時間：2023-05-16 15:54:22
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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
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：
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像介紹表面張力時，就與學生一起做一個熟悉的肥皂膜游戲，邊做邊提問并講解，讓學生自己發現力的存在和力的方向，之后再讓學生畫出滴定管下端的液滴、水面下拉環或向下壓面時所形成的彎曲液面的表面張力的方向時，學生快速準確地畫了出來；在引出微小液滴的飽和蒸汽壓與平液面的蒸汽壓的關系，即開爾文公式時，就以冬天路邊的雪堆，環衛個人是怎么處理的為題，分析原因，得出結論，再從熱力學原理推導出開爾文公式，并和學生一起討論農民為何天旱時鋤地，“三北防護林工程”植樹利用了物理化學哪方面的原理。這樣在課堂教學中設置一些和生活實際相關的有趣的問題，讓學生帶著疑問和好奇去學習，使學生感到物理化學就在他們身邊，生動而具體，從而激發了學生的學習興趣。
二、使學科發展前沿的新技術和新成果滲透到課堂
物理化學作為一門化學專業的基礎課，在本科生的培養過程中，不僅具有為其它課程服務的作用，更重要的是培養學生的創新能力。這就要求物理化學的教學內容也需在原有課程體系的基礎上，精簡一些次要內容，而把學科發展前沿的新技術和新成果滲透進來，讓學生感受到物理化學課程不完全是一些枯燥乏味的概念和公式，而是活生生的現實。另外，物理化學與其他學科相互滲透、相互結合，形成了許多邊緣學科，拓寬了物理化學的研究領域。像光化反應與環境科學，生命科學，材料科學及信息科學的關系十分緊密，而光化反應在化學動力學中僅占很小比重，常被忽略，但在講課時介紹光催化在環境凈化和生命過程的應用，開拓學生的視野。在介紹表面活性劑時，引入學生比較關心的石油開采過程，扼要介紹一次開采、二次開采、三次開采等概念，使學生既掌握了表面活性劑的作用原理，又拓展了知識面；在講解電化學時介紹燃料電池，在講解真實氣體時介紹超臨界萃取技術等。教學大綱中雖然沒要求這些內容，但可以增加學生的信息量，引起學生學習的興趣，激發學生的學習積極性。
三、注重教學內容與教師科研的相互滲透
將教師的科研課題或成果直接轉化為教學資源或綜合性、設計性實驗的內容，學生根據自己的專業和興趣參加到教師的科研中，也可參加大學生創新創業項目，早期介入科研。例如，講到活度的概念時，就向學生介紹一位研究生的碩士論文的部分內容；講到接觸角時，又給學生介紹我們測定金屬溶液與不同種類固體接界時的接觸角的過程和結果；講到langmuir吸附和BET公式時，給學生推出了測定固體比表面的常用儀器-ASAP2020物理吸附儀，并給學生詳細講解測定分析過程。我們還將教師的科研項目二甲醚重整和甲烷重整用的催化劑的制備部分，轉化成綜合性、設計性實驗，要求學生從查閱文獻資料開始，自己設計全套實驗方案，經指導教師審核后即可進行制備，所得產品直接用于后續的重整反應。對于部分參與科研活動實驗結果較好的學生，我們積極鼓勵學生整理數據，撰寫論文并發表在國家級學術刊物上，曾先后在表面技術、天津化工、遼寧化工、化學工程師等期刊上5篇。這樣將教學內容與科研課題相互滲透，提高了學生的科研創新能力，還學到了科技論文寫作方法，增強了學生的自信心，激發了學生的學習興趣，調動了學生的學習積極性。
四、采用設問教學法活化物理化學課堂教學
所謂設問教學法，就是從人們公知公認的現象中提煉問題或困惑入手，設計一些與所講授課程內容相關的問題，引導學生仔細思考分析，展開廣泛討論等解決這些問題。在教學過程中，我們始終堅持一個原則，就是教學的目的絕非是向學生灌輸多少知識，學會推導多少個公式，完成多少種計算，而在于激發學生如何去思考與創造，授人以“漁”，而不授人以“魚”。精心設計問題成為物理化學課堂教學常用的組織形式。通過采用設問教學法，讓學生帶著問題學，不僅激發學生的學習興趣，積極參與教學,也讓學生學到有關的基礎知識,同時還培養了學生的科學思維能力、自學能力和運用所學知識解決實際問題的能力。例如，引出Kelvin公式時，先通過密閉容器中放置的大小不等的汞滴的變化情況，提問學生飽和蒸氣壓都與哪些因素有關？然后再從熱力學角度進行公式的推導，加深了學生對公式的理解，也調動學生積極參與到教學環節中，教師與學生互動，活躍了課堂氣氛。
五、建立物理化學教學的知識框架，注重學生的思路和知識點的銜接
關鍵詞： 化工計算 教學內容 教學方法 改革實踐
物理化學是高職化工工藝類專業的一門非常重要的核心專業課程，其學習效果直接影響到學生對后續專業課程（如化工原理、畢業論文與設計）的學習，更間接地影響到學生畢業以后的崗位適應能力和發展能力。從總體上講，高職學生數理邏輯能力是明顯的弱項，大部分學生對本課程存在不同程度的學習障礙。如何推動物理化學課程教學改變，一直是基礎化學課程授課教師面臨的一個懸而未決的老大難問題。
一、刪繁就簡
從教材與教學內容改革入手調動學生積極性。從內容上看，若干教材版本基本上由緒論、氣體、熱力學第一定律、熱力學第二定律、化學平衡、相平衡、膠體與表面化學、電化學、動力學基礎構成。教材理論色彩濃厚，缺少鮮活的行業實踐案例，對其進行增刪取舍是非常必要的。筆者的主要做法可概括為單元化、模塊化改革，突出實踐性教學內容。首先將教學內容劃分為五個單元：熱力學基礎單元、化學平衡單元、物質分離提純單元、電化學單元、動力學單元。五個單元按照由簡單到復雜的邏輯方式遞進，既遵循專業知識學習的內在邏輯規律，又考慮到刪繁就簡，以適應高職學生的偏好。每個學習單元設置數量多少不一的學習模塊或任務，這些學習模塊之間既有相互之間的內在聯系，又各具獨立性特點。對高職化工工藝類學生而言，重在如何應用所學到和掌握的專業知識、技能解決現實化工生產問題，而不應過于強調課程知識的系統性。因此，筆者對本課程內容刪減最多的要數熱力學基本定律。教學實踐表明，熱力學基本定律能解決兩個問題：能量衡算和方向判斷，而這一直是一個幾乎令所有課程師生傷腦筋的問題。解決的辦法是大幅刪減具有相當難度、師生都厭煩的理論內容，突出具有實用性、行業實戰性的內容。
