气的选择问题。通过引导学生对一系列烷烃p-V-T图的利用，来解释为什么天然气有这么多的优点，但没有作为瓶装液化气的原因，而瓶装液化气只能选择丙烷和正丁烷。另一个例子是汽车用压缩天然气的问题。作者鼓励学生对武汉市正在运行的出租车司机进行用气经济情况调查，由于多数司机凭经验知道加同样的气，冬天用气比夏天经济，但不知道其究竟是什么原因，通过学生自己向司机的调查与说明，极大地提高了学生的自豪感，深深觉得自己的所学在生活中有用武之地，从而提高了学习的热情。
四、将现代化教学手段与传统板书有机结合，丰富课堂气氛
多媒体教学具有信息量丰富、图表显示方便、链接转移自由等优点。但对于化工热力学课程，从历年教学经验和学生反馈的意见看，完全采用多媒体进行教学，并不是最佳选择。化工热力学教学中大量的公式及推导，大量的热力学图表的集中展示，会使学生大脑高度紧张，而长时间地观看屏幕，也易使学生产生视觉疲劳，跟不上老师的思路，造成学习兴趣下降，反而有损教学的实际效果。
近几年来的实践表明，采用多媒体教学和传统板书教学有机结合的方式，更符合化工热力学课程的特点，有利于学生的互动，更有利于提高教学质量。通过板书，将相关公式与理论推演一步步详细列在黑板上，与多媒体相比更利于学生集中精力，跟随教师的思路进行思考和记录。此外，利用校园网，开设BBS论坛，对课堂教学平台进行延伸，方便学生不受时间和空间限制地进行讨论和提问，也极大地提升了学生的学习热情。
尽管化工热力学的许多内容是枯燥和抽象的，但在长期的教学实践和反思中，我们通过对教材的选择、教材内容的优化、教学方式改革，提高了学生对于化工热力学学习的兴趣和积极性，培养了应用化工热力学的理论和观点解决化工过程实际问题的初步能力。以后，我们会进一步探索课程改革的方法，为培养宽口径、厚基础、复合型的化工高级人才而努力。
参考文献：
[1]冯新，陆小华.以学生为本的化工热力学课程教学改革[J].化工高等教育，2006，（4）.
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[4]马沛生.化工热力学[M].北京：化学工业出版社，2005.
一、概述
在知识方面，划分为六个教学单元：
（一）水的三态变化：包括第1、2、3、4课。在低年级学生认识了水的物理性质的基础上，指导学生认识 水的蒸发、沸腾，水蒸气的凝结、凝华，冰的融化、升华，以及露和霜的成因；进而指导学生认识水在液态、 气态、固态之间是可以相互变化的。
（二）空气：包括第5、6、7课。在低中年级学生认识了空气的物理性质、空气的热胀冷缩、大气压力的基 础上，指导学生认识热空气的性质、风的成因及风的观测。
（三）植物：包括第8、9、10、11课。在低中年级学生认识了根、茎、叶外部形态的基础上，指导学生认 识根、茎、叶的生理作用。
（四）力：包括第12、13、14、15课。继“平衡”、“轮子”、“压缩空气”之后，指导学生认识弹性、 摩擦力、反冲、学习使用测力计测力。
（五）热：包括第16、17、18、19课。指导学生认识热传递的三种方式——传导、对流、辐射，以及保温 和散热的方法。
（六）水：包括第20、21、22课。在学生认识了水的三态变化的基础上，指导学生认识云、雾、雨、雪的 成因，以及水在海洋、天空、陆地之间的循环运动。
能力培养主要包括以下几方面：
（一）观察能力
1.指导学生观察一些自然变化或自然现象。例如水的三态变化，空气的流动，热传递现象，弹力、摩擦力 和反冲现象等。这类观察的教学重点是条件和过程，即某种变化或现象是在什么条件下发生的，经历了怎样的 过程，在这个过程中物体有什么变化或出现什么现象等。
2.培养学生定量观察能力。例如利用测力计测定摩擦力、重力的大小，根据风中物体的动态或人的感觉估 测风级等。
（二）实验能力
1.掌握一些基本的实验操作技能。例如正确使用酒精灯，会用酒精灯给试管中的水加热，会做说明热空气 上升、根有吸水作用、茎有运输作用的实验，以及有关弹性、摩擦力、热传导、热对流的实验。
2.继续练习对比实验，学习模拟实验方法。例如说明水蒸气的凝结与温度有什么关系、摩擦力大小与什么 因素有关系的对比实验，风、露、霜、雨的模拟实验。
3.学习设计一些简单的实验。例如设计霜的模拟实验，雨的模拟实验，增大或减小摩擦力的实验。
（三）思维能力
1.应用归纳概括的方法，认识一些自然现象的共同特征。例如弹性、反冲的共同特征，热空气会上升等。
2.运用因果关系归纳法中的差异法，认识一些自然现象与什么因素有关系，例如水蒸气凝结成水的温度条 件，露、雾、霜的成因，摩擦力大小与什么因素有关系等。
3.运用分析综合的方法，认识一些复杂事物的变化或内在联系。例如水的三态变化，水在自然界里的循环 ，热传递等。
4.运用想象认识一些不可直接观察到的自然现象。例如风的成因、水的蒸发、热辐射、水在自然界里的循 环、叶的蒸腾作用、叶的光合作用等。
思想教育主要包括以下几方面：
1.通过学习水的三态变化、水在自然界里的循环、风的成因等知识，使学生体会到自然事物是永恒变化的 ，变化是有规律的。
2.通过学习风的观测、水的三态变化的应用、弹力的应用、摩擦力的应用、反冲的应用、热传递的应用、 人工降雨等知识，使学生体会到人只有正确地认识了自然，才能很好地利用自然、改造自然和保护自然。
3.通过讲述火箭的发明和我国现代火箭的成就，向学生进行爱国主义教育。
二、各课的教学内容、要求及教法要点
第1课 蒸发
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识什么是蒸发。这部分内容是按照“观察思考建立蒸发概念广泛联系自然界中水的蒸 发现象”的思路编写的。这是本课教学的重点。
2.指导学生认识蒸发吸热。课文首先列举一些水蒸发时人会感到冷或凉快的现象，然后启发学生归纳出水 蒸发时要吸收周围的热的结论。这是本课教学的观点。
3.指导学生认识：温度高、蒸发面积大、有风，可以加快蒸发。这是本课的选讲内容。
