工程热力学论文范文

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工程热力学课程的特点是理论性强、概念抽象，教学难度大。在缺少专业工程背景的情况下，学生在学习过程中普遍感觉较为困难，甚至茫然不知所云。如何使学生能够较好地掌握教学内容及热力学基本内容，是工程热力学课程教学的根本所在。在多年的教学过程中，我们发现在课堂教学中，除了需要借助优美的PPT多媒体课件来展示热力学过程，更需要激发学生学习热力学的兴趣，在引入一些工程实例的基础上，激励学生去思考，及时地与学生就教学内容进行讨论，促进学生对知识点的掌握和领悟。与常规教学方法相比，课堂教学不再是文字、公式的罗列，PPT动画的简单演示，而是把教学的核心放在启迪学生对热力学概念、原理的思考及把握上，使学生在学习课程内容的同时，熟悉热力学的系统内容、章节间的逻辑关系、基本原理等，形成对热力学的一种系统的总体的认识和把握，而不是零散地去背诵记忆一些片段。通过这种激励启发式的教学，使学生做到理论和实际工程案例的结合，从而使热力学知识很好地固化在学生的大脑中，并且达到灵活应用的目的。激励启发式教学，需要教师在课堂教学前充分准备，精心设计课堂教学内容的每个环节，围绕章节内容中的重点知识内容，设计问题及启发实例，并完成课堂互动讨论的教学组织，在此过程中需要教师饱含激情和较好的耐心，使学生在严肃活泼的氛围中掌握热力学的相关知识。

二、改进课堂教学PPT，增加工程实例

工程热力学作为一门专业基础课，与工程实际密切相关。在教学过程中，需要有很多的工程问题作为背景。以教科书为单一内容的PPT演示，并不能满足课堂学生学习的需要。为了提高学生学习热力学的兴趣及深入掌握热力学知识，迫切需要在传统课件中加入工程实例，利用多媒体技术全面展示热力学的工程应用，使学生在工程案例的演示中发现并体会工程热力学的重要性及美感。通过工程案例的学习，使课堂教学内容图文并茂，声像结合，使学生在多方位、立体化地形成认知并达到对热力学知识的理解、分析、记忆、掌握和应用。对于热力学工程案例，我们选取了真空做功、制冷循环，内燃机等工程机械作为实例，进行详细分析和讲授。工程案例的引入，将实际生活中与热力学相关的问题引入到教学中，用所学知识来解释工程问题，在讲解中让学生明白热力学知识可以解决本专业涉及的实际专业问题，从而实现“从理论中来，到实践中去”，实现对创新型人才的培养。

三、将工程热力学的学习融入大学生创新项目中

在创新型人才培养中，需要提升学生运用基础理论进行学术研究的能力和具有工程应用背景的有关开发、设计的能力。大学生创新项目的实施，有利于促进高校培养具有创新意识和能力的新型人才，促进高校探索并建立以科研活动为中心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革，充分调动学生主动学习的积极性、创新思维和创新意识，同时在项目实施中使学生逐渐掌握思考问题、解决问题的能力。结合大学生创新项目，结合建筑环境与能源应用工程的专业特点，在指导学生大创项目时，将热力学第一定律、热力学第二定律和卡诺定律应用其中，使学生明白能源利用的守恒性，以及如何提高热力循环的效率，减少不可逆损失，这些都成为学生应用所学知识来解决实际问题的一种锻炼。学生在科研项目中，深化了对热力学知识的认识，同时提高了自己思考问题、解决问题的能力。同时，鼓励学生积极参加各类挑战杯、建筑节能比赛、机械创新设计大赛等，通过这些竞赛活动进一步提升自己的创新能力。

四、改进课后作业完成形式，增加分析报告

工程热力学课程是一门实践性很强的课程，其中很多理论已用于工业过程。因此，在课后作业中，需要对传统布置练习题来检验教学成果的方式进行改进，增加一些实际工业循环的实例，让学生通过分析其所应用的原理，提交分析报告，并指出该工业过程效率提高的方式和途径，以这样的方式来激发学生学习的兴趣，提高学生理论联系实际的能力。同时，精选一些课后习题，通过详解的方式，激发学生的创新意识和解决问题的能力，进一步促进创新型人才的培养。创新是实现社会持续不断向前发展的原动力，也是培养和造就一大批素质过硬、勇于创新的新世纪人才，保证国家高速发展的有力保障。创新能力的培养来自于理论和课堂，更在于理论和课堂之外的亲身体会和具体的实践操作。

本文从工程热力学教学与工程实例结合，与科研活动结合，改进课堂教学组织模式和课后作业完成形式等方面，探讨了以培养创新型人才为目标下的工程热力学教学改革与实践，希望能够进一步提高工程热力学的教学质量和效果。

作者:高蓬辉 张东海 王义江 黄 炜 单位:中国矿业大学力学与建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系

参考文献：

[1]岳丹婷,吕欣荣,李青.深化热工教学改革加强学生创新能力培养[J].2002,(4):86-88.