二、高度重視案例教學和情境教學的巨大作用
物理化學是一門理論性很強的、比較枯燥乏味的專業基礎課程，教學過程與方法策劃不當，教學雙方的主體性均不可能得到充分發揮，效果不言自喻。通過案例的引入，開展研討式教學，充分調動學習的主動性，學生顯然能提高學習興趣。例如，在化學平衡單元教學中，筆者引入我院生產實訓裝置――乙苯脫氫反應案例，學生現場學習，迅速理解了溫度、壓力、催化劑、惰性氣體-水等工藝參數的重要性及原則性的操作步驟與方法，活躍了課堂氣氛，發展了發散思維能力和綜合能力。此外，從教學過程來看，企業鮮活現實再現于課堂，企業生產經營中現實的策劃、規劃、設計、作業管理決策的再現，能使學生掌握發現問題、診斷問題成因、解決現實問題的思路、方法技能，持之以恒，逐步養成創造性思維和靈活運用理論知識的習慣，提高分析、綜合能力和創造性，從根本上內化理論知識，鞏固學習效果。
三、注重引導好學生的研究性學習
所謂研究性學習，從廣義上理解，泛指學生主動探究的學習活動，是一種學習的理念、策略、方法，適用于學生對所有學科的學習。從狹義看，是指教學以問題為載體，創設類似科學研究的情境和途徑，讓學生通過自己收集、分析和處理信息實際感受和體驗知識的生產過程，進而學會學習，培養分析問題、解決問題的能力和創造能力。毫無疑問，研究性學習給老師留下了很大的創造空間，但也增加了課程實施中的大量的不確定因素：課程的實施模式、價值判斷、切入口、推行步驟、資料來源、研究結果及呈現方式，等等，幾乎每一個環節都需要因地制宜、因人而異、因現存條件而決定。針對物理化學課程，研究性學習中“問題”的呈現可以是多種多樣的。筆者主張這些問題來源于化工生產實際過程比較妥當，也可以與問題情境教學配合進行。在老師的引導下，學生通過課程知識整合，合作研究，逐步明晰了解決這一問題的邏輯思路，最終內化專業知識與技能。
四、充實反映科學前沿的內容，拓寬學生的知識面
例如：光化反應在動力學內容占很小比例，常被忽略，但光化反應與環境科學、生命科學、材料科學反應及信息科學緊密相關，在講課時結合科研內容介紹光催化在環境凈化的應用，開闊學生的視野，引起學生的興趣，同時鼓勵學生參與到部分科研工作中，調動學生學習積極性，爭取近年內開設若干高層次應用物理化學基礎理論的選修課程，如界面與膠體化學，表面活性劑物理化學、生物物理化學。這些課程不僅可以彌補課內學時的不足，加深學生應用與掌握物理化學的基本理論，而且與前沿科技均有密切關系，可以擴大學生的知識面。
五、提高實驗課起點，組織綜合型的實驗
第一，刪減部分和整合陳舊簡單的實驗，提高實驗課的起點。如恒溫槽與其性能測定這一實驗內容過于單一，應與以后涉及使用恒溫槽實驗整合，“化學平衡常數及分配系數測定”和“中和熱-電離熱測定”兩個實驗所用儀器設備和操作過于簡易，顯得落后陳舊，應當刪減，或與無機分析實驗整合，動力學章節涉及速率常數測定的實驗有3個，顯得重復，應刪減或增加新的內容，如增加流體黏度及表面張力的測定等內容。第二，擴充和加深實驗內容，組織開發性、綜合型的實驗。例如電化學實驗中“電動勢的測定和應用”實驗可與綠色化學結合，對含Cr+6廢水進行處理，不僅拓寬了基礎知識面，還讓同學們了解了學科間知識交叉與滲透，又如二元氣-液相圖實驗中可增加高難度非均相氣液平衡內容。同時準備開設綜合性實驗光催化氧化處理高濃度有機廢水，這一實驗不僅涉及物理化學中的光化反應，速率常數的測定，反應級數的求法，還涉及反應器的設計，催化劑的篩選和工藝改造，以及計算機對實驗數據的處理等多方面知識，可以充分發揮學生的創造能力，自行改造與設計。
教學改革是擺在我們面前的新問題，對許多問題的認識還很膚淺，有待進一步認真地研究和探討。
參考文獻：
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關鍵詞：研究生課程；化工分離過程；教學方式改革與實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）20-0151-02
一、引言
《化工分離過程》是武漢大學能源動力學科化學工程與工藝專業開設的研究生專業課程。該課程特點是綜合性強、內容廣泛，包括化工實際生產中多組分物系分離過程的原理、流程、計算、應用以及相關領域的前沿研究。要求學生掌握各主要分離過程的基本原理、特性分析、操作特點、簡捷和嚴格計算法、應用以及研究進展等。雖然學生在本科階段已經學習了《物理化學》、《化工原理》等基礎課程，但由于分離過程所涉及到的化學工程基礎知識點較多，經驗性知識內容較多，而新的分離技術與分離裝置又不斷出現[1]，學生學習有一定難度，因此，如何組織好這門課的教學至關重要[2，3]。本文根據研究生課程《化工分離過程》教學的特點，對該課程教學存在的問題進行了總結，結合研究生課程教學實踐，深入研究教學方法，并提出了課程教學的改革方案。
二、課程現狀及存在的問題
1.課程概況。本課程第一章為單級平衡過程，主要講述相平衡，多組分物系的泡點和露點計算，閃蒸過程的計算。第二章為多組分多級分離過程分析與簡捷計算，涉及設計變量，多組分精餾過程，萃取精餾和共沸精餾，吸收和蒸出過程流程，萃取過程。第三章為多組分多級分離的嚴格計算，包括平衡級的理論模型、逐級計算法、三對角線矩陣法。第四章為分離設備的處理能力和效率，主要為氣液傳質設備的處理能力和效率、萃取設備的處理能力和效率、傳質設備的選擇。第五章為分離過程的節能，分離的最小功和熱力學效率，精餾的節能技術，分離順序的選擇。第六章為其他分離技術和分離過程的選擇，主要為膜分離技術、吸附分離、反應精餾、分離過程的選擇。教材選擇為陳洪鈁、劉家祺編《化工分離過程》（化學工業出版社，2006年），參考教材選擇勒海波等編著《化工分離過程》（中國石化出版社，2008年），賈紹義、柴誠敬主編《化工傳質與分離過程》（化學工業出版社，2001年），以及蔣維鈞編著《新型傳質分離技術》（化學工業出版社，2006年）。