通过本课教学，要求学生知道什么是蒸发，水蒸气是什么样的物体，水蒸发时要吸热；能想象蒸发的过程 ；知道水是可以变化的。
在本课教学中，为了指导学生认识蒸发的本质和蒸发的条件，首先要引导学生观察和回想一些熟悉的水蒸 发现象，然后启发学生在这些事实的基础上进行思考、研讨。思考的过程不应草率，思考的方法主要是归纳和 想象。通过归纳，找出各种蒸发现象的共同特征；通过想象，认识水慢慢变成水蒸气飞散到空气中去的过程。
第2课 沸腾
本课内容分为两部分：
1.指导学生认识水的沸腾。这部分内容是按照“问题实验思考建立概念”的思路编写的。为了观察 水的沸腾现象，必须教给学生用酒精灯给水加热的方法，这是本课的教学重点之一。
2.比较蒸发和沸腾的相同点和不同点。通过比较，可以使学生更好地把握这两种现象的特征。在比较的基 础上，教给学生用箭头和简单的
受热文字（水—水蒸气）表示这两种变化，这是对蒸发和沸腾很好的综合与概括。
通过本课教学，要求学生知道什么是沸腾，蒸发与沸腾的相同与不同；初步掌握酒精灯的用法，会用酒精 灯给试管里的水加热；知道水是可以变化的，变化是要有一定条件的。
做好水的沸腾实验是上好本课的关键，教学时应尽可能创造条件，采用分组实验的方法。只有这样，学生 才能更清楚地观察到水的沸腾现象，真正学到实验操作技能。教学实验表明，实验技能的培养，应该采用“讲 解、演示分步操作连贯操作反复练习”的步骤。
第3课 凝结
本课内容分为两部分：
1.指导学生认识水蒸气的凝结，这是本课教学的第一个重点。这部分内容首先从学生熟悉的热水杯盖内有 小水珠的现象提出问题，然后分三层指导学生进行探究：(1)指导学生通过“观察思考”推想小水珠可能是由 水蒸气变成的；(2)指导学生通过“实验思考”认识水蒸气是在受冷的条件下变成小水珠的；(3)建立凝结的 概念，并用箭头和简单的文字概括这种变化。这部分的实验是对比实验，这部分的思考方法核心是“因果关系 归纳法”中的差异法。
2.指导学生认识露的成因，这是本课教学的第二个重点。这部分内容是前一部分内容的延伸，也可以说是 关于水蒸气凝结的知识的应用。这部分内容是按照“问题假设实验验证结论”的思路编写的。这部分 的实验是模拟实验。
通过本课教学，要求学生知道水蒸气受冷会凝结成水，知道露的成因；初步学习运用差异法归纳某种变化 的原因和做模拟实验；认识到水和水蒸气在一定条例下是可以相互变化的。
运用差异法分析某种变化的原因在低、中年级曾渗透过，本课作为一种思考方法正式教给学生。这种方法 以后要反复进行应用，本课必须打好基础。指导学生学习这种方法的关键是：首先引导学生分析对比实验组中 哪些因素相同，哪些因素不同，进而把不同的因素与不同的结果联系起来。
指导学生认识露的成因时，要充分运用本课前一部分的内容，根据水蒸气受冷会凝结成水的一般规律和露 形成时的天气>
文秘站:
露的模拟实验在本课中是一个验证性的实验。做好这个实验的关键是：用冰造成一个冷的物体；通过在地 上洒水或把冷的物体放在湿布上，造成一个潮湿的环境。为了培养学生的实验能力，在教学中，要使学生初步 体会模拟实验的原理。模拟实验的本质是对某种自然事物的模仿。
第4课 水的三态变化
本课是第一单元的总结课，课文内容分为三部分：
1.指导学生认识水与冰之间的相互变化，水蒸气与冰晶之间的相互变化。水与冰之间的变化是通过生活中 常见的河水冬季结冰、春季冰融化的现象指导学生认识的，冰吸热可以直接变成水蒸气是通过洗了的衣服在冬 季可以冻干的现象说明的，水蒸气受冷可以直接变成冰晶是通过霜的成因来说明的。霜的成因是本课教学的重 点，这个内容是按照“问题假设实验验证结论”的思路编写的。
2.综合认识水在液体、气体、固体之间的相互变化。这是对本单元知识的综合。
3.讲解人们对水的三态变化规律的应用。
通过本课教学，要求学生知道水有三种状态，在一定条件下是可以相互变化的；能运用“问题假设实 验结论”的程序探究霜的成因，并学习设计霜的模拟实验；进一步体会到自然事物在一定条件下是可以相互 变化的。
在本课教学中，应很好地运用分析综合的方法，只有这样才能引导学生从局部到整体地认识水的三态变化 ，并有条理地把这种变化表述出来。
类比推理的方法在本课教学中也有很重要的作用。运用这种方法，可以从露的成因推想霜的成因；从露的 模拟实验推想出模拟霜的实验方法。
第5课 热空气
本课内容分为两部分：
1.指导学生认识热空气比冷空气轻，会上升。这部分内容是按照“问题实验思考结论”的思路编写 的。
2.讲解热空气的应用——我国古代的孔明灯和现代的热气球。
通过本课教学，要求学生知道热空气比冷空气轻，会上升；会做说明热空气上升的简单实验。
在本课教学中，纸蛇在上升的热空气作用下旋转的实验简便易行，可以分组进行；热气球的实验适于用演 示的方法。要指导学生认识热空气会上升比较容易，借助纸蛇和热气球实验可以清楚地观察到。要让学生理解 热空气比冷空气轻比较难，需要联系空气热胀冷缩的性质，从冷热空气的密度不同来推想，比较抽象。教学时 ，可以画图说明，也可以做实验证明。至于热空气为什么会上升，教学可以不深究，只告诉学生“像比空气轻 的氢气球会上升一样”就可以了。
第6课 风
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识风是空气的流动。这部分内容首先引导学生说出刮风时有什么现象，然后启发学生思考刮 风时为什么会有这些现象，从而使学生认识风是空气的流动。
2.指导学生认识空气为什么会流动成风。这部分内容是按照“实验思考讲解”的思路编写的。
3.启发学生应用本课的知识解释：海风和陆风有什么不同。这部分内容具有理论联系实际的作用。
通过本课教学，要求学生能理解风的成因，会做说明风的成因的对比实验。
