引論：我們?yōu)槟砹?3篇化工熱力學(xué)論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

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化工熱力學(xué)內(nèi)容較多，而教學(xué)時(shí)間有限，這就要求教師要打破傳統(tǒng)的授課體系，注重各章節(jié)知識(shí)的橫向聯(lián)系，深入對(duì)教學(xué)內(nèi)容加以研究，挖掘教學(xué)內(nèi)容深層次內(nèi)涵，將書本上的內(nèi)容提煉出來(lái)講給學(xué)生聽。比如在講述偏離函數(shù)的時(shí)候，要把偏離函數(shù)和狀態(tài)方程以及對(duì)比態(tài)原理、常用熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，推導(dǎo)合適狀態(tài)方程下的偏離函數(shù)，并求取常數(shù)值，指導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生們用臨界溫度和臨界壓力，對(duì)比溫度和對(duì)比壓力，偏心因子和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)估算熱力學(xué)過(guò)程。這樣整個(gè)課程通過(guò)偏離函數(shù)就可以形成有機(jī)統(tǒng)一。對(duì)于課程中的封閉系統(tǒng)和敞開系統(tǒng)，同學(xué)們?cè)谖锢砘瘜W(xué)中并沒有太多深刻認(rèn)識(shí)，在課堂上我拋出化工工藝學(xué)中的氨合成，這樣的問題使同學(xué)們感受到課程間的相互銜接。對(duì)于氨的合成，同學(xué)們都知道N2+3H2→2NH3，在反應(yīng)平衡之前，組成都在發(fā)生變化，在反應(yīng)之前和反應(yīng)平衡之后，組成都是不變的，這幾個(gè)狀態(tài)下系統(tǒng)的研究和學(xué)習(xí)，有助于同學(xué)們對(duì)化學(xué)反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算，包括均相封閉系統(tǒng)和均相敞開系統(tǒng)的聯(lián)系與區(qū)別。

3多媒體教學(xué)和互動(dòng)教學(xué)結(jié)合

多媒體教學(xué)是現(xiàn)代化教學(xué)手段，靈活有效使用多媒體教學(xué)可以使抽象的概念具體化，提高教學(xué)的有效性，在教學(xué)過(guò)程中，由于教學(xué)內(nèi)容過(guò)多，如果采取大量板書教學(xué)，勢(shì)必會(huì)影響教學(xué)進(jìn)度，同時(shí)該門課程要向同學(xué)們展示大量化工設(shè)備圖片，必須要采用多媒體教學(xué)。大學(xué)教學(xué)必須要師生互動(dòng)，而師生互動(dòng)教學(xué)的關(guān)鍵在于教師的提問，所以要設(shè)計(jì)多層次多方面適合教學(xué)內(nèi)容的問題，問題設(shè)計(jì)有難有易，可以促進(jìn)整個(gè)班上不同層次的學(xué)生的思考，問題都設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單，學(xué)的較好的同學(xué)就會(huì)無(wú)所事事，問題都設(shè)計(jì)的難，跟不上節(jié)奏的學(xué)生會(huì)一臉茫然失去學(xué)習(xí)興趣，好的問題可以幫助同學(xué)們從多層次多角度思考問題，化工熱力學(xué)的精髓實(shí)際就是能量利用和節(jié)能減排的時(shí)候，同學(xué)們對(duì)于能量利用還有基本的認(rèn)識(shí)，因?yàn)樵谖锢砘瘜W(xué)里面就談到了反應(yīng)的方向和限度。但是對(duì)于節(jié)能減排，卻沒有深刻認(rèn)識(shí)。結(jié)合國(guó)家目前大力致力于關(guān)轉(zhuǎn)停高耗能和高污染企業(yè)，并提倡綠色工業(yè)和綠色居住，同學(xué)們了解到能量利用和節(jié)能減排已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度。對(duì)于能量利用，要有實(shí)例，比如向大家介紹1摩爾水在氣化完之后是水在液態(tài)的時(shí)候體積的1603倍，而體積增大正好做工，正是因?yàn)槿绱耍羝麢C(jī)才能帶動(dòng)火車，實(shí)現(xiàn)第一次工業(yè)革命。基于此，激發(fā)同學(xué)們想到汽油作為工質(zhì)做工，讓汽車跑的更快，讓飛機(jī)飛的更遠(yuǎn)，讓輪船遨游大洋。舉一反三，這些都是同學(xué)們?cè)谌粘Ｉ钪袝r(shí)時(shí)碰到，原來(lái)能量利用是如此重要。正是因?yàn)槟茉吹钠毡槔茫瑖?guó)內(nèi)自然環(huán)境正經(jīng)歷倫敦霧都在第一次工業(yè)革命的陣痛，節(jié)能減排和能量合理利用就尤為重要。

談節(jié)能減排和能量合理利用很重要，這是同學(xué)們必須要慢慢接受的觀點(diǎn)，要深入大腦，案例很重要。比如說(shuō)煤礦的使用帶來(lái)了大量粉塵和大量排放和地質(zhì)危害，所以國(guó)內(nèi)正在大力開發(fā)煤制油的技術(shù)以及更清潔的原料天然氣。而石油的地下存量已經(jīng)在減少，大慶油田已經(jīng)進(jìn)入老年，這也告訴同學(xué)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(shí)這些不可再生的能源都有一個(gè)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(xué)們普遍感興趣，而且也是科技工作者共同的難題。這個(gè)時(shí)候我會(huì)在適當(dāng)時(shí)候拋出水制氫這樣一個(gè)最簡(jiǎn)單的課題，作為老師是知道現(xiàn)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(diǎn)和難點(diǎn)。但是對(duì)于同學(xué)們而言，同學(xué)們會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)多么簡(jiǎn)單的問題，只要電解就可以實(shí)現(xiàn)。

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0 引言

隨著人們節(jié)能意識(shí)的不斷提高，為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，人們將熱力學(xué)原理應(yīng)用于工程實(shí)際各能量系統(tǒng)的分析中。能量系統(tǒng)的熱力學(xué)分析是根據(jù)熱力學(xué)原理對(duì)各種能量系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，以明確系統(tǒng)各部位的能量損失狀況，求取各種性能指標(biāo)，對(duì)所研究的系統(tǒng)進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

1 熱力學(xué)分析的方法、內(nèi)容

熱力學(xué)分析的方法主要包括兩種：以能量平衡為基礎(chǔ)的叫做能分析法，它是傳統(tǒng)的分析方法，依據(jù)熱力學(xué)第一定律，建立在能量“量”的守恒上，對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行分析。而以平衡為基礎(chǔ)的叫做分析法，是近些年發(fā)展起來(lái)的一種方法，依據(jù)熱力學(xué)第二定律，是對(duì)能量“質(zhì)”的分析[1][2]。

1.1 能分析法

能分析法是以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，應(yīng)用熱平衡原理，并以熱效率為基本評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，分析、評(píng)價(jià)系統(tǒng)能量有效利用狀況的方法。它依據(jù)能量系統(tǒng)建立熱力學(xué)模型，進(jìn)行能量平衡計(jì)算，得出系統(tǒng)的熱效率和各項(xiàng)熱損失，得到系統(tǒng)熱損失的分布，從而找出系統(tǒng)中熱損最大的薄弱環(huán)節(jié)和部位，為改進(jìn)設(shè)備和系統(tǒng)的用能狀況提供技術(shù)依據(jù)。

1.2 分析法

分析法是以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的熱力學(xué)分析法。它是依據(jù)能量中的平衡關(guān)系，列出平衡方程并求解，通過(guò)分析，揭示能量中的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況，確定出該系統(tǒng)或裝置的利用效率。

分析法的主要內(nèi)容有[3]：

①進(jìn)行物流、熱量衡算，確定輸入、輸出體系中各種物流量、熱流量、功流量以及各物流的狀態(tài)參數(shù)（如溫度、壓力、組成等）。

②流計(jì)算。

③由平衡方程確定過(guò)程的損失。

④確定效率。

參與用能系統(tǒng)的流，可以分為三類，即輸入流、輸出流和系統(tǒng)內(nèi)流。

①輸入流類：是指由外界的源，物流穿過(guò)系統(tǒng)邊界而進(jìn)系統(tǒng)的。

②輸出流類：是指由系統(tǒng)通過(guò)邊界向外輸出的。

③系統(tǒng)內(nèi)部類：是指系統(tǒng)的輸入于輸出之差的部分。

1.3 兩種熱力學(xué)分析法的比較

兩種熱力學(xué)分析方法都是通過(guò)輸入輸出，有效利用能和損失的平衡，求解系統(tǒng)的總損失，進(jìn)而確定損失的分布。并通過(guò)計(jì)算出的效率有效利用率來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的完善程度。但能分析法只是從不同質(zhì)的能量在數(shù)量上的守恒來(lái)計(jì)算損失，因而只計(jì)算外部損失而忽視了內(nèi)部損失，其評(píng)價(jià)指標(biāo)也只是計(jì)算了被利用部分能的數(shù)量和輸入能的數(shù)量而忽略了其質(zhì)量的變化，即忽略了過(guò)程的不可逆性所帶來(lái)的損失。而且能效率的分子分母常常是不同質(zhì)的對(duì)比，不能準(zhǔn)確地表征能量的利用程度，而效率和分析法正好能解決上述缺陷，所以分析法要比能分析法更科學(xué)、更深入也更全面，它能準(zhǔn)確地揭示損失的原因、部位以及指出改進(jìn)方向等。分析方法既可以進(jìn)行系統(tǒng)分析，又可以進(jìn)行優(yōu)化綜合，它可以很便捷地進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，與經(jīng)濟(jì)因素結(jié)合后還可作設(shè)備全壽期成本統(tǒng)計(jì)等[4]。

隨著節(jié)能工作的一步步深入，分析方法在能源管理、熱能動(dòng)力、制冷技術(shù)、石油化工和冶金等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，有些國(guó)家已經(jīng)將方法用于熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)分析當(dāng)中，而我國(guó)火電機(jī)組熱力系統(tǒng)的分析方法實(shí)際上都是基于熱力學(xué)第一定律的分析方法，其存在的缺點(diǎn)是不能揭示內(nèi)部不可逆性大小，不能反映能質(zhì)的蛻變情況，不能體現(xiàn)不可逆性對(duì)經(jīng)濟(jì)性造成的影響。因此對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，根據(jù)分析結(jié)果所提出的問題采取相應(yīng)的措施提高熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[5][6]。

2 鍋爐系統(tǒng)的熱力學(xué)分析

2.1 原始數(shù)據(jù)

某電廠鍋爐，其出口蒸汽壓力為p=13.72MPa，溫度為330℃，給水溫度tw=215℃，尾部排煙溫度為135℃，過(guò)熱蒸汽量為410t/h，空氣預(yù)熱器出口空氣溫度為226℃，爐膛過(guò)剩空氣系數(shù)為1.1。理論空氣量為4.907m3/kg，每小時(shí)燃煤量為58298kg，其燃煤的低位發(fā)熱量QL=18636

kJ/kg，全水分ω=4.9%。環(huán)境溫度為19℃，依據(jù)上述數(shù)據(jù)分別對(duì)此鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行能分析和分析。

2.2 分析計(jì)算

設(shè)圖中mf、ma、ms、mg和mw分別為燃料、空氣、蒸汽、煙氣和給水的質(zhì)量流量；而ha、hs、hg分別表示相應(yīng)物質(zhì)的焓，QL為燃煤的低位發(fā)熱量，QB是損失的熱量；ef、ea、es、eg和ew表示相應(yīng)各物質(zhì)流的比，IQ為向環(huán)境散失熱量而引起的損失。由題設(shè)得：mf=58298kg，ma=4.907×1.293×1.1×58298=406875kg，ms=410000kg，不考慮鍋爐排污損失mw=ms=410000kg，由已知溫度查表得：

ha=509.4kJ/kg sa=7.2245kJ/（kg?k） hs=3469.8kJ/kg，ss=3.5449kJ/（kg?k），hw=598.4kJ/kg，sw=2.4747kJ/（kg?k），ha=292.25kJ/kg，so=6.6732kJ/（kg?k）