[2]谭羽非.突出专业特点改革工程热力学课程教学的研究与实践[J].高等建筑教育,2004,(13):39-43.

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关键词：工程热力学 课程建设 教学质量

中图分类号：G642 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.15.093

《工程热力学》是研究与热能工程有关的热能和其他形式能量（特别是机械能）相互转换规律以及提高能量转换效率的一门学科[1]，作为我校飞行器系统与工程专业的主干课程之一，为学好专业核心课程《导弹发动机原理》打下必备的理论基础。该专业最终目标是培养适应科技发展和军队建设需要、能胜任初级专业技术职务岗位工作的导弹发动机工程类干部，因此，与军内外同类课程相比，《工程热力学》具有明显的工程使用特色。

课程建设作为高校可持续发展的生命线，是最基本的教学建设，也是提高教学质量、抓好专业与学科建设的关键。工程热力学课程组以深化教育改革、切实提高教学质量[2，3]、突出专业应用特色、激发学生学习兴趣、培养高素质人才为目的，有计划、有步骤地从师资队伍、教学条件、教学内容及教学实施等方面进行了建设，效果明显。

1 加强师资队伍建设，提高教师业务水平

建立一支高水平和稳定的师资队伍是各项教学工作开展的基本保证。为满足教学要求，形成了一支年龄、职称、学历和学缘结构相对合理，人员相对稳定的高水平课程教学梯队[4]。从课程建设开始，教研室通过调研摸底，根据每个人的专业方向，选择表达能力和逻辑思维能力强的教师作为一线授课教师，组成包括1名正高、2名副高和2名讲师（4名博士、1名硕士）的教学梯队，年龄从28岁到45岁，毕业院校包括国防科技大学、第二炮兵工程学院和西北工业大学。

实行主讲教师负责制。为提高教学质量，主讲教师必须严过教案关、试讲关和课堂质量督导检查关，针对主讲教师的自身特点，根据专家教授的建议，听课检查落实教师业务素质和授课水平的提高情况。

加强交流学习，提高业务水平。选送部分教师到部队锻炼，了解部队实际需求，在授课过程中能够进行针对性教学；派送任课教师到具有相应精品课程的地方高校进行教学观摩和进修学习，以提高授课质量。

2 改善教学条件，保障教学顺利开展

2.1 精心选用教材

为了切合火箭发动机的专业特点和部队建设的实际需要，经过任课教师的精心挑选，选取了内容和难度适中、华自强编写的第四版《工程热力学》作为授课教材，该教材融合了化学热力学的基础内容，使教学内容体系更加完善合理。辅导教材则选择美国M.C.波特尔编著的《Engineering Thermodynamics》，学生反响良好，认为该书英文通俗易懂，既提供了一个阅读外文文献的实践锻炼平台，又能从中学习了解国外学者表述热工知识的思维方式。

2.2 制作多媒体课件

利用现代教学手段，提高教学效果。以二维FLASH动画技术制作了内容生动的《工程热力学》典型动力装置和典型热力过程的动画演示软件，包括35种不同理论模型的动画。利用多媒体教室播放不同理论模型的动画、结合教师理论讲解，学生可以较好理解实际工程中热能和机械能相互转换的抽象过程，增强学生的感性认识。

2.3 开发网络教学平台

充分利用校园网络优势实现教学资料的上网，开发网上答疑系统进行在线讨论，让网络教学作为辅助教学手段提高教学质量。制作渐缩喷管和状态参数测定的虚拟实验，学生可以在开放的网络平台上进行交互的虚拟实验。按照教学大纲开发课程练习题库，为学生提供一种通过习题强化加深对所学知识理解的手段。题库包括5种题型共1000余道试题，系统随机组题，学生可以进行在线测试。

