發(fā)布時間：2023-03-06 16:00:42
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的工程熱力學(xué)論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：研究型教學(xué)高等工程熱力學(xué)課程實踐
如何激勵研究生的創(chuàng)新意識，鍛煉和培養(yǎng)研究生的創(chuàng)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(tǒng)的接受式教學(xué)模式面臨巨大的挑戰(zhàn)，這種教學(xué)方式的特點是：教師在講臺上講授，學(xué)生在臺下做筆記，學(xué)生被動地接受知識，這種傳統(tǒng)的單向灌輸式教學(xué)方式，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生往往在沒有壓力的狀態(tài)中學(xué)習(xí)，教學(xué)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(tǒng)的灌輸式教學(xué)，注重結(jié)論和公式的推導(dǎo)，而這些結(jié)論和公式到底有何作用，學(xué)生常常并不清楚，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果事倍功半。學(xué)生缺乏研究創(chuàng)新，不能很好地解決實際問題，是傳統(tǒng)教學(xué)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(xué)問題的敏感性不強，將文獻的閱讀變成簡單的課程學(xué)習(xí)，科研能力、創(chuàng)新能力都不強，專業(yè)課程內(nèi)容呈老化，教學(xué)特點日益淡化，甚至浪費了課程學(xué)習(xí)階段，因此，有必要對研究生的課程，尤其是專業(yè)課程的教學(xué)方法和教學(xué)理念進行改革，引進國內(nèi)外先進的教學(xué)方法和教學(xué)理論，提高研究生的科研能力和創(chuàng)新能力。
研究性教學(xué)模式是在綜合美國布魯納的“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式”和瑞士皮亞杰的“認知發(fā)展學(xué)說”基礎(chǔ)上構(gòu)建的教學(xué)模式，主要強調(diào)它在與工程實踐結(jié)合較緊密的專業(yè)課程中的應(yīng)用，是一種培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的新途徑。因為學(xué)生學(xué)習(xí)的過程與科學(xué)家的研究過程在本質(zhì)上是一致的，因此學(xué)生應(yīng)像“科學(xué)家”一樣，以主人公的身份去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，并在探究過程中獲取知識、發(fā)展技能、培養(yǎng)能力，特別是培養(yǎng)創(chuàng)新能力，發(fā)展自己的個性。研究性教學(xué)將科學(xué)研究的思想和過程融入課堂教學(xué)中，鼓勵和帶領(lǐng)學(xué)生從課本固有知識框架中走出來，勇敢且智慧地去發(fā)現(xiàn)未知，幫助學(xué)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(xué)》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(guān)專業(yè)研究生的重點基礎(chǔ)課程，其理論對高效利用能源、節(jié)約能源以及開發(fā)新能源有重要的指導(dǎo)意義。其主要教學(xué)內(nèi)容包括熱力學(xué)理論基礎(chǔ)、流體工質(zhì)的熱力性質(zhì)計算、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)和相平衡、管內(nèi)氣體流動熱力學(xué)。其教學(xué)目的是讓學(xué)生更深刻地理解熱力學(xué)三大定律，以及用熱力學(xué)知識去解決問題的方法。從以往的教學(xué)情況看，學(xué)生普遍反映理論較難理解，課程實用性不強，學(xué)習(xí)興趣不高。針對這種情況，筆者結(jié)合研究型教學(xué)的特點進行以下方面的嘗試。
一、改變教學(xué)手段，傳統(tǒng)教學(xué)模式和課堂討論式教學(xué)相結(jié)合
《高等工程熱力學(xué)》是本學(xué)院研究生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，一些必要的理論和方法需要通過傳統(tǒng)教學(xué)模式教授給學(xué)生。在講授過程中，針對以往學(xué)生提出的實用性不強的問題，在講解某一理論的時候，更側(cè)重該理論及方法的應(yīng)用背景，讓學(xué)生在結(jié)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(xué)的一種方法，研究導(dǎo)向的教學(xué)模式側(cè)重于營造情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，形成自己的觀點，而不在于給學(xué)生提供權(quán)威性的標準答案。在進行傳統(tǒng)教學(xué)的一個階段結(jié)束之后，進行一堂課堂討論，一方面，有利于加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解；另一方面，也可以提高學(xué)生對問題獨立思考的能力。但組織課堂討論，要注重討論內(nèi)容的選擇，過難或過于抽象的問題會使學(xué)生喪失興趣和信心，導(dǎo)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(xué)生提出的觀點，教師要給予適當?shù)狞c評和鼓勵，指出其不足，并引導(dǎo)討論逐步深入進行。同時為了避免同學(xué)在課堂上提出的問題比較空洞、缺乏一定的論據(jù)，在課堂討論的前二周時間會給學(xué)生布置下去題目，讓學(xué)生在課下進行查閱資料并歸納總結(jié)，最終在課堂上提出自己有理有據(jù)的論點。
同時筆者鼓勵學(xué)生自由思考、標新立異，引導(dǎo)學(xué)生在已有的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗基礎(chǔ)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(xué)提出了對這兩個概念自己的理解，對原有的概念提出了質(zhì)疑。同時通過課堂討論，大家也更深刻地理解了在經(jīng)典熱力學(xué)中為什么要引入這兩個概念。
二、完善課程內(nèi)容，追蹤研究領(lǐng)域的最新進展
學(xué)生要完成研究型的學(xué)習(xí)，單靠一本教材是不可能完成的。所以筆者在教學(xué)的過程中，針對某一部分教學(xué)內(nèi)容，筆者經(jīng)常是結(jié)合著國內(nèi)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(xué)生可以根據(jù)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(xué)生對研究領(lǐng)域內(nèi)的所有未知充滿好奇，通過對本領(lǐng)域最新進展的學(xué)習(xí)，可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的意識。科研工作如果缺少創(chuàng)新性，則研究的價值就不能體現(xiàn)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(fā)環(huán)保型工質(zhì)的問題、先進聯(lián)合循環(huán)的問題、不可逆熱力學(xué)中有限時間熱力學(xué)的問題等。同時還給學(xué)生介紹本專業(yè)的一些高水平期刊，比如說《Progress in Energy and Combustion Science》、《Microscale Thermophysical Engineering》等。讓學(xué)生追蹤本學(xué)科領(lǐng)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(xué)圍繞考試轉(zhuǎn)。最終考核的不是學(xué)生的綜合能力，而是學(xué)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(yè)”和“個人作業(yè)”相結(jié)合的考核方式。小組作業(yè)一般由6～8人分工完成。在學(xué)期初期就將學(xué)生分組，每個小組的題目不同，要結(jié)合所學(xué)的內(nèi)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(shù)一般為3000字左右。之后，由小組成員分工把主要內(nèi)容采用適當?shù)男问剑ǘ嗖捎肞owerPoint）講解出來，其他小組的成員和教師會就作業(yè)內(nèi)容提出問題。小組作業(yè)一般占個人總成績的40%，個人作業(yè)占個人成績的60%，其由期末考試、平時討論發(fā)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(cè)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(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，對高等工程熱力學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣?！靶〗M作業(yè)”的形式改變了過去學(xué)生只是一個人悶頭拿著教材看和學(xué)的狀態(tài)，注重和組內(nèi)其他人的交流，加強合作意識。同時小組的經(jīng)常討論，也使得每個學(xué)生都得到了表達自己的機會，使學(xué)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(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新思維。