要让学生真正理解风的成因有一定难度。要达到这个教学目标应该注意以下几点：一是做好风的模拟实验 ，实验装置可以因地制宜制作，实验的关键是箱内外要有明显的温差，烟才能流进去，实验的方法应分组进行 。二是要搞好对实验结果的分析，使学生理解：由于箱内外冷热不同，空气的密度不同，压力大小不同，压力 大的空气就会向压力小的空气方向流动。三是要在实验的基础上，启发学生想到自然界中也有冷热不同的地方 ，从而运用类比推理的方法，认识自然界中的风是怎样形成的。
第7课 风的观测
本课内容分为四部分：
1.讲解观测风的意义和风的两个基本要素——风向和风力。
2.讲解什么是风向，教给学生观测风向的方法。课文中介绍了两种方法——利用风向标观测风向的方法和 通过观察旗子、烟等物体在风中飘动的方向判断风向的方法。后一种方法是教学的重点。
3.讲解什么是风力，教给学生观测风力的方法。课文中也介绍了两种方法——利用风速计观测风力的方法 和根据风中物体的动态、人的感觉估测风力的方法。后一种方法是本课教学的重点。
4.布置学生观测记录一周风的情况，使学生能基本掌握本课学习的观测方法。
通过本课教学，要求学生知道什么是风向和风力，能借助烟、旗、树枝等物体在风中的动态判断风向、风 力，并能坚持观察记录一周风的情况。
本课属于技能培养课。为了使学生真正掌握这项技能，教学时要采用“讲解、示范分步操作反复练习 ”的步骤。另外，学生只有能正确地认识当地的方向才能正确地观测风向，因此关于对八个基本方向的认识特 别重要，要求学生不仅能正确地指出某一个方向，还要能很快地说出与其相反的方向。如果学校和住宅附近没 有烟囱和旗，可以布置学生用竹竿、绸布条自制一面小旗，以便观测。
第8课 根的作用
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识根的作用。这部分内容引导学生根据已有经验进行思考，为什么高大树木能稳固地站在地 上，为什么人们把植物生长需要的水浇在土地里，肥也施在土地里，使学生推想出根有固定植物、吸收水和肥 的作用。
2.指导学生设计实验，证明根确有吸收水分的作用。实验的基本思路是：把植物的根浸泡在容器里，设法 防止水分蒸发，如果经过一段时间水分减少了，则说明根有吸收水分的作用。
3.通过指导学生观察根的数量、长度以及根毛的形态，使学生认识根为什么能固定植物，为什么能源源不 断地供给植物需要的水分。
通过本课教学，要求学生知道根有固定植物、吸收水和养分的作用；学习设计证明根有吸水作用的实验， 体会到植物的器官有与其作用相适应的构造。
在本课教学中，根吸水的实验不能在短时间内看到结果，可布置学生课后继续观察。也可以提前准备实验 ，课前1－2天放在教室里，不讲道理、方法，只布置学生进行观察，课上再进行分析。另外，根毛需提前一周 左右进行培养，培养时水分不宜过多，水分多了根毛反而少。
第9课 叶的蒸腾作用
本课内容分为两部分：
1.指导学生认识叶的蒸腾作用。这部分内容的思路是：提出有关蒸腾现象的问题观察蒸腾现象通过思 考蒸腾现象进行解释，想象植物的内部构造—通过观察叶的表皮细胞对想象进行证实建立初步的蒸腾概念 。
2.讲解蒸腾的作用——可以在炎热的夏季使植物体降温，促进根不断吸收水分；还可以使空气湿润。
通过本课教学，要求学生知道植物的叶有蒸腾水分的作用，蒸腾作用是在叶的气孔处进行的；会做说明叶 有蒸腾作用的实验；体会到植物器官的结构与其作用是相适应的。
在本课教学中，蒸腾实验需提前1－2天准备，放在教室的向阳处，上课时才能观察到袋内的水珠。如果这 样做了，也可以从这个实验的现象引入教学，效果更好。对气孔的观察，可以用显微镜直接观察，也可以用挂 图。蒸腾有降低植物体温度的作用，需要联系水蒸发吸热的知识。
第10课 叶的光合作用
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识植物生长所需的养料，绝大部分是由绿叶制造的。这部分内容的思路是：提出问题 讲述 海尔蒙的实验启发学生对海尔蒙实验结果进行分析得出结论。
2.观察叶的内部构造，重点是观察叶绿体（因为叶绿素具有吸收光能的作用，所以了解这个知识很重要） ；做脱去叶中叶绿素的实验，使学生知道叶中含有叶绿素。
3.讲解叶的光合作用的原料、能源、产物，以及光合作用与植物、动物、人的关系。
光合作用是植物生理中比较复杂的活动，学生不容易理解。大纲规定，关于光合作用，教学中只要求学生 一般了解，不作考查。
在本课教学中，观察叶内部有叶绿体，可以用显微镜直接观察，也可以利用挂图；脱去叶中叶绿素的实验 宜用演示的方法，并严格按课文插图中的方法去做（隔水加热酒精，将锥形瓶口堵严），以保实验安全；讲解 光合作用的过程，可以利用课文中的卡通式的插图。利用卡通式插图进行教学可以引起学生的兴趣，深入浅出 地讲解比较复杂的知识，教学时应注意配合教师的生动讲解，并设法避免因卡通插图的局限性使学生产生某种 误解。
第11课 茎的作用
本课内容分为五个部分：
1.提出问题：茎有什么作用？这是本课教学的引入。
2.通过思考“根吸收的水分、叶制造的养料怎样到达植物的各部分”，启发学生推想茎的作用及其内部构 造。
3.通过观察茎运输水分的实验、茎的横剖面、纵剖面，证实以上推想。
4.讲解茎对养料的运输作用。
5.全课总结：茎内有两种管子，一种管子运输水分，另一种管子运输养料。
通过本课教学，要求学生知道茎有运输水分和养料的作用；学习将茎横剖和纵剖；进一步体会到植物器官 都有与它们的生理作用相适应的构造。
搞好茎运输水分的实验是本课重要的内容，要做好这个实验应注意以下几点：选择植物的嫩枝，枝上要有 叶；将茎下部浸在红色的水里；把实验装置放在向阳处，借助叶的蒸腾作用加快水分的运输。此实验在当堂可 以看到效果——水把茎内导管、叶脉染红。
第12课 弹性
本课内容分为两部分：
1.指导学生认识什么是弹性和弹力。这部分内容是按照“实验归纳建立弹性和弹力概念”的思路编写 的。
2.指导学生认识弹性的应用。
通过本课教学，要求学生知道什么是弹性，会做说明物体有弹性的实验，能归纳概括弹性的共同特征，体 会到只有很好地了解自然才能很好地利用自然。