2.教學面臨的主要問題。（1）內容多，學時少。“化工分離過程”具有知識點多、復雜例題多、圖表公式多等特點，傳統的教學以板書為主，重要內容、公式推導以及例題講解都不便，教學效果不理想。同時隨著化工分離過程新技術的出現，要求研究生更加重視新知識、新理論，這些要求與較少的課程學時形成沖突[4]。（2）教學內容落后。隨著學科和新技術的發展，化工分離過程理論也應不斷完善。當前課程教學內容很多都已落后，而且對于本學科的前沿思想、理念、方法未得到重視。早期的教學大綱和教材不能滿足學生目前所學所用[3]。（3）教學評價機制不完善。考核評價單一且不完善，傳統的考核方式通常以單一的期末閉卷考試為主，教學效果和學生對課程的掌握程度主要通過期末理論考試成績來評價。這種單一評價學生成績的考核方式不適應《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》的要求，也不利于學生的全面綜合發展。（4）教學方法單一。化工分離過程的原理和結構復雜，依靠傳統教學方式獲得的信息很抽象，學生難以理解，而且教學方式過于單一，學生較難理解工作原理。當前已經跨入網絡時代，但專業課的教學遠遠沒有利用先進網絡技術，仍然停留在教師講授、學生習題的狀態。學生的創造性和積極性難以被激發出來，導致教學效果欠缺。
三、教學方法改革與實踐
1.優化并整合教學內容。合理安排教學內容，在有限的學時數下，盡量保持教學內容的系統性和完整性。化工分離過程僅有36個學時，如何選擇教學重點以及教學方法，對提高本課程的教學效果十分重要。目前現有課程內容設置與化工原理、物理化學、化工熱力學等課程具有一定的重復性。通過認真比較，教師對教材內容進行了優化與整合。
我們采用的主教材為陳洪鈁、劉家祺編《化工分離過程》，由于本專業研究生本科期間未修《化工熱力學》，故將第二章作為講述重點。此外，增加新型化工分離技術，將超離子液體、膜分離、雙水相技術等典型工程案例引入教學中，使課堂教學更具有現實性和新意。減少與化工原理內容的重復，對化工原理教材中已涉及到的內容如雙組分精餾、吸附和結晶等安排自學，重點講解多組分體系的工程計算，將有關基礎及計算機應用在藕合與集成過程設計中體現出來，培養學生利用化工單元操作的基本原理解決實際復雜體系分離問題的能力。由于每章授課時間只有3～4學時，我們將課程重點放在分離技術合理選擇、分離過程優化設計上；且根據具體產品的生產方法，結合化工原理、反應工程、化工熱力學，從工程、經濟、環保等角度出發，講授專業知識。
2.多元化教學方式相結合。化工分離過程涉及大量單元過程及分離設備，需要較多的圖表表述，傳統的教學方法中，圖形的表述形式和內容受到局限。因此通過多媒體課件、板書及視頻相結合改進教學效果。
一方面，采用多媒體教學可充分利用電子課件、動畫、視頻等將其知識直觀表述，為學生提供真實的情景教學環境，把化工分離過程中復雜內容簡單化，抽象內容具體化，枯燥內容形象化，不僅激發了學生的學習興趣，同時也豐富了課堂教學內容，提高了教學效率和效果[2]。充分利用網絡資源如動畫和錄像，改善了教學媒體的表現力和交互性，促進了課堂教學內容、教學方法、教學過程的全面優化，從而提高了教學效果[1]。例如講解甲醇生產裝置工藝設計等。另一方面，傳統板書在教學中也起著至關重要的作用。公式推導、邏輯計算與微觀原理的分析，需要板書與PPT結合，引導學生的思維。此外，在教學過程中還采用了對比式教學方法，例如，雙組分精餾和多組分精餾，簡捷計算法和嚴格計算法，共沸精餾和萃取精餾，操作型計算和設計型計算等。
3.課堂討論教學。研究生課程的教學應更加深入地采用師生互動的方式而非傳統的本科生課程教學方式。討論課的一種方式是當講授到課程的重難點時，加入討論環節，把重要問題提出來，先讓學生分組討論，然后教師再針對重點和難點進行細致講解。這樣可充分調動學生的積極性，加深了學生對知識的理解，也加強了學生知識體系的完整性。例如在講多組分精餾時，教師在介紹完兩個極限條件及進料位置的選取后，讓學生討論簡捷計算方法的步驟和應用，并與二組分精餾進行對比分析。另一種方式是教師根據每章主要內容，列出討論選題提前發給學生。本課程的討論課設置了不同專題，例如超臨界流體萃取、反膠團萃取及雙水相萃取，液膜分離技術，特殊精餾過程分析，新型吸附技術、新型膜分離等。每人自選一題，要求學生查閱國內外最新文獻并制作PPT。每人陳述20分鐘，其他同學和教師對其論題進行提問，由該同學負責回答。討論結束后，教師評價該同學的陳述情況，并提出建議。教師從學生的講述中可基本了解其掌握知識的程度，查閱資料的多少，其他學生通過該生的陳述，也擴展了知識面。通過開展討論式課堂教學，極大調動了學生的主觀能動性，取得了很好的效果。
4.課堂教學與課題研究相結合。如何提高研究生的學術研究能力是研究生培養的關鍵。武漢大學能源動力學科化學工程與技術專業是由電廠化學專業發展而來的，主要培養面向電力能源行業尤其在電力生產用水處理方面的從業人員，因此在教學過程中如何提高研究生解決問題的能力顯得尤為重要。在加強學習理論知識的基礎上，教學中要求研究生對學科前沿加以關注，根據導師的研究方向，了解化工分離過程在該研究方向上的發展及應用近況，撰寫文獻綜述，同時通過查閱大量文獻資料，獲取化工分離過程最前沿的知識，不斷提高理論水平。
5.改革考核評價方法。建立多元化、規范化的研究生專業課程評價體系。本課程有針對性地改革了考核方式，重點考察研究生掌握知識的能力，如：采用開卷考試、專題研討和課程論文相結合等方式，注重考核研究生將所學知識融會貫通，應用于解決實際問題的能力；指導研究生撰寫課程論文，促使其查閱大量文獻資料，了解學科發展前沿，拓寬知識面。通過考核力求提高研究生分析問題和解決問題的能力，激勵學生重視和積極參與學習的全過程，把能力培養、知識傳授和素質教育融為一體。本課程將考核進行細化，分成以下四部分：期末開卷筆試成績占40%，專題匯報占25%，課程論文占25%，平時表現10%。
四、結語
工科研究生專業課程的教學目的在于學以致用，需要通過有效的教學環節保證學生掌握必要的課程知識要點，并學會將之運用于分析解決實際問題。本文作者經過近幾年對研究生課程《化工分離過程》教學方式的探索與實踐，通過優化整合課程內容，采取多元化教學方式，能夠有效改善傳統教學方法上存在的諸多問題，調動學生的學習興趣和主動性，從而提高課程的教學效果，并且能使學生在其他方面得到提高，全面提升專業素養。
參考文獻：
[1]曾濤.《化工分離過程》教學中提高學生工程能力的探索研究[J].廣州化工，2014，13（42）：216-217.
[2]孫晨.化工分離過程教學方法探討[J].廣東化工，2014，41（16）：192-193.