研究型大學(xué)培養(yǎng)的研究生更應(yīng)該具有創(chuàng)新意識，因此在研究生專業(yè)基礎(chǔ)課上進行研究型教學(xué)的探索是非常有必要的，根據(jù)筆者進行的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和評價體系三方面的改革探索，已經(jīng)確定初步的成效。但這僅僅是課程改革的開始，在教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容上我們還有許多工作要做，旨在使我們培養(yǎng)出來的研究生都符合知識經(jīng)濟時代對創(chuàng)新人才的要求。
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關(guān)鍵詞：研究性教學(xué)模式 ；《工程熱力學(xué)》課程；探索與實踐
在高校工科專業(yè)，專業(yè)基礎(chǔ)課程肩負著連接基礎(chǔ)課和專業(yè)課的橋梁作用，由于課程涉及的理論深奧，公式和計算量大，教師在課堂上往往需要不停地講述，學(xué)生只能被動聽課，主動性難以發(fā)揮。國家教育部在 “關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見”中強調(diào)“要積極推動研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”，向高校明確提出了開展研究性教學(xué)的要求。如何在《工程熱力學(xué)》專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中實施研究性教學(xué)，將教學(xué)任務(wù)由原來的滿堂灌轉(zhuǎn)為傳授知識、創(chuàng)新思維和科研能力培養(yǎng)并進，五年來課題組教師針對實施研究性教學(xué)的理論基礎(chǔ)、實施條件和對策進行研究分析，調(diào)研了國外大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程研究性教學(xué)的經(jīng)驗及特點，對《工程熱力學(xué)》課程從研究性課堂教學(xué)、課外教學(xué)、教學(xué)與科研結(jié)合3個角度，以及教材建設(shè)和考核方式等多方面，進行了教學(xué)實踐，取得了豐碩的教學(xué)成果。
一、研究性教學(xué)模式的構(gòu)建
所謂研究性教學(xué)，就是將課內(nèi)講授與課外實踐、教師引導(dǎo)與學(xué)生自學(xué)、教材與閱讀有機結(jié)合并達到完整、和諧、統(tǒng)一的教學(xué)。研究性教學(xué)是高水平工科大學(xué)應(yīng)該具有的一種教學(xué)模式，是以研究為本的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下主動學(xué)習(xí)，通過實行教學(xué)與研究的有機結(jié)合、人才培養(yǎng)與課程建設(shè)的有機結(jié)合，使學(xué)生有機會接觸科技前沿，擴大探索未知領(lǐng)域的視野，在學(xué)習(xí)過程中獲取探索世界的寬松環(huán)境，激發(fā)創(chuàng)新的欲望。而對于教師來說，在教學(xué)科研相結(jié)合的教學(xué)氛圍中，教師需要更新觀念和增強研究意識，提升自身的素質(zhì)和能力，加強教師和學(xué)生間相互交流和互動，這樣才能很好地滿足研究性教學(xué)模式的需求。
二、研究性教學(xué)模式的實踐
（一）研究性課堂教學(xué)模式
課堂上強調(diào)教學(xué)的互動和學(xué)生的參與，讓學(xué)生思維始終處于思考和興奮狀態(tài)。課堂教學(xué)中，針對某些重要概念，及時給出靈活多樣的思考題，比如，在講授“熵”概念時提出問題：熱力學(xué)第二定律和達爾文進化論是否相違背？為什么熵不能減少？
在實施研究性課堂教學(xué)模式過程中，對課程信息量大、數(shù)學(xué)公式多的基礎(chǔ)理論部分，通過多媒體電子教案的制作，減少學(xué)生學(xué)習(xí)的枯燥性，我們還充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢，進行相關(guān)輔助教學(xué)信息的傳輸，如通過錄像片直觀顯示與本領(lǐng)域相關(guān)的實際工程，動態(tài)顯示各種熱力現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律及影響因素等。通過網(wǎng)絡(luò)化的計算機輔助教學(xué)，完成答疑式、示教式等交互性和個別化的教學(xué)過程。
（二）研究性教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新
推行研究性教學(xué)模式，我們對教學(xué)內(nèi)容的改革采用了由一般到特殊的體系，較傳統(tǒng)的從特殊到一般的教學(xué)體系有明顯的先進性。例如熱力學(xué)第一定律的講授，從能量守恒定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用講起，然后再討論涉及熱能時的特殊性，以及在閉系、開系和循環(huán)過程中的應(yīng)用，進而按照不同的專業(yè)要求，進行不同的取舍和組合。在課堂上循序漸進的講透并行結(jié)構(gòu)中的一個知識點，其余并行結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，通過讓學(xué)生參照授課內(nèi)容自學(xué)，有意識地培養(yǎng)自己的知識遷移和應(yīng)用能力。
研究性教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新，還集中表現(xiàn)在將授課教師的科研成果引入課堂教學(xué)，例如我們將復(fù)合墻體的節(jié)能改造等科研成果結(jié)合教材內(nèi)容進行實例講解，拉近學(xué)生與最新成果的距離，開拓學(xué)生思維，吸引學(xué)生注意力，提高從事科研工作的興趣。
（三）研究性國家規(guī)劃教材的修訂
在修訂出版的國家十二五規(guī)劃教材《工程熱力學(xué)》（第六版）中，為配合研究性課堂教學(xué)的實施，在保留傳統(tǒng)內(nèi)容和學(xué)時需求基礎(chǔ)上，對教學(xué)內(nèi)容進行了更新，增加反映當今熱工領(lǐng)域最新科研成果，刪去與基礎(chǔ)課程交叉重復(fù)的內(nèi)容，并進一步從工程應(yīng)用的角度來加以論述。對教材的編寫形式也進行了積極的創(chuàng)新和優(yōu)化，突出了新知識、新技術(shù)和新方法，將工程熱力最新發(fā)展及在解決現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)問題中的應(yīng)用，滲透到各章節(jié)中，如新型制冷工質(zhì)及新循環(huán)等，使學(xué)生能夠站在工程熱力學(xué)學(xué)科發(fā)展前沿，了解本課程與國民經(jīng)濟、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展之間的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
在各章節(jié)中增設(shè)了小結(jié)、討論與交流、查閱資料等教學(xué)形式，對新教材例題與課后習(xí)題的修訂，一方面借鑒國外教材經(jīng)驗，增加了大量的例題與習(xí)題，另一方面結(jié)合國內(nèi)工程實際的需求，在習(xí)題的選取上，注重與工程實際的結(jié)合，突出工程價值。
（四）研究性教學(xué)的結(jié)構(gòu)化考核方式
在研究性教學(xué)實踐中，對學(xué)生學(xué)習(xí)成績的評價，提出貫穿整個教學(xué)環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)化多環(huán)節(jié)的加權(quán)平均考核方式，實行平時、期中考試、小論文、作業(yè)、實驗、期末考試全方位考核學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的考核方法。