本课是以建立科学概念为主线的，教学时要把握以下几点：一是做好弹性实验，为建立概念打下感性基础 。实验应选择典型材料，分组进行，观察的重点是物体受到外力后形状或体积发生变化、失去外力恢复原来形 状或体积的情况；关于弹力，应注意让学生亲身体验这是物体在形变后产生的一种要恢复原来形状或体积的“ 反抗”力。二是要引导学生在实验的基础上，自己比较、归纳出弹性现象的共同特征，只有这样才能更好地明 确概念的内涵，并使他们的归纳能力受到锻炼。三是在建立概念之后，要引导学生广泛联系弹性在生产、生活 中的应用，使所学的知识进一步具体化。一般说，学生联系得越广泛，说明他们对这个问题理解得越深。
第13课 怎样测定力的大小
本课内容分四部分：
1.指导学生认识测力计的构造和力的单位。
2.教给学生使用测力计测力的基本操作方法。
3.练习用测力计测力。
4.教给学生自制简易测力计的方法，以便学生在课后能继续练习测力。
以上内容是按照技能形成的过程编写的。
通过本课教学，要求学生基本掌握利用测力计测力的方法——能正确操作，正确读数；培养学生认真细致 的科学态度。
在本课教学中应注意以下几点：(1)一定要设法进行分组实验，让学生亲手操作，只有这样，才能达到本课 的教学目的要求。(2)测力计不等同于弹簧秤，它们的构造虽然相同，但刻度不同，测力计是按牛顿刻度的，弹 簧秤是按克刻度的。如果学校现有的弹簧秤上没有力的刻度，可以比照课文插图中的刻度改造一下。(3)本课测 定的是力——拉力、重力等；单位是“牛顿”，而不是“克”。
第14课 摩擦力
本课内容分为三个部分：
1.指导学生认识什么是摩擦力。课文首先从学生在地上滑着玩的事情提出问题——在什么地上容易滑，拉 着体重大小不同的学生滑有什么不同的感觉等，让学生进行讨论，然后讲解摩擦力的存在和特点。
2.指导学生研究摩擦力的大小与什么因素有关系。这部分内容的思路是：首先通过对比实验，分别研究摩 擦力大小与物体表面光滑程度和被拉动物体轻重的关系；然后把两个实验结果进行综合，得出摩擦力大小与什 么有关系的结论；最后启发学生应用以上知识设计实验，使摩擦力增大和减小。
3.指导学生认识人们在生产和生活中，是怎样根据实际需要增大和减少摩擦力的。
通过本课教学，要求学生知道什么是摩擦力，摩擦力大小与什么有关系；会做摩擦力的实验，能用差异法 对实验结果进行分析；体会到自然现象是有规律的，人们掌握了自然规律，就能更好地利用自然和改造自然。
在本课教学中，摩擦力实验应分组进行，比较力的大小最好使用测力计。增大、减小摩擦力的实验，不限 于课本插图中的材料，可以因地制宜，充分发挥学生的创造性。
第15课 反冲
本课内容分为两部分：1.指导学生认识什么是反冲。这部分内容是按照“问题实验归纳建立概念” 的思路编写的。
2.讲解反冲的应用，其中包括喷气式飞机，古代和现代的火箭。
通过本课教学，要求学生知道什么是反冲，以及反冲的应用；能归纳反冲现象的共同特征；结合我国火箭 的发明和我国现代火箭的成就，向学生进行爱国主义教育。
在本课教学中，喷水的反冲实验可以演示，利用气球做的喷气反冲实验可以分组进行。实验观察的重点和 归纳的要点是：当气球中的空气、容器中的水向某个方向喷出时，气球、装水的容器会向相反的方向运动。当 学生知道什么是反冲后，应引导学生广泛联系实际，例如“起跑”、大炮和枪的后座力等。
第16课 热传导
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识什么是热传导。这部分内容是按照“问题实验结论”的思路编写的。
2.指导学生认识热的良导体和不良导体。这部分内容是按照“实验结论”的思路编写的，其中说明水和 空气不容易传热的实验是本课教学的难点。课文的实验是按照对比实验的要求设计的。
3.指导学生认识导体和绝缘体的不同应用。
通过本课教学，要求学生知道热传导的特点，常见的热的良导体、不良导体及其应用；学习做热传导的实 验。
本课教学的关键是，做好热传导的实验。说明热传导方向的实验和水、空气不容易传热的实验，操作比较 难，适于教师演示。这两个实验还有其他方法，教学时可以根据学校的条件和教学的需要，换用其他方法。说 明各种固体材料传热能力不同的实验，操作比较容易，可以分组进行。热的良导体和不良导体的应用，应该广 泛联系实际。
第17课 热对流
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识液体的热对流。这部分内容是按照“问题实验结论”的思路编写的。这是本课教学的 重点。
2.指导学生认识空气的热对流。这个问题是启发学生根据液体热对流的知识，运用类比推理的方法认识的 。
3.指导学生认识热对流在生活中的应用。
通过本课教学，要求学生知道热对流的特点，热对流在实际中的应用；学习做液体热对流实验；体会人了 解自然规律、利用自然规律的重要意义。
本课教学的关键是做好液体热对流实验。课文中介绍的是一种最简单的方法，借助水中的锯末的动态，了 解容器中水上水下对流的情况，教学时可以根据需要换用其他方法。关于空气的热对流，可以联系热空气、 风 的知识进行分析。
第18课 热辐射
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识热可以不依靠任何物体，通过“辐射”的方式向外传递。这个问题是通过火炉、太阳的热 辐射来说明的。
2.指导学生认识黑色物体比白色物体吸收的辐射热多。这部分内容是通过“现象问题实验结论”的 思路编写的。
3.讲解热辐射的作用。
通过本课教学，要求学生知道热辐射的特点，热辐射的应用；会做说明物体颜色不同吸收辐射热多少不同 的实验；向学生进行了解自然、利用自然的科学自然观教育。
关于“物体颜色不同，吸收辐射热多少不同”，本课是通过在阳光照射下不同颜色的手套吸收辐射热多少 不同的对比实验来说明的。教学时，可以因地制宜，换用其他方法。
第19课 保温和散热
本课内容分为四部分：