圖1 鍋爐的能量平衡

圖2 鍋爐的平衡

按照?qǐng)D1所示的鍋爐能量平衡關(guān)系，得出能量平衡方程：

mfQL+maha+mwhw=mshs+mghg+QB （1）

其中QB、mghg為損失的能量，而mshs-mwhw=ms（hs-hw）為有效利用的能量，則該鍋爐的能效率為：

η=

=

=1.91（2）

按照?qǐng)D2所示的鍋爐平衡關(guān)系，可以寫出下面的平衡方程：

mfef+maea+mwew=mses+mgeg+IQ+IB（3）

式中IB表示整個(gè)鍋爐內(nèi)部過(guò)程總的損失。考慮到mw=ms，則鍋爐內(nèi)部過(guò)程總損失為：

IB=mfef+maea-ms（es-ew）-mgeg-IQ（4）

該鍋爐的目的效率η應(yīng)為：

η= （5）

由于es=（hs-h0）-T0（Ss-S0），ew=（hw-h0）-T0（Sw-S0）兩式相減得：

es-ew=（hs-hw）-T0（Ss-Sw） （6）

用（5）對(duì)應(yīng)除以（2）可得：

η=η （7）

將（6）式代入上式，則有：

η=η（1-T0） （8）

代入數(shù)據(jù)得：

ea=（ha-h0）-T0（sa-so）

=（509.4kj/kg-292.25kj/kg）-292.3（7.2245-6.6732）

=56.01

η=η（1-T0）

=0.91（1-）

=0.69

3 結(jié)論

從以上的計(jì)算結(jié)果可以看出，雖然是對(duì)同一臺(tái)鍋爐進(jìn)行效率計(jì)算，但能效率和效率相差很大，能效率為91%而效率僅為69%，能效率的計(jì)算主要取決與鍋爐排煙向外界散熱的多少，主要考慮的是能量“數(shù)”的變化。但效率則不同，它不僅考慮了鍋爐燃燒過(guò)程中的外部損失，而且考慮了燃燒、傳熱等鍋爐內(nèi)部各個(gè)過(guò)程所造成的不可逆損失。實(shí)際上，蒸汽鍋爐的損失中最大的一項(xiàng)就是燃料燃燒和傳熱造成的損失，所以雖然從能效率即能量的數(shù)量上來(lái)看鍋爐損失的不多，但這部分能量都是高品位的能量，價(jià)值都很高[7][8]。

由此可見，效率比能效率更能完善地反映鍋爐的熱經(jīng)濟(jì)性。所以，通過(guò)系統(tǒng)分析計(jì)算，找出損高的部位，采取相應(yīng)措施進(jìn)行改善。對(duì)目前我國(guó)火電機(jī)組熱力系統(tǒng)分析具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭體寬.熱力發(fā)電廠.中國(guó)電力出版社，2001.

[2]郭民臣，魏楠.電廠熱力系統(tǒng)矩陣熱平衡方程式及其應(yīng)用[J].動(dòng)力工程，2002，22（2）：1733-1738.

[3]杜亞榮.600MW機(jī)組熱力系統(tǒng)的熱力學(xué)分析與優(yōu)化.碩士學(xué)位論文，保定：華北電力大學(xué)動(dòng)力系，2007.

[4]朱明善.能量系統(tǒng)的分析.清華大學(xué)出版社，1988.

[5]林萬(wàn)超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論.西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

篇3

在教材中完善的同時(shí)，及時(shí)更新化工專業(yè)英語(yǔ)的教學(xué)大綱和課程教授內(nèi)容的PPT制作。在此主要強(qiáng)調(diào)PPT的模塊式教學(xué)，將課程的教授分成八個(gè)系列專題報(bào)告，每一個(gè)專題可以論述一個(gè)具體領(lǐng)域的概況，便于學(xué)生更全面地認(rèn)識(shí)化學(xué)工程與工藝專業(yè)究竟是一個(gè)怎么樣的行業(yè)。結(jié)合學(xué)生已修過(guò)的《化工熱力學(xué)》、《化工原理》、《分離工程》、《潔凈煤技術(shù)》、《化工設(shè)計(jì)》、《石油煉制工程》專業(yè)課，尤其是煤化工(煤制油、煤制天然氣、煤制甲醇、煤制烯烴)、煤層氣綜合利用、清潔油品生產(chǎn)、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化、稀土潔凈化生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)展，列舉出各個(gè)領(lǐng)域中典型的工藝進(jìn)行介紹，可以更加深刻理解各個(gè)工藝過(guò)程。比如，專題報(bào)告五主要介紹聚丙烯聚丙烯產(chǎn)品的特點(diǎn)和用途，生產(chǎn)工藝的具體流程和特點(diǎn)，以及催化劑的特性。專題報(bào)告教學(xué)模式(圖2)的教學(xué)更能提高學(xué)生對(duì)于前言工藝和典型的認(rèn)識(shí)和熟悉，為學(xué)生步入社會(huì)和工作崗位奠定一定的基礎(chǔ)。

3科技論文寫作的初步入門

通常情況下，科技英語(yǔ)論文文章結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文體形式多樣化，如論文、論述、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、教材、專利、說(shuō)明書等，文章尊重客觀事實(shí)，多以敘述原理，描述自然現(xiàn)象為主，用詞嚴(yán)謹(jǐn)、理論推導(dǎo)多、表達(dá)明確、邏輯性強(qiáng)。為此，從化工領(lǐng)域的期刊中(比如，Industrial&EngineeringChemistryResearch.，AIchE，Energy&Fuel等)中選取幾篇文章，每篇論文的大體框架基本為題目、作者及地址、摘要、前言、實(shí)驗(yàn)部分、結(jié)果與討論、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)等九個(gè)部分，然后進(jìn)行閱讀講解，著重介紹閱讀過(guò)程中如何迅速把握論文的重點(diǎn)，哪些需要精讀，哪些需要略讀，在此基礎(chǔ)上才能有效提高閱讀論文的效率。在熟練閱讀的基礎(chǔ)上，針對(duì)以上的論文框架，展開具體每個(gè)部分應(yīng)該怎樣去寫，并進(jìn)行舉例說(shuō)明。每講完一部分，需要給出一個(gè)題目，要求同學(xué)們一起來(lái)討論并給出一個(gè)具體的寫作方案，這些全部都要求學(xué)生在課堂上完成，這樣便于及時(shí)消化內(nèi)容，達(dá)到趁熱打鐵的效果。在學(xué)期末組織學(xué)生模擬參加一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，將課上的同學(xué)分成幾個(gè)大組，各組的學(xué)生可以在課下利用課余時(shí)間搜集一些針對(duì)化工領(lǐng)域的相關(guān)材料，親自動(dòng)手組織和編寫材料，制作PPT，并與其它組的學(xué)生進(jìn)行交流和講解，這樣既能使學(xué)生及時(shí)了解當(dāng)今世界最新科技動(dòng)態(tài)，又能將本人在專業(yè)領(lǐng)域研究的新成果和新思路直接與同行進(jìn)行交流。這樣也可以打破傳統(tǒng)的以教師為主的劣勢(shì)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從讀、寫、講上突破自我，更加適應(yīng)專業(yè)英語(yǔ)對(duì)于化工專業(yè)人才的培養(yǎng)。

篇4

至上世紀(jì)末，我國(guó)熱工課程開設(shè)的情況是：有150余所高等工業(yè)學(xué)校開設(shè)熱工類課程，分布在除臺(tái)灣、、青海三省區(qū)以外的境內(nèi)高校。全國(guó)熱工課程教學(xué)的一般情況是：(1)熱工課程的設(shè)置主要在能源動(dòng)力類、石油化工類、航天航空類、土建類、交通運(yùn)輸、輕紡食品等大類專業(yè)；(2)熱工教學(xué)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性為主，測(cè)試手段比較落后，設(shè)備比較陳舊：(3)已經(jīng)出版了一批由我國(guó)作者自行編寫的工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)與熱工學(xué)教材。

6年多來(lái)，經(jīng)過(guò)“211工程”、“985工程”建設(shè)項(xiàng)目的支持，我國(guó)熱工實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況有了較大改觀，開課的大類專業(yè)面有所擴(kuò)大，機(jī)械類專業(yè)目前大多開出了少學(xué)時(shí)的熱工學(xué)課程。同時(shí)通過(guò)教育部組織的面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系的改革，以及21世紀(jì)初高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目的實(shí)踐，出版了一批面向21世紀(jì)課程教材，使我國(guó)熱工課程教材的內(nèi)容有了較大的更新，編著水平也明顯提高。在近十年中，國(guó)際上工業(yè)先進(jìn)國(guó)家也同時(shí)在進(jìn)行著類似的改革，并出現(xiàn)了一批比較優(yōu)秀的新教材。與這些先進(jìn)國(guó)家的熱工課程教學(xué)和新教材相比較，我國(guó)還有一定的差距，某些方面差距還比較大。

本文在簡(jiǎn)要回顧了熱工課程教學(xué)的歷史后，著重介紹和分析了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近十年中熱工及相關(guān)課程的教學(xué)與教材編著情況，最后提出作者的意見，以求教于國(guó)內(nèi)同行專家和教師。

一、國(guó)外、境外熱工課程教學(xué)發(fā)展情況

1．熱工課程教學(xué)的歷史

近代熱科學(xué)的產(chǎn)生與初期的發(fā)展集中在歐洲國(guó)家。根據(jù)文獻(xiàn)[1]的觀點(diǎn)，熱科學(xué)研究的起源可以追溯到Galileo時(shí)代(1592)，而且早期熱學(xué)作為物理學(xué)的一部分，熱力學(xué)與傳熱學(xué)的研究是溶為一體的，例如Boltzmann從熱力學(xué)證明了Stefan由實(shí)驗(yàn)得出的輻射四次方定律。又如熱力學(xué)第二定律的創(chuàng)建人之一Kelvin在1862年用以下的方法來(lái)估算地球的年齡：假設(shè)地球之初是溫度均勻(3900℃)的圓球，熱擴(kuò)散率為常數(shù)，取為巖石沙礫之值，利用Fourier導(dǎo)熱微分方程，按半無(wú)限大物體計(jì)算，從初溫冷卻到目前地層深處的溫度梯度(1℃／27．8m)需要9800萬(wàn)年。按現(xiàn)代的觀點(diǎn)看，Kelvin顯然求解了一個(gè)傳熱學(xué)的問題。

無(wú)論熱力學(xué)還是傳熱學(xué)，其發(fā)展都經(jīng)歷了從“科學(xué)”到“工程”的過(guò)程，即，從初期作為物理學(xué)一部分的熱學(xué)演變、發(fā)展成密切結(jié)合工程實(shí)際的“工程熱力學(xué)”與“工程傳熱學(xué)”。以傳熱學(xué)為例，[2]在19世紀(jì)的物理學(xué)中熱量傳遞方式只有導(dǎo)熱與輻射，其基本定律均已得到解決。然而大量的工程問題中還遇到流體與固體間的熱交換，雖然牛頓早在1701年就提出了對(duì)流換熱的初期思想，但并沒有真正解決工程計(jì)算問題，一直到進(jìn)入20世紀(jì)，經(jīng)過(guò)一批主要是德國(guó)科學(xué)家的努力，包括Prandtl、Karmann、Nusselt、Blasius以及后來(lái)的Eckert，也有前蘇聯(lián)科學(xué)家(如Kirpichev等)的貢獻(xiàn)，傳熱學(xué)開始由“科學(xué)”演變成“工程”，其中整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的量綱分析方法或相似原理引入傳熱學(xué)的對(duì)流換熱是一個(gè)標(biāo)志性的轉(zhuǎn)折。第二次世界大戰(zhàn)后，傳熱學(xué)的研究中心由德國(guó)轉(zhuǎn)移到美國(guó)，其中Jakob、Karmann及Eckert三位德國(guó)科學(xué)家的移居美國(guó)起了很大的作用。歐美國(guó)家工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程的開設(shè)始于何時(shí)，暫時(shí)無(wú)法查考。就教材而言，最早的一本傳熱學(xué)可能是德國(guó)科學(xué)家Grober的著作(1921)。[3]然而影響較大的要推McAdams的“Heat transmission”(1933)。[4]隨后Jakob與Hawkins的教材，[5]Eckert的教材[5]相繼問世，成為20世紀(jì)40～50年代的代表作。Holman的傳熱學(xué)第一版出版于1963年。[7]此后歐美以及前蘇聯(lián)的傳熱學(xué)教材出版情況可見文獻(xiàn)[8]。