平時成績包括課堂提問與討論，鼓勵學(xué)生積極思考和發(fā)言，考核平時學(xué)習(xí)態(tài)度和基本知識掌握情況。實踐環(huán)節(jié)的考核，通過課內(nèi)實驗和開放性實驗，考核學(xué)生動手能力，克服高分低能現(xiàn)象。期末考試卷中，增加結(jié)合工程實踐的綜合分析題型，考查學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后的分析和解決問題能力。在本課程教學(xué)之初就布置學(xué)生撰寫科技小論文，學(xué)生對本項作業(yè)表現(xiàn)了極高的學(xué)習(xí)興趣，有的同學(xué)還寫出了水平較高的論文。例如，有同學(xué)利用課余時間完成了關(guān)于“北方地區(qū)輔助采暖的最佳方式”“建筑節(jié)能的未來”等好文章。
（五）教學(xué)與科研結(jié)合的課外教學(xué)
研究性教學(xué)的實施還拓展到教學(xué)與科研結(jié)合的課外教學(xué)，設(shè)計開放性實踐教學(xué)計劃，多方面切入完成教學(xué)與科研結(jié)合的課外教學(xué)實踐過程。一是完善了現(xiàn)有的“演示型”“驗證型”實驗項目，二是結(jié)合教師的科研項目和成果，將其梳理成為“應(yīng)用型”“設(shè)計型”“綜合型”實驗。近兩年學(xué)生自由選擇和組織團隊，利用實驗裝置和課堂上研究性教學(xué)所述的實驗范圍內(nèi)容，通過完成新型散熱器測試、新型材料蓄能以及吸收式熱泵等方面的創(chuàng)新實驗，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，多次參加系列大學(xué)生創(chuàng)新競賽。
教師結(jié)合自己的科研項目到實驗室中承擔(dān)部分實踐教學(xué)工作，指導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新實踐活動，是研究性課外教學(xué)實施的關(guān)鍵。教師利用自己的科研課題，開發(fā)科研創(chuàng)新綜合型實驗，為學(xué)生提供盡可能多的科研機會。目前課題組每位教師都帶領(lǐng)本科學(xué)生，結(jié)合自己的科研課題，完成大學(xué)生科技創(chuàng)新活動，為大學(xué)生下一步進入研究生深造奠定了基礎(chǔ)。
三、研究性教學(xué)模式的實踐效果
《工程熱力學(xué)》課程經(jīng)過5年研究性教學(xué)模式的探索和實踐，注重了理論教學(xué)、實驗教學(xué)及課外科研活動的協(xié)調(diào)，強調(diào)了學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，改變了對學(xué)生填鴨式的學(xué)習(xí)方式。近5年來，在《工程熱力學(xué)》建成為省級精品課程基礎(chǔ)上，課程組教師承擔(dān)完成了國家和省十二五教學(xué)課題，以及高教學(xué)會的教研項目4項，陸續(xù)出版國家十一五、十二五規(guī)劃教材3部，2名骨干教師培養(yǎng)成為學(xué)?；A(chǔ)學(xué)科帶頭人， 2名教師晉升為副教授，課題組共組織50余個科研創(chuàng)新實驗小組，近100余名學(xué)生參加了科技創(chuàng)新實驗，如“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽等，獲國家和校多項獎勵。
研究性教學(xué)既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又能發(fā)揮學(xué)生的主體作用；既能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能提高學(xué)生分析解決問題的能力；既能使學(xué)生掌握系統(tǒng)扎實的基礎(chǔ)知識，又能培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力，克服了接受性教學(xué)的缺陷。
研究性教學(xué)的實施不僅拓寬了學(xué)生的知識面，提升了學(xué)習(xí)和科研能力，還提高了他們的協(xié)作精神和交往能力。教師教學(xué)理念也發(fā)生改變，能及時了解知識發(fā)展與創(chuàng)新動態(tài)，更新教學(xué)資源，充實教學(xué)內(nèi)容，真正做到教與學(xué)的和諧統(tǒng)一。
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關(guān)鍵詞：逆流換熱器熱力學(xué)優(yōu)化溫差場均勻性因子火用效率熵產(chǎn)
1．引言
換熱器作為一種各工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的設(shè)備，它的研究倍受重視。目前關(guān)于換熱器的研究大致有兩個方向，一是研究換熱器傳熱強化，主要目的是提高換熱器流體和固壁間的對流換熱系數(shù)，進而提高換熱器的效能。二是從可用能的角度研究換熱器的熱力學(xué)優(yōu)化，包括換熱器的熵產(chǎn)分析、火用效率分析等，從使換熱過程不可逆性最小的角度來優(yōu)化換熱器。其中過增元提出的換熱器溫差場均勻性原則，一方面可以指導(dǎo)新的提高換熱器效能的方法，另一方面也可以對換熱器熱力學(xué)優(yōu)化做分析。本文是從溫差場均勻性原則出發(fā)，將其應(yīng)用于逆流換熱器的優(yōu)化過程，并對各種優(yōu)化方法進行分析比較。
2．換熱器溫差場均勻性原則
過增元在1992年《熱流體學(xué)》[1]一書中定義了溫差場不均勻因子，應(yīng)用于順流、逆流和叉流換熱器，發(fā)現(xiàn)在相同的傳熱單元數(shù)NTU、熱容量比W和流體進口溫度的條件下，逆流換熱器溫差場最均勻，效能也最高，熵產(chǎn)也最小。進而在1996[2]年定義溫差場均勻性因子，提出了換熱器熱性能的溫差場均勻性原則：在NTU和W一定時，換熱器的溫差場越均勻，其效能越高。并采用數(shù)值方法對13種換熱器的溫差場和效能進行了分析，驗證此原則的正確性。通過熵產(chǎn)分析指出此原則是以熱力學(xué)第二定律為理論依據(jù)的。同時針對叉流換熱器，提出了分配換熱面積來改善換熱器性能的新方法。過先生又在2002[3]年給出了簡單順流、逆流、叉流換熱器溫差場均勻性因子的解析表達式，同時通過實驗的方法對此原則進行了驗證，針對多流程叉流換熱器，舉例說明用改變管路連接的方法來改變溫差場均勻因子，進而改變換熱器的效能。在2003[4]年提出基于溫差場均勻的場協(xié)同原則，同時將此原則應(yīng)用于多股流換熱器中，提出換熱器傳熱性能的高低取決于冷熱流體溫度場的協(xié)同程度，而不是流動方式。
從上述溫差場均勻性原則的提出、驗證和發(fā)展歷程來看，這一理論已經(jīng)比較成熟，也是從傳熱物理機制方面優(yōu)化換熱器的新探索，可以利用它比較實際換熱器的換熱性能。很多換熱器大都是復(fù)合型流動方式的換熱器，基本上沒有解析表達式；尤其對于叉流換熱器，應(yīng)用此原則，可以在NTU和W給定時，改變傳熱面積的分布或是管路連接方式，來改變換熱器的效能。溫差場均勻性原則前提條件是NTU和W值恒定。對于換熱方式（逆流）已定的換熱器，在W和NTU變化時，應(yīng)該如何應(yīng)用此原則是本文討論的主要內(nèi)容。
3．溫差場均勻性原則在逆流換熱器熱力學(xué)優(yōu)化中的應(yīng)用
過先生[3]將溫差場均勻性原則用于指導(dǎo)叉流換熱器的優(yōu)化，并對優(yōu)化效果進行了分析驗證。溫差場均勻性原則，是從研究對流換熱的物理機制出發(fā)[5]，用于指導(dǎo)各種形式換熱器的優(yōu)化。本文目的就是應(yīng)用這一原則來指導(dǎo)逆流換熱器優(yōu)化方法的選擇。
3.1逆流換熱器已有熱力學(xué)優(yōu)化方法比較分析
以目標函數(shù)區(qū)分的優(yōu)化方法大概有兩類：一是傳熱過程熵產(chǎn)分析，二是定義火用效率分析。
關(guān)于熵產(chǎn)，徐志明、楊善讓[6]等人定義熵產(chǎn)生數(shù)Ns：單位換熱量的熵產(chǎn)。以Ns最小為目標，通過泛函求極值求得換熱器溫度和熱流的最優(yōu)分布，得到結(jié)論：使W略大于1實現(xiàn)最優(yōu)參數(shù)分布。他們從溫度分布的角度來優(yōu)化換熱器，提供了一種從換熱內(nèi)部的細節(jié)研究問題的思路。能大曦[7]等人在分析換熱器的熵產(chǎn)時得到了類似的結(jié)論：在W為1時，換熱器的Ns最小。同時指出徐志明等人研究得到的W略大于1的結(jié)論，是因為他們定義的NTU與常規(guī)的定義不同。綜合分析前二者可以得到：當NTU一定W變化時，使W為1，換熱器性能最佳。對于逆流換熱器，W為1就意味著溫差場均勻，符合溫差場均勻的原則。當W不變NTU變化時，對于Ns的變化，能大曦[7]等人的研究得到：對于逆流換熱器，W不變，隨著NTU的變化，Ns單調(diào)減小。