2.4 搭建《工程热力学》实验平台

结合现有实验条件，编著适合我校实际的《工程热力学实验指导书》，通过与西安重点院校的交流协商，搭建了在西安交通大学开展《工程热力学》实验的教学平台，开展了喷管内气体流动的热力过程与性能参数测定实验，使学生深刻理解了喷管设计和环境压力对喷管流动影响中涉及的理论知识。

3 优化教学内容，体现专业特色

考虑到专业特色，将传统的热力学理论列为重点内容讲述的同时，把火箭发动机工作过程中涉及的化学热力学理论列为重点内容讲述。在内容安排上，结合二炮院校的专业特点和部队实际需求，增加火箭发动机的动力循环知识点和导弹测试时用到的湿空气相关内容。并且把湿空气的性质安排在理想气体混合物的性质之后，这样可以把湿空气当做理想气体混合物的一个特例加以介绍，使学生能够从抽象到具体、从一般到特殊，既能理解理想气体混合物和湿空气理论知识，又能在发动机相关操作中学以致用。

4 激发学生学习兴趣，强化创新能力

在本课程学习中，主要从两方面激发学生兴趣、促进创新能力发展。

一是善于设疑提问，促其思考。在绪论介绍中强调“热”与人类文明进步的联系，热能的利用渗透在社会的方方面面。怎样描述热能与其他形式能量的转换？怎样做到节能减排、提高能量转化效率？工程热力学基本理论、定律是如何体现在我们日常生活当中？通过上述启发式提问，极大地启迪学生的思维，激发他们学习工程热力学的兴趣。

二是注重学以致用，在创新中深化知识的理解和运用。在课程学习中，引导学生运用《工程热力学》基本理论去指导专业应用。拟定课题“温度、湿度对固体火箭发动机气密性检查的影响分析”，要求从理论上分析环境温度和气体湿度变化可能对阵地测试项目造成的影响。该课题紧密结合部队实际，学生兴趣大，研究热情高，成为历届学生本科毕业设计的选题热门。在研究过程中，大大加深学生对《工程热力学》知识的理解，在此基础上指导教师与学生共同撰写并发表了相关学术论文。既强化了学生的创新能力，又促进了教师科研学术水平的提高。

5 重视教学全过程，提高教学质量

课程组监管教学全过程，旨在全方位提高工程热力学教学质量。①教学准备：在教研室的指导和帮评下，主讲教师认真备课、撰写教案，进行课前实讲。②课堂教学：教学采用理论授课、讨论、观看工程及实验录像、动手实验等多种教学形式，灵活采用研讨式、启发式等多种教学方法，按基本概念、理论分析、工程应用的顺序进行。教研室组织听课帮评加强对教学过程的监控管理和全程评价。③课后总结：在课堂授课后及时将本次授课的经验得失进行总结。④课程考核：采取平时学习表现与期终考试相结合的考核方法。⑤问卷调查：对学生进行不记名问卷调查，对调查结果进行总结分析，对照反思，有针对性地改进，力求本课程的教学水平达到新高。

6 结束语

《工程热力学》经过近五年的建设，课堂教学质量和教师教学水平得到明显提高，在学校有很高的教学评价。工程热力学先后在学校第五批重点课程建设和第二炮兵首批优质课程建设中评为优秀。

针对我校没有工程热力学实验室的现状，在学校领导和课程组的共同努力下，“2110”三期建设规划在今年正式启动热工基础实验室的新建工作，热工基础实验室建成及投入使用必将为学生提供《工程热力学》实验平台，缩短抽象概念和具体工程应用之间的距离；为学生提供实践和自主创新的场所，使工程热力学的教学质量再上一个新的台阶。

参考文献：

[1]华自强，张忠进，高青等编.工程热力学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]周丽萍，蔡康旭.关于《工程热力学》课程教学改革之浅见[J].时代教育（教育教学版），2009，（1）：191.

[3]李文杰，余晓平，彭宣伟.工程热力学课程教学现状与改革思考――以重庆科技学院工程热力学课程为例[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2012，（13）：350.

[4]艾春安.《工程热力学与传热学》第二炮兵优质课程建设评审材料（内部资料）[Z].2011.