[關鍵詞]小班研討 工科 物理化學 教學改革
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）05-0021-02
物理化學是大化工類各專業本科教學計劃中的一門專業基礎課程，是理論性、系統性、邏輯性都很強的一門課程。由于學科本身公式繁多、概念嚴格、推導復雜，容易導致學生學習困難，知識掌握不牢、理論與實際脫節等問題，對大化工類相關專業的后續課程的學習帶來不利影響。[1]長期以來，物理化學的學習一直是學生的難點。近年來，小班研討這種創新性的教學模式由于在激發學生的學習興趣和熱情、引導學生養成自主學習的習慣、培養學生的創新思維能力和知識交流的能力等方面具有優勢，逐漸被應用于許多學科的課堂教學。[2]
通過近幾年的教學實踐，我們認為，將小班研討應用于工科物理化學課堂教學時，教師要充分發揮在教學過程中的主導地位[3]，合理地選擇研討內容，這樣才能發揮小班研討的上述優勢，達到既定的教學目標。結合本校工科物理化學教學的實際情況，我們對工科物理化學小班研討的研討內容，提出下列的思考并進行了實際的探索。
本校使用的教材是科學出版社出版的普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《物理化學教程》。在該教材的框架體系下，我們認為工科物理化學課程除了培養學生具有扎實的基礎知識、良好的邏輯思維能力，建立科學的思維方法外，還應當突出基礎理論與實際應用并重、注重聯系實際的工科特色；并能夠關注學科發展前沿，理解新興領域的研究思路。因此，在小班研討的研討內容選擇上，就要兼顧上述三個方面。
此外，本校本科學生在二年級上學期和下學期學習物理化學課程，這時學生正處在由基礎課程到專業課程學習的過渡期，學生的理論聯系實際的能力和創新意識都較薄弱；同時，多數學生的口頭表達能力尚需鼓勵和培養。在研討內容的選擇上也需要考慮這個問題。
一、基礎核心內容的研討
對于熱力學、動力學、化學平衡和相平衡這部分基礎核心內容，在教學過程中，為了讓學生形成完整的知識系統，教師要站在整個學科的高度向學生講述物理化學的主要框架和思想方法。
首先，研討內容中學生的陳述內容可選擇對每章的重點進行歸納總結，討論內容可以選擇學生易于混淆的概念、定理和基本原理進行辨析。對基礎核心內容的難點問題，教師可通過擬定思考題的形式由學生進行討論。這樣做一方面可以夯實基礎，強化學生的自主學習能力，為理論應用于實際打下基礎；另一方面，可以逐漸培養學生的口頭表達能力和學術交流能力，使研討能夠循序漸進地越做越好。
其次，在基礎理論建立的過程中，通過分析科學家的研究過程、研究方法，可以學習科學家的邏輯思維方法。因此，從物理化學發展的歷史中，選取某些知識的起源、發展和完善的歷史作為研討內容，通過學科發展和背景的討論能促進學生對理論和公式的深刻理解，讓學生掌握系統的學科思想方法。此外，科學家的生平介紹，研究方向的確立與變化，也可作為研討內容，這樣可以激發學生的學習興趣和熱情。
此外，融合章節間的研討內容可以讓學生對所學知識融會貫通，培養學生綜合分析問題的能力。例如：以某一具體實例，將熱力學和動力學結合起來，研究化工生產的反應條件。首先采用熱力學中化學反應的等溫方程判定反應的自發性，再采用等壓方程優化反應溫度，結合動力學中溫度對反應速率的影響，在綜合考慮平衡轉化率和反應速度的基礎上，確定最佳反應溫度，反應時間等參數。這類的研討內容可以提高學生分析問題的能力。物理化學課程中有許多相似的邏輯關系，這種相似的邏輯關系背后隱藏著更深刻的內在聯系。例如，基于熱力學的狀態函數方法獲得的相變焓與溫度的關系，與化學反應焓變與溫度的關系極其相似；在相變熱力學中純物質氣液或氣固兩相平衡中，飽和蒸氣壓與溫度的關系，在化學反應熱力學中，標準平衡常數與溫度的關系，在化學反應動力學中，速率常數與溫度的關系，三者極其相似。這些沒有現成答案的研討可以活躍學生的思維，培養學生探索未知領域的意識和勇氣。
二、擴展內容的研討
工科物理化學的擴展內容為電化學、膠體化學和表面化學，這部分內容與科學研究和生產實踐聯系緊密，學生既可以用基本原理來解釋自然現象，又可以用基本原理來解決實際問題。這部分的研討內容相當豐富，也是探討的重點。
例如：在電化學領域內，研討腐蝕產生的原因以及應對策略，如陽極保護、陰極保護、鈍化等措施的應用；研討玻璃電極、離子選擇性電極、化學電源、電化學合成的原理、裝置和應用。在表面化學的學習中，研討表面活性劑，從表面活性劑的結構到表面活性劑的性質，再到用途，如作為劑、去污劑、增溶劑和乳化劑等；研討膜分離技術，基于膜具有較大比表面的特殊的表面性質，被應用于化工、食品、醫療、衛生等領域；研討具有巨大比表面的吸附劑和納米材料，它們的結構、性質和在工業生產和人民生活中的用途；可研討毛細現象，解釋“鋤下有水”，“棉布吸水”等自然現象；研討潤濕現象，解釋眼鏡起霧的原理，并采取有效措施預防。學習膠體化學時，研討解釋膠體穩定性的DLVO理論，找到膠體穩定存在的原因，從而制定出破壞膠體的措施或者穩定膠體的對策；研討電泳的原理，在分析化學、生物化學、臨床化學、毒劑學、藥理學、免疫學、微生物學、食品化學等各個領域的應用。
這部分的研討著重從基本原理的應用，到實驗裝置或生產設備的建立，再到工藝條件的選擇，能訓練學生將基本原理用于解決問題的習慣和能力，有助于學生形成系統發現問題、分析問題和解決問題的能力。
三、與專業相結合的學科前沿的研討
本校每年學習物理化學的本科生有1000多名，專業涵蓋大化工的許多專業，如冶金、材料、化工、環境、輕工等專業。大化工的不同專業的后續課程對物理化學知識的延伸和應用存在差異。比如，冶金和材料類的專業對相平衡知識應用較多，制藥和紡織等專業對膠體化學的知識應用較多。針對這一特點，小班研討的內容可視學生的專業特點而定，由學生自主選題，著重于工程應用和學科前沿。
在小班研討的實踐過程中，這部分的研討尤其讓教師深刻地體會到學生自身的巨大潛力和可塑性。例如：學習了相圖中的臨界狀態，引出新興的超臨界流體萃取技術，食品專業的學生主要研討用于萃取啤酒花、香辛料、植物色素和動物油脂等超臨界流體萃取的原理、裝備和工藝條件等；制藥專業的學生主要研討將之應用于中藥有效成分的提取和中藥的現代化；化工專業的學生主要研討天然香精香料和天然色素等的提取；環境專業的學生研討萃取污水中的有毒物質，如有機氯、有機硫等。關于電化學的應用，對環境科學和工程專業的學生，研討將電化學氧化、電化學還原、電凝聚和電滲析等方法用于廢水處理；對化工專業的學生，討論燃料電池、新型海洋電池的設計原理、工作方式等；對生物化工專業的學生，研討生物電催化、微電極傳感器的原理及應用。當學習表面張力的時候，研討內容對冶金專業可選擇表面活性劑用于礦石的浮選原理與應用；對紡織專業，可選擇荷葉效應對材料制作的啟迪；對于生物化工專業，新型的生物表面活性劑又是研究的熱點，由于它與環境具有兼容性，既無毒又可被生物降解，隨著人們環保意識的不斷增強，生物表面活性劑越來越受到人們的關注，需要研討生物表面活性劑的結構、制備、應用以及與傳統表面活性劑的優缺點比較等。在膠體化學中，微乳狀液的制備和應用，雙向凝膠電泳的技術及應用也是目前研究的新方向，可以提供給高分子材料專業的學生作為研討內容。
四、結論
在知識更新迅速和信息爆炸的時代，迫切需要掌握扎實的基礎知識，具備將基礎知識應用于實際的能力，能夠客觀分析各行業的實際需求，創新性地解決問題的人才。在近幾年小班研討的實踐中，我們逐漸發現，只有通過多層次、全方位、針對專業特色地精選研討內容，才能循序漸進地培養人才的綜合素質。在夯實學科基礎知識的基礎上，培養學生理論聯系實際的能力，能進一步提升學生的創新性思維能力，最大限度地發揮小班研討的作用。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 肖琦，黃珊.物理化學教學改革探索[J].大學教育，2012（5）：81-82.