關(guān)于火用效率分析，徐志明、楊善讓[8]等人，給出考慮阻力的火用效率取極大值的方法。通過定義火用效率：
分析火用效率隨NTU和W的變化，下圖是他們分析的結(jié)果。從上述結(jié)果看出：對于逆流換熱器，W不變，NTU較大時，隨著NTU的變化，η會越來越低，NTU不變，W變化時，η在W近似為1時取得最大。
比較熵產(chǎn)和火用效率兩種方法的結(jié)論可以得到，NTU不變，W變化時，二者結(jié)論基本一致。而對于W不變，NTU變化的情況，隨著W增大，Ns單調(diào)減小，而也降低了。兩種方法出現(xiàn)了矛盾。下面通過溫差場均勻性原則對兩種方法比較選擇。
3.2逆流換熱器熵產(chǎn)和溫差場均勻性分析
3.2.1逆流換熱器W變化時，看換熱器的效能、Ns、溫差不均勻因子變化規(guī)律。
分析中采用文獻中已有的表達式：
(a)換熱器的效能[8]：
(b)換熱器的熵產(chǎn)[7]：
(c)熵產(chǎn)生數(shù)[7]：
其中：。
的解析表達式見文獻[7]，換熱器的表達式見[3]，圖1給出W從0.1變到0.9時，、以及變化結(jié)果。其中
由圖中得到：隨著熱容量比接近于1，換熱器溫差場均勻性因子增加了，熵產(chǎn)減小了。同時結(jié)合徐志明[8]等人分析火用效率的結(jié)論，綜合得到：在NTU不變，W越接近于1，換熱器溫差場均勻性因子越大，熵產(chǎn)生數(shù)越小，火用效率越高。即熵產(chǎn)分析和火用分析均符合溫差場均勻性原則。另外從圖中看出效能隨著溫差場的均勻而降低了，用效能來評價換熱器性能和熱力學(xué)分析結(jié)論出現(xiàn)了矛盾。當NTU一定，如果要求不同的W得到相同的換熱量的話，那么W小的流體，熱側(cè)流體的流量很大，保證如此高的流量也要有代價，同時由于流量大，通過換熱器時阻力損失也大，與之相對應(yīng)的火用損失也大，火用效率[7]降低了。因此同時得到單純用效能來評價換熱器是不可靠的結(jié)論。
3.2.2W一定，NTU變化時，溫差場均勻性因子、熵產(chǎn)生數(shù)以及效能的變化。為便于和火用效率[7]分析的結(jié)果作對比，取熱容量比：
得到結(jié)果如下：
圖2Ns－NTUφ-NTU和ε-NTU曲線
由上圖可見，當W不變時，隨著NTU的增加，Ns變小了，效能增加了，但溫差場變得不均勻了。結(jié)合徐志明[8]的結(jié)論，火用效率變小。發(fā)現(xiàn)此時火用效率判據(jù)符合溫差場的均勻性原則，而熵產(chǎn)分析卻和原則相反了。Bejan[10]曾把逆流換熱器傳熱過程的熵產(chǎn)分為不平衡流動即熱容量不匹配的熵產(chǎn)和由于傳熱面積有限引起的熵產(chǎn)。能大曦[7]等人對兩部分熵產(chǎn)比較得到：兩部分的熵產(chǎn)隨NTU的變化，趨勢是相反的。由于換熱面積有限引起的熵產(chǎn)隨NTU增加而減小，由于不平衡流動的熵產(chǎn)隨NTU增加而增大。對于逆流換熱器，溫差場均勻與否只取決于W是否為1。不難理解只有由熱容量不匹配引起的熵產(chǎn)變化趨勢能用溫差場均勻性原則來解釋。換句話說，熵產(chǎn)生數(shù)來做判據(jù)包含了換熱的物理機制之外的部分，在對換熱器做優(yōu)化時，應(yīng)怎樣用它還有待進一步的分析。從這個角度考慮，基于換熱的物理機制建議選擇火用效率作為換熱器熱力學(xué)優(yōu)化的判據(jù)。
4．結(jié)論
（1）針對逆流換熱器，比較已有優(yōu)化方法，發(fā)現(xiàn)熵產(chǎn)分析和火用效率分析在W一定，NTU變化時得到的結(jié)論出現(xiàn)了矛盾。
（2）應(yīng)用溫差場均勻性原則，對比溫差場均勻性程度變化的趨勢和熵產(chǎn)生數(shù)、火用效率的變化趨勢，得到火用效率和溫差場均勻程度變化趨勢相協(xié)調(diào)，選用火用效率來做優(yōu)化更能反映換熱的物理機制。因此建議用火用效率來優(yōu)化換熱器。
參考文獻
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[10]BejanA.EntropyGenerationthroughHeatandFluidFlow.NewYork:Wiley-Interscience,1982
【關(guān)鍵詞】跨專業(yè)研究生 培養(yǎng)管理 思考
1.引言
隨著我國研究生教育的快速發(fā)展，各大院校的研究生在教育規(guī)模上大幅度擴大，跨專業(yè)報考研究生早已不是個別現(xiàn)象[1]，成為研究生培養(yǎng)中的一個不容忽視的問題擺在我們面前?？鐚I(yè)研究生在培養(yǎng)的過程中存在著問題又有其獨特的優(yōu)勢，如何克服存在的問題、更好地發(fā)揮跨專業(yè)優(yōu)勢是各高校研究生教學(xué)中亟待解決的問題。
所謂跨專業(yè)研究生即錄取考生的碩士學(xué)位專業(yè)與其已獲得的本科學(xué)位專業(yè)不同，按照原本科專業(yè)與研究生專業(yè)的跨度的大小，可以把跨專業(yè)研究生分為三類：
1.1平行跨越：原本科專業(yè)與研究生專業(yè)屬于相同一級學(xué)科下的不同二級學(xué)科；如：油氣井工程專業(yè)跨為油氣儲運專業(yè)；
1.2學(xué)科跨越：相同學(xué)科門類下的不同一級學(xué)科的跨越；如：土木工程專業(yè)跨為油氣儲運工程專業(yè)；
1.3門類跨越：不同學(xué)科門類下的跨越。如：數(shù)學(xué)或計算機專業(yè)跨為油氣儲運工程專業(yè)。
根據(jù)調(diào)查，遼寧石油化工大學(xué)（以下簡稱本校）油氣儲運工程專業(yè)（以下簡稱儲運專業(yè)）的跨專業(yè)研究生均為（2）類和（3）類跨越，近三年來我校儲運專業(yè)跨專業(yè)研究生的比率均高于50%以上，分為為2009年的58.3%、52.3%、53.3%，有一半以上是跨專業(yè)研究生。在如此大的跨專業(yè)比率下，跨專業(yè)研究生的管理工作一定要引起研究生學(xué)院、導(dǎo)師以及任課教師的高度關(guān)注，否則其培養(yǎng)質(zhì)量將會大幅度下降，勢必同時引起我校儲運專業(yè)的就業(yè)率、招生率等的下降，形成惡性循環(huán)[2]。
2.跨專業(yè)研究生的特點
2.2專業(yè)基礎(chǔ)知識的相對薄弱
儲運專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程為：工程熱力學(xué)、流體力學(xué)和傳熱學(xué)，這些課程是在本科階段講授的，第（2）類和第（3）類跨專業(yè)研究生由于未能系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過（不包括研究生入學(xué)考試前的應(yīng)試學(xué)習(xí)）以上課程，而到了研究生階段學(xué)習(xí)的高等工程熱力學(xué)、高等流體力學(xué)和高等傳熱學(xué)等課程學(xué)時又少、同時有需要具有工程熱力學(xué)、流體力學(xué)等課程的基礎(chǔ)，這樣導(dǎo)致在研究生第一、二學(xué)期的課程學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中處于弱勢，這些課程都是儲運專業(yè)研究生的理論基礎(chǔ)，貫穿于實驗、論文和科研工作的始終，如何有效的學(xué)好這些課程決定研究生的進一步發(fā)展。
2.2科研工作開展慢
對于跨專業(yè)研究生，入學(xué)考試的專業(yè)課程即使本科階段沒有學(xué)過，但是考試前是應(yīng)試學(xué)習(xí)，由于本身是跨專業(yè)考試下了很大的苦工，考試成績較高。但是，入學(xué)后除學(xué)好專業(yè)基礎(chǔ)課程后還要完成研究生導(dǎo)師給定方向的論文科研工作，由于缺乏專業(yè)課程：如：輸油管道、輸氣管道、油氣集輸和油庫設(shè)計等的了解，又存在著科研工作展開慢的特點。
2.3發(fā)揮原有專業(yè)優(yōu)勢
跨專業(yè)研究生可以發(fā)揮其先前專業(yè)的優(yōu)勢，有機地與現(xiàn)有專業(yè)結(jié)合在一起，在學(xué)術(shù)方向上和研究方法為儲運專業(yè)補充新鮮血液，將自己培養(yǎng)成復(fù)合型的高級人才。
3.培養(yǎng)管理的對策
3.1課程設(shè)置改革
我們在研究生課程設(shè)置中應(yīng)考慮到跨專業(yè)研究生這個特殊群體的情況，針對跨專業(yè)研究生在本科階段的學(xué)習(xí)情況對現(xiàn)有的課程設(shè)置體系進行改革，這關(guān)系到能否切實加強基礎(chǔ)理論 、學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，涉及到構(gòu)建合理的知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生具備進入學(xué)位論文階段所需要的知識與技能，并為今后工作、研究打下基礎(chǔ)。在新一輪《研究生培養(yǎng)管理方案》制定中，需要突出基礎(chǔ)理論課程的地位，基礎(chǔ)學(xué)科的授課時數(shù)應(yīng)占50%。
3.2適當增加本碩貫通課程
在構(gòu)建新的研究生課程體系時，對現(xiàn)有課程進行整合、優(yōu)化，適當增加本碩貫通課程?？山梃b本科課程體系設(shè)置的思路，統(tǒng)籌考慮、突出重點，以彌補跨專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)知識和基本理論的欠缺。