作者简介：李红霞（1979-），女，博士，讲师，主要从事工程热力学教学工作，研究方向为含能材料合成、性能分析和模拟计算，第二炮兵工程大学601室，陕西西安 710025

艾春安，第二炮兵工程大学601室，陕西西安 710025

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关键词：素质教育；课堂教学；思考；实践

一、关于素质教育的思考

1．素质教育是培养高素质创新人才、科教兴国和教育为人民服务的必由之路

(1)我国要全面建设小康社会，实现中华民族的伟大复兴，为人类和世界做出较大的贡献，必须走人才强国之路，必须把培养高素质创新人才摆在突出的优先的战略地位。

(2)高素质创新人才只有通过长期地科学地教育和培养才能造就，而大学正是培育这样人才的摇篮和基地。大学的本质是培养和造就知识宽厚、能力突出、品德高尚、素质全面的健全和谐的人而不是一般意义的专家。尤其是国家重点建设的“名牌”大学，要承担起为国家和社会培养一大批拔尖创新人才的历史重任，更应当将素质教育摆在首要的地位。

(3)党的十六大报告指出教育既要为“社会主义现代化服务”又要“为人民服务”。以人为本的科学发展观强调发展既要“实现经济和社会的全面进步”又要“实现人的全面发展”。面对知识剧增的信息时代，面对着学生走向社会后职业和岗位的多次选择，学生阶段充其量所吸取的只是知识海洋中的几滴水。那么，我们培养出来的学生只有靠在校期间打下的良好知识基础、锻炼出来的自学能力与创新能力和培养出来的全面素质，才能胜任选择，永立不败之地。要知道各行各业的竞争，争到最后，争的不是学历，也不完全是知识，而是能力和素质。学校最终给予学生的应该是能力和素质。

2．课堂教学是素质教育的主渠道，教师是素质教育的主力军

学校实施素质教育，必须依靠教师、政工人员和后勤人员三支队伍，必须在课堂教学、课外活动和社会实践三维空间中合力推进才能奏效。其中，课堂教学是素质教育的主渠道，而课堂教学的主导者――各科任课教师则是关系到素质教育优劣成败的主力军。由于教师的特殊身份、渊博的学识和学术成就，决定了教师对学生有一种其他人员无法比拟的信任感和影响力。教师为人师表、言传身教、教书育人的教学活动，往往起到事半功倍的效果。只有我们每位任课教师都深刻认识自身的责任、自觉地充分发挥自身优势和作用，素质教育才能在课堂教学中真正落实。

3．落实素质教育，课堂教学必须改革

(1)必须更新教育教学观念，树立新的教师观、学生观和教育观。摒弃只要科研水平高就是好教师，教学好是没水平的观念；树立教学科研相互促进，共同进取才是好教师的观念；摒弃教师只管教书而育人是政工人员的事的观念，树立教书育人是教师天职的观念；摒弃教书只是传授知识的观念，树立以知识传授为载体，知识、能力、素质并重的观念；摒弃只有学习好，才是好学生的观念，树立德、智、体全面发展才是好学生的观念。一名合格的教师要敬业爱生、耐住寂寞、勇于探索、坚持不懈，在素质教育的课堂上发挥聪明才智，在教书育人的舞台上建功立业。

(2)必须优化课程设置。要扩展视野，面向世界、面向未来，围绕培养高素质创新人才这个中心，不断完善培养方案，构建科学合理的课程体系，减少陈旧过时的课程，增加课程的基础性、综合性、人文性和时代性。

(3)必须更新教学内容。要在筛选保留传统经典基础性的知识的同时紧紧跟上科技发展的步伐，增加新知识。把反映科技进步的新成果、新理论、新方法及时引入到教学中来，让学生学到鲜活实用的新知识，掌握新本领，适应新需要。

(4)必须大力推进课堂教学方法的改革。改变充斥课堂教学中“填鸭式”、“满堂灌”、教师一人唱“独角戏”的现象。大力提倡“启发式”、“探究式”、“师生互动式”等教学方法。教师要改变只重现知识本身的讲授，忽视知识产生过程，忽视学生思维能力、创新能力培养，忽视学生良好品德熏陶的陈旧教学模式。着力激发学生学习兴趣和求知欲望，着力激发学生乐学爱学，刻苦自学的内在驱动力，着力培养学生的独立思考能力、批判性思维和良好品德。

(5)必须科学地运用先进教学技术手段。充分发挥优秀课程软件和多媒体技术形象直观和信息量大等优势，提高课堂教学的生动性、趣味性、现场感和效率。需要强调指出的是，多媒体等现代教学技术手段只是一种辅教学工具，要特别注意电子教案和课程软件的制作质量、适用对象和使用方式，防止泛用。

