化工熱力學課堂教學論文

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化工熱力學課堂教學論文

1著重緒論講述、激發學習興趣

經過幾年的實踐教學、不斷探討,重新設計《化工熱力學》課程緒論講述,首先向同學們提問什么是化工熱力學,問題提出之后就介紹化工熱力學實際是包含化工過程和單元操作和熱力學兩方面,其本質就是介紹化工過程的能量利用和節能減排,這樣介紹之后,同學們大致明白了該門課程的研究對象和內容。對于化工過程與單元操作,同學們已經通過化工原理和化工工藝學或精細化工工藝學的學習有了初步了解,并不陌生,拉近了同學們與這門課程的距離,為了進一步激發同學們學習興趣,解答其疑惑,就需要拋出第二個問題化工熱力學與物理化學的區別,這個時候要充分調動同學們討論物理化學學習的內容,同學們通過討論意識到物理化學基本學習的是理想氣體和理想液體的熱力學,對于真實氣體和液體的介紹比較少。通過這樣的討論之后,老師再向同學們介紹化工熱力學實際上就是解決實際氣體和液體的熱力學問題。從課程目標上來看,大多數同學將來都是化工方面的科技工作者,這從另一個方面提高了同學們學習該門課程的使命感和責任感。通過這樣的講解,取得了比較滿意的教學效果,同學們既對該門課程有了初步認識,同學們覺得思路清晰,一環套一環,基本避免了空洞說教。

2注重章節橫向聯系、提煉章節要點

化工熱力學內容較多,而教學時間有限,這就要求教師要打破傳統的授課體系,注重各章節知識的橫向聯系,深入對教學內容加以研究,挖掘教學內容深層次內涵,將書本上的內容提煉出來講給學生聽。比如在講述偏離函數的時候,要把偏離函數和狀態方程以及對比態原理、常用熱力學基礎數據結合起來,推導合適狀態方程下的偏離函數,并求取常數值,指導和鼓勵學生們用臨界溫度和臨界壓力,對比溫度和對比壓力,偏心因子和基礎數據估算熱力學過程。這樣整個課程通過偏離函數就可以形成有機統一。對于課程中的封閉系統和敞開系統,同學們在物理化學中并沒有太多深刻認識,在課堂上我拋出化工工藝學中的氨合成,這樣的問題使同學們感受到課程間的相互銜接。對于氨的合成,同學們都知道N2+3H2→2NH3,在反應平衡之前,組成都在發生變化,在反應之前和反應平衡之后,組成都是不變的,這幾個狀態下系統的研究和學習,有助于同學們對化學反應的整個過程的熱力學性質的計算,包括均相封閉系統和均相敞開系統的聯系與區別。

3多媒體教學和互動教學結合

多媒體教學是現代化教學手段,靈活有效使用多媒體教學可以使抽象的概念具體化,提高教學的有效性,在教學過程中,由于教學內容過多,如果采取大量板書教學,勢必會影響教學進度,同時該門課程要向同學們展示大量化工設備圖片,必須要采用多媒體教學。大學教學必須要師生互動,而師生互動教學的關鍵在于教師的提問,所以要設計多層次多方面適合教學內容的問題,問題設計有難有易,可以促進整個班上不同層次的學生的思考,問題都設計的簡單,學的較好的同學就會無所事事,問題都設計的難,跟不上節奏的學生會一臉茫然失去學習興趣,好的問題可以幫助同學們從多層次多角度思考問題,化工熱力學的精髓實際就是能量利用和節能減排的時候,同學們對于能量利用還有基本的認識,因為在物理化學里面就談到了反應的方向和限度。但是對于節能減排,卻沒有深刻認識。結合國家目前大力致力于關轉停高耗能和高污染企業,并提倡綠色工業和綠色居住,同學們了解到能量利用和節能減排已經上升到國家戰略高度。對于能量利用,要有實例,比如向大家介紹1摩爾水在氣化完之后是水在液態的時候體積的1603倍,而體積增大正好做工,正是因為如此,蒸汽機才能帶動火車,實現第一次工業革命?;诖?,激發同學們想到汽油作為工質做工,讓汽車跑的更快,讓飛機飛的更遠,讓輪船遨游大洋。舉一反三,這些都是同學們在日常生活中時時碰到,原來能量利用是如此重要。正是因為能源的普遍利用,國內自然環境正經歷倫敦霧都在第一次工業革命的陣痛,節能減排和能量合理利用就尤為重要。

談節能減排和能量合理利用很重要,這是同學們必須要慢慢接受的觀點,要深入大腦,案例很重要。比如說煤礦的使用帶來了大量粉塵和大量排放和地質危害,所以國內正在大力開發煤制油的技術以及更清潔的原料天然氣。而石油的地下存量已經在減少,大慶油田已經進入老年,這也告訴同學們石油和煤礦,天然氣這些能源都是不可再生,總有用完的一天,同時這些不可再生的能源都有一個害處,就是燃燒之后有二氧化碳和一氧化碳的排放,都臭氧層有很大的破壞,地球的溫度在上升。那么有沒有什么好的替代能源呢,同學們普遍感興趣,而且也是科技工作者共同的難題。這個時候我會在適當時候拋出水制氫這樣一個最簡單的課題,作為老師是知道現在很多研究小組都在研究水制氫的課題,也是科技界的熱點和難點。但是對于同學們而言,同學們會認為這是一個多么簡單的問題,只要電解就可以實現。

我的問題是,當全球不可再生能源枯竭,而清潔能源風能和水能不夠用的時候怎么辦?需要解決的難題是怎么樣實現用2度電制備得到的氫氣實現的能量超過2度電,比如說3度電,那么這將就是一個全球能源的革命。同學們歡喜鼓舞,有同學馬上發現問題了,用2度電的能量生成的氫氣能轉化為3度電,這不可能,不符合熱力學第一定律,能量守恒。這個時候,說實話,我滿心鼓舞,因為同學們進入角色了,對這樣的有建設性的問題要在全班討論,怎么辦?然后我告訴大家,可以采用太陽能,如果實現了水在太陽下就可以電解為氫氣,顯然這就實現了能量守恒,而且氫氣燃燒之后是水,全球就有了可大量再生能源,而且能源清潔,燃燒之后沒有對環境產生影響。這樣的問題進行討論之后,同學們對新能源和熱力學第一定律有了深刻印象,也讓同學們真正認識到能量合理利用和節能減排的重要性。

通過案例的介紹和問題的設置,同學們的討論,在筆者的引導下,同學們運用所學的知識得到如下結論:(1)現在地球能源大部分都是不可再生能源,除了風能和水能;(2)要學好知識,找到更好的替代能源,并且要注意節能減排。當然這些問題里面還有些知識點是沒有結論的,這些沒有結論的局部知識點可以讓同學們下去思考,使得課堂教學和課外教學有機結合。

作者:王治國 何培新 單位:湖北大學化學化工學院

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