3.3適當增加選修課
選修課可分為限定選修課和任意選修課。限定選修課可因不同培養(yǎng)方向設(shè)置，導(dǎo)師和學(xué)生可根據(jù)需要從中選擇2～3門。任意選修課是為跨專業(yè)研究生安排的課程，由學(xué)生自行選修。
3.4適當調(diào)整課程時間安排
對與跨專業(yè)研究生在課程時間安排方面，可將第一學(xué)期部分課程安排在第二學(xué)期。第一學(xué)期留出一定時間安排跨專業(yè)學(xué)生補進行集中補專業(yè)基礎(chǔ)必修課，或采取分班授課的教學(xué)方式，分別照顧專業(yè) “跨度大”（2）類和（3）類的研究生跨專業(yè)研究生。
3.5對跨專業(yè)研究生的要求
要求跨專業(yè)的研究生在思想上要持之以恒，不怕麻煩；學(xué)校給研究生開設(shè)足夠多的選修課、必修課，將其領(lǐng)入專業(yè)的大門；在研究生階段要多看書、多聽課，廣泛涉獵專業(yè)知識，珍惜學(xué)校資源，打好基礎(chǔ)、彌補不足，補好理論這一課。
跨專業(yè)研究生的培養(yǎng)管理是艱巨的任務(wù)，任重而又道遠，需要研究生學(xué)院、任課教師和指導(dǎo)教師，更重要的是研究生本人付出努力。在引起足夠重視的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整培養(yǎng)方案和模式調(diào)整，各大高校的跨專業(yè)研究生的培養(yǎng)質(zhì)量將會上一個大大的臺階，勢必會形成校、師、生三方互應(yīng)的新局面。
參考文獻：
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如熱力學(xué)部分的基本概念多、不易理解，而且類似“平衡狀態(tài)與穩(wěn)態(tài)”、“狀態(tài)方程與過程方程”、“熱與溫度”、“可逆反應(yīng)與可逆過程”以及“自發(fā)過程與不可逆過程”等概念有時容易混淆，在教學(xué)中筆者根據(jù)相關(guān)教研成果，采用對比的方法介紹這類概念，有效地澄清了學(xué)生的模糊認識；熵是熱力學(xué)中一個重要的基本概念，是教學(xué)的重點和難點，如何在前期知識基礎(chǔ)上引進這一概念才能被學(xué)生接受一直是個難題，通過對熵函數(shù)引入方法的研究，筆者根據(jù)食品專業(yè)的特點采取“直接定義法”直接說明熵與內(nèi)能和焓一樣是體系的熱力學(xué)性質(zhì)，是狀態(tài)函數(shù)，減少一些繁復(fù)的推導(dǎo)過程，學(xué)生感到比較容易接受。類似的情況還有很多，課堂教學(xué)中教師引進自己對教學(xué)內(nèi)容的研究成果，實現(xiàn)教學(xué)與研究互動，不但可以活躍課堂氣氛，而且可以使學(xué)生受到科學(xué)思維方法的啟迪，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
例如，“為什么施肥太多會把植物燒死及鹽堿地的植物長勢不良”、“海水淡化、污水處理”是滲透壓知識的應(yīng)用；“病人服用藥物為什么要有一定的時間間隔”是動力學(xué)知識在生活中的應(yīng)用；“給植物噴灑農(nóng)藥時為何要在農(nóng)藥中加入表面活性劑？”和“人工降雨”是表面現(xiàn)象在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用。
教學(xué)中的理論聯(lián)系實際，要做到深入淺出，列舉日常生活和學(xué)生親身經(jīng)歷實例，這樣可以起到事半功倍，加深學(xué)生對理論理解的作用。如在講授表面現(xiàn)象知識時，根據(jù)學(xué)生多數(shù)來自農(nóng)村和食品專業(yè)的特點，對水稻、玉米、小麥等比較熟悉，啟發(fā)學(xué)生思考“為什么面粉長時間放置會結(jié)塊，而大米粒、玉米粒、麥粒等則不會團聚”。然后，教師再用“物質(zhì)顆粒越小，分散程度越大，表面能量越高、狀態(tài)越不穩(wěn)定，會自發(fā)地向低能量、較大顆粒狀態(tài)轉(zhuǎn)化”的知識進行解釋，學(xué)生會有茅塞頓開的感覺。其次，加強基本原理的運用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。教師在每一章結(jié)束后布置課外作業(yè)，要求學(xué)生利用物理化學(xué)基本原理解釋食品領(lǐng)域的實際現(xiàn)象，搭建了物理化學(xué)與生產(chǎn)生活實際相結(jié)合的平臺。第三，以學(xué)生實踐能力為核心，合理設(shè)計課程考核內(nèi)容。在課程考核內(nèi)容中包含測試學(xué)生運用物理化學(xué)知識解釋實際問題能力的題目，考核題目可以是指定的，也可以是學(xué)生自擬題目，要求學(xué)生正確使用物理化學(xué)的某一方面知識對實際問題給出合理的解釋。
[關(guān)鍵詞]小班研討 工科 物理化學(xué) 教學(xué)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(xué)是大化工類各專業(yè)本科教學(xué)計劃中的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是理論性、系統(tǒng)性、邏輯性都很強的一門課程。由于學(xué)科本身公式繁多、概念嚴格、推導(dǎo)復(fù)雜，容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難，知識掌握不牢、理論與實際脫節(jié)等問題，對大化工類相關(guān)專業(yè)的后續(xù)課程的學(xué)習(xí)帶來不利影響。[1]長期以來，物理化學(xué)的學(xué)習(xí)一直是學(xué)生的難點。近年來，小班研討這種創(chuàng)新性的教學(xué)模式由于在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情、引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和知識交流的能力等方面具有優(yōu)勢，逐漸被應(yīng)用于許多學(xué)科的課堂教學(xué)。[2]
通過近幾年的教學(xué)實踐，我們認為，將小班研討應(yīng)用于工科物理化學(xué)課堂教學(xué)時，教師要充分發(fā)揮在教學(xué)過程中的主導(dǎo)地位[3]，合理地選擇研討內(nèi)容，這樣才能發(fā)揮小班研討的上述優(yōu)勢，達到既定的教學(xué)目標。結(jié)合本校工科物理化學(xué)教學(xué)的實際情況，我們對工科物理化學(xué)小班研討的研討內(nèi)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(xué)出版社出版的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《物理化學(xué)教程》。在該教材的框架體系下，我們認為工科物理化學(xué)課程除了培養(yǎng)學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識、良好的邏輯思維能力，建立科學(xué)的思維方法外，還應(yīng)當突出基礎(chǔ)理論與實際應(yīng)用并重、注重聯(lián)系實際的工科特色；并能夠關(guān)注學(xué)科發(fā)展前沿，理解新興領(lǐng)域的研究思路。因此，在小班研討的研討內(nèi)容選擇上，就要兼顧上述三個方面。
此外，本校本科學(xué)生在二年級上學(xué)期和下學(xué)期學(xué)習(xí)物理化學(xué)課程，這時學(xué)生正處在由基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過渡期，學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新意識都較薄弱；同時，多數(shù)學(xué)生的口頭表達能力尚需鼓勵和培養(yǎng)。在研討內(nèi)容的選擇上也需要考慮這個問題。
一、基礎(chǔ)核心內(nèi)容的研討
對于熱力學(xué)、動力學(xué)、化學(xué)平衡和相平衡這部分基礎(chǔ)核心內(nèi)容，在教學(xué)過程中，為了讓學(xué)生形成完整的知識系統(tǒng)，教師要站在整個學(xué)科的高度向?qū)W生講述物理化學(xué)的主要框架和思想方法。
首先，研討內(nèi)容中學(xué)生的陳述內(nèi)容可選擇對每章的重點進行歸納總結(jié)，討論內(nèi)容可以選擇學(xué)生易于混淆的概念、定理和基本原理進行辨析。對基礎(chǔ)核心內(nèi)容的難點問題，教師可通過擬定思考題的形式由學(xué)生進行討論。這樣做一方面可以夯實基礎(chǔ)，強化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，為理論應(yīng)用于實際打下基礎(chǔ)；另一方面，可以逐漸培養(yǎng)學(xué)生的口頭表達能力和學(xué)術(shù)交流能力，使研討能夠循序漸進地越做越好。