二、在“工程热力学”课堂教学中实施素质教育的实践

1．画好一张蓝图――精心设计课堂教学

“凡事预则立，不预则废”，要把素质教育真正融入课堂教学，我对“工程热力学”课堂教学进行了精心设计，做到了课程全局在胸，每堂课具体步骤有序实施。这种设计包括“课堂教学设计框图”和“工程热力学课堂教学设计教案”两部分。前者是课堂教学的总体思路和程序设计，后者是每一次课的具体实施方案。“课堂教学设计框图”包括：前次课内容回顾与作业讲评，本次课内容提出，本次课内容提要，核心知识点、重点、难点讲授，知识点、能力点训练(例题、提问、讨论)，课堂总结，布置作业，本章知识结构框图，下次课内容提示，填写教学评估卡以及大、小循环反馈等内容。

课堂教学设计遵循如下三个原则：

(1)紧紧围绕“工程热力学”课程的基本概念和基本定律这个中心，通过教师讲授与师生交流互动，让学生掌握本课程最基本、最重要、最有用的鲜活知识，首先给学生打下能力与素质的知识基础。课堂教学设计必须牢牢抓住知识传授这一主线，带动全局，使全面提高学生的素质的理想目标具备坚实的基础。我们强调素质教育同样必须重视知识传授，“不能在倒洗澡水的时候把孩子一起倒掉”。我们反对的是知识中心主义，反对把让学生“知道”作为教育的最高目标，不仅向学生传授知识，而是教会获得知识的方法，教会学生运用知识进行判断性、创造性的思考，促进其全面充分自由的发展。

(2)深入挖掘工程热力学科学理论的知识价值、能力训练价值和素质培养价值，力争做到知识、能力、素质三者并重与有机结合，相互渗透，共同施教，力争使学生获得真知、提高能力、升华人格。

(3)总体上要求整个课程达到传授知识、培养能力和提高素质三维教学目标。具体到每一次课还要实事求是，并不苛求面面俱到，知识与能力或知识与品德可能只侧重在二维目标，而不是都要达到三维目标。

2．施力于两个着力点――爱国、创新

一个人才应具有的素质一般包括；思想品德素质、科学文化素质、专业素质、身体素质和心理素质五个方面，其核心是爱国主义和创新精神两个方面。这也是课

堂素质教育应着力培养的两种最基本、最重要的素质。本人讲授的“工程热力学”是自然科学知识基础课，既不能讲成脱离知识传授的一般的创新理论课，更不能讲成说教式的思想品德教育课。要特别讲究方法，要特别注重效果。为此确定的原则是：潜移默化，润物无声，重在渗透，重在熏陶，适时适度，努力做到“好雨知时节，当春乃发生，随风潜入夜，润物细无声”。

(1)培养学生爱国主义精神的具体做法是：

在绪论课中，通过热能利用在整个能源利用中地位的阐述使学生认识研究热能利用和学习工程热力学的重要性，向学生进行爱课程、爱专业的教育；通过对我国能源利用现状的分析增强学生对我国能源的忧患意识和责任意识，激发学生为解决我国能源问题而努力学习的爱国热情。

在讲授热力循环等章节时，通过国内外热能动力设备循环热效率的对比，让学生了解我国用能效率低下、环境污染严重的现实，激励学生为改变落后现状，赶超世界先进水平，为国争光的雄心壮志。激发学生们为中华民族崛起而发愤读书的爱国情怀。

(2)培养学生创新精神的具体做法是：

紧密结合教学内容，注重对学生进行发散思维、逆向思维、批判性思维的培养。例如在讲如何提高循环热效率时，首先从数学上分析，提高热效率集中体现在状态坐标图上循环封闭线内的面积越大越好，则必须从这个面积出发向上下左右四周扩展开来才能达到。从基本蒸汽动力循环――朗肯循环开始向上可从提高初温、初压入手；向下可从降低背压，减少循环热损失起步；向左可引出抽汽回热循环；向右可引出再热循环。通过这样的讲解，学生不仅掌握了蒸汽动力循环的全貌及内在联系，而且也受到发散性思维的训练和培养。又如在讲范德瓦尔状态方程时，着重分析范德瓦尔如何从逆向思维出发，从原来的理想气体模型不考虑分子自身体积、不考虑分子间作用力到反其道而行之，考虑分子自身体积、考虑分子间作用力，从而建立起范德瓦尔实际气体状态方程，开创了实际气体状态方程研究的先河，使范德瓦尔摘取了诺贝尔奖的桂冠。这样的讲解，使学生受到了逆向性思维的启发和勇攀科学高峰的教育。

