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摘要：化工热力学是化工类学生必修的一门专业基础课，存在概念抽象，公式繁多，推导复杂等问题，导致教师不爱教，学生不爱学。本文从教师自身该具备的素质，授课方式，授课内容，作业环节等方面来化解化工热力学教学难题。建议教师要熟记上课内容，熟悉相关的物理化学及高等数学知识点，不仅要讲其然，还有讲其所以然，通过以板书为主、PPT为辅，课前默写概念公式，课上要求学生记笔记，课后布置计算题作业等手段加强学生对化工热力学的学习。
关键词：化工热力学；教学心得；破解教学难题；知识分解
本文引用格式：卞希慧等.化解化工热力学难教难学的教学心得[J].教育现代化，2019，6（11）：99-101
The teaching experience to dissolve the teaching and learning difficulty of chemical thermodynamics
Bian Xi-hui,Zhao Shi-huai,Guo Yu-gao,Tan Xiao-yao,Gui Jian-zhou
(Tianjin Polytechnic University,School of Chemistry and Chemical Engineering,Tianjin,China)
Abstract:Chemical thermodynamics is a compulsory basic course for students majoring in chemical engineering.There are many problems such as abstract concepts,numerous formulas and complex derivation,which causes teachers don't like teaching and students don't like learning.This paper tries to solve the teaching problems of chemical thermodynamics from the aspects of teacher qualities,teaching methods,contents and assignment etc.It is suggested that teachers should memorize the contents of the course and be familiar with the relevant knowledge points of physical chemistry and advanced mathematics.They should not only explain what they are,but also why they are.They should strengthen the learning of chemical thermodynamics by means of blackboard writing primary,PPT supplemented,concepts and formulas written in silence before class,taking notes in class and assigning calculating homework after class.
Keywords:Chemical thermodynamics;Teaching experience;Solving Teaching Difficulties;Knowledge decomposition
化工热力学是化工专业学生必修的一门专业基础课[1]，具有概念多且抽象、公式推导困难、知识点环环相扣的特点。最初接手这课程时，有老师告诫我，作为化工最难的课程之一，就是本科学过化工热力学的老师教起来都很难，即使你会讲，下面也会有一半同学在睡觉。但是做一名好老师是我从小的梦想，即使不是学化工的出身，我也想努力把教师生涯的第一门课讲精彩了。经过多年的化工热力学教学实践，我们逐渐总结了一套破解化工热力学难教难学的心得，使得化工热力学成为受学生普遍喜爱的一门课程。
一教师要将所教内容熟记于心
最初摆在我面前的化工热力学，是一门完全陌生的课程，因为从本科到博士我都没有学过这门课程。这时候必须去系统学习，我跟天津大学化工热力学的教学名师从头到尾听了一遍课，认真记笔记，不懂的问题，都与老师请教。但是到了上课前，我发现两个学校课时不一样，而且学生的接收能力也不一样，为了使我讲授内容符合本校学生的实际，我又跟本校教师进行了第二次听课。虽然课听了两次，但是合上讲义，依然记不住所有知识点。因此，每当我要讲课时，会把本节课要讲的知识反复记忆，达到脱离课本也能讲出来的程度。因此，在第一堂课结束时得到了同学们热烈的掌声。虽然现在教课都有PPT辅助，但是读PPT的效果与老师讲出来的效果，学生反响完全不一样。因此，要想教好化工热力学，教师要做到在上讲台前即使什么都不带，也可以讲一个半小时的准备。
二 教师要熟悉与化工热力学相关的物理化学及高等数学知识点
大学一个专业的所有课程构成了一个课程体系，课程之间相互关联。化工热力学就与物理化学和高等数学紧密相连，我们在教化工热力学前要理清化工热力学中的知识点，哪些是学生在物理化学中学过，具体的数学推导又使用了高等数学的哪个公式或定理。教师不能凭印象回顾自己大学学过的内容，最好要把学生的物理化学和高等数学书借来，挨个知识点核对。比如第二章的理想气体状态方程，第三章的焓、熵、内能、亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能，第四章的热力学基本定律，甚至第五章的逸度、活度和偏摩尔性质，在物理化学书上都有。偏摩尔性质本来是化工热力学的重点，我很困惑连这个概念都在物理化学中出现了。跟学生咨询，学生说虽然物理化学教材上写着这个概念，但是老师没讲。这样的概念就不能算学生学过。化工热力学的计算基本都涉及到高等数学上册的求导与积分，而麦克斯韦方程的推导要用到高等数学下册的偏微分。