其次，在基礎(chǔ)理論建立的過程中，通過分析科學(xué)家的研究過程、研究方法，可以學(xué)習(xí)科學(xué)家的邏輯思維方法。因此，從物理化學(xué)發(fā)展的歷史中，選取某些知識的起源、發(fā)展和完善的歷史作為研討內(nèi)容，通過學(xué)科發(fā)展和背景的討論能促進學(xué)生對理論和公式的深刻理解，讓學(xué)生掌握系統(tǒng)的學(xué)科思想方法。此外，科學(xué)家的生平介紹，研究方向的確立與變化，也可作為研討內(nèi)容，這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。
此外，融合章節(jié)間的研討內(nèi)容可以讓學(xué)生對所學(xué)知識融會貫通，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。例如：以某一具體實例，將熱力學(xué)和動力學(xué)結(jié)合起來，研究化工生產(chǎn)的反應(yīng)條件。首先采用熱力學(xué)中化學(xué)反應(yīng)的等溫方程判定反應(yīng)的自發(fā)性，再采用等壓方程優(yōu)化反應(yīng)溫度，結(jié)合動力學(xué)中溫度對反應(yīng)速率的影響，在綜合考慮平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速度的基礎(chǔ)上，確定最佳反應(yīng)溫度，反應(yīng)時間等參數(shù)。這類的研討內(nèi)容可以提高學(xué)生分析問題的能力。物理化學(xué)課程中有許多相似的邏輯關(guān)系，這種相似的邏輯關(guān)系背后隱藏著更深刻的內(nèi)在聯(lián)系。例如，基于熱力學(xué)的狀態(tài)函數(shù)方法獲得的相變焓與溫度的關(guān)系，與化學(xué)反應(yīng)焓變與溫度的關(guān)系極其相似；在相變熱力學(xué)中純物質(zhì)氣液或氣固兩相平衡中，飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系，在化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)中，標準平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系，在化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)中，速率常數(shù)與溫度的關(guān)系，三者極其相似。這些沒有現(xiàn)成答案的研討可以活躍學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生探索未知領(lǐng)域的意識和勇氣。
二、擴展內(nèi)容的研討
工科物理化學(xué)的擴展內(nèi)容為電化學(xué)、膠體化學(xué)和表面化學(xué)，這部分內(nèi)容與科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐聯(lián)系緊密，學(xué)生既可以用基本原理來解釋自然現(xiàn)象，又可以用基本原理來解決實際問題。這部分的研討內(nèi)容相當豐富，也是探討的重點。
例如：在電化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，研討腐蝕產(chǎn)生的原因以及應(yīng)對策略，如陽極保護、陰極保護、鈍化等措施的應(yīng)用；研討玻璃電極、離子選擇性電極、化學(xué)電源、電化學(xué)合成的原理、裝置和應(yīng)用。在表面化學(xué)的學(xué)習(xí)中，研討表面活性劑，從表面活性劑的結(jié)構(gòu)到表面活性劑的性質(zhì)，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(shù)，基于膜具有較大比表面的特殊的表面性質(zhì)，被應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)療、衛(wèi)生等領(lǐng)域；研討具有巨大比表面的吸附劑和納米材料，它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和在工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的用途；可研討毛細現(xiàn)象，解釋“鋤下有水”，“棉布吸水”等自然現(xiàn)象；研討潤濕現(xiàn)象，解釋眼鏡起霧的原理，并采取有效措施預(yù)防。學(xué)習(xí)膠體化學(xué)時，研討解釋膠體穩(wěn)定性的DLVO理論，找到膠體穩(wěn)定存在的原因，從而制定出破壞膠體的措施或者穩(wěn)定膠體的對策；研討電泳的原理，在分析化學(xué)、生物化學(xué)、臨床化學(xué)、毒劑學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、食品化學(xué)等各個領(lǐng)域的應(yīng)用。
這部分的研討著重從基本原理的應(yīng)用，到實驗裝置或生產(chǎn)設(shè)備的建立，再到工藝條件的選擇，能訓(xùn)練學(xué)生將基本原理用于解決問題的習(xí)慣和能力，有助于學(xué)生形成系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。
三、與專業(yè)相結(jié)合的學(xué)科前沿的研討
本校每年學(xué)習(xí)物理化學(xué)的本科生有1000多名，專業(yè)涵蓋大化工的許多專業(yè)，如冶金、材料、化工、環(huán)境、輕工等專業(yè)。大化工的不同專業(yè)的后續(xù)課程對物理化學(xué)知識的延伸和應(yīng)用存在差異。比如，冶金和材料類的專業(yè)對相平衡知識應(yīng)用較多，制藥和紡織等專業(yè)對膠體化學(xué)的知識應(yīng)用較多。針對這一特點，小班研討的內(nèi)容可視學(xué)生的專業(yè)特點而定，由學(xué)生自主選題，著重于工程應(yīng)用和學(xué)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(xué)生自身的巨大潛力和可塑性。例如：學(xué)習(xí)了相圖中的臨界狀態(tài)，引出新興的超臨界流體萃取技術(shù)，食品專業(yè)的學(xué)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(yè)的學(xué)生主要研討將之應(yīng)用于中藥有效成分的提取和中藥的現(xiàn)代化；化工專業(yè)的學(xué)生主要研討天然香精香料和天然色素等的提??；環(huán)境專業(yè)的學(xué)生研討萃取污水中的有毒物質(zhì)，如有機氯、有機硫等。關(guān)于電化學(xué)的應(yīng)用，對環(huán)境科學(xué)和工程專業(yè)的學(xué)生，研討將電化學(xué)氧化、電化學(xué)還原、電凝聚和電滲析等方法用于廢水處理；對化工專業(yè)的學(xué)生，討論燃料電池、新型海洋電池的設(shè)計原理、工作方式等；對生物化工專業(yè)的學(xué)生，研討生物電催化、微電極傳感器的原理及應(yīng)用。當學(xué)習(xí)表面張力的時候，研討內(nèi)容對冶金專業(yè)可選擇表面活性劑用于礦石的浮選原理與應(yīng)用；對紡織專業(yè)，可選擇荷葉效應(yīng)對材料制作的啟迪；對于生物化工專業(yè)，新型的生物表面活性劑又是研究的熱點，由于它與環(huán)境具有兼容性，既無毒又可被生物降解，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，生物表面活性劑越來越受到人們的關(guān)注，需要研討生物表面活性劑的結(jié)構(gòu)、制備、應(yīng)用以及與傳統(tǒng)表面活性劑的優(yōu)缺點比較等。在膠體化學(xué)中，微乳狀液的制備和應(yīng)用，雙向凝膠電泳的技術(shù)及應(yīng)用也是目前研究的新方向，可以提供給高分子材料專業(yè)的學(xué)生作為研討內(nèi)容。
四、結(jié)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(chǔ)知識，具備將基礎(chǔ)知識應(yīng)用于實際的能力，能夠客觀分析各行業(yè)的實際需求，創(chuàng)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(fā)現(xiàn)，只有通過多層次、全方位、針對專業(yè)特色地精選研討內(nèi)容，才能循序漸進地培養(yǎng)人才的綜合素質(zhì)。在夯實學(xué)科基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，能進一步提升學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力，最大限度地發(fā)揮小班研討的作用。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 肖琦，黃珊.物理化學(xué)教學(xué)改革探索[J].大學(xué)教育，2012（5）：81-82.