關鍵詞： 物理化學 緒論課 教學方法
物理化學是高等院校化工類專業的一門重要基礎課，這門課程的特點是概念多，公式多，理論性強，難理解，被普遍認為是門難教也難學的課程。課時少的矛盾更增加了教學的難度。許多教師為了用有限的課時講授更多的正文內容而忽略了緒論的講授，緒論課通常是一帶而過。結果學生在學習的過程中會越來越覺得茫然，找不到正確的學習方法，對所學知識沒有一個清晰的脈絡，最終使學生喪失學習的興趣。我認為物理化學緒論課在整個教學中占有重要地位，它對于整個教學起到以下幾方面的作用：第一，介紹物理化學的概念、研究內容、研究方法；第二，激發學生學習興趣，鼓勵學生克服學習中遇到的困難；第三，向學生傳授正確的學習方法。我就以上幾點談一下自己的體會。
1.介紹物理化學概念
很多第一次接觸物理化學課的學生不清楚什么是物理化學，只是從字面上理解，認為是物理和化學兩門學科加在一起。在緒論課上，教師首先要介紹物理化學的概念，使學生對物理化學有一個正確的認識。物理化學不是物理加化學，它是一門學科，與無機化學、有機化學和分析化學加在一起統稱四大化學，是化學一級學科下的一門二級學科。要回答什么是物理化學要從化學現象和物理現象的聯系入手。化學現象和物理現象有著緊密的聯系，化學現象也叫化學反應。在化學反應中總是伴隨著種種的物理現象，比如在化學反應中會放熱或吸熱；化學反應的容器會發生溫度、壓力、體積的變化；再如電池中的反應會放電，等等。物理化學正是從這些物理現象和化學現象的聯系入手來研究化學反應普遍規律的一門學科。
2.介紹物理化學的研究內容
對于新接觸的一門學科，學生首先想了解的是這門學科都包括哪些內容。而在緒論課上把物理化學的研究內容介紹給學生，并講明哪些是要重點學習的，哪些是因為課時的限制而不能在課堂上講的，這樣就會使學生心里有數，在以后的學習中做到有的放矢。物理化學內容繁多，但是歸納起來應該分為三大塊：化學熱力學、化學動力學、物質結構。化學熱力學研究化學反應的方向與限度問題，重點是熱力學的三個定律。化學動力學研究反應速率與反應機理。化學熱力學和化學動力學是物理化學的兩大支柱，也是本門課程的重點。物質結構研究宏觀性質與微觀結構的關系，對于工科學生來說，這部分內容理論性很強，由于課時有限，不在課堂重點討論。
3.介紹物理化學的研究方法
學習物理化學不僅要學習它的知識性的內容，而且要掌握它的研究方法。授人以魚，不如授人以漁，培養學生的科學的世界觀和思維方法比傳授具體知識更重要［1］。物理化學區別其他三大化學在于它的理論性特別強。物理化學有三大理論基礎：熱力學、統計力學、量子力學。這三大力學都屬于物理學范疇，可見要想學好物理化學首先要學好物理。物理化學的實驗方法也是以物理方法為主，物理化學是從物理現象和化學現象的聯系入手研究化學反應規律的一門學科，或者說是以物理現象為切入點來研究化學反應規律的一門學科，所以在做物理化學實驗的時候實際上大部分做的是物理實驗，比如在做實驗的時候測量的是溫度、壓力、體積、旋光度、電導率、電動勢等物理量。最后說一下物理化學的所用到的數學方法，物理化學是一門理論化學，理論性強就免不了推式子，物理化學所用到的數學方法主要是演繹法，演繹法就是從一個普遍的命題出發得出在特定條件下的特定規律，比如熱力學第一定律是一個普遍規律，把它應用在特定條件下如恒壓、恒容等就會得出在這些特定條件下的特定公式，物理化學中的公式之所以條件苛刻，是因為在演繹的過程中加入了特定條件。
4.激發學生的學習興趣，鼓勵學生克服學習中遇到的困難
要想學習好一門學科首先要對它產生興趣，興趣是最好的老師。在緒論課上，教師可以舉一些生活中的常見的現象，如為什么自然界中的樹木可以長到一百多米？為什么晴朗的天空是藍色的？為什么水在干凈的毛細管中上升而汞卻下降？為什么在做豆腐的時候要用鹵水？然后告訴學生學習物理化學之后就可以解釋這些現象，這樣給學生留下懸念，也讓學生覺得物理化學與實際生活密切相關，就會對學習產生極大的熱情。當然學習光有興趣和熱情還不夠，還要有克服困難的勇氣和信心。在學習之前，學生已經從高年級的同學那里得知物理化學是一門難學的課程，所以心里難免有畏難情緒，基礎差的學生可能沒有學習的信心，作為教師在緒論課上要鼓勵學生克服學習中遇到的困難。榜樣的力量是強大的，教師可以舉一些偉大科學家的事跡來激勵學生，如物理化學的創建者之一――荷蘭科學家范特霍夫在青年時期就發表了后來被稱為劃時代的重要論文《空間分子結構》，起初不被承認，還受到批判和攻擊，但他沒有氣餒。此后他在阿姆斯特丹大學狹小、簡陋的實驗室從事繁重的教學和研究工作，長達18年之久，以頑強的毅力克服了許多困難，終于發表了《化學動力學研究》和《稀溶液理論》等巨著［2］。
5.傳授正確的學習方法
除了要有學習興趣和克服困難的勇氣之外，要想學好物理化學沒有正確的學習方法是不行的。要想掌握正確的學習方法首先要了解物理化學的特點。物理化學和其他三大化學比它有這么幾個特點：第一，公式多，而且公式應用的條件苛刻；第二，概念多，而且很多概念不好理解；第三，方法多，物理化學與其他三大化學相比，它是特別講究方法的一門學科。學生在學習的過程中不僅要掌握知識性的東西，而且要掌握它研究問題和解決問題的方法，從某個意義上說學習方法比學習知識更重要。針對這幾個特點教師要幫助學生建立正確的學習方法，使學生能盡快地進入物理化學的學習狀態。首先，針對公式多、條件苛刻這一特點，教師要告訴學生，在記公式的同時一定要記住它所使用的條件，如果在使用公式的時候條件不正確那么得出的結論就一定是錯誤的，而且公式不要死記硬背，最好理解公式的來龍去脈，這樣就能加深對公式的理解，也容易記憶。其次，針對物理化學概念多，而且很多概念不好理解，教師要告訴學生要勤于思考，要理解概念而不是死記硬背。很多概念不是講完就能理解的，需要在課后慢慢消化和吸收，所以需要學生付出更多的時間和精力來學習。再來說說方法多這一特點，物理化學在研究問題時非常講究方法。例如，科學模型方法的使用，使我們從實際氣體中得到理想氣體、理想液態混合物、理想稀溶液、熱力學可逆過程等。這些模型的建立突出了主要矛盾，排除次要矛盾的干擾。使我們通過對主要矛盾的研究，得到一般規律性結論，再對結論進行修正，就可以得到實際系統的某些特征或近似的規律。［3］再比如，熱力學中有一個重要的方法，就是狀態函數法，該方法用于系統狀態函數變的計算時，不關心系統都經歷了哪些具體過程，只關心系統的始終態。用該方法計算某些熱力學函數變時，就會把很復雜的問題簡單化。針對方法多這一特點，教師要告訴學生，在學習的時候不能只記知識而忽視方法的學習，方法的學習在某種意義上說比知識的學習更重要，掌握了物理化學的研究方法對以后的學習和科學研究大有好處。