2．近代熱工課程開設(shè)情況

到20世紀(jì)80年代后，工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)已經(jīng)成為歐美國(guó)家機(jī)械類學(xué)生的必修課，有的學(xué)校還設(shè)為工科學(xué)生的基礎(chǔ)課。根據(jù)我們的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在境外的高等工程教育中，傳熱學(xué)與熱力學(xué)課程的開設(shè)相當(dāng)普遍。[9]我們?cè)?jīng)調(diào)查過(guò)國(guó)外20余所大學(xué)開設(shè)熱工課程的情況。從返回的調(diào)查表看出，機(jī)械工程系、化工系、核能工程系、材料系等均普遍開設(shè)熱工類課程。有的學(xué)校把熱學(xué)類課程作為工學(xué)院的公共課程，如美國(guó)依阿華(Iowa)州立大學(xué)工學(xué)院在2000年開出的81門課程中(不含基礎(chǔ)課)，包括有電子、信息、計(jì)算機(jī)、控制、電磁場(chǎng)等系列的課程，其中熱學(xué)方面的基本課程有4門，即熱力學(xué)I、熱力學(xué)II、傳熱學(xué)及熱流系統(tǒng)設(shè)計(jì)。麻省理工、普渡大學(xué)及密西根大學(xué)等，熱力學(xué)和傳熱傳質(zhì)學(xué)都是機(jī)械系設(shè)置的主要課程之一。表1是密西根大學(xué)工學(xué)院機(jī)械系學(xué)科基礎(chǔ)和專業(yè)課課程學(xué)分情況，從中可以看出熱工理論課程所占的分量。

在美國(guó)高等學(xué)校中，機(jī)械工程系主修課程的設(shè)置一般分為兩個(gè)層次，即(1)基本層次，該層次中的課程一般覆蓋了該校機(jī)械系各個(gè)研究方向的最基本的原理，是所有學(xué)生的必修課，在這一層次課程中均包含熱力學(xué)與傳熱學(xué)的基本原理課程在內(nèi)。(2)專門化層次，該層次中按專門方向不同而分成若干組課程供學(xué)生選修。歐美這樣的課程設(shè)置值得我們借鑒。

3．最近十年美國(guó)熱工課程教學(xué)的發(fā)展

在最近十年中，美國(guó)高等學(xué)校工科熱工課程的教學(xué)呈現(xiàn)出許多新的發(fā)展趨向值得我們重視。首先在熱工課程教材方面，美國(guó)高校中出現(xiàn)了像Cengel與Boles的Thermodynamics――An Engineering Approach，[10]Cengel的Heat transfer――A practical approach，[11]Incropera／DeWitt的Fundamentals of heat transfer[12]這樣取材豐富、構(gòu)思新穎、內(nèi)容先進(jìn)的教材。有關(guān)這些教材特點(diǎn)的

詳細(xì)分析見參考文獻(xiàn)[8]。

在熱工實(shí)驗(yàn)方面，20世紀(jì)末美國(guó)高校也進(jìn)行了面向21世紀(jì)的探索，例如美國(guó)普渡大學(xué)DeWitt等三位教授進(jìn)行了題為“Curriculum for the 21th Century”的研究，[13]對(duì)于傳熱學(xué)試驗(yàn)提出了以下改革內(nèi)容：

(1)減少“傳統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的時(shí)間；(2)增加有挑戰(zhàn)性的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目；(3)給予動(dòng)手訓(xùn)練機(jī)會(huì)；(4)訓(xùn)練與工程界合作；(5)培養(yǎng)交流項(xiàng)目結(jié)果的能力。

為此，該校改進(jìn)了原有的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，配備了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，同時(shí)從工業(yè)界不斷引入設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)課題，并分解成為團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的內(nèi)容。從普渡大學(xué)機(jī)械系的這一改革思路看強(qiáng)調(diào)了減少傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，增加來(lái)自工業(yè)界實(shí)際項(xiàng)目的訓(xùn)練；強(qiáng)調(diào)了團(tuán)隊(duì)合作的訓(xùn)練；強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)交流與動(dòng)手的能力。

當(dāng)然傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)還是需要的，是加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解以及培養(yǎng)動(dòng)手能力的環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與組織上也要注意綜合性的培養(yǎng)。我們來(lái)看普渡大學(xué)的傳統(tǒng)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，參見表2。

由表2可見，就這些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而言，其綜合性與測(cè)試技術(shù)的訓(xùn)練也是比較好的。

二、對(duì)今后教學(xué)改革與發(fā)展的一些思考

1．熱工課程教材怎樣適應(yīng)不同類型學(xué)生的培養(yǎng)需要

熱工課程的基本知識(shí)應(yīng)當(dāng)成為工科各專業(yè)學(xué)生必須具備的技術(shù)素質(zhì)，熱工課程應(yīng)當(dāng)成為我國(guó)工科學(xué)生、尤其是機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生的共同的工程基礎(chǔ)課程。這是由于：(1)熱現(xiàn)象是自然界中最普遍的物理現(xiàn)象，同時(shí)各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域中及日常生活中的各種其他形式能量最終大都是以熱能的形式耗散于環(huán)境及宇宙之中。因而作為介紹熱能的有效、合理的利用和轉(zhuǎn)換、傳遞技術(shù)的熱工課程，不僅應(yīng)是許多大類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課，而且也應(yīng)是21世紀(jì)所有工科類專業(yè)學(xué)生的一門公共技術(shù)基礎(chǔ)課。(2)我國(guó)中長(zhǎng)期能源發(fā)展規(guī)劃制定了節(jié)能優(yōu)先戰(zhàn)略，提高能源利用率是確保我國(guó)中長(zhǎng)期能源供需平衡的先決條件。無(wú)論是從國(guó)內(nèi)資源還是世界資源的可獲量考慮，中國(guó)只有創(chuàng)造比目前工業(yè)化國(guó)家更高的能源效率，才能在有限的資源保證下，實(shí)現(xiàn)高速經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家人均水平。因此，工科學(xué)生應(yīng)該具備合理用能、節(jié)能的意識(shí)并懂得其基本技術(shù)。而熱工課程的內(nèi)容是合理用能及節(jié)能理論中最基礎(chǔ)與核心的部分，熱工基礎(chǔ)課程在工科各專業(yè)人才培養(yǎng)中具有重要的作用和地位。

按照這一觀點(diǎn)，在我國(guó)工科21類專業(yè)中，[14]至少有6大類(能源動(dòng)力類、化工制藥類、航空與航天類、環(huán)境與安全類、武器類、土建類)專業(yè)應(yīng)該開出高學(xué)時(shí)的工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的課程，其中能源動(dòng)力類是最典型的一個(gè)大類專業(yè)。我國(guó)目前設(shè)有能源動(dòng)力大類專業(yè)的學(xué)校有130余所。按照教育部分類辦學(xué)的思想(研究型，教學(xué)型以及介于其間的類型)，這一百多所學(xué)校不可能是屬于同一類型的學(xué)校。那么同是高學(xué)時(shí)工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)在教材上是否要有所區(qū)分?還是可以采用同一種教材由主講教師酌情選講?如果有區(qū)分，區(qū)分主要在哪些方面?這一問題涉及到熱工課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在制定基本要求以及今后組織教材編寫方面的一個(gè)基本考慮，需要通過(guò)深入研究取得共識(shí)。

2．如何使教材內(nèi)容適時(shí)地跟上學(xué)科與工程技術(shù)的發(fā)展

近代工程技術(shù)的發(fā)展給本科熱工課程教學(xué)帶來(lái)了巨大的變化。[8]例如，20年前的本科生教材很少有關(guān)于火用分析方面的內(nèi)容，而現(xiàn)在這個(gè)狀態(tài)參數(shù)已經(jīng)被廣泛接受并用來(lái)分析設(shè)備過(guò)程的能量利用情況。近代高新技術(shù)的發(fā)展給傳熱學(xué)增添了許多新的內(nèi)容，近十年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的納米微米傳熱學(xué)就是一例。

相對(duì)于傳熱學(xué)，工程熱力學(xué)國(guó)內(nèi)外教材的內(nèi)容顯得過(guò)于穩(wěn)定，近年來(lái)出版的教材中新技術(shù)的概念介紹極少。比如，當(dāng)前中國(guó)的長(zhǎng)期能源問題已經(jīng)十分突出，為保護(hù)環(huán)境，執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展的方針，在工程熱力學(xué)教材上，對(duì)新的、先進(jìn)的能源利用方式(聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、氫能利用、燃料電池、分布式發(fā)電和熱電冷三聯(lián)供、新能源發(fā)電等等)是否應(yīng)該有適當(dāng)?shù)姆从?超臨界和超超臨界循環(huán)是傳統(tǒng)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組提高經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的有效途徑，也是近年來(lái)國(guó)外燃煤火電廠的重要發(fā)展方向及我國(guó)要積極研發(fā)的方向，在工程熱力學(xué)的新教材和今后的教學(xué)中也應(yīng)有相應(yīng)的地位。

3．熱工課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與更新應(yīng)當(dāng)怎樣進(jìn)行

熱工課程包含的兩門學(xué)科，熱力學(xué)與傳熱學(xué)，都是應(yīng)用科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)疑是完整的課程教學(xué)的組成部分。多年的經(jīng)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展某種程度上比課程本身還要困難，主要是涉及到設(shè)備的購(gòu)置、更新所需的經(jīng)費(fèi)問題。在國(guó)家實(shí)施“211工程”二期或者“985工程”的建設(shè)中怎樣利用有限的資源(財(cái)力)來(lái)改革、更新熱工教學(xué)實(shí)驗(yàn)值得重視。在建設(shè)實(shí)際動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)臺(tái)位時(shí)，是否也可利用多媒體的工具建設(shè)或購(gòu)置一些“軟件實(shí)驗(yàn)”作為補(bǔ)充?[15]在動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)方面，前蘇聯(lián)曾經(jīng)出版過(guò)有關(guān)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的圖書，[16]20世紀(jì)80年代熱工教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)也組織出版過(guò)這樣的圖書。[17]目前有否必要再組織出版這樣的參考書?

