热力学数据测定计算案例教学研究

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摘要：案例教学在热力学数据测定与计算教学的应用，促进教师教学方法和学生学习方法改革，从根本上提高课堂教学水平，取得良好教学效果。学生不仅掌握冶金反应过程相关体系热力学性质的测定与计算方法，还能结合热力学软件助力课题科学研究，有效提升研究生工程实践能力和行业竞争力，为成为适应新时期冶金行业需要的应用型人才奠定基础。

关键词：热力学数据测定与计算；案例教学；冶金工程；应用型人才

金属冶炼为多相反应过程，包括物理变化和化学反应，涉及冶金热力学及动力学等多学科。鉴于冶金过程的复杂性及高温性，冶金动力学研究为冶金领域的难点，冶金热力学数据库的建立和计算相图的出现，使冶金热力学进入了运用现代测试方法及计算机进行深入研究的新领域。热力学数据与计算作为本科专业必修课物理化学、冶金物理化学在研究生教学阶段的延续，旨在获得有关冶金反应过程相关体系的热力学性质测定与计算方法，为开展冶金过程热力学分析打下基础，并应用热力学软件进一步分析和研究具体的金属冶炼过程。热力学数据测定与计算是将材料生产过程和产品性能数字化，基于理论算法，利用大数据，应用于实际冶炼过程。某种程度上，该课程可以视为传统制造业中的人工智能，这也是科学研究的大势所趋。

一、存在问题

（一）计划学时与教学内容不匹配热力学数据测定与计算要求学生掌握冶金过程主要热力学数据测定与计算的基本方法，包括反应热、标准吉布斯自由能、活度、相图等，理论性较强，内容抽象且丰富。课程仅有28学时，在限定的时间不可能详细讲解。若泛泛而谈，学生难以深入理解知识本质，仅停留在应对考试的浅显层面；若将具体知识点深入剖析，计划学时难以满足课程内容需求，加剧学生知识点的碎片化程度。另外，该课程紧随学科前沿，引入国际通用的综合热力学数据库系统FactSage（本校已购买使用版权）进行相关热力学数据计算，而受到软件加密狗数量有限的限制，学生对热力学软件的操作机会不多，部分内容难以及时消化。

（二）教学方式与教学效果欠佳采用传统的“以教师为中心，以教材为核心”的单向灌输方式，逐章逐节讲解教材，虽知识系统性强且容量大，但学生认可度、课堂参与度及知识接受度不高。难以培养运用热力学理论解决实际问题的能力，不能助力后期课题研究，仅实现修满学分的目标。

（三）理论教学与实践应用脱节工程学科的学习与认知，建立在对现场感性认识的基础上。由于与现场接触少，学生感性认识不足。虽掌握热力学数据测定与计算的基本原理及方法，却知其然不知其所以然，且不能深入了解其在工程实际中的应用，不适应冶金行业发展的需求[1-4]。

二、案例教学重要性

对于工程型学科，应用型人才培养的重点在于将所学理论知识应用于解决实际问题[5]。为助力培养独立解决冶金工程复杂技术问题能力，引入案例教学，基于工程实际，以工程问题为导向，将课程内容模块化。结合热力学理论及软件，通过案例探讨、翻转课堂等教学方式，把重点和难点知识案例化，激发学生自主性及积极性，有利于培养发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。

（一）理论知识精简化和模块化鉴于本科阶段已经学习了相关热力学基础知识，对教学内容进行模块化划分、梯度化梳理、层次性建设，着重围绕目前本学科的科研热点展开案例教学，其余部分以自学的方式进行考察，将理论知识精简化和模块化。通过举一反三，加深学生对于基本概念与计算方法的理解，培养运用理论体系分析与解决实际问题能力，实现了理论与实践的结合。

（二）调动学生主动性和积极性案例能使教学更贴合工程实际，一定程度上反映行业和科研最新成果，具有实用性及综合性。引导学生充分认识课程及案例对课题研究及日后工作的重要指导意义，学生学习主动性和积极性普遍高涨，课堂教学成效大幅提升。

（三）培养应用型人才案例教学改变了单向的知识与技能传授方式，学生能够主动参与分析案例中的实际问题，激发思维能力和创新潜能。案例可以作为校企之间联系的桥梁和纽带，师生可以通过案例了解企业需求，有助于促进教师和学生科研水平提高。同时，在仿真实验室建立个人服务器，让所有学生连接教学电脑，进行热力学软件FactSage的实时操作，培养学生成为能有效采用相关热力学数据测定及计算方法解决实际工程问题的应用型人才。

三、案例设计及实施

好的案例是案例教学的前提[6]。案例设计遵循完整性、层次性、典型性和一致性原则[7]。该课程包括反应热、标准吉布斯自由能、活度、相图等热力学性质测定与计算，案例设计应涵盖所有重点教学内容，形成完整的体系。案例选用注意普及性案例和知识性案例相结合，各章各节引入案例具有层次性。通过典型案例的强化分析，加深学生对课程重点知识的理解，并学以致用。案例设置与教学内容相呼应，避免出现跑题现象，助力学生实现热力学数据测定与计算方法的熟练掌握。基于以上原则，该课程建设了案例库，部分案例清单如表1所示。

四、结语

案例教学在热力学数据测定与计算教学中的应用，促进教师教学方法和学生学习方法改革，从根本上提高课堂教学水平，有效提升了研究生工程实践能力和行业竞争力。通过案例教学，学生能有效采用热力学数据测定与计算方法，助力课题研究。此外，师生可以通过案例了解企业需求，有效促进校企合作。

作者：吴婷 雷杰 李娜 孔辉 单位：安徽工业大学