1.指导学生认识热传递有传导、热对流和热辐射三种方式，这三种热传递的方式常常是同时进行的。
2.指导学生认识保温的方法——采用热的不良导体、阻止热对流减少热辐射等。
3.指导学生认识散热的方法——采用热的良导体、通过加大外壁与空气的接触面积加快热的对流等。
4.指导学生应用热传递的知识，制作一个简易保温盒。
通过本课教学，要求学生知道热传递的三种方法及其在保温、散热中的应用；能制作简易保温盒；向学生 渗透各种自然事物是相互联系的辩证唯物主义观点。
保温的方法，学生接触比较多，比较好理解，可以启发学生研讨；散热的方法，学生接触较少，教师应多 做些讲解。
第20课 雾和云
本课内容分为三部分：
1.指导学生认识水蒸气在空气中的凝结现象。这部分内容的思路是：首先通过常见的蒸锅上方的“白气” 现象提出问题，然后通过对比实验探究白气生成的条件，最后归纳出“白气是水蒸气受冷形成的许许多多的小 水点”。这是本课教学的重点，也是认识雾、云成因的基础。
2.指导学生认识雾和云的成因。这部分内容启发学生根据“白气”的成因自己进行推想，然后用填空的方 法，填写出雾和云的成因。
3.指导学生认识雾和云与人的关系——大雾会影响车船行驶、飞机升降，造成交通事故；根据云的情况可 以预测天气。
通过本课教学，要求学生知道雾和云的成因；培养学生的归纳能力和推进能力；使学生体会到自然事物是 有变化的，变化是有规律的。
在本课教学中，说明水蒸气受冷可以在空气中凝结成许多小水点（白气）的实验很好做，应让学生分组实 验，并启发他们应用因果关系归纳法中的差异法分析实验的结果。从“白气”的成因推想云、雾的成因，可以 用演绎推理的方法（因为白气是水蒸气受冷凝结成的许许多多的小水点，云雾也是飘浮在空中的水汽，所以也 是水蒸气受冷凝结成的许许多多的小水点），也可以用类比推理的方法（因为云雾与蒸锅上方的白气非常相似 ，由此可推想云雾的成因可能与白气的成因相同，也是水蒸气受冷凝结成的）。
第21课 雨和雪
本课内容分为两部分：
1.指导学生认识雨的成因。这部分内容包括四层：(1)启发学生思考下雨前的天气有什么共同特征（都有云 ），使学生知道雨与云有关系。(2)在学生思考的基础上讲解雨的成因。雨的成因比较复杂，课文侧重介绍由于 空中的水气转移，使小水点或小冰晶不断增大、降落成雨。(3)
加热 受启发学生设计实验模拟降雨现象，实验 的基本原理是“水—水蒸气—冷水”；为了使水蒸气受冷，可以在装水的烧杯上放一个盛冰的小盘。(4)讲 解人工降雨的方法及作用。
2.指导学生认识雪的成因。这部分内容分为三层：(1)引导学生比较雪和雨有什么不同，下雪是和下雨时的 天气有什么相同（都有云）和不同（气温不同，下雪天冷），然后启发学生根据雨的成因、雨雪的不同，推想 雪是怎样形成的。(2)讲解雪的成因，雪和雨的成因很相似，主要不同是下雪时，低空气温在0℃以下，小冰晶 在降落过程中不会融化，就成为雪。(3)讲解雪与农业生产的关系。
通过本课教学，要求学生知道雨、雪的成因；培养学生设计实验的能力和推理能力；使学生体会到自然事 物是变化的，人们掌握了自然变化的规律，就可以更好地利用自然和改造自然。
雨雪的成因比较复杂，在教学中需要在启发学生思考的基础上进行深入浅出的讲解，在讲解时可以充分利 用雨雪形成的示意图。雨的模拟实验方法很多，课文中介绍的是一种最简单的方法，教学时教师可以改换其他 方法。为了使学生更好地理解雨雪的成因，在教学中还要运用比较的方法，指导学生认识雨雪在形成过程中的 相同与不同。
第22课 水在自然界里的循环
本课内容分为三部分：
1.启发学生思考：年年下雨下雪，天空中的水为什么降不完呢？
2.在学生思考的基础上，通过“水在自然界里循环的示意图”，指导学生认识水在自然界里循环。
3.指导学生用箭头和简单的文字，表示水在自然界里的循环。这可以帮助学生更好地对水在自然界的循环 运动进行概括，也是学生在本册学习的“用箭头和简单的文字表示自然事物变化”方法的综合应用。
系里设立了应用化工专业和化工分析与检验专业（高职专科），专门培养高素质、高技能的化工操作人才，其中，应用化工专业是培养化工总控工的，就业岗位包括化工工艺操作、化工工程操作，化工设备操作、维护，化工仪表控制，化工DCS操作，化工安全管理，化工产品的包装与销售等。
专业的课程设置
由完成工作所需要的能力，确定以下学习领域：1、物理化学的知识体系一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面:化学体系的宏观平衡性质以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的内容有化学热力学,溶液、胶体和表面化学。化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的内容有结构化学和量子化学。化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的内容有化学动力学、催化、光化学和电化学。物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学三大部分。热力学和量子力学分别适用于宏观和微观系统，统计力学则为二者的桥梁。原则上用统计力学方法能通过个另分子、原子的微观数据来推断或计算物质的宏观现象。物理化学由化学热力学、化学动力学和结构化学三大部分组成。2、应用化工专业所需内容的选择对照操作岗位的知识和能力需要，本着实用、够用，适当拓展的原则，选取化学热力学、化学动力学两大部分，主要内容有物质PVT性质、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学在多组分体系和相平衡体系中的应用、化学平衡、化学动力学基础、胶体、粗分散系和表面化学。根据课程内容及深度，决定选用高职高专化学教材编写组编写的《物理化学》（第三版，化学工业出版社）为基本教材，以傅献彩主编《物理化学》（第五版，高等教育出版社）为主要参考资料。3、物理化学课程定位学习物理化学需要大学物理、高等数学、基础化学的基础知识，同时，物理化学又为学习化工设备基础、化工热力学、化学反应工程、煤化工工艺学等课程打下基础。因此，《物理化学》课程是应用化工专业的重要专业课，是其他主要专业课的基础。