4．在熱工課程的教材與教學(xué)過(guò)程中怎樣加強(qiáng)學(xué)生的能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)

近期世界范圍的內(nèi)的教育改革都十分注意對(duì)學(xué)生解決問題的能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，這從最近出版的美國(guó)教材中可以明顯看出。由于中外教育體制、教育傳統(tǒng)和教學(xué)理念方面的不同，在吸收西方教材先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)努力探索適應(yīng)我國(guó)具體情況的措施與方法。過(guò)去的實(shí)踐表明，首先教師本身除了從事教學(xué)以外一定要參加科研，以豐富自己的學(xué)識(shí)、提高自己的業(yè)務(wù)水平。在教學(xué)過(guò)程中每位教師都應(yīng)努力將教學(xué)內(nèi)容與自己的學(xué)術(shù)經(jīng)歷結(jié)合起來(lái)，努力使書本上的資料成為活生生的實(shí)例。在教學(xué)法方面注意啟發(fā)性，輔以對(duì)部分學(xué)有余力學(xué)生的講座等課外活動(dòng)，等，這些都能收到一定成效。但是從總體上說(shuō)，熱工課程教學(xué)中探索對(duì)學(xué)生的能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)仍然是進(jìn)一步研究的課題。

5．是否要開出經(jīng)過(guò)整合的新型熱工課程

為適應(yīng)不同類型專業(yè)的需要，可以開設(shè)出一些綜合性的新的熱工類課程。無(wú)論是能量轉(zhuǎn)換、熱量傳遞還是質(zhì)量傳輸，都有如何提高轉(zhuǎn)換效率、傳遞效率和節(jié)約能源的問題，其中的關(guān)鍵是要減少過(guò)程的熵產(chǎn)(或不可逆損失)以及強(qiáng)化傳遞過(guò)程。這是它們共同的最重要的東西，可否開設(shè)一門綜合熱力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)和流體力學(xué)的新課――例如可稱為“熱設(shè)計(jì)及優(yōu)化”。國(guó)外目前已經(jīng)有這類圖書出版，第一步可以翻譯過(guò)來(lái)作為參考教材。如果關(guān)于“優(yōu)化”的內(nèi)容能結(jié)合一些專業(yè)過(guò)程中的具體問題，那么這樣的課程就會(huì)受到相關(guān)專業(yè)的歡迎。

6．熱工課程的雙語(yǔ)教學(xué)應(yīng)當(dāng)怎樣進(jìn)行

雙語(yǔ)教學(xué)是目前教育部提倡進(jìn)行的一項(xiàng)教學(xué)改革，

而熱工基礎(chǔ)課程也常常被選為進(jìn)行工程技術(shù)課程的雙語(yǔ)教學(xué)的對(duì)象。[18]這里涉及到許多具體問題：在編寫漢語(yǔ)教材時(shí)怎樣照顧到雙語(yǔ)教學(xué)的需要?怎樣選擇英語(yǔ)工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)教材?怎樣循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)，以真正收到雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)效而不流于形式?

7．對(duì)我國(guó)中青年熱工課程教師學(xué)術(shù)趨向的思考

要提高我國(guó)熱工課程教學(xué)質(zhì)量，關(guān)鍵在于教師。與我國(guó)人才隊(duì)伍總體情況一樣，我國(guó)熱工課程教師隊(duì)伍的主體已經(jīng)由30～45歲的中青年教師所構(gòu)成。這個(gè)主體的特點(diǎn)是學(xué)歷層次較高，大多數(shù)具有博士學(xué)位，一般具有碩士學(xué)位。為使我國(guó)熱工課程教學(xué)接近或者達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平，關(guān)鍵在于這支教師隊(duì)伍。就他們的學(xué)術(shù)發(fā)展而言，目前他們的學(xué)術(shù)趨向面臨一個(gè)主要問題是：是否需要將熱力學(xué)與傳熱學(xué)融為一體，固然可以有所側(cè)重，但是不是不要截然分開?這方面，國(guó)外的一些情況值得我們借鑒：英國(guó)的Spalding是著名的計(jì)算傳熱學(xué)與流體力學(xué)專家，但是他也寫過(guò)一本工程熱力學(xué)的教科書：[19]Cengel以他的傳熱學(xué)教科書而知名，但他同時(shí)又是工程熱力學(xué)教科書的作者，[10]而且Cengel的工程熱力學(xué)與他的傳熱學(xué)同樣著名；田長(zhǎng)霖教授是熟知的傳熱學(xué)大家，但他與Lienhard合作寫過(guò)一本統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)教科書。[20]將熵產(chǎn)分析用于傳熱問題的首創(chuàng)者Bejan也是集熱力學(xué)與傳熱學(xué)于一身的知名學(xué)者。[21-22]我國(guó)的中青年熱工課程教師值得對(duì)此進(jìn)行思考。

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篇5

主辦單位：中國(guó)化工學(xué)會(huì)

出版周期：半月

出版地址：北京市

語(yǔ)

種：中文

開

本：大16開

國(guó)際刊號(hào)：0438-1157

國(guó)內(nèi)刊號(hào)：11-1946/TQ

郵發(fā)代號(hào)：2-370

發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時(shí)間：1923

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EI 工程索引(美)(2009)

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篇6

1.理論聯(lián)系實(shí)際，持續(xù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

物理化學(xué)理論抽象、概念和公式較多，如果在授課時(shí)僅僅教會(huì)學(xué)生如何應(yīng)用概念、公式去解題，學(xué)生往往就會(huì)感到既難學(xué)又沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，缺乏學(xué)習(xí)熱情。因此，要提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)課程的積極性，在教學(xué)中就應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，將抽象的物理化學(xué)原理與專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，特別是通過(guò)一些精選的案例來(lái)說(shuō)明學(xué)好物理化學(xué)對(duì)搞好專業(yè)學(xué)習(xí)的重要性，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)熱情。如：在熱力學(xué)章節(jié)中，介紹可應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)的知識(shí)來(lái)確定藥物合成的反應(yīng)路線，判斷和分析反應(yīng)的可能性；在相平衡章節(jié)中，介紹可以利用熔點(diǎn)來(lái)檢測(cè)藥物的純度，根據(jù)低共熔相圖固體分散物知識(shí)來(lái)改良劑型提高藥物在體內(nèi)的吸收［3］；在電化學(xué)章節(jié)中，介紹可應(yīng)用電化學(xué)知識(shí)進(jìn)行藥物的合成和雜質(zhì)分析；在化學(xué)動(dòng)力學(xué)章節(jié)中，介紹化學(xué)動(dòng)力學(xué)在藥物吸收、代謝等，以及藥物的貯存期和穩(wěn)定性等方面的廣泛應(yīng)用［4］；在表面現(xiàn)象章節(jié)中，介紹開發(fā)治療膽結(jié)石的新藥研究；在膠體章節(jié)中，介紹利用膠體粒子帶電的特性通過(guò)電泳方法分離體液來(lái)判斷人體的某個(gè)器官是否病變等。

2.結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)作為藥學(xué)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，教學(xué)改革后課時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾尤為突出。因此，在授課中應(yīng)根據(jù)教學(xué)對(duì)象的專業(yè)特點(diǎn)，按照“實(shí)用為先，夠用為度”的原則對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。一是避免教學(xué)內(nèi)容重復(fù)。在教學(xué)實(shí)踐中，在不影響知識(shí)系統(tǒng)性的前提下，將無(wú)機(jī)化學(xué)所講授的與物理化學(xué)內(nèi)容相同的部分略講或不講［5］。比如體系與環(huán)境、熱和功、反應(yīng)速率與反應(yīng)級(jí)數(shù)等概念，以及蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)與濃度計(jì)算、能斯特方程等基本計(jì)算，兩門課程中的這些內(nèi)容基本相同，因此物理化學(xué)的講授應(yīng)注重以上知識(shí)的理論依據(jù)而不是理論的應(yīng)用，這樣既避免了重復(fù)教學(xué)又使學(xué)生明確了學(xué)習(xí)重點(diǎn)，用較少的課時(shí)取得了較好的教學(xué)效果。二是降低理論深度。如化學(xué)熱力學(xué)部分，不講述熱力學(xué)函數(shù)之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)熱力學(xué)的研究方法，注重宏觀的始終態(tài)的變化和理想化的研究；多組分體系的熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系突出實(shí)際應(yīng)用中一加一不等于二的現(xiàn)象，并作為難點(diǎn)進(jìn)行講授；相平衡部分主要涉及單組分、雙組分、三組分的液相體系研究；化學(xué)動(dòng)力學(xué)部分教學(xué)重點(diǎn)在于簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反應(yīng)的速率方程的特點(diǎn)及溫度對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)的影響，復(fù)雜反應(yīng)和催化反應(yīng)則略講，反應(yīng)速率理論不做講授；電化學(xué)部分主要集中在溶液理論及應(yīng)用，對(duì)化學(xué)電池則可簡(jiǎn)單介紹熱力學(xué)函數(shù)與電池電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系。表面現(xiàn)象側(cè)重于溶液體系，雙電層理論不做要求；大分子溶液主要掌握一些概念和應(yīng)用。三是革新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。長(zhǎng)期以來(lái)在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大部分實(shí)驗(yàn)為注重訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和學(xué)習(xí)有關(guān)數(shù)據(jù)處理方法等方面能力的實(shí)驗(yàn)，與學(xué)生所學(xué)專業(yè)聯(lián)系不緊密。因此，要真正增強(qiáng)物理化學(xué)教學(xué)總體效果，就必須對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大膽的改革。一方面精簡(jiǎn)一些內(nèi)容重復(fù)的實(shí)驗(yàn)。如在測(cè)定反應(yīng)速率常數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，可舍去乙酸乙酯皂化反應(yīng)和H2O2分解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定，而只做旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)［6］。另一方面改進(jìn)一些與專業(yè)聯(lián)系不緊密的實(shí)驗(yàn)。如利用凝固點(diǎn)降低法測(cè)量萘的分子量的實(shí)驗(yàn)可改為測(cè)量葡萄糖的分子量，同時(shí)還可利用該實(shí)驗(yàn)的原理和方法測(cè)定中藥注射液的滲透壓等［7］。

3.緊貼教學(xué)實(shí)際，不斷改進(jìn)教學(xué)方式方法

教學(xué)中，要結(jié)合不同的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際，適當(dāng)采用不同的教學(xué)方式或方法，增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量。一是深入剖析基本概念和重要定律。在課堂講授中，應(yīng)對(duì)一些重要的基本概念和定律首先給出準(zhǔn)確的概念，然后由淺入深、由表及里逐步展開，使學(xué)生理解透徹。如在講熱力學(xué)能時(shí)，首先明確給出熱力學(xué)能的定義，其次講述熱力學(xué)能的性質(zhì)及決定熱力學(xué)能的因素，最后總結(jié)出正確理解熱力學(xué)能要注意的幾個(gè)方面。二是將理論深、邏輯強(qiáng)、抽象難懂的內(nèi)容直觀化、實(shí)用化和簡(jiǎn)單化。根據(jù)學(xué)生的思維特點(diǎn)、接受能力及培養(yǎng)目標(biāo)，將一些抽象、理論性邏輯性較強(qiáng)的概念、定律及公式用文字、圖、表等方式形象、直觀地表現(xiàn)出來(lái)，降低難度和深度，并加以對(duì)比、歸納和總結(jié)，將學(xué)生注意力轉(zhuǎn)移到公式、定律的適用條件、應(yīng)用范圍及相關(guān)物理意義上來(lái)，幫助他們掌握理解、融會(huì)貫通、加深記憶。三是合理使用現(xiàn)代化教學(xué)手段增強(qiáng)教學(xué)效果。傳統(tǒng)的板書加講授的教學(xué)模式，對(duì)于物理化學(xué)課程中理論和公式的教學(xué)效果較好，學(xué)生能跟上講課節(jié)奏，理解深入、記憶深刻。但是物理化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，有些教學(xué)內(nèi)容用傳統(tǒng)教學(xué)方式很難表達(dá)或無(wú)法生動(dòng)直觀地顯示出來(lái)。而多媒體作為一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段具有利用圖、文、聲、像來(lái)創(chuàng)設(shè)生動(dòng)教學(xué)情境，使抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化清晰化的特點(diǎn)，能有效克服傳統(tǒng)教學(xué)方式的弊端，大大增加課堂信息量，從而提高教學(xué)效率，增強(qiáng)教學(xué)效果。因此授課中要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，合理運(yùn)用多媒體和傳統(tǒng)教學(xué)手段，充分利用其優(yōu)點(diǎn)增強(qiáng)教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量。