參考文獻：
［1］肖十民，謝家聲，謝逢春．在物理化學教學中突出科學方法的講授們．化工高等教育，2003，77，（3）：68-69．
【關鍵詞】氟離子選擇電極法；電池的電動勢；修正的Nernst方程；平衡電位；穩定電位
Two Opinions about Chinese National Standard GB 7484-87
CHEN Jian-mei GU Hao
（School of Petrochemical Engineering， Changzhou University， Changzhou Jiangsu 213164，China）
【Abstract】Owing to the sensitive， simple and rapid peculiarities， the fluoride ion-selective electrode method in water quality， waste water， etc has been used extensively. After the publication of Chinese National Standard GB 7484-87， there were also literatures published on the study of this method. Produces different with GB 7484-87 were compiled in the textbooks of the elemental chemistry experiment in universities. It was appeared that there were a lot of works needed to do to accelerate and generalize the application of the above standard. Furthermore there exist some problems of the terms and basic principles about the mentioned standard. For generalizing and accelerating the application of this standard， two opinions were put forward and these would be discussed and deliberated with craft brother academically.
【Key words】Fluoride ion-selective electrode method；Electromotive force of cell；Modified Nernst equation；Equilibrium potential；Steady potential
c0 引言
在水質 、生物化學、醫學藥物、食品、巖礦、冶金爐渣、廢水、大氣等環境保護等各領域需要測定氟含量，由于氟離子選擇電極法具有靈敏、簡單、快速等特點而得到廣泛應用。
已經對離子選擇電極法測定水中的氟含量進行過較多研究[1-5]，并且入選為高校分析化學教材[6-13]。國外已公布離子選擇電極法有關的標準[14-15]，國內也公布過離子選擇電極法測定水質中氟化物的國家標準[16]。 雖然標準[16]早己在1987年公布，而且該標準的可操作性和分析結果的可靠性方面都是不錯的；但從上列論文及教科書的內容來看，還有不少推廣應用工作要做。此外在術語和基本原理方面也存在一些問題，本著促使該標準能更好推廣應用的愿望出發，根據百家爭鳴的方針，提出兩點意見，在學術方面和同行們探討、商榷并提出相應的建議。
1 標準[16]的原理部分作了如下描述
“根據Nernst方程式，溫度在20-25℃之間時，氟離子濃度每改變10倍，電極電位變化58±1mv。①
當氟電極與含氟的試液接觸時，電池的電動勢E隨溶液中氟離子活度變化而改變（遵守Nernst方程）。當溶液的總離子強度為定值且足夠時服從關系式（1）：
E = E-（2.303RT /F） logc■ （1）②
E與logc■ 成直接③關系，2.303 RT /F 為該直線的斜率，亦為電極的斜率。
工作電池可表示如下：
Ag|AgCl，Cl-（0.3mol/L），F-（0.001mol/L）|LaF3||試液||外參比電極。④”
從上述原理部分可見其理論基礎是Nernst方程，即該測量是滿足熱力學的平衡條件的。實際上，該標準在 6.5.2節 一次標準加人法中關于結果的計算的式（2）描述如下：
“s――電極的實測斜率。”
上述描述要求s取用電極的實測斜率而不取用Nernst方程理論斜率，說明該工作電池并不完全遵守Nernst方程，而是近似地遵守Nernst方程；也可說明該工作電池并不完全滿足熱力學的平衡條件。
在測定過程中，采用電極的實測斜率來處理測定數據無疑是正確的。氟離子選擇電極的實測斜率和氟電極的質量、制造缺陷和使用歷史等有關；因此氟電極也并不完全具備可逆電極的性能。
2 不完全滿足Nernst方程的原因
2.1 工作電池的電動勢只符合下列修正的Nernst方程
從IUPAC的關于離子選擇電極法的文件[14]可知：
工作電池的電動勢并不是完全符合理論上的Nernst方程；實際上它只符合下列修正的Nernst方程，該修正的Nernst方程定義為：
E = 常數 + [2.303×R×T/（zA×F）]×lg [aA + kpotA，B （aB）■ + kpotA，C （a■）■ ---]
E――實測得到電池的電動勢（mv）
常數――包括指示電極的標準電位、參比電極電位和液接電位等
R――氣體常數，等于8.314 J /（K?mol）
T――熱力學溫度（K）
F――法拉第常數，等于96487 C / mol
aA和aB、aC――相應地代表被測離子A離子活度和干擾離子B離子、C離子活度
kpotA，B――電位選擇系數
zA和zB、zC――相應地代表被測離子A和干擾離子B、C的帶正、負號的電荷數在修正的Nernst方程中，已將液接電位視為常數項，將此項包含在常數中；在對數項中還包括 I 種干擾離子的電位選擇系數（kpotA，I）。各kpotA，I是從實際體系中測定得到，而不是從熱力學理論上推導得到。因此修正的Nernst方程具有經驗公式的性質。