基于工作过程的教学方法
确定了内容，就需要对知识按照工艺岗位的实际情况，进行解构和重构，即以工作过程为载体，以工作任务为情境，构建认知系统。通过综合分析周边化工企业生产工艺，归纳典型岗位，决定选取新能凤凰甲醇的生产工艺为载体，对物理化学内容进行重构。新能凤凰甲醇的生产采用的是德士古技术工艺，主要工段有空气分离制取液氧，制取水煤浆，水煤浆燃烧气化，甲醇合成与精制，各工段对应的知识如下表：（表略）通过完成任务，提高了学生掌握知识的目的性；在学生自主决策与计划中，激发其主观能动性，掌握解决问题的方法与步骤；通过任务实施，培养其动手实践能力；通过教师的检查与评价，让学生体验成功的愉悦，激发其学习的兴趣，提高学习效率和效果。
关键词： 工程热力学 教学方法 模块化教学 案例教学
1.引言
工程热力学是一门重要的技术基础课，是数学、物理和专业课的桥梁。它不仅为学生以后学习有关专业课打好基础，而且是今后能源，特别是热能在各领域被深入研究、开发、创新的基础[1]。课程理论性强、内容抽象、公式繁多、实际应用复杂，并且与高等数学、物理等学科联系紧密，而学时被大量缩减，使得其成为学生公认的“难啃的硬骨头”。由Y.A.Cengel编著的热力学教材明确指出“用简单而准确的方式与明天的工程师开展直接的对话，鼓励他们的创新思维及培养他们对所学习内容的深刻理解[2]”。为了达到这样的目标，结合课程的性质、目标，广大教师一直在努力探索与研究。本文是笔者多年教学中的一些体会总结，供专家、学者批评、指正。
2.模块化教学
工程热力学课程教学中遵循“以应用为目的，以必需够用为度”的原则，注重基础知识、基本定律、基本技能的学习，提炼实用性教学模块，模块与模块之间既相互区别，又有机联系在一起。学生对于整个课程的脉络、主线非常清楚，并且清楚自己在每一阶段的学习任务与目标。
2.1基础理论模块
2.1.1基本概念：开口系、闭口系、绝热系、孤立系；平衡态与准平衡态；准静态过程、可逆过程与不可逆过程；可逆过程的功量、热量；卡诺循环、概括性卡诺循环；体积功、技术功、推动功、流动功、有用功、轴功、耗功；热力学能、焓、熵、熵流、熵产；比定压热容、比定容热容；增压比、压缩比、预胀比等等。在教学中，教师应深入浅出，用浅显而又确切的语言、生活实例，帮助学生理解这些基本概念的定义，包括外延、内涵，及其物理意义。
2.1.2基本定律：热力学第一定律和热力学第二定律。
基本定律是工程热力学课程的理论基础、精髓，贯穿课程始终。教学中须使学生深刻理解热力学第一定律的实质，“量”守恒；热力学第二定律实质，能量不但有“量”的多少，而且有“质”的高低。用能的原则应该是不同品质的能量匹配使用，避免高品质能无谓地转化为低品质能。自古以来，永动机一直有人推崇，要使学生意识到任何试图制造热效率y≥100%的机器都是徒劳的，都是违反热力学第一定律和热力学第二定律的。
2.1.3转换内外条件：工质的热力性质与热力过程。
研究热力过程的目的在于揭示过程中工质状态参数的变化规律，以及能量转化情况，进而找出影响转化的主要原因，找到节能途径。
2.2工程应用模块
重点介绍压气机、动力循环，而制冷循环则作简要介绍。对这一部分内容的学习，应着重采用讨论等方法，引导学生运用所学基础知识进行分析＼计算，从而加深对课程内容系统地理解、掌握，提高其热力分析、热力计算的能力。
3.理论联系实际，案例教学
热力学是学生公认的“难啃的硬骨头”，期末考试及格率不甚理想。但是确切地说，工程热力学却是基于我们日常生活、实验观测基础之上的一门学科，并不是很难的课题。讲课中，理论联系实际，利用案例教学，既使学生感到工程热力学并非遥不可及，取得良好的教学效果，又能培养学生理论联系实际的习惯。讲授可逆过程概念时，以物理学中的单摆在真空中、空气中为例或以在气缸的活塞上移走砝码、沙子为例，阐述可逆过程的特点、实质；区分准静态过程与可逆过程、不可逆过程；进一步说明没有耗散效应的准静态过程才是可逆过程；不可逆过程并不意味着不能向相反方向进行。讲授热力学第二定律时，以航海为例，若轮船没有燃料时，试图从大海吸热，使之转化为功，实质就是从单一热源吸热使之完全转化为功，即第二类永动机，这也是不可能实现的。
4.巧妙合理地运用p-v图、T-s图
p-v图、T-s图是进行热力分析、热力计算的重要工具，应贯穿工程热力学课程始终。合理运用p-v图、T-s图教学，能准确或定性地描述基本概念、理论及工程现象；巧妙地分析、比较热力过程、热力循环；提高学生运用工程图形语言巧妙、形象、直观地分析问题、解决问题的能力。以单级活塞式压气机为例，应用p-v图、T-s图，做耗功分析及热力性能分析，进而找到省功及节能途径，既避免了数学上复杂的运算，又提高了学生灵活运用图形分析工程现象的能力。
5.基本理论及定律的内涵渗透
“在课程的讲授中，教师非常注重从基本理论及定律的内涵渗透，原理、定律的本质内涵出发，解决各类实际问题[3]”。这是美国同行极其重视的教学方法，实践证明是行之有效的。以理想气体热力过程膨胀功的求解为例，具体公式有十多个，学生学起来，既难记又容易混淆。若从膨胀功定义式、热力学第一定律、理想气体状态方程这些基本定律、基本公式出发，结合过程特点，就可解决所有问题，并且避免学生遇到问题仅会生搬硬套，遇到复杂问题就无从下手的弊端。
6.结语
工程热力学课程博大精深，每上一次课就有一次新的体会与收获，教师应与时俱进，做到“常教常新、常教常精”。这样使明天的工程师对物理问题及其规律有一个清楚的认识与掌握，从而解决更为复杂的问题。
参考文献：
[1]童钧耕.工程热力学课程教学改革的几点看法[J].中国电力教育，2002（4）.