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篇7

目前，高等教育已經(jīng)從精英教育進(jìn)入大眾化教育時(shí)代，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展也使知識(shí)傳授型的教學(xué)內(nèi)容開始向知識(shí)拓展型的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)變，學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望也不僅限于書本上考試的內(nèi)容，他們對(duì)相關(guān)新技術(shù)、新知識(shí)的渴望也日趨強(qiáng)烈。目前普通化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要是講授化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，已經(jīng)不能滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)深度的需求，也不能跟上化學(xué)學(xué)科的發(fā)展速度[1]。化學(xué)在人類生存質(zhì)量和安全方面都發(fā)揮著重要作用，未來(lái)也會(huì)以新的思路、觀念和方式發(fā)揮核心科學(xué)的作用。現(xiàn)代新技術(shù)是化學(xué)現(xiàn)代研究的重要方法，在教學(xué)內(nèi)容中將現(xiàn)代檢測(cè)新技術(shù)與化學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生不僅知其然，還能知其所以然，了解并掌握現(xiàn)代化學(xué)的先進(jìn)理念和研究方法是非常重要的，這里我們將化學(xué)理論和應(yīng)用中所用到的新技術(shù)與普通化學(xué)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建出以基礎(chǔ)知識(shí)為主以相關(guān)新技術(shù)為輔的多方位拓展式教學(xué)內(nèi)容，其對(duì)于提高學(xué)生的知識(shí)范圍、增強(qiáng)學(xué)生對(duì)新技術(shù)的運(yùn)用和掌握能力、提高思維和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。在緒論中增加了化學(xué)研究歷史和新技術(shù)發(fā)展歷史緊密相關(guān)的部分。化學(xué)學(xué)科的發(fā)展是新技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，同時(shí)也推動(dòng)了新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

一、在熱力學(xué)部分增加了以下研究技術(shù)和方法

利用熱力學(xué)第一定律來(lái)解決化學(xué)變化中的熱效應(yīng)問題；利用熱力學(xué)第二定律來(lái)解決指定的化學(xué)及物理變化實(shí)現(xiàn)的可能性、方向及進(jìn)行限度問題。熱力學(xué)函數(shù)的測(cè)定需要根據(jù)不同反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的測(cè)定，舉例如下。

1.利用電化學(xué)性質(zhì)與熱力學(xué)之間的關(guān)系式比較常見的測(cè)定。電子遷移過(guò)程和反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)常見方法：用精密電導(dǎo)率儀測(cè)定有機(jī)弱酸溶液在不同溫度條件下的電導(dǎo)，通過(guò)圖解法得出298K時(shí)弱酸的解離常數(shù)和焓，并計(jì)算出電離過(guò)程的吉布斯自由能和熵[2]；電化學(xué)方法獲取納米材料的熱力學(xué)函數(shù)測(cè)得了納米銅的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能、標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵[3]。

2.固體吸附過(guò)程可以利用固體在不同溫度下物理吸附氮?dú)獾牡葴鼐€，然后根據(jù)熱力學(xué)原理近似計(jì)算出該物理吸附過(guò)程的微分吸附熱和積分吸附熱，然后根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算得到過(guò)程吸附體系的內(nèi)能、焓、熵、吉布斯自由能等熱力學(xué)函數(shù)隨吸附量的變化率[4]。

二、在熱力學(xué)部分增加了以下研究技術(shù)和方法

1.動(dòng)力學(xué)中活化能（Ea）是動(dòng)力學(xué)中一個(gè)重要的物理量，與反應(yīng)速度直接相關(guān)，對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)有重要的知道意義。可以采用熱重分析（TGA）測(cè)定熱解曲線，用多元線性回歸法確定熱分解機(jī)制函數(shù)，然后確定活化能[5]。

2.對(duì)于生物的酶催化反應(yīng)可以利用循環(huán)催化流動(dòng)分析方法（Recirculat ing Catalysis Flow Analysis，RCFA）測(cè)定完整動(dòng)力學(xué)曲線，由此求解得到催化反應(yīng)表觀速率常數(shù)（k），最后利用阿侖尼烏斯公式求得該催化反應(yīng)體系的活化能[6]。

3.實(shí)驗(yàn)室中一般化學(xué)反應(yīng)活化能和反應(yīng)速率的測(cè)定采用微型化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。

三、在電化學(xué)部分增加了電化學(xué)的世界先進(jìn)研究成果和這些成果將如何改變我們的生活

學(xué)生最為熟悉和感興趣的電化學(xué)知識(shí)是與電池相關(guān)的內(nèi)容，電化學(xué)工作站是常見的新型電池的研究開發(fā)的檢測(cè)儀器。工作原理是工作電極、參比電極、電解質(zhì)溶液形成串聯(lián)電路，在參比電極與工作電極間連接一個(gè)電壓表，就可以測(cè)量出工作電極上的電壓變化，計(jì)算出工作電極上所帶的電量，準(zhǔn)確的算出物質(zhì)的質(zhì)量等參數(shù)[7]。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣給學(xué)生介紹了最新的電池方面的研究成果。例如，美國(guó)密蘇里大學(xué)計(jì)算機(jī)工程系Jae Wan Kwon（權(quán)載完）教授的研究組研發(fā)出了體積小但電力強(qiáng)的“核電池”[8]。只有一個(gè)硬幣大小的電池可以讓手機(jī)不充電使用5000年。美國(guó)加州斯坦福大學(xué)華裔科學(xué)家崔屹參與的研究是將銀和碳納米材料制成的特殊墨水涂在紙張上，成功制成“紙電池”，普通紙張未來(lái)或許可以用做輕型電池[9]。

四、在核外電子排布部分增加了最先進(jìn)的測(cè)試

夸克等微觀粒子發(fā)現(xiàn)等研究方法和先進(jìn)研究成果，讓學(xué)生了解到微觀世界的奇妙。原子核類似于人類的指紋，如果測(cè)量精度足夠高，原子核可依據(jù)其質(zhì)量被準(zhǔn)確鑒別出來(lái)。這類研究歸屬于原子核物理的范疇。原子核的高精度質(zhì)量測(cè)量最先用的是相對(duì)簡(jiǎn)單的電磁系統(tǒng)原子核質(zhì)譜儀，近20年來(lái)，隨著放射性核束裝置和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，原子核質(zhì)譜儀已發(fā)展到實(shí)驗(yàn)環(huán)和潘寧阱等復(fù)雜的離子光學(xué)系統(tǒng)，質(zhì)量測(cè)量的精度也越來(lái)越高。以穩(wěn)定原子核28Si為例，其質(zhì)量測(cè)量的相對(duì)誤差從1937年第一次測(cè)量的2.1×10-5減小至1995年的7.0×10-11，提高了近6個(gè)數(shù)量級(jí)。除了原子核中的電子、中子和質(zhì)子還有很多微觀粒子，還包括夸克、k-介子等許多基本粒子的更基本的組成單元，可以稱為基本粒子動(dòng)物園。夸克是由美國(guó)伊利諾伊州巴達(dá)維亞費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的萬(wàn)億電子伏特加速器（Tevatron，質(zhì)子和反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)）發(fā)現(xiàn)的，Tevatron還測(cè)定了W玻色子的精確質(zhì)量、發(fā)現(xiàn)了陶中微子以及著名的頂夸克。Tevatron有6.28公里長(zhǎng)的圓形加速器軌道由1000多個(gè)超導(dǎo)磁鐵構(gòu)成，它們將質(zhì)子和反質(zhì)子按相反方向在真空管中加速到光速的99.99999954%，然后在兩個(gè)5000噸的探測(cè)器中對(duì)撞，這種接近光速的高能量碰撞產(chǎn)生了大量全新的亞原子粒子，然后很快衰變[10]。

綜上所述，在普通化學(xué)教學(xué)中將新技術(shù)、新方法以及先進(jìn)的研究成果有機(jī)的與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，使學(xué)生了解新技術(shù)對(duì)化學(xué)發(fā)展起到的重要作用。能夠擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)范圍、提高學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的興趣、使學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的寬度和廣度認(rèn)識(shí)有了提升，全面提高教學(xué)質(zhì)量。

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篇8

物理化學(xué)是一門通過(guò)研究物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象來(lái)探求化學(xué)基本規(guī)律的學(xué)科，是化工、輕化、高分子、環(huán)境工程等專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)理論課，其概念性、理論性、系統(tǒng)性、邏輯性很強(qiáng)，涉及的公式多，應(yīng)用條件嚴(yán)格，比較抽象，初學(xué)者往往覺得困難較大。而且，近年來(lái)隨著高校擴(kuò)招，使得物理化學(xué)這門基礎(chǔ)課往往采用大班教學(xué)，課堂通常要容納百人左右，增加了教師調(diào)動(dòng)課堂氣氛的難度;此外擴(kuò)招后的學(xué)生對(duì)知識(shí)的吸收能力和理解水平以及學(xué)習(xí)積極性有所降低。如何在科技迅速發(fā)展，交叉滲透口益突出的當(dāng)今，克服這些困難，提高物理化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，是每一個(gè)物化教師應(yīng)當(dāng)不斷研究的課題。

2.目前物理化學(xué)教學(xué)中存在的一些問題

課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于物理化學(xué)理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、公式、定律多，很多同學(xué)對(duì)物理化學(xué)畏懼、缺乏信心，普遍感到困難。由于學(xué)習(xí)卜的困難，有的同學(xué)甚至產(chǎn)生了放棄的心理，以致上課根本就不聽;由于缺乏對(duì)所學(xué)專業(yè)的總體把握，部分學(xué)生沒有認(rèn)識(shí)到物理化學(xué)與專業(yè)課程之間的關(guān)系，對(duì)學(xué)習(xí)物理化學(xué)的必要性理解不夠，抱著應(yīng)付考試的心態(tài)學(xué)習(xí)物理化學(xué)，很多學(xué)生寄希望于考試前的突擊學(xué)習(xí);還有的學(xué)生存在盲目自信、眼高手低的缺點(diǎn)，上課雖然能聽懂，但是不復(fù)習(xí)而且不獨(dú)立完成作業(yè)。眾所周知，物理化學(xué)的公式龐雜眾多，必須經(jīng)過(guò)自己的反復(fù)推導(dǎo)練習(xí)才能熟練應(yīng)用。由于其理論性強(qiáng)，公式多且較為繁雜，教師、學(xué)生都花了不少精力，但往往都沒有達(dá)到預(yù)期的效果，教學(xué)效率不高，所以如何提高物理化學(xué)的教學(xué)效率具有現(xiàn)實(shí)的意義。

2.1把物理化學(xué)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

物理化學(xué)的特點(diǎn)是條理清晰、推理嚴(yán)密，要把物理化學(xué)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。要學(xué)好物理化學(xué)必須把握物理化學(xué)思維的特點(diǎn)，在課堂上經(jīng)常把物理化學(xué)的教材的主線拎出來(lái)，并且反復(fù)強(qiáng)調(diào)，使學(xué)生不再感覺到內(nèi)容散亂，找不到規(guī)律。物理化學(xué)的難點(diǎn)在土冊(cè)熱力學(xué)基本定律部分，涉及的計(jì)算、證明推理不僅內(nèi)容繁多，而且難度高，很容易打擊初學(xué)者的學(xué)習(xí)成就感和積極性，這時(shí)候就特別需要教師在課堂上回顧復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的感知。在每一章內(nèi)，要強(qiáng)調(diào)本章的基本思路，而開始新的一章時(shí)章時(shí)，要強(qiáng)調(diào)這一冊(cè)書內(nèi)容的安排規(guī)律，此外還要注重每一章節(jié)的復(fù)習(xí)以及學(xué)期末復(fù)習(xí)。比如第一冊(cè)內(nèi)容的安排，在學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律之前就應(yīng)當(dāng)講清楚:首先學(xué)習(xí)熱力學(xué)基本定律，然后將這些基本規(guī)律用于稍復(fù)雜的多組分體系、化學(xué)反應(yīng)以及相平衡體系。這種反復(fù)強(qiáng)調(diào)可以讓學(xué)生站在更高的角度來(lái)看這門課程，把握課程總體，理清課程思路，有利于學(xué)生更好地掌握細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)之間增加了有機(jī)的聯(lián)系，自然容易學(xué)好記牢。而且，在教學(xué)中不能僅僅局限于物理化學(xué)問題本身，還要經(jīng)常讓學(xué)生從物理化學(xué)具體的知識(shí)點(diǎn)中走出來(lái)，審視物理化學(xué)解決問題的方法。例如，熱力學(xué)定律學(xué)完之后首先處理的是單組分體系，然后再處理多組分體系，在第二冊(cè)又在此基礎(chǔ)上處理有電能以及表面能參與的體系，這樣一種循序的、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的處理問題的方法在解決其他問題時(shí)也是很重要的。因此，學(xué)習(xí)物理化學(xué)也應(yīng)當(dāng)是一個(gè)方法論的學(xué)習(xí)過(guò)程。