關(guān)鍵詞：高等物理化學(xué)；環(huán)境專業(yè)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法
浙江工商大學(xué)案例型《高等物理化學(xué)》課程改革研究 （xgy12105）項目。
【中圖分類號】G642
物理化學(xué)作為環(huán)境、化學(xué)、生物、化工、材料等專業(yè)本科生基礎(chǔ)課，由于概念多、公式多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感到抽象、難學(xué)和難理解，厭學(xué)傾向比較明顯。然而，物理化學(xué)中的理論、方法和觀念在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面又具備其他課程無法替代的作用。高等物理化學(xué)作為物理化學(xué)的延伸，是研究生階段的核心基礎(chǔ)課之一。因此，根據(jù)具體研究方向，改革教學(xué)方法，避免滿堂灌輸式的傳統(tǒng)教學(xué)模式，重新點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力至關(guān)重要，是未來高等物理化學(xué)課程改革的必然出路。
一、我校環(huán)境專業(yè)研究方向與物理化學(xué)的聯(lián)系
我校環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)具有一級學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)，經(jīng)過多年發(fā)展，已形成5個特色的學(xué)科方向：（1）廢水處理與優(yōu)化控制技術(shù)；（2）廢物處置與資源化技術(shù)；（3）大氣污染控制理論與技術(shù)；（4）環(huán)境功能材料與友好過程技術(shù)；（5）環(huán)境生物與生態(tài)修復(fù)技術(shù)。這些特色研究方向與物理化學(xué)有著非常緊密的聯(lián)系，物理化學(xué)的理論和方法一直被運用到環(huán)境保護中。例如：（1）水處理過程、污泥消化處理、熱污染控制等許多方面都涉及熱化學(xué)模擬計算；（2）作為常用的高級氧化技術(shù)之一-電化學(xué)方法涉及電化學(xué)基本原理、內(nèi)電解、電凝聚、電解氧化/還原及電滲析等物理化學(xué)知識；（3）環(huán)境功能催化材料涉及熱力學(xué)和動力學(xué)等多方面的知識；（4）吸附劑、表面活性劑等污染修復(fù)方法與物理化學(xué)中膠體與界面部分密不可分。因此，針對研究生高等物理化學(xué)課程改革，必須考慮如何體現(xiàn)課程特色、以何種模式實現(xiàn)研究生科研活動中基礎(chǔ)知識再認識以及創(chuàng)新性思維能力的提高等關(guān)鍵問題。
二、環(huán)境專業(yè)高等物理化學(xué)教學(xué)設(shè)計改革
1.教學(xué)內(nèi)容改革
高等物理化學(xué)包括化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、統(tǒng)計熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)四大塊內(nèi)容。作為環(huán)境專業(yè)研究生的基礎(chǔ)課程，各部分教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重突出特色，有所取舍，不能簡單重復(fù)本科階段的物理化學(xué)教學(xué)。針對本校環(huán)境專業(yè)研究方向和有限的課堂學(xué)時，筆者認為，選取化學(xué)變化的方向和限度問題、化學(xué)反應(yīng)的速率和機理問題、催化劑結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系、電化學(xué)基本原理和應(yīng)用作為核心教學(xué)內(nèi)容，有利于吸引學(xué)生結(jié)合自己的研究課題進行深入的自主學(xué)習(xí)。
在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，適當增加1-2個具體實驗，通過實踐教學(xué)深入、形象地理解環(huán)境凈化技術(shù)應(yīng)用時的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識。
2.教學(xué)方法改革
大量的實踐表明： 傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)時代的發(fā)展，尤其是抽象性、概括性、邏輯性很強的高等物理化學(xué)教學(xué)。要培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力，必須激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。因此，改革教學(xué)方式，以學(xué)生為主體，教師講授為輔，進行前沿引導(dǎo)式教學(xué)為現(xiàn)代高等物理化學(xué)教學(xué)改革點亮希望。
具體課程安排過程中，可按教師講授（提出問題）學(xué)生互動（解決問題）教師總結(jié)點評（基本原理強化）順序展開教學(xué)。改變傳統(tǒng)的系統(tǒng)講授為重點講授，教師根據(jù)學(xué)科特色，有側(cè)重地突出物理化學(xué)專業(yè)知識點的應(yīng)用和前沿，設(shè)置課程研討課題；學(xué)生根據(jù)興趣自主選者課題，課后進行文獻調(diào)研和歸納，并在課堂上展示學(xué)習(xí)心得；最后，教師根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況進行點評，并提出改進的建議。此外，在課堂教學(xué)上，應(yīng)經(jīng)常以啟發(fā)式的語言、事例來激勵學(xué)生，引導(dǎo)他們積極主動進行學(xué)習(xí)。
三、物理化學(xué)教學(xué)改革初探
根據(jù)教學(xué)設(shè)計，筆者初步嘗試了教師主講3個專題，提供學(xué)生6個課題，輔助1個實驗的教學(xué)模式。教師主講內(nèi)容包括：（1）物理化學(xué)在光催化環(huán)境凈化技術(shù)中的應(yīng)用；（2）物理化學(xué)在環(huán)境電化學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用；（3）物理化學(xué)中的膠體界面化學(xué)。提供學(xué)生選擇自主學(xué)習(xí)的課題如下：（1）物理化學(xué)與環(huán)境保護；（2）光催化體系的反應(yīng)機制及應(yīng)用時的瓶頸突破；（3）電化學(xué)處理有毒難降解有機污染物的電子轉(zhuǎn)移機理；（4）污水處理中的熱力學(xué)過程；（5）吸附法處理環(huán)境污染物的動力學(xué)過程；（6）膠體表面/界面調(diào)控與環(huán)境污染治理。要求學(xué)生學(xué)會利用學(xué)校圖書館的Web of Science和google學(xué)術(shù)搜索工具，查閱自選課題相關(guān)的文獻，主要是主流TOP期刊的論文，在大量閱讀文獻的基礎(chǔ)上，寫出能體現(xiàn)課題核心內(nèi)容和研究亮點的綜述。經(jīng)過這兩階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已基本具備文獻查新、科學(xué)問題提煉的能力。最后筆者選取環(huán)境污染治理的新技術(shù)-太陽能光催化處理印染廢水為輔助實踐教學(xué)，通過改變反應(yīng)條件，觀察廢水色度變化，既能給學(xué)生直觀感受，又能通過后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，讓學(xué)生體會到物理化學(xué)基本理論的美妙。
本實驗中主要涉及物理化學(xué)中的阿倫尼烏斯公式：
（1）
其中k為反應(yīng)的速率常數(shù)，可以通過不同時間染料降解動力學(xué)進行擬合得到；A為反應(yīng)的頻率因子，對于確定的化學(xué)反應(yīng)為一常數(shù)；Ea為反應(yīng)活化能；R為理想氣體常量；T為熱力學(xué)溫度。通過對公式（1）進行對數(shù)轉(zhuǎn)換，可以得到公式（2）：
（2）
通過測定不同溫度下染料降解的速率常數(shù)k ，可以利用公式（2）計算得到反應(yīng)的活化能Ea；進一步通過有無催化劑的對比實驗，可以計算出染料降解反應(yīng)中添加催化劑對Ea的影響，預(yù)測反應(yīng)過渡態(tài)的相關(guān)信息，直觀而深刻地體會到物理化學(xué)基礎(chǔ)知識點在實際環(huán)保技術(shù)中的應(yīng)用，使理論與實踐完美結(jié)合，激發(fā)學(xué)生在各自研究領(lǐng)域重新學(xué)習(xí)物理化學(xué)的興趣。
四、結(jié)束語
總之，物理化學(xué)是一門基礎(chǔ)理論性和實踐性都很強的學(xué)科，加強物理化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，特別是通過課程解析物理化學(xué)基本規(guī)律在現(xiàn)代環(huán)境保護研究前沿?zé)狳c的作用，將會有助于我校環(huán)境專業(yè)研究生從分子本質(zhì)上加深對本專業(yè)和研究方向的認識，促進研究生更快地實現(xiàn)從知識學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的角色轉(zhuǎn)變。
參考文獻：
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[2] 劉元隆. 高等物理化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法探討[J]. 廣東化工， 2012， 39（10）： 164-165.