关键词：传热学；教学改革；教学方法
作者简介：齐晓霓（1974-），女，山东淄博人，山东理工大学交通与车辆工程学院，讲师。（山东 淄博 255049）魏丽霞（1976-），女，山东潍坊人，中国石油大学（华东）理学院，助理实验师。（山东 青岛 266555）
基金项目：本文系山东理工大学教学项目基金《传热学教学方法的研究与探索》（项目编号：112024）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0123-02
热工基础课程是一门专门研究探讨如何提高功热转换效率、热能转换及传递基本规律的工科课程。在工科领域，热工基础课程占有举足轻重的地位，为培养专业化综合型人才起到了重要作用。在前几年，高等院校为了适应社会需要和时展，许多院校提出了要培养具有跨学科知识、渊博学识、基础扎实、专业技能过硬的高级人才目标。在这样的目标指引下，众多高等院校在工科类以机械大类进行招生，[1]在大类下面进行专业细分，比如清华大学、哈尔滨理工大学、西北工业大学、上海交通大学、东南大学等国内知名高校。在西方国家的高等工程教育中，对热工基础课程很重视，基本都开设了“热力学”与“传热学”。陶文铨与何雅玲教授为了探索热工基础课程教学方案，对开设了热工基础课程的国外二十多所大学进行了调查研究。[2，3]笔者从调查结果中发现，材料学院、核能工程系、化工学院以及机械学院等工科类院系都开设了热工基础课程。还有不少大学将“传热传质学”和“热力学”设置为机械类学院的重要课程，比如普渡大学、麻省理工大学等世界知名大学。也有些大学将热工基础课程设置为工科学院的公共课程，比如美国依阿华州立大学工学院将“传热学”、“热力学I”、“热力学II”和“热流系统设计”这四门热学设置为他们的公共课程。山东理工大学（以下简称“我校”）机械学院在2006年时进行了专业设置改革，开始实行机械大类招生，但作为热工基础的核心课程——传热学仅在机械创新实验班被设置为专业基础课（44教学学时+4实验学时），而没在机械大类全部专业中进行开设。笔者基于考虑“传热学”课程的重要性以及机械大类综合型人才的培养目标，有必要对传热学的教学范围、内容、方法、教材选用和实验进行深入研究和改善。
一、机械大类所有专业设置热工基础课程的必要性
在我国高等教育中，主要将热力学与传热学归类为热工基础，也有不少学校将流体力学的基础部分添加了进来。热工基础课程是工程学科的基础学科，其主要研究的内容是能量传递与转换的基本规律、提高能量利用率。机械大类中的热能工程专业、制冷与空调、内燃机方向将热工基础课程设为基础课程，其中主要包括了传热学与热力学，同时都设置了较多的教学学时。不过随着我校开始实行机械大类招生后，大部分机械类专业都开始了热工基础课程，不过学时量不大。机械大类设置热工课程的有其时代背景，即机械工程专业人才所从事的工作内容基本都会遇到能量传递与转换问题，具有扎实热工基础知识才能良好应对。比如动力机械设备、家庭供暖、家用电器、汽车等各种机械产品的研究设计阶段，以及生产运输等各领域环节都需要热工基础知识来解决相关热能问题。
二、机械大类专业热工基础课程教学现状
在课程教学规划中，机械大类尚未以学科平台课的方式设置热工基础课程，仅有机械创新实验班开设了短学时的热工基础课，课程安排在大三上学期。由于学院领导和学科骨干在进行编写教学大纲、制订教学计划与教学实践上有不少分歧和不同见解，导致该校遭遇了不少新问题和障碍。
1.课程教学时数设置
我校能源动力类方向的专业对热工基础课程的设置比较合适，课时安排了不少。例如，热力学有60课时，传热学50课时以及流体力学的40课时。目前，机械大类的机械创新实验班开设了48课时的传热学，对于教学实践环节，课时稍微过多。如果将传热学、热力学和流体力学三门热工基础课结合为一门课程，即整合成学科平台课，机械大类的全部专业都需要学习，这将会是机械大类知识面的极大拓宽。当然这个学科整合，不是单纯的将这三门课程所有课时进行叠加，整合后的学科平台应该设置多少个课时比较科学？是否应该根据各个方向的不同需求而进行个性化课时设置？这些都是需要进一步思考和研究的问题。
2.教学内容方面
传热学的主要内容是研究热量宏观传递规律和现象。传热学主要研究了导热传热、对流传热以及辐射传热三种传热方式，这三种传热方式由受制于不同的物理原理，所以到目前还没有统一的理论将此三种传热方式整合，所以对传热现象研究的方式一般采用单个研究，而后进行综合。导热传热、对流传热以及辐射传热三种传热方式相互独立，各自构成一个知识体系。[4]非能源动力类的机械大类学生由于热工基础的知识并未系统化，学习起来比较吃力，教师授课要讲透彻也不是那么简单，所以，可以基于热工课程在他们将来知识需求上的低层次，将比较难的内容讲表面化即可，或适当略过。但是对于能源动力类的学生，热工基础课程知识的掌握要求要高很多，必须熟练甚至精通，在教学课程规划时，怎么进行内容的增减、知识点的侧重，这些问题均还需要笔者更深刻的研讨。
所以，在进行“传热学”教学的起始阶段，首先应该本书的基本内容进行串联，注重知识的系统性，让学生能够在一开始就能清楚学科轮廓，能理解这三种传热方式。