2.2注意課堂教學(xué)的趣味性

知識(shí)的趣味性是重要的學(xué)習(xí)推動(dòng)力，把理論性強(qiáng)、抽象而枯燥的內(nèi)容變得生動(dòng)有趣，是提高課堂教學(xué)的有效手段。如果一直按課本的內(nèi)容平鋪直敘，只能使學(xué)生感到乏味和厭倦。課堂提問是重要的方法，與實(shí)際生活相聯(lián)系的問題，多提問，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維的積極性。例如，在學(xué)習(xí)“表面現(xiàn)象”這一節(jié)時(shí)，可以創(chuàng)設(shè)生活中常見有容易被忽略的實(shí)例。(1 )荷葉上的露珠為什么呈球形而不是長(zhǎng)方體或是正方體呢?學(xué)生在思考這個(gè)問題時(shí)，我們可以趁機(jī)引入表面和表面張力的概念。(2)將干毛巾的一端浸在水盆中時(shí)，過(guò)一會(huì)兒毛巾的另一端也會(huì)潮濕，這是為什么?新買的毛巾很容易浸濕，但是經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用的毛巾就變得不容易浸濕，這又是為什么?通過(guò)這些問題又可以讓學(xué)生帶著興趣進(jìn)人毛細(xì)現(xiàn)象的學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生學(xué)完知識(shí)理論并且會(huì)運(yùn)用所學(xué)的來(lái)分析現(xiàn)象找答案時(shí)，教師將成就感。

2.3注意理論知識(shí)和實(shí)際的結(jié)合

(1 )比如水蒸氣蒸餾。在學(xué)組氣液相圖后，知道了兩種完全不互溶液體形成的液態(tài)混合物的沸點(diǎn)低于任一組分的沸點(diǎn)，這一點(diǎn)對(duì)于分離提純一些不溶于水的有機(jī)物非常有用，采用水蒸氣蒸餾的方法，不僅可以降低提純溫度節(jié)約能量，而且在低溫下還有利于保護(hù)易分解的有機(jī)物。此外，這樣還把物理化學(xué)的知識(shí)和前面有機(jī)化學(xué)里的內(nèi)容聯(lián)系了起來(lái)，使學(xué)生的腦海里的知識(shí)點(diǎn)不再孤立。(2)通過(guò)熱力學(xué)第二定律中的熱機(jī)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了熱機(jī)的工作原理，并且學(xué)會(huì)了計(jì)算熱機(jī)效率，這時(shí)可以將這些與實(shí)際生活中的空調(diào)聯(lián)系起來(lái)，將空調(diào)供暖與取暖器相比較，這時(shí)學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)熱機(jī)供暖的優(yōu)越性，加深對(duì)熱機(jī)的理解，將有利于熱力學(xué)第二定律其他章節(jié)的學(xué)習(xí)。(3)在學(xué)習(xí)完電化學(xué)中電池對(duì)外做功計(jì)算后，可以將同樣的物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)后放熱并將放出的熱設(shè)計(jì)成熱機(jī)對(duì)外做功，并將之與用同樣的物質(zhì)設(shè)計(jì)成電池對(duì)外做功相比較，又會(huì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)電池對(duì)外作功的優(yōu)越性，這不僅加深了對(duì)電化學(xué)的理解，而且加深了對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解。通過(guò)理論與實(shí)踐的結(jié)合，讓學(xué)生感受到物理化學(xué)其實(shí)并不難，而且挺有用，消除學(xué)生的物理化學(xué)無(wú)用論思想。

2.4適當(dāng)采用多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)具有直觀性、生動(dòng)性和簡(jiǎn)潔性，適當(dāng)采用多媒體教學(xué)，也可以一定程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂土的積極性。信息技術(shù)的發(fā)展和普及為教學(xué)提供了很大的便利，目前很多學(xué)校相當(dāng)一部分教室都配備了電腦、實(shí)物投影儀。通過(guò)制作教學(xué)幻燈片可以省卻教師在課堂上的板書時(shí)間，而且講解圖表時(shí)也更加方便，富余的時(shí)間還可以補(bǔ)充一些本學(xué)科的前沿知識(shí)。但是，也應(yīng)當(dāng)對(duì)多媒體教學(xué)的負(fù)面一影響有充分的認(rèn)識(shí)。在課堂教學(xué)中發(fā)’現(xiàn)，在使用多媒體教學(xué)后，學(xué)生記筆記的積極性明顯下降，其實(shí)記課堂筆記也是一個(gè)主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，而在使用多媒體教學(xué)時(shí)，學(xué)生完全處于被動(dòng)接受知識(shí).的狀態(tài)，課堂教學(xué)的內(nèi)容在學(xué)生的腦海里成了匆匆過(guò)客。因此，多媒體教學(xué)的應(yīng)用要適可而止，以免適得其反。

2.5注重考核方法的與時(shí)俱進(jìn)

考核是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，如何設(shè)計(jì)適合的考核方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和積極性，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合素一質(zhì)的提高給出合理的評(píng)價(jià)，也是廣大物一化教師應(yīng)當(dāng)思考的問題。我們主要采取了開卷與閉卷、平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)相。結(jié)合的方式。

開卷與閉卷相結(jié)合。每一門課程開一始時(shí)，很多學(xué)生最關(guān)注的不是這門課要學(xué)什么，而是這門課怎么考試、考什么。讓考試成為學(xué)生學(xué)習(xí)的指揮棒，弊端是顯而易見的，學(xué)習(xí)的過(guò)程和結(jié)果是可悲的。考試應(yīng)當(dāng)是一種促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的手段，而不應(yīng)當(dāng)成為學(xué)生臨時(shí)抱佛腳的幫兇。傳統(tǒng)的終結(jié)式考試模式，即在一學(xué)期末進(jìn)行一次考核，雖然易于組織便于操作，但顯然不利于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。我們參照了其他一些院校的做法，確定了開卷和閉卷相結(jié)合的考核模式。開卷的形式是開展十分鐘不定期課堂練習(xí).內(nèi)容以講解過(guò)的知識(shí)點(diǎn)為主，可以翻看書和筆記，但不準(zhǔn)相互交流討論，一這樣可以督促學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)消化。而且從學(xué)生平時(shí)掌握知識(shí)的情況，教師還可以對(duì)教學(xué)作及時(shí)的反饋。期末采取閉卷考試，測(cè)試學(xué)生是否牢固掌握物理化學(xué)基本概念和原理方面的知識(shí)。在考試.的命題方面，要設(shè)計(jì)既能反映學(xué)生知識(shí)水平又能檢測(cè)學(xué)生能力素質(zhì)的考題。由于有平時(shí)學(xué)習(xí)，在期末考試時(shí)學(xué)生就不至于慌亂無(wú)措。

篇9

【中圖分類號(hào)】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(guò)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(wú)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(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力至關(guān)重要，是未來(lái)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(jí)學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已形成5個(gè)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(guò)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(yùn)用到環(huán)境保護(hù)中。例如：（1）水處理過(guò)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(jì)算；（2）作為常用的高級(jí)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(shí)；（3）環(huán)境功能催化材料涉及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等多方面的知識(shí)；（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(duì)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(shí)現(xiàn)研究生科研活動(dòng)中基礎(chǔ)知識(shí)再認(rèn)識(shí)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(jì)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(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)單重復(fù)本科階段的物理化學(xué)教學(xué)。針對(duì)本校環(huán)境專業(yè)研究方向和有限的課堂學(xué)時(shí)，筆者認(rèn)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(jī)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(jìn)行深入的自主學(xué)習(xí)。

在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加1-2個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)深入、形象地理解環(huán)境凈化技術(shù)應(yīng)用時(shí)的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

2.教學(xué)方法改革

大量的實(shí)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(shí)代的發(fā)展，尤其是抽象性、概括性、邏輯性很強(qiáng)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(jìn)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(diǎn)亮希望。

具體課程安排過(guò)程中，可按教師講授（提出問題）學(xué)生互動(dòng)（解決問題）教師總結(jié)點(diǎn)評(píng)（基本原理強(qiáng)化）順序展開教學(xué)。改變傳統(tǒng)的系統(tǒng)講授為重點(diǎn)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(shí)點(diǎn)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(jìn)行文獻(xiàn)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(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并提出改進(jìn)的建議。此外，在課堂教學(xué)上，應(yīng)經(jīng)常以啟發(fā)式的語(yǔ)言、事例來(lái)激勵(lì)學(xué)生，引導(dǎo)他們積極主動(dòng)進(jìn)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(jì)，筆者初步嘗試了教師主講3個(gè)專題，提供學(xué)生6個(gè)課題，輔助1個(gè)實(shí)驗(yàn)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(hù)；（2）光催化體系的反應(yīng)機(jī)制及應(yīng)用時(shí)的瓶頸突破；（3）電化學(xué)處理有毒難降解有機(jī)污染物的電子轉(zhuǎn)移機(jī)理；（4）污水處理中的熱力學(xué)過(guò)程；（5）吸附法處理環(huán)境污染物的動(dòng)力學(xué)過(guò)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(huì)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(xiàn)，主要是主流TOP期刊的論文，在大量閱讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，寫出能體現(xiàn)課題核心內(nèi)容和研究亮點(diǎn)的綜述。經(jīng)過(guò)這兩階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已基本具備文獻(xiàn)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(yáng)能光催化處理印染廢水為輔助實(shí)踐教學(xué)，通過(guò)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(guò)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，讓學(xué)生體會(huì)到物理化學(xué)基本理論的美妙。

本實(shí)驗(yàn)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(guò)不同時(shí)間染料降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合得到；A為反應(yīng)的頻率因子，對(duì)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(guò)對(duì)公式（1）進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，可以得到公式（2）：

（2）

通過(guò)測(cè)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(jì)算得到反應(yīng)的活化能Ea；進(jìn)一步通過(guò)有無(wú)催化劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以計(jì)算出染料降解反應(yīng)中添加催化劑對(duì)Ea的影響，預(yù)測(cè)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)的相關(guān)信息，直觀而深刻地體會(huì)到物理化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際環(huán)保技術(shù)中的應(yīng)用，使理論與實(shí)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(yǔ)

總之，物理化學(xué)是一門基礎(chǔ)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，加強(qiáng)物理化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，特別是通過(guò)課程解析物理化學(xué)基本規(guī)律在現(xiàn)代環(huán)境保護(hù)研究前沿?zé)狳c(diǎn)的作用，將會(huì)有助于我校環(huán)境專業(yè)研究生從分子本質(zhì)上加深對(duì)本專業(yè)和研究方向的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)研究生更快地實(shí)現(xiàn)從知識(shí)學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的角色轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1] 薛云波.環(huán)境專業(yè)物理化學(xué)教學(xué)方法的探討[J].南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 2006， 6（3）： 62-64.