2.2 教科書[13]給出電池的電動勢方程式：
E電池 =？準SCE -？準膜-？準Ag-AgCl +？準氟電極不對稱電位 +？準液接電位；
說明工作電池的電動勢中還包括不為Nernst方程中所包含的 ？準氟電極不對稱電位。如果可能將此項視為常數，則可將它并入修正的Nernst方程中的常數中。由于具有該項的電池不是可逆電池，因此該電池在熱力學上并不處于平衡狀態。
2.3 Nernst方程中的a■只有在一定條件下，例如在一定的離子強度的稀溶液中、被測離子不形成絡離子時，才可視為和 c■成正比。此時a■和c■兩項的比例常數才可并入修正的Nernst方程中常數中。
以上三方面說明工作電池不能完全滿足熱力學的平衡條件。但它可以存在相對穩定的狀態，并近似地、有條件地遵守Nernst方程。
3 假定標準[16]中的工作電池遵守Nernst方程，按電池表示式右邊為正極、左邊為負極的書寫規則，上述電池在25℃的電動勢（E）可寫成：
E = ？準SCE-{？準Ag-AgCl （[Cl-] = 0.3mol?L-1） + ？準膜（0.001-a■）}
= ？準SCE-{？準°Ag-AgCl + 0.532×s + s × lg（0.001/a■）}
= ？準SCE-？準°Ag-AgCl +2.468 s + s × lg a■
令 K'=？準SCE-？準°Ag-AgCl + 2.468 × s，
則有：E = K'+ s × lga■。
標準[16]的注中給出：“待測氟離子濃度c ≤ 10-2mol/L時，活度系數為1，可以用c■代替其活度a■。” ⑤
當溶液的離子強度一定時活度系數一定，E = K+ s × lgc■。（K中包含活度系數）⑥
4 被測工作電池的電動勢測定值的性質
標準[16]中在 6.5.2 節一次標準加人法中，有如下的描述：“在不斷攪拌下讀取平衡電位值E2”，由此可見標準[16]對工作電池認定是可逆電池，而且體系處于平衡狀態；因此對被測工作電池的電動勢測定值定性為平衡電位。
然而如上所述該工作電池不能完全滿足熱力學的平衡條件；它只是處于相對的穩定狀態，并近似地、有條件地遵守Nernst方程。顯然對于一個未處于熱力學平衡狀態的體系中的電位稱之為平衡電位是不恰當的。可能是受到標準[16]的影響，教科書[6-9]也稱該電位為平衡電位；但在教科書[10-12]中稱之為穩定電位；應該認為稱為穩定電位是恰當的。
5 小結
討論了用離子選擇電極法測定水質中氟化物的國家標準[16]在基本原理闡述方面的有關問題。在理論基礎方面它不完全遵守Nernst方程，它遵守修正的Nernst方程。由于分析方法在原理方面忽略了很多次要因素的變化影響以及氟離子選擇電極的實際情況并不完全符合可逆電極的條件，嚴格地講被測定體系并不處于熱力學平衡狀態；而是處于相對穩定狀態。在這種穩定狀態下可以近似地適用的Nernst方程。堤出的兩點意見是：
1）在標準[16]中工作電池的電動勢寫作：E=E-（2.303RT/F）logc■是不妥的。建議（在近似的條件下）寫作：E = K'+ s × lga■。當溶液的離子強度一定時，E = K+s×lgc■。（式中：K和K'是不同的常數，s為實測得到的電極斜率）
2）對被測工作電池的電動勢測定值采用術語“平衡電位”是不妥的，建議采用術語“穩定電位”。
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注釋：
①根據該標準對測定儀器準確度的要求，溫度在20-25℃之間，Nernst方程式斜率應為58.2-59.2 mv.
②標準中等號右邊的“E”可能是排版、印刷錯誤.該“E”應取用不同于E的字符，例如常數K'.
③標準中“接”可能是排版、印刷錯誤。應為“線”.
④根據工作電池書寫規則，工作電池應表示如下：
Ag|AgCl， Cl-（ 0.3mol/L），F-（0.001mol/L） |LaF3|試液外參比電極.
標準中前、后兩個“||”可能都是排版、印刷錯誤.
⑤根據分析測定準確度的要求，活度系數至少應準確至±0.01.未查到該數據的出處.
⑥標準中公式（1） 中s× lg c■一項前為“-”號，它符合氟離子選擇電極電位的表示式.在工作電池中，該電極是負極，因此工作電池的電動勢的表示式應為：E=K'+s × lg c■.
基金項目：常州大學教學改革項目（GJY11020044，ZDK0702008）。
關鍵詞：實踐教學；創新；能源動力工程；改革
作者簡介：代元軍（1978-），男，河南正陽人，新疆工程學院電力工程系，副教授；孫玉新（1982-），女，吉林蛟河人，新疆工程學院電力工程系，講師。（新疆 烏魯木齊 830091）
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0102-02
能源是世界發展的重要資源和動力，能源的科學開發和優化配置，是當今各國現代工業以及國民經濟和社會發展乃至富民強國的必由之路。新疆有著極為豐富的能源資源。據統計，新疆的石油、天然氣和煤炭預測資源量，分別占全國陸地預測資源量的30%、34%和40%，光、熱、風等資源也在全國占有較大份額，這為新疆建設國家能源戰略基地奠定了堅實的基礎。
在新疆如此豐富的特色資源下，新疆本科院校能源與動力本科專業如何在實踐教學環節中結合新疆特色和學校特色，改革和創新層次分明、知識和能力逐級遞增的實踐教學體系，是擺在能源與動力工程教育工作者面前的難題。
一、分層次建立能源與動力工程專業基礎教學實驗中心
分層次建立能源與動力工程專業基礎教學實驗中心，將“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”三門能源與動力工程專業基礎技術課程的相關實驗組合起來，并提出把“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”課程所涉及的相關實驗設置成四個層次的教學實驗方案。
第一層次實驗：基礎性教學實驗。主要是指與課堂教學內容緊密聯系的實驗（驗證性實驗），其中包括實驗方法、實驗技術的基本訓練。例如在“工程流體力學”課程中設置了兩個專項實驗：雷諾實驗、伯努利能量方程實驗。在雷諾實驗中，主要讓學生觀察水流的流態，即層流和紊流現象，然后測定上、下臨界雷諾數，最終使學生了解流態與雷諾數的關系。在伯努利能量方程實驗中，主要是觀察流體流經能量實驗管時的情況，并對實驗中出現的現象進行分析，從而加深對能量方程的理解，并最終掌握測量流體流速的原理。在“工程熱力學”課程中，設置CO2臨界狀態觀測及P-V-T關系測定實驗，通過該實驗了解CO2臨界狀態的觀測方法，增加對臨界狀態概念的感性認識，以及對課堂所講的工質熱力狀態、凝結、汽化、飽和狀態等基本概念的理解，掌握CO2的P-V-T關系的測定方法，學會用實驗測定實際氣體狀態變化規律的方法和技巧。
