熱力學數據測定計算案例教學研究

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摘要：案例教學在熱力學數據測定與計算教學的應用，促進教師教學方法和學生學習方法改革，從根本上提高課堂教學水平，取得良好教學效果。學生不僅掌握冶金反應過程相關體系熱力學性質的測定與計算方法，還能結合熱力學軟件助力課題科學研究，有效提升研究生工程實踐能力和行業競爭力，為成為適應新時期冶金行業需要的應用型人才奠定基礎。

關鍵詞：熱力學數據測定與計算；案例教學；冶金工程；應用型人才

金屬冶煉為多相反應過程，包括物理變化和化學反應，涉及冶金熱力學及動力學等多學科。鑒于冶金過程的復雜性及高溫性，冶金動力學研究為冶金領域的難點，冶金熱力學數據庫的建立和計算相圖的出現，使冶金熱力學進入了運用現代測試方法及計算機進行深入研究的新領域。熱力學數據與計算作為本科專業必修課物理化學、冶金物理化學在研究生教學階段的延續，旨在獲得有關冶金反應過程相關體系的熱力學性質測定與計算方法，為開展冶金過程熱力學分析打下基礎，并應用熱力學軟件進一步分析和研究具體的金屬冶煉過程。熱力學數據測定與計算是將材料生產過程和產品性能數字化，基于理論算法，利用大數據，應用于實際冶煉過程。某種程度上，該課程可以視為傳統制造業中的人工智能，這也是科學研究的大勢所趨。

一、存在問題

（一）計劃學時與教學內容不匹配熱力學數據測定與計算要求學生掌握冶金過程主要熱力學數據測定與計算的基本方法，包括反應熱、標準吉布斯自由能、活度、相圖等，理論性較強，內容抽象且豐富。課程僅有28學時，在限定的時間不可能詳細講解。若泛泛而談，學生難以深入理解知識本質，僅停留在應對考試的淺顯層面；若將具體知識點深入剖析，計劃學時難以滿足課程內容需求，加劇學生知識點的碎片化程度。另外，該課程緊隨學科前沿，引入國際通用的綜合熱力學數據庫系統FactSage（本校已購買使用版權）進行相關熱力學數據計算，而受到軟件加密狗數量有限的限制，學生對熱力學軟件的操作機會不多，部分內容難以及時消化。

（二）教學方式與教學效果欠佳采用傳統的“以教師為中心，以教材為核心”的單向灌輸方式，逐章逐節講解教材，雖知識系統性強且容量大，但學生認可度、課堂參與度及知識接受度不高。難以培養運用熱力學理論解決實際問題的能力，不能助力后期課題研究，僅實現修滿學分的目標。

（三）理論教學與實踐應用脫節工程學科的學習與認知，建立在對現場感性認識的基礎上。由于與現場接觸少，學生感性認識不足。雖掌握熱力學數據測定與計算的基本原理及方法，卻知其然不知其所以然，且不能深入了解其在工程實際中的應用，不適應冶金行業發展的需求[1-4]。

二、案例教學重要性

對于工程型學科，應用型人才培養的重點在于將所學理論知識應用于解決實際問題[5]。為助力培養獨立解決冶金工程復雜技術問題能力，引入案例教學，基于工程實際，以工程問題為導向，將課程內容模塊化。結合熱力學理論及軟件，通過案例探討、翻轉課堂等教學方式，把重點和難點知識案例化，激發學生自主性及積極性，有利于培養發現問題、分析問題和解決問題的綜合能力。

（一）理論知識精簡化和模塊化鑒于本科階段已經學習了相關熱力學基礎知識，對教學內容進行模塊化劃分、梯度化梳理、層次性建設，著重圍繞目前本學科的科研熱點展開案例教學，其余部分以自學的方式進行考察，將理論知識精簡化和模塊化。通過舉一反三，加深學生對于基本概念與計算方法的理解，培養運用理論體系分析與解決實際問題能力，實現了理論與實踐的結合。

（二）調動學生主動性和積極性案例能使教學更貼合工程實際，一定程度上反映行業和科研最新成果，具有實用性及綜合性。引導學生充分認識課程及案例對課題研究及日后工作的重要指導意義，學生學習主動性和積極性普遍高漲，課堂教學成效大幅提升。

（三）培養應用型人才案例教學改變了單向的知識與技能傳授方式，學生能夠主動參與分析案例中的實際問題，激發思維能力和創新潛能。案例可以作為校企之間聯系的橋梁和紐帶，師生可以通過案例了解企業需求，有助于促進教師和學生科研水平提高。同時，在仿真實驗室建立個人服務器，讓所有學生連接教學電腦，進行熱力學軟件FactSage的實時操作，培養學生成為能有效采用相關熱力學數據測定及計算方法解決實際工程問題的應用型人才。

三、案例設計及實施

好的案例是案例教學的前提[6]。案例設計遵循完整性、層次性、典型性和一致性原則[7]。該課程包括反應熱、標準吉布斯自由能、活度、相圖等熱力學性質測定與計算，案例設計應涵蓋所有重點教學內容，形成完整的體系。案例選用注意普及性案例和知識性案例相結合，各章各節引入案例具有層次性。通過典型案例的強化分析，加深學生對課程重點知識的理解，并學以致用。案例設置與教學內容相呼應，避免出現跑題現象，助力學生實現熱力學數據測定與計算方法的熟練掌握。基于以上原則，該課程建設了案例庫，部分案例清單如表1所示。

四、結語

案例教學在熱力學數據測定與計算教學中的應用，促進教師教學方法和學生學習方法改革，從根本上提高課堂教學水平，有效提升了研究生工程實踐能力和行業競爭力。通過案例教學，學生能有效采用熱力學數據測定與計算方法，助力課題研究。此外，師生可以通過案例了解企業需求，有效促進校企合作。

作者：吳婷 雷杰 李娜 孔輝 單位：安徽工業大學