篇10

一、氯甲烷水解

在常壓、溫度為573～620K 的操作條件下，氯甲烷在堿性溶液中可以水解制取甲醇。

氯甲烷的轉(zhuǎn)化率為98%，甲醇得率為67%。該工藝雖然簡(jiǎn)單，同時(shí)又是令人所期望的常壓操作，甲醇產(chǎn)率和氯甲醇的轉(zhuǎn)化率也比較理想，但是迄今為止此法尚未得到工業(yè)應(yīng)用。其原因是氯甲烷是以氯化鈣的形式損失，成本太高。盡管如此，這還是實(shí)驗(yàn)室制備甲醇的一種常用方法。

二、甲烷氧化工藝

甲烷可以直接氧化合成甲醇， 在熱力學(xué)上是可行的， 分為催化選擇性氧化和非催化氧化兩種方法。

1.催化氧化法

目前催化氧化的工藝技術(shù)是基于天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化即部分氧化成甲醇后再部分氧化成合成氣。但是，由于活化甲烷分子比較困難，所以氧化甲烷的條件很苛刻。鑒于甲烷氧化為甲醇后又極容易再度氧化成二氧化碳和氫氣，所以從熱力學(xué)上考慮，目的產(chǎn)物甲醇是不穩(wěn)定的。因此，選擇甲烷氧化制甲醇的催化劑必須具備高的選擇性，同時(shí)又具有較好的穩(wěn)定性[1]。一般的催化劑隨溫度的升高，甲烷的轉(zhuǎn)化率升高，而甲醇的選擇性則降低。典型的較理想的催化劑的轉(zhuǎn)化率只有5%，甲醇的選擇性只有50%，其他產(chǎn)物主要是甲醛、甲酸，約占40%。

2.間接氧化法

甲烷無(wú)催化劑直接選擇氧化制甲醇的研究始于1980年，F(xiàn)rancis[4]Michael[5]等人作了大量的工作，他們?cè)?992年分別各自研究了沒有催化劑存在條件下，如何控制甲烷部分氧化成甲醇。他們認(rèn)為，該法能夠大量降低投資和能耗，但控制條件較為苛刻。原料中不宜存在某些烴類，否則將降低轉(zhuǎn)化率，氧含量宜在8%左右，過(guò)小則轉(zhuǎn)化率降低，過(guò)大則氧化過(guò)度，操作條件在644～755K，9Mpa，宜采用小直徑反應(yīng)器。所得甲醇收率（摩爾分?jǐn)?shù)）為217%， Hunter 等人在溫度為723K、6MPa的壓力操作條件下，所得收率（摩爾分?jǐn)?shù)），可達(dá)8～9%。據(jù)報(bào)道經(jīng)濟(jì)可行的轉(zhuǎn)化率（摩爾分?jǐn)?shù)）為10～15%。

三、生物催化氧化法

除了甲烷選擇控制催化制取甲醇外，國(guó)內(nèi)中科院蘭化所尉遲力[8]等對(duì)甲烷生物催化氧化制甲醇進(jìn)行了研究，據(jù)報(bào)道加氧酶的活性可為1kg酶1h生產(chǎn)2.02kg甲醇。他認(rèn)為，由于大部分甲醇被甲醇脫氫酶繼續(xù)氧化、代謝掉，尋找更好的抑制甲醇繼續(xù)氧化的抑制劑，提高酶穩(wěn)定性減少，酶活性的損失是甲烷生物催化氧化制甲醇的關(guān)鍵。

四、煤、氣、油綜合利用工藝

采用煤氣化、天然氣轉(zhuǎn)化、渣油裂解（DCC）裝置的副產(chǎn)氣（CH4和H2 ）作為生產(chǎn)甲醇的原料，經(jīng)成分配比后生產(chǎn)甲醇，實(shí)現(xiàn)了原料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，多種能源的綜合利用，達(dá)到了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。

五、CO2 加氫工藝

近年來(lái)，CO2 加氫制取甲醇引起了各國(guó)科學(xué)家的興趣，成為甲醇合成的一個(gè)新的研究方向。環(huán)境問題日益引起人們的警惕，據(jù)悉全世界大約每年向大氣排放35億t的CO2 （以每年消耗10億t標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算），CO2 引起的溫室效應(yīng)，已經(jīng)影響到全世界的氣候變化。歐共體、 日本等1990年在135個(gè)國(guó)家和地區(qū)參加的會(huì)議上承諾控制和減CO2 的排放量，美國(guó)答應(yīng)每年提供7500萬(wàn)美元用于CO2 綜合開發(fā)和利用[9]。用CO2 制取甲醇便成為甲醇合成的新課題，尤其是近年來(lái)連續(xù)發(fā)現(xiàn)CO2 大氣田以及CO2 礦源，把這一課題又賦予新的意義。

由于二氧化碳的惰性以及熱力學(xué)上的不利因素，使用二氧化碳難以活化還原，一般催化劑都存在甲醇選擇性不高、 CO2 轉(zhuǎn)化率低的不足。開發(fā)新型催化劑， 提高催化劑的活性和甲醇選擇性是目前O2 加氫制甲醇的研究重點(diǎn)。

不少學(xué)者對(duì)這一課題進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，取得了可喜的成就，到目前為止已經(jīng)有了中試裝置。例如， 80年代初，HolderTopsUe公司利用煉油廠的廢氣中的H2 和CO2 直接合成甲醇，開發(fā)了一種CO2 加氫催化劑，仍以Cu-Zn為主，已完成中試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在280e、120MPa的操作條件下，將H2 、CO2 通過(guò)催化劑絕熱反應(yīng)即可得到燃料用的或有機(jī)合成用的甲醇，還有醚、酯等少量副產(chǎn)物。東京瓦斯公司古田博貴等人用 CO2 和H2 在Cu-Zn-Al催化劑上合成甲醇，壓力3～9Mpa，溫度250～300e，空速5200～14000h-1，原料氣中H2與CO2 的摩爾比為3～416，CO2 轉(zhuǎn)化率為20%。

篇11

火法煉鋅包括焙燒、還原蒸餾和精煉三個(gè)主要過(guò)程,約占世界鋅總產(chǎn)量的10%。

濕法煉鋅包括傳統(tǒng)的濕法煉鋅和全濕法煉鋅兩類。

傳統(tǒng)的濕法煉鋅實(shí)際上是火法與濕法的聯(lián)合流程,包括焙燒、浸出、凈化、電積和熔鑄五個(gè)主要過(guò)程。全濕法煉鋅是在硫化鋅精礦直接加壓浸出的技術(shù)基礎(chǔ)上形成的。濕法煉鋅約占世界鋅總產(chǎn)量的90%。

鐵閃鋅礦[(1-n)Zn.nFe]S通過(guò)機(jī)械磨礦和選礦的方法很難使鐵分離,導(dǎo)致產(chǎn)出的鋅精礦中含鋅量低(≤45%)、含鐵量高(≥10%),有些含鐵量甚至高達(dá)了18%左右,這就是所謂的高鐵閃鋅礦精礦。

我國(guó)是世界上最大的鋅生產(chǎn)國(guó),高鐵閃鋅礦資源分布非常廣泛,礦藏量巨大,約占我國(guó)已探明可利用鋅資源的20%。

現(xiàn)行的濕法煉鋅都未能很好地解決高鐵閃鋅礦精礦在冶煉過(guò)程中存在的問題。

1高鐵閃鋅礦精礦冶煉面臨的窘境

1.1傳統(tǒng)濕法

在鋅精礦的沸騰焙燒過(guò)程中,不可避免地生成鐵酸鋅(ZnOFeO),它是一種難溶于稀硫酸的鐵氧體。

ZnO+FeO==ZnOFeO(1-1)

在一般酸浸條件下,ZnOFeO不溶解而留在中性浸出殘?jiān)?使渣含鋅在20%左右。生產(chǎn)中采用熱酸浸出(溫度90-95℃,始酸大于150g/L,終酸40-60g/L),使渣中的鋅溶解:

ZnOFeO+4HSO=ZnSO+Fe(SO)+4HO(1-2)

同時(shí)渣中殘留的硫化鋅使三價(jià)鐵還原到2價(jià)而溶解:

ZnS+Fe(SO)=ZnSO+2FeSO+S(1-3)

熱酸浸出后金屬浸出率顯著提高,鉛、銀富集于渣中,但大量鐵也轉(zhuǎn)入溶液,溶液含鐵量達(dá)到20mg/L~40mg/L。若采用常規(guī)的中和水解除鐵,因?yàn)樾纬审w積龐大的Fe(OH)膠體無(wú)法濃縮和過(guò)濾。為從高鐵溶液中沉淀除鐵,需要采用高成本的黃鉀鐵礬[KFe(SO)(OH)]

②聯(lián)系人王書民,電話:(0914)2986027;手機(jī):13991420293;E-mail:

收稿日期:2010年月日;接受日期:

法、針鐵礦(FeOOH)法和赤鐵礦(FeO)法等新的除鐵方法。

1.2完全濕法

在加壓浸出條件下,鋅精礦中的硫化鋅與硫酸發(fā)生下述反應(yīng):

2ZnS+2HSO+O=2ZnSO+2HO+2S(1-4)

當(dāng)有鐵溶解時(shí)將發(fā)生下列反應(yīng):

ZnS+Fe(SO)=ZnSO+2FeSO+S(1-5)

4FeSO+2HSO+O=2Fe(SO)+2HO(1-6)

在加壓浸出鋅精礦石、鐵閃鋅礦、磁黃鐵礦中的鐵都有可能溶出:

4FeS+15O+2HO=2Fe(SO)+2HSO(1-7)

4FeS+15O+8HO=2FeO+8HSO(1-8)

在高溫、低酸溶液中的鐵可以發(fā)生如下反應(yīng):

3Fe(SO)+PbSO+12HO=PbFe(SO)(OH)+6HSO(1-9)

Fe(SO)+(x+3)HO=FeOxHO+3HSO(1-10)

3Fe(SO)+14HO=(HO)Fe(SO)(OH)+5HSO(1-11)

但是,高酸浸取盡管能減少鋅因?yàn)殍F酸鋅的生成造成鋅的流失,但高酸浸取之后,浸取液中含有的大量的鐵離子,為以后的凈化工藝帶來(lái)困難;高氧酸浸已經(jīng)成為濕法煉鋅的主流,很多研究工作卓有成效。但是,高氧酸浸并不能阻止鐵等雜質(zhì)隨著鋅一起進(jìn)入到浸取液之中,高的鐵含量必將對(duì)以后的除鐵工藝帶來(lái)巨大了困難。

目前,對(duì)于高鐵礦還沒有一種好的辦法既能除去鐵而又不至于造成大的經(jīng)濟(jì)損失,即使是含鐵較低的鋅礦,浸取液的凈化仍然是人們長(zhǎng)期研究所要解決的問題。

2氨浸方法的提出與理論研究

2.1高鐵閃鋅礦的氨浸工藝的提出

文獻(xiàn)表明,火法煉鋅終將逐漸退出歷史舞臺(tái),生物浸取離進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用還有非常遠(yuǎn)的路要走,而現(xiàn)行的濕法煉鋅并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋅的高浸出率和鐵的低浸出率。為解決這一矛盾,本課題組一直致力于鐵、銅、鋅、鈷、鎳、鎘等金屬的分離研究,根據(jù)已有文獻(xiàn)和我們的研究成果,提出了高鐵閃鋅礦精礦的催化高氧氨浸工藝。其基本原理設(shè)想為:

高壓反應(yīng)釜中,加入礦粉、催化劑、氨水、碳銨等,充入高壓氧氣,利用凝固末端電磁攪拌器進(jìn)行攪拌,計(jì)時(shí)。浸取液利用原子吸收分光光度計(jì)分析。反應(yīng)如下:

2MS+O+8NH+2HO=2[M(NH)]+2S+4OH(2-1)

其中,M=Zn、Cu(Co、Ni、Cd生成六配位離子,Co要氧化為Co)

4FeS+3O+4CO+6HO=4Fe(OH)CO+8S+8OH(2-2)