3.实验教学方面
当前，我校传热学的教学实践上过于注重知识的灌输，而很少关注学生的实践创新能力的锻炼。而有效锻炼学生这方面能力的实验教学方面又存在较多欠合理之处，主要表现在如下几方面：第一，课时安排较少，实验教学内容不够丰富，大部分内容依然是基于课堂所讲知识而进行的验证。第二，实验教学是课堂教学的重要补充，但是对于实验教学质量的考评，尚未有可靠的考核标准，导致实验教学比较散漫。第三，学校可用的实验教学设备和仪器数量不多，且机械大类的每期学生都较多，只能多人一机，不少想体验实验过程提高动手能力的同学最终也未能实现想法。
4.教学方法和教学手段方面
热工基础课程也是实行双语教学的工程技术类课程，[5]但是受学生专业外语水平的限制，并未实现双语教学。因为即使采用了，双语教学也无法受到实际教学效果。
三、机械大类专业热工基础课程教学改革建议
笔者针对上文给出的几个问题，提出了如下几个解决方案。
1.科学设置教学学时数
由于以大类专业的方式进行的招生，导致大类教学的课程较大，但所有课程的总学时是一定的，所以考虑了诸如教学内容、大纲、教学对象等因素后，设计了AB两套“传热学”课程设置方案，不同专业根据需要可以对其进行分类选修。
2.进行实验教学改革
传统的热工教学模式采用填鸭式教学，注重知识的灌输，在进行实验教学改革上，有必要摆脱传统教学模式，以培养实用型科技人才为教学目标。加快完善现代化实验室建设，提高学生实践创新能力，锻炼学生在实际问题中应用理论知识的能力。
（1）科学设置实验项目。在规划实验教学大纲时，对实验项目的安排上进行了科学分配，降低验证性实验与演示性实验比重，其比重分别为30%与10%，提高综合性实验项目比重，使其达到总项目的60%。演示性与验证性实验是属于传统实验教学项目，是教学任务的基础，通过它有益于学生更好的理解抽象概念，帮助他们更好解释热工现象，证实热工基本规律与理论，并强化课堂所学知识，同时熟练掌握实验流程及相关仪器设备。而通过大量的综合性实验，可以提高学生解决热工基础问题的综合能力，培养学生思维的深度和广度，激发他们的创造性。这种递进式的实验教学过程，可以有效的实现实验教学任务，并培养学生应用基本技能的能力。
（2）合理组织实验。根据实验项目的不同，实验教学也应该有针对性，有些实验应让学生进行预习，然后在实验快开始时考察学生预习程度，并给出相关预习成绩。有些实验不能通过一人完成，需要团队的配合，则进行实验分组，让他们根据实验要求和目的以及设备说明书，通过合作完成实验台的组装和实验任务，完成后进行统一评比，公开评比优劣，并当场给予成绩评定。而在综合性实验中则应该避开固化的实验指导书，让学生通过实验任务和要求以及实验仪器说明书为指导，自行拟定实验方案，锻炼学生解决问题的能力，并锻炼其创新能力。
（3）装配现代化实验设备，及时更新实验内容。当代科技正处于日新月异的快速发展中，陈旧的实验仪器已无法满足当代热工实验教学的要求，而内容上也显得过于保守，缺乏新意。但是，由于我校机械类人力、物力资源有限，实现完全现代化设备的更新换代是不现实的，所以该校热工教师团队通过自行研究，将旧设备进行改造，并开发新的实验台。例如，该校教师将“水平管空气自然对流传热实验”中所用的人工手调测温的实验装置改造成计算机自动测温系统；再比如，改良了“准稳态法测定材料的导热系数实验”所用双热电偶测温度与温差环节，实验中将热工测量技术知识与传热学知识相结合，提升了实验项目的综合性价值。而且，该校在教学实验中引入了计算机技术，比如在“流体沿程与局部阻力实验”这一基础实验中，使用计算机进行实验数据的采集和处理。
3.提高中青年热工课程教师学术水平
提升热工教师队伍自身专业素质，强化与一流学校的学术交流与项目合作。充分利用各种渠道，加强学校之间的学术交流，让教师队伍在专业知识上相互学习，相互提高，定期开展学术研讨会，以强化学校之间的联系。国外高等工程学校具有丰富的热工基础教学理念，可以尽可能多地利用各种机会与他们建立联系，并形成学术互访机制，随时了解国外教学改革动态，学习他们科学的教学模式。
四、结语
传热学作为机械大类专业的一门重要学科课程，必须对各个专业方向设置合适的教学课时，科学规划教学内容，全面改进课堂教学模式、优化实验教学方法，并着力改善热工教师队伍的专业水平，并重新选用合适的热工基础教材。笔者对于机械大类设置热工基础课程也仅是一次积极的探讨，还需要实践来检验，需要教师们的共同努力，将热工课程更科学地进行施教。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部高等教育司.中国普通高等学校专业设置大全[M].北京：高等教育出版社，2003.
[2]何雅玲，陶文铨.对我国热工基础课程发展的一些思考[J].中国大学教学，2007，（3）.
[3]陶文铨，何雅玲，王秋旺.境外大学工科热工类课程的设置[J].高等工程教育，2000，（S1）.
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