紧密结合热力学基本概念，基本定律，适当介绍热力学发展史和科学家的生平轶事，借此让学生们了解科学理论的创新方法以及渗透于其中的科学家的科学精神。并进而引伸我们从中应获得的创新方法的启示、科学精神的熏陶以及人生感悟。

紧密结合热力学中尚未解决的理论问题和实际问题，引导学生们来思考、研究和创新。我常常向同学们讲任何真理都是相对真理，同样，我讲授的热力学理论知识，也只不过是真理长河中的一段溪流，而不是热力学的终极真理。这好比一个完整长句子中间停顿的逗号而不是句子最后的句号。热力学理论尽管是一门比较古老、比较完善的学科，但是它也在不断发展进化之中。从纵向来说，从可逆过程热力学到不可逆过程热力学，从线性不可逆过程热力学到非线性不可逆过程热力学乃至到耗散结构理论；从横向来说，从理论热力学到工程热力学、化学热力学、生命热力学等等。基于这种认识，我讲课的时候，总是实事求是地讲到某种“逗号”的程度，而不总是讲到“句号”完结，力争讲到“问号”的程度，讲出问题来。我体会，一个会讲课的老师讲的课，不只是要让学生学得有趣、有用、还要有疑有思，这个思就是要培养学生思维能力，特别是批判性思维能力。

我经常给同学们列举热力学中尚未解决的难题：如微观可逆性与宏观不可逆性的矛盾问题、平衡状态的局限性问题、普适精确状态方程的研究问题，热动装置中能量利用率最有效提高的途径问题、传统能量利用方式与环境相容问题以及参数直接测量仪器研制问题，等等。我列出上述问题的目的在于让同学们认识到热力学本身的不完整，有很多难题等待我们去解决，让同学们破除对真理的神秘感，给学生留下足够的独立思考空间，诱导和触发学生的创造冲动，让学生们大胆去质疑、探究、想象、发明和创造，去攀登科学高峰。

3．抓住三个环节

(1)了解学生，因材施教。老师只有真正了解学生，才能因材施教，收到好的效果，我采用三个具体作法：

①通过《学生情况调查表》了解每一个学生的全面状况。解掌握学生的家庭背景，学习经历，接受能力，学习现状，专业思想，特长爱好与不足，人生志向与理想，便于老师有的放矢的组织教学活动，真正做到因材施教，帮助每个学生更好地成长成才。对于学习基础差、生活困难的学生，给予更多的关心和帮助。

②通过每次课后让学生填写《工程热力学课堂教学评估卡》，了解教与学的情况。为节省学生填卡时间，评估卡只调查三个方面情况：a．在今天课堂上，你学到的最重要的东西是什么(包括知识、能力、素质)?b．你心里仍旧存在的最大问题是什么?c．我今天的讲授中最模糊的是什么?通过评估卡我既可及时改进自己的教学工作，又能及时了解学生思想动态。三年来我收上来的教学评估卡有三千多张，对改进我的教学帮助很大。

③与每个学生谈心，努力走进学生心里，做学生的益友良师。我不仅努力做到育人寓教书之中，我还努力做到师爱于课堂内外。我坚持与每个学生促膝谈心，真诚地与学生交流，谈学习、谈理想、谈生活……并且在谈心中不失时机地对学生加以引导和点拨。

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像介绍表面张力时，就与学生一起做一个熟悉的肥皂膜游戏，边做边提问并讲解，让学生自己发现力的存在和力的方向，之后再让学生画出滴定管下端的液滴、水面下拉环或向下压面时所形成的弯曲液面的表面张力的方向时，学生快速准确地画了出来；在引出微小液滴的饱和蒸汽压与平液面的蒸汽压的关系，即开尔文公式时，就以冬天路边的雪堆，环卫个人是怎么处理的为题，分析原因，得出结论，再从热力学原理推导出开尔文公式，并和学生一起讨论农民为何天旱时锄地，“三北防护林工程”植树利用了物理化学哪方面的原理。这样在课堂教学中设置一些和生活实际相关的有趣的问题，让学生带着疑问和好奇去学习，使学生感到物理化学就在他们身边，生动而具体，从而激发了学生的学习兴趣。