在教师明确了化工热力学的知识点与学生已学过的知识点后，第一堂课就明确告诉学生要想学好化工热力学，先回去复习物理化学与高等数学哪些相关知识点。在讲到具体的知识时，比如在讲热力学基本方程前，先以提问的形式问学生相关的物理化学知识，如果学生回答不上来，再一起复习相关的物理化学知识。这样可以避免同一知识点在不同课程间重复讲。如果化工热力学本身方程及计算思路都会，而是因为微积分方程不会解，可以让学生回去复习高等数学基本的微积分公式。通过将知识点分解并与不同课程对号入座，对症下要，难度就会大大降低。
三 授课以板书为主，PPT为辅，并要求学生做笔记
在化工热力学的教学过程中，尽管我们也制作了规范完整的PPT、电子讲义及讲课录像[3]，设计了课程网站[4-6]，但在实际调查中发现这些教学手段都不如老师采用传统的板书效果好。像化工热力学这样公式繁多、枯燥的课程，如果采用PPT为主，对学生就像过眼云烟，什么也记不住。很多学生跟老师讲，老师在上面边讲边写板书，学生在下面边听边记录，这样学习感觉又恢复了高中时的学习劲头。跟着老师思路走，一个本，一支笔，足以把化工热力学学好。在回归这种传统教学方式时，几乎所有同学都自觉关闭手机，主动往前排坐，甚至听到大家刷刷刷记笔记的声音。在课上到2/3的时候，老师收一次学生的笔记进行检查，对于笔记规整，甚至用不同颜色标注重点难点，旁边提出疑问的笔记给予高的成绩及表扬，并作为平时成绩的一部分，以此来激励及督促学生记笔记。
四 少讲困难，多讲魅力
化工热力学只所以显得难，是因为涉及到很多高等数学及物理化学的知识。但这就恰恰体现了大学课程是一个系统，前面学的知识是有用的。如果前面高等数学和物理化学学好了，化工热力学就好学了。如果所有课程都学好了，考研工作就好说了。其实很多同学为所学知识找不到用处而苦恼。如果他们发现数学用于化工热力学，继而用于实际生产，所学有所用，应该是一件很兴奋的事情。所以不要跟学生强调化工热力学有多难，要跟学生讲化工热力学的魅力所在，就是把我们前面学过的高数与物化完美应用起来了。让我们拭目以待，看看它们是如何在化工中发挥作用的。尤其是到第五章化工热力学最难的部分，要跟学生说，我们现在正渐入佳境，数学与化工完美结合的高潮快要出现了，让学生觉得这不是一件难事，而是抱着好奇心与欣赏的态度去学习，这样才能享受学习。
五 不仅要讲其然，还有讲其所以然
带着思考的学习，是主动的学习。在第一节课，我就问学生为什么学习化工热力学？结果学生带着非常疑惑的眼神望着我。他们其实从来没思考过，自己为什么要学这门课程。因为化工专业的学生最终要具备化工设计的能力，化工设计需要知道物质利用极限以及能力利用极限，化工热力学就是解决这个问题的。就这样，大到一门学科、小到每章、每节、每个概念，我都会问问学生为什么要学？比如学完了第3章纯物质的热力学性质，为什么还
要学5章均相混合物的热力学性质？因为自然界毕竟纯物质少，天然存在大都是混合物，而混合物的热力学性质与纯物质还有很大的不同。所以，我们必须还要解决混合物的问题。为什么要引入偏摩尔性质的概念？因为真实溶液混合后性质不符合理想溶液的线性加和关系，但我们还希望使用简单的线性加和关系，因此引入了偏摩尔性质。当学生理解了每个知识点出现的原因，自然就把知识点都连串在一起了。整个知识框架不再是一个个散点，而是一张相互交织的知识网。
六从文字，数学及通俗理解的三个角度讲定义
与其它课程不一样，化工热力学的定义也很独特，几乎每个定义除了文字定义外，还都有公式定义[4]。而且不论文字定义还是数学公式定义，只看名称很难联想到。比如第二章讲的纯物质的临界点。通俗地说，临界点是气液相界面消失的点。但是在化工热力学中认为这不能作为严格的定义。化工热力学的文字定义为达到气液相平衡时的最高温度点或最高压力点。而公式是温度一定的条件下压力对体积的一阶导和二阶导数都为0。因为临界点是某个温度下pV图上先上升后下降的一条曲线的最高点，按照数学上，那就是极值点和拐点了，所以一阶导数和二阶导数都为0。类似的，逸度通俗的理解就是实际气体的有效压强。但是化工热力学中的逸度定义偏不这么“通俗”。其定义就有三个：纯物质的逸度、混合物中某组分的逸度以及混合物整体逸度。而且逸度的数学定义是通过第三章热力学基本方程推导出来的，是关于吉布斯自由能的微分形式。因此，化工热力学难就难在它的定义都往往让你“意”想不到，而且定义还有公式。那么我们在讲课时，就把公式定义作为化工热力学定义的特点，不断提醒学生，遇到定义，要想三个：文字定义，公式定义以及“通俗理解”的定义。每个定义的公式，都要跟学生认真推导一遍，这样学生才能把看似毫无关系的数学公式给记住。
七概念公式要经常默写，计算题要布置作业
化工热力学的前后知识点具有非常强的连贯性，学生如果前面没有好好听课，后面学起来会越来越难。因此，上课时要告诉学生，一定要堂堂课巩固，这样才会越往后学越简单。为了强化学生课后复习，每节课开始前，采用默写的形式考察重要概念或公式。虽然默写时会有小部分同学抄袭，但是大部分同学都会因为老师要求默写而认真复习上节课所学。这样既可以节省点名的时间，又可以督促学生复习。每次默写都给学生批阅成绩并作为平时成绩一部分，学生也就会认真对待每一次默写。对于计算题，老师在课上与学生一起做完例题后，一定再布置与例题类似的2道题让学生做。因为化工热力学涉及的符号公式特别多，还需要大量的微积分，不保证老师教一遍学生就能会。通过批改学生作业，总结学生出错点，课上再统一讲给学生，学生才能真正掌握。
参考文献
[1]龙小柱.改善化工热力学教学效果的课堂教学方法初探[J].化工高等教育,2012,(6):59-63.
[2]卞希慧,刘于秋,吴嘉丽,赵世怀.师生合作模式建设化工热力学数字化教学资源[J].时代教育,2016,(15):66.
[3]卞希慧,刘鹏,赵世怀,郭玉高,王江江.浅谈化工热力学课程的网站建设[J].亚太教育,2016,(53):104.
[4]卞希慧，赵世怀，刘鹏，谭小耀，浅谈化工热力学中定义的学习[J],才智,2018,(11):3.
[5]刘婉珍,周娟.《工程热力学与传热学》课程教学的改革及优化[J].教育现代化,2018,5(09):51-53.
[6]殷娜,王珂,李宗群.化工热力学工程化教学改革初探[J].教育现代化,2017,4(28):57-60.
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