從電化學(xué)的角度出發(fā)，介紹了陽極氧化和電解拋光原理以及電解液的選用，分析和討論這兩種工藝的應(yīng)用及其優(yōu)缺點，讓學(xué)生理解化學(xué)知識與專業(yè)實際息息相關(guān)，與工程技術(shù)緊密聯(lián)系，并能學(xué)以致用。
改革教學(xué)方法，貫徹啟發(fā)式學(xué)習(xí)理念
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維是教育的關(guān)鍵，而創(chuàng)新源于興趣、起于自主、發(fā)于嘗試。傳統(tǒng)“教師中心論”的教學(xué)模式，教師處于完全的主導(dǎo)地位，在課堂上只向?qū)W生灌輸知識，而不注意把握學(xué)生的心理，這與創(chuàng)新格格不入。因此要改革教學(xué)方法，貫徹啟發(fā)式學(xué)習(xí)理念，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
(一)理論講授要精心設(shè)計，遵循學(xué)生認知思路，突出以學(xué)生為中心的教學(xué)模式教學(xué)活動是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進行的有目的、有計劃的學(xué)習(xí)活動?；瘜W(xué)基本原理中大量公式的教學(xué)，應(yīng)當是在教師引導(dǎo)下訓(xùn)練學(xué)生有意識地進行抽象邏輯思維活動。教師要設(shè)計一系列問題，并留出學(xué)生積極思考的時間，通過師生間的討論和交流，使學(xué)生主動得出結(jié)論。如在講授化學(xué)熱力學(xué)中化學(xué)反應(yīng)方向的判斷時，教師可以設(shè)計下列的教學(xué)程序。首先，在壓力為標準態(tài)和溫度為298．15K時，判斷標準是ΔrGθm(298．15K)，它可以由參與反應(yīng)的各個物質(zhì)的ΔfGθm(298．15K)而計算出來，這一點學(xué)生都清楚。其次，教師引導(dǎo)學(xué)生思考“若壓力仍是標準態(tài)，但溫度不是298．15K，該怎么辦?”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)與溫度無關(guān)，提醒學(xué)生可以用吉—亥公式求解。然后，進一步發(fā)問:“若壓力不是標準態(tài)，溫度也不是298．15K，該怎么辦?”此時提示學(xué)生利用熱力學(xué)等溫方程式中的ΔrGm與ΔrGθm的關(guān)系，將非標準狀態(tài)化為標準狀態(tài)，從而求解。通過學(xué)生和教師間的這種互動、提問、設(shè)疑、解答，學(xué)生在自覺、主動、多層次的參與過程中不但學(xué)會了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)原理，而且也掌握了分析問題、解決問題的科學(xué)方法。
(二)應(yīng)用部分要勇于放手，讓學(xué)生走向講臺教育的關(guān)鍵是使學(xué)生具備將所學(xué)知識應(yīng)用于實際的能力。化學(xué)應(yīng)用部分的目的正是培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的化學(xué)原理分析、解決工程實際問題的能力。在學(xué)生課后自學(xué)和相互討論的基礎(chǔ)上，學(xué)生和教師換位，由學(xué)生講解該部分內(nèi)容，對專業(yè)中遇到的實際問題，如金屬腐蝕的防護與利用上升到化學(xué)原理加以分析，論述自己的觀點。學(xué)生為了講解清楚課堂內(nèi)容必須認真預(yù)習(xí)，做好充分的準備。因此，他們在主動獲取知識的同時，無形中提高了對這門課程的學(xué)習(xí)積極性。
(三)改革考試方法，以課程論文、實驗設(shè)計代替閉卷考試學(xué)生學(xué)學(xué)化學(xué)的基本原理和方法的目的不是為了成為化學(xué)家，而是具備基本的化學(xué)素養(yǎng)的化學(xué)思維，能以化學(xué)的眼光、角度、世界觀分析和解決工程實際中遇到的化學(xué)問題。若通過做習(xí)題來檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不管是開卷或閉卷的考核形式都沒有意義。相反，布置課程論文，讓學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上，對一些典型案例抽象化，建立理論模型，再用課堂上所用的原理進行分析，提出自己的見解;或者要求學(xué)生運用化學(xué)基本原理，結(jié)合專業(yè)特點，對自己感興趣的內(nèi)容自行構(gòu)思、自擬方案，完成一個綜合實驗設(shè)計，并通過實驗驗證。這兩種方式表面上不直接考察學(xué)生理論知識，實際上考察他們運用理論知識解決實際問題的能力是更深層次的要求［4］。實踐證明，布置論文或綜合實驗設(shè)計的考核方式行之有效，很多學(xué)生寫出了較高質(zhì)量的論文，大學(xué)化學(xué)實驗設(shè)計也深受學(xué)生歡迎，真正達到了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。
(四)開設(shè)專題講座，配合課堂教學(xué)抽出一定時間講授綠色化學(xué)、新型化學(xué)電源、膜分離、納米材料、超分子、生物芯片等體現(xiàn)科技發(fā)展前沿的內(nèi)容［5］。專題講座可以拓展學(xué)生的視野，加大教學(xué)信息量，把枯燥的理論知識變得生動、鮮明而易于理解和掌握，同時使學(xué)生體驗到化學(xué)與人類的美好生活、科技的繁榮、生產(chǎn)的進步息息相關(guān)，感受到化學(xué)無比廣闊的應(yīng)用前景，認識到化學(xué)是一門滿足人類、社會需要的具有實用型、創(chuàng)造性的中心科學(xué)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)、學(xué)好化學(xué)、用好化學(xué)的熱情，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。
實行本科生導(dǎo)師制、以科研促進教學(xué)
21世紀對未來人才的要求，不僅要具有寬厚的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，更應(yīng)該具備創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神應(yīng)當成為大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)中的一項重要內(nèi)容，而提高學(xué)生科研能力則是培養(yǎng)其創(chuàng)新精神的立足點、突破口?？蒲泄ぷ鞯膶嵸|(zhì)是一種發(fā)現(xiàn)新問題、提出新見解、擬定新對策的創(chuàng)造性活動，而發(fā)現(xiàn)、分析和解決新問題的過程，正是一個人創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維能力和創(chuàng)造能力及奉獻科學(xué)精神的全面展現(xiàn)過程。學(xué)校通過實行本科生導(dǎo)師制，給每一名學(xué)生指定一位導(dǎo)師，確定學(xué)生的科研方向。在導(dǎo)師的具體指導(dǎo)下，學(xué)生首先了解科學(xué)研究的思路和方法，然后結(jié)合自己的知識結(jié)構(gòu)，在教師的科研項目中選擇合適的研究切入點，不求研究體系的完整性和理論的突破，通過收集文獻、查閱資料，擬定出研究方案和主要技術(shù)路線，把握研究特色或關(guān)鍵因素，努力將自己研究的課題做精做深，實現(xiàn)有價值的創(chuàng)新［6］?？蒲兄饕莿?chuàng)新，而創(chuàng)新以基礎(chǔ)理論知識的掌握為基礎(chǔ)，基礎(chǔ)理論因創(chuàng)新而體現(xiàn)活力。沒有牢固掌握大學(xué)化學(xué)的基礎(chǔ)理論不可能完成相應(yīng)課題的研究，若學(xué)生成功完成了自己的課題研究，那么他們對教材上相應(yīng)知識點的理解會更加深刻。