2.2熱力學(xué)計(jì)算

篇12

二、材料物理化學(xué)在材料物理專業(yè)中的作用和地位

材料物理化學(xué)是貴州大學(xué)材料物理專業(yè)本科生的學(xué)位必修課程，這門課程是從物理化學(xué)的角度研究材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論問題，從基礎(chǔ)的具有共性的原理及方法來(lái)論述各種材料的組成與結(jié)構(gòu)、制備與合成、性能與應(yīng)用的相互關(guān)系。該門課程的教學(xué)目的在于提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和獨(dú)立的創(chuàng)新能力，以及綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論來(lái)解決實(shí)際問題的能力。材料物理化學(xué)是材料物理專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)化學(xué)、大學(xué)物理等理論基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)。高等數(shù)學(xué)是學(xué)習(xí)物理化學(xué)的重要手段和工具，物理化學(xué)只有通過(guò)數(shù)學(xué)語(yǔ)言的表達(dá)才能成其為真正的科學(xué)。認(rèn)識(shí)到大學(xué)物理和物理化學(xué)中熱力學(xué)內(nèi)容的銜接，了解大學(xué)物理中原子結(jié)構(gòu)知識(shí)的介紹，協(xié)調(diào)好與大學(xué)化學(xué)中原子結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容的關(guān)系，突出重點(diǎn)，避免重復(fù)，講清難點(diǎn)，是材料物理化學(xué)教學(xué)中值得注意和認(rèn)真對(duì)待的問題[4]。材料物理化學(xué)同時(shí)也是材料物理專業(yè)的后續(xù)專業(yè)課程（材料腐蝕與防護(hù)等）的基礎(chǔ)課程。材料腐蝕與防護(hù)課程中的金屬與合金的高溫氧化的熱力學(xué)部分，就要運(yùn)用材料物理化學(xué)中諸多熱力學(xué)基本知識(shí)，如G-T平衡圖和克拉佩龍方程等。材料物理化學(xué)如同一座橋梁，將材料物理專業(yè)的前期基礎(chǔ)課與后續(xù)專業(yè)課聯(lián)接起來(lái)，以完善專業(yè)知識(shí)的系統(tǒng)與連貫性。同時(shí)，材料物理化學(xué)作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是許多高等院校研究生入學(xué)考試的必考科目。材料物理化學(xué)與材料科學(xué)與工程各專業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密。新材料的設(shè)計(jì)、合成以及產(chǎn)物性能的提高與可控自由基聚合反應(yīng)中所用的新型催化劑和引發(fā)劑息息相關(guān)。在材料表面改性過(guò)程中，界面效應(yīng)是起理論指導(dǎo)作用的。電化學(xué)在材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如：熔鹽電解法制取金屬鋁、多種稀土金屬及其合金，金屬在使用過(guò)程中的腐蝕及防護(hù)等，新型的化學(xué)傳感器、燃料電池、鋰離子電池的研究和生成都要用到電化學(xué)理論。而對(duì)于發(fā)展迅速的前沿材料納米材料，如何制備具有規(guī)定尺寸和組成的納米顆粒、測(cè)量其性質(zhì)、了解它們的特殊性質(zhì)與顆粒尺寸的關(guān)系等很大程度上依賴于科學(xué)測(cè)量手段和化學(xué)化工技術(shù)，這也離不開材料物理化學(xué)基本原理的指導(dǎo)。

三、材料物理化學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)

根據(jù)在以往的教學(xué)過(guò)程中的觀察與經(jīng)驗(yàn)，材料物理化學(xué)是一門老師難教、學(xué)生難學(xué)的課程。這首先是因?yàn)椴牧衔锢砘瘜W(xué)課程與數(shù)學(xué)物理聯(lián)系密切、抽象概念多、數(shù)理推導(dǎo)多、公式繁雜等特點(diǎn)。許多學(xué)生見到大段連篇的公式推導(dǎo)就會(huì)產(chǎn)生畏難心理，喪失學(xué)好該課程的信心，然后就逐漸厭學(xué)甚至放棄學(xué)習(xí)。再加上該門課程對(duì)于材料物理專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，課時(shí)相對(duì)較少，要在有限的學(xué)時(shí)中掌握較多的內(nèi)容，使得以往的教學(xué)出現(xiàn)點(diǎn)到為止，認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)不夠深入的現(xiàn)象[5]。該門課程的授課對(duì)象是大學(xué)二年級(jí)上學(xué)期的學(xué)生，處于這個(gè)時(shí)期的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情處于整個(gè)大學(xué)的全盛時(shí)期，求知欲強(qiáng)，精力充沛。面對(duì)這樣的學(xué)生，如何有效地利用他們的求知欲，激發(fā)起學(xué)習(xí)該課程的興趣，并針對(duì)他們的缺點(diǎn)，制定行之有效的方法及對(duì)策，使其通過(guò)該門課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)起運(yùn)用物理化學(xué)的方法進(jìn)行科學(xué)研究和解決實(shí)際問題的能力，是值得我們教學(xué)工作者值得思考并認(rèn)真對(duì)待的問題。

四、材料物理化學(xué)的教學(xué)改革

針對(duì)上述問題，為提高材料物理化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生能力，我們對(duì)材料物理化學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行了多方面的改革。

篇13

近些年來(lái)，石油、天然氣、動(dòng)力、化工、水利、航天、環(huán)境保護(hù)等工業(yè)的迅速發(fā)展促進(jìn)了氣液兩相流的研究和應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中可以將凝析天然氣簡(jiǎn)化的看作氣相為甲烷，液相為水的氣液兩相流[3]。為了在實(shí)現(xiàn)天然氣井口對(duì)凝析天然氣氣、液兩相流量的實(shí)時(shí)在線測(cè)量，需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)研究。再如，火力發(fā)電廠中鍋爐的汽水分離、蒸發(fā)管中的汽水混合物的流動(dòng)都屬于氣液兩相流問題[1]。

2.氣液兩相流的流動(dòng)型式

氣液兩相流中氣液兩相的分界面多變，其流動(dòng)結(jié)構(gòu)受各相的物理特性、各相流量、壓力、受熱、管道布置等影響。在不同的流型下，兩相流的流體力學(xué)特性不同，因此為了研究?jī)上嗔鞯倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律，必須研究其運(yùn)動(dòng)型式。

在水平管道中，氣液兩相流常見流動(dòng)形態(tài)如圖1所示。

圖1 水平管道中氣液兩相流流型

水平管中，氣泡流的特征為液相中帶有散布的細(xì)小氣泡，由于受到重力的影響，氣泡多位于管子上部。隨著泡狀流中的氣相流量的增加，氣泡聚結(jié)成為氣塞，氣塞一般較長(zhǎng)，且多沿管子上部流動(dòng)。當(dāng)氣、液兩相流速均較小，會(huì)受到重力分離效應(yīng)產(chǎn)生分層流，而當(dāng)分層流動(dòng)中氣相速度較大時(shí)，氣液的交界面將產(chǎn)生擾動(dòng)波形成波狀流。若氣相速度再增大，則氣液分界面由于劇烈波動(dòng)將有一部分與管道頂部接觸，分隔氣相成為氣彈，從而形成彈狀流，大氣彈則將在管道上部高速運(yùn)動(dòng)。

在豎直管道中，氣液兩相流多分為泡狀流、彈狀流、乳沫狀流、絲狀環(huán)狀流和環(huán)狀流等，如圖2所示。

圖2 豎直管道中氣液兩相流流型

3.氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的基本手段

（1）采用傳統(tǒng)單相儀表進(jìn)行氣液兩相流測(cè)量多為獲得工業(yè)應(yīng)用中氣液兩相的在線實(shí)時(shí)流量信息，與實(shí)際應(yīng)用緊密相關(guān)。傳統(tǒng)單相儀表測(cè)量有兩種方法，一種是基于單相流的研究方法，即從物理概念出發(fā)或從微分方程中得到描述濕氣流動(dòng)的一些無(wú)因次參數(shù)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，再與傳統(tǒng)的單相流儀表相結(jié)合應(yīng)用到多相流參數(shù)檢測(cè)中。另一種是利用多個(gè)傳統(tǒng)單相流儀表組合，進(jìn)行多參數(shù)組合測(cè)量以確定兩相流量，如文丘里管與內(nèi)錐流量計(jì)組合[6]、文丘里管與渦輪流量計(jì)組合、密度計(jì)與渦輪流量計(jì)組合等[2]。

（2）近代新技術(shù)手段包括過(guò)程層析成像技術(shù)、高速攝影技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、示蹤技術(shù)、激光多普勒技術(shù)等，采用這些技術(shù)可以獲得兩相流流場(chǎng)中流型、流速、容積含氣率等特征參數(shù)。例如過(guò)程層析成像技術(shù)能夠在線直觀的得到流體截面上的可視化信息，激光多普勒技術(shù)能夠得到離散相粒子的速度、尺寸、流量等信息。

（3）數(shù)值計(jì)算方法。數(shù)值模擬是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程的求解，以得到流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)兩相流動(dòng)信息。數(shù)值模擬比實(shí)流試驗(yàn)更省人力物力財(cái)力、不用考慮重復(fù)性問題，且能夠在更理想化的實(shí)驗(yàn)工況下進(jìn)行試驗(yàn)。近些年來(lái)數(shù)值計(jì)算方法作為一種輔助手段已逐漸成為和實(shí)流試驗(yàn)同樣重要的方法[7]。然而，氣液兩相流進(jìn)行數(shù)值仿真時(shí)需要先確定兩相間的相互作用、兩相分界面、兩相在流場(chǎng)中的分布以及合適的數(shù)值計(jì)算方法，并且描述兩相流的變量多、基本方程多，守恒方程、分界面表面張力計(jì)算困難，因此數(shù)值模擬仍然存在一些困難。

4.氣液兩相流計(jì)算的基本方法

現(xiàn)有的氣液兩相流計(jì)算方法可以分為經(jīng)驗(yàn)方法、工程實(shí)用模型分析法和數(shù)學(xué)解析模型分析法。

（1）經(jīng)驗(yàn)方法是工程中常用方法，其根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)擬合建立合適的計(jì)算公式，然后在實(shí)際應(yīng)用中將已知變量帶入公式中得到預(yù)測(cè)結(jié)果。

（2）工程實(shí)用模型分析法先提出流動(dòng)體系的簡(jiǎn)化假設(shè)然后得到簡(jiǎn)化模型。常用的簡(jiǎn)化模型將管內(nèi)三維流動(dòng)簡(jiǎn)化為一維流動(dòng)，即流體僅沿流向進(jìn)行變化，在此假設(shè)基礎(chǔ)上主要有均相流模型、分相流模型以及滑移流動(dòng)模型。

均相流模型是最簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)化模型，其將氣、液兩相看做均勻混合物，流動(dòng)參數(shù)取兩相相應(yīng)參數(shù)的平均值，將兩相流視為遵守單相流體基本方程的均勻介質(zhì)。在此模型中，假定氣液兩相流速相等，并且兩相溫度相同并都處于飽和狀態(tài)。由于假定此模型氣液兩相速度相等，而在實(shí)際中只有在高氣量低液量時(shí)或者高液量低氣量時(shí)兩相速度才相近，因此均相流模型僅適用于泡狀流或者霧狀流。

分相流模型在假定兩相之間熱力學(xué)平衡和兩相速度各為常量的基礎(chǔ)上，將氣、液兩相作單相處理并加入相間作用，然后將各相的方程合并所得。此模型適用于分層流和環(huán)狀流。

滑移流動(dòng)模型假定兩相熱力學(xué)平衡，建立在兩相平均速度場(chǎng)的基礎(chǔ)上。著重考慮了相間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，適用于彈狀流等流型[5]。

（3）分析方法對(duì)兩相和界面條件建立局部瞬時(shí)方程，用平均方法得到瞬時(shí)空間平均方程、局部時(shí)間平均方程和時(shí)間空間平均方程，再把平均方程簡(jiǎn)化到要求的程度[1]。分析方法較嚴(yán)密但是求解麻煩，需借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，且還需知道一些相關(guān)關(guān)系才能使平均方程封閉。

5.總結(jié)

本文從氣液兩相流的應(yīng)用背景、流動(dòng)型式入手，概要性的介紹了氣液兩相流參數(shù)檢測(cè)的基本手段和兩相流計(jì)算的方法。氣液兩相流中，由于兩相界面的運(yùn)動(dòng)、變形、破碎、再融合以及兩相界面上的熱、質(zhì)傳輸使流動(dòng)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，因此也造成了氣液兩相流檢測(cè)困難，要實(shí)現(xiàn)氣液兩相流的準(zhǔn)確計(jì)量仍然有很大的研究空間。

參考文獻(xiàn)：

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