第二層次實驗：“工程流體力學”、“工程熱力學”、“傳熱學”中所涉及主要物理參數的測試手段和方法的實驗。主要是指溫度、壓力、流量、比熱、流速、傳熱系數、傳熱溫差及數據采集等測試手段和方法的訓練。例如在“工程熱力學”課程中，設置氣體定壓比熱測定實驗。該實驗讓學生了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構思，熟悉本實驗中測溫、測壓、測熱、測流量的方法，掌握由基本數據計算出比熱值和求得比熱公式的方法，分析本實驗產生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。在“傳熱學”課程中，設置綜合傳熱性能實驗。該實驗通過測定不同表面狀態及氣流條件下管道的綜合傳熱系數，觀察和分析影響傳熱的各種因素，從而對傳熱過程有一個直觀的了解。
第三層次實驗：實現設計目標的綜合性實驗。主要是指以實現某一功能為目的，構建工程性、設計性實驗，培養學生構想、設計、解決問題的能力。例如換熱器結構改造的傳熱性能對比測試實驗。該實驗的測試對象為學生設計的換熱器外表面不同形狀的肋片，通過實驗測試其傳熱系數，找到最佳的肋片形狀。
第四層次實驗：知識延展性實驗。主要是指通過互聯網、多媒體、可視化技術介紹新知識、新技術、新發展，以期延伸和拓展學生知識視野和相關專業知識面。
通過以上四個層次的實驗訓練，能夠培養能源與動力工程專業學生的流體及熱工實驗的實驗方法、實驗設計、實驗技術等實驗能力，為進一步開展專業課學習和專業性實驗打下堅實的基礎。
二、分級建立能源與動力工程專業實驗基地及教學實驗中心
1.初級為專業基本實驗
主要培養學生掌握能源動力工程領域常用的實驗方法，使用常用儀器、儀表，學會處理數據，具有規范、熟練、準確的實驗操作技能，重在學知識、練技能，屬于專業學習中的初級水平。專業基本實驗主要包括“公差與金屬材料”組建2個實驗臺位，“自動控制原理”組建2個實驗臺位，“熱工過程檢測技術”組建2個實驗臺位。
2.中級為專業綜合實驗
以專業方向課程設置為主線分別以熱電工程模塊、制冷空調工程模塊、新能源工程模塊三部分構建專業平臺實驗。
熱電工程模塊包括鍋爐實驗平臺、汽輪機實驗平臺、熱工過程自動化實驗平臺；制冷空調工程模塊包括制冷原理及設備實驗平臺、空氣調節實驗平臺、供熱工程實驗平臺、食品冷凍冷藏原理與設備實驗平臺；新能源工程模塊包括風能利用與控制技術實驗平臺、太陽能利用與控制技術實驗平臺。
3.高級為設計、創新實驗
在三大專業方向模塊綜合實驗的基礎上，依據自主專業創新教學環節和畢業設計課題，組織大三、大四學生參加專業大賽或者參與教師科研項目。教師擬定實驗大綱、提出問題讓學生自行思考、分析、設計、優選，重在鍛煉科學思維，發展創新能力，培養學生自主學習、大膽創新的學習習慣。這種設計創新實驗是基于專業教學和科學研究之間的實驗，主要結合專業大賽和畢業設計來進行。
三、建立能源與動力工程專業校內仿真實習基地，改革傳統生產實習模式
生產實習教學環節是為了加強學生對所學專業理論課程的理解、增強對所學專業的感性認識，培養學生綜合分析問題和解決問題的能力。在這一重要實踐環節的實施過程中存在諸多問題，實習質量難以達到預期。以能源與動力工程專業方向之一的熱電工程為例，能源與動力工程專業學生在電廠實習花費較大；電廠企業出于安全和經濟效益的考慮，和學校很難建立起長期穩定的校外實習基地。由于電廠崗位工作的資質要求，實習學生不能上崗操作，生產實習只能是走馬觀花，流于形式，實習效果得不到保證。
為了解決以上問題，在自治區煤炭煤電煤化工實訓基地建設工程的不斷推進下，新疆工程學院能源與動力工程專業將傳統的單純的在電廠企業生產實習模式改為校內仿真實習與校外實習相結合，并逐步過渡到以校內仿真實習基地為主的生產實習模式。能源與動力工程專業的學生在新疆工程學院的300/600MW火電廠仿真實驗室開展與實際電廠 1∶1仿真的運行操作和故障處理的訓練。
在仿真實習中，學生主要熟悉、掌握鍋爐機組及其主要附屬設備的結構、工作原理和運行特性；熟悉鍋爐機組各系統，如煤粉制備系統、風煙系統、疏水排污系統等的運行方式，運行監控系統及自動控制系統概況；熟悉鍋爐機組正常運行中監視、調節的主要內容（參數）及其調節方法，如負荷、給水、燃燒、汽溫等的調節和監視；熟悉鍋爐機組起動前的準備內容，起動程序及起動過程中的有關注意事項；對鍋爐機組的幾種停運方式、停爐程序、停爐后的冷卻和養護等熟練操作；掌握鍋爐機組的事故預防和處理方法，學會分析有關事故，如給水、汽溫、管子爆破、煤粉爆炸、熄火等，以及事故發生原因、預防處理的方法；熟悉考核鍋爐運行的主要經濟指標。生產實習模式的改革改進了學生的思維模式，強化了學生的工程意識，提高了學生參與實習的主動性、積極性，強化了學生的動手能力和綜合能力，培養了學生嚴謹的科學作風。
四、改進能源與動力工程專業畢業設計，培養學生創新能力
畢業設計是能源與動力工程專業學生在畢業前關鍵性的綜合性實踐教學環節，是在教師的指導下學生獨立完成的工程設計或者論文。通過該綜合性實踐教學環節的鍛煉，復習和鞏固本專業學生的專業基礎知識和專業知識，培養學生對已學知識和未學知識的綜合學習與運用能力。改進能源與動力工程專業的畢業設計，對培養學生的實踐能力、創新能力和適應社會要求的能力具有重要意義。
畢業設計所涉及的內容，專業課程的任課教師應該在授課過程中加強講授和訓練，讓學生盡早掌握畢業設計的理論知識。要根據專業方向和現有的新技術和新方法提出貼近生產一線的畢業設計題目，并且要保證題目的多樣化，使得學生能盡量根據畢業后的工作方向確定題目，以便畢業后能夠盡快適應工作崗位的專業要求。在畢業設計過程中，應該加強檢查指導工作，保證學生能夠按時按質的完成畢業設計。嚴格對畢業設計進行考核，通過考核評定出不同的等級，表彰設計過程中的優秀學生，以此來督促和提高學生做好畢業設計工作。
五、結束語
在新疆經濟大發展的推動下，新疆工程學院熱能與動力工程教研室通過積極調研和深入思考，對能源與動力工程專業實踐教學環節進行了改革，并在實施過程中加以修訂和調整，最終取得了較好的效果。
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