二、使学科发展前沿的新技术和新成果渗透到课堂

物理化学作为一门化学专业的基础课，在本科生的培养过程中，不仅具有为其它课程服务的作用，更重要的是培养学生的创新能力。这就要求物理化学的教学内容也需在原有课程体系的基础上，精简一些次要内容，而把学科发展前沿的新技术和新成果渗透进来，让学生感受到物理化学课程不完全是一些枯燥乏味的概念和公式，而是活生生的现实。另外，物理化学与其他学科相互渗透、相互结合，形成了许多边缘学科，拓宽了物理化学的研究领域。像光化反应与环境科学，生命科学，材料科学及信息科学的关系十分紧密，而光化反应在化学动力学中仅占很小比重，常被忽略，但在讲课时介绍光催化在环境净化和生命过程的应用，开拓学生的视野。在介绍表面活性剂时，引入学生比较关心的石油开采过程，扼要介绍一次开采、二次开采、三次开采等概念，使学生既掌握了表面活性剂的作用原理，又拓展了知识面；在讲解电化学时介绍燃料电池，在讲解真实气体时介绍超临界萃取技术等。教学大纲中虽然没要求这些内容，但可以增加学生的信息量，引起学生学习的兴趣，激发学生的学习积极性。

三、注重教学内容与教师科研的相互渗透

将教师的科研课题或成果直接转化为教学资源或综合性、设计性实验的内容，学生根据自己的专业和兴趣参加到教师的科研中，也可参加大学生创新创业项目，早期介入科研。例如，讲到活度的概念时，就向学生介绍一位研究生的硕士论文的部分内容；讲到接触角时，又给学生介绍我们测定金属溶液与不同种类固体接界时的接触角的过程和结果；讲到langmuir吸附和BET公式时，给学生推出了测定固体比表面的常用仪器-ASAP2020物理吸附仪，并给学生详细讲解测定分析过程。我们还将教师的科研项目二甲醚重整和甲烷重整用的催化剂的制备部分，转化成综合性、设计性实验，要求学生从查阅文献资料开始，自己设计全套实验方案，经指导教师审核后即可进行制备，所得产品直接用于后续的重整反应。对于部分参与科研活动实验结果较好的学生，我们积极鼓励学生整理数据，撰写论文并发表在国家级学术刊物上，曾先后在表面技术、天津化工、辽宁化工、化学工程师等期刊上5篇。这样将教学内容与科研课题相互渗透，提高了学生的科研创新能力，还学到了科技论文写作方法，增强了学生的自信心，激发了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性。

四、采用设问教学法活化物理化学课堂教学

所谓设问教学法，就是从人们公知公认的现象中提炼问题或困惑入手，设计一些与所讲授课程内容相关的问题，引导学生仔细思考分析，展开广泛讨论等解决这些问题。在教学过程中，我们始终坚持一个原则，就是教学的目的绝非是向学生灌输多少知识，学会推导多少个公式，完成多少种计算，而在于激发学生如何去思考与创造，授人以“渔”，而不授人以“鱼”。精心设计问题成为物理化学课堂教学常用的组织形式。通过采用设问教学法，让学生带着问题学，不仅激发学生的学习兴趣，积极参与教学,也让学生学到有关的基础知识,同时还培养了学生的科学思维能力、自学能力和运用所学知识解决实际问题的能力。例如，引出Kelvin公式时，先通过密闭容器中放置的大小不等的汞滴的变化情况，提问学生饱和蒸气压都与哪些因素有关？然后再从热力学角度进行公式的推导，加深了学生对公式的理解，也调动学生积极参与到教学环节中，教师与学生互动，活跃了课堂气氛。

五、建立物理化学教学的知识框架，注重学生的思路和知识点的衔接

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关键词： 化工计算 教学内容 教学方法 改革实践

物理化学是高职化工工艺类专业的一门非常重要的核心专业课程，其学习效果直接影响到学生对后续专业课程（如化工原理、毕业论文与设计）的学习，更间接地影响到学生毕业以后的岗位适应能力和发展能力。从总体上讲，高职学生数理逻辑能力是明显的弱项，大部分学生对本课程存在不同程度的学习障碍。如何推动物理化学课程教学改变，一直是基础化学课程授课教师面临的一个悬而未决的老大难问题。

一、删繁就简

从教材与教学内容改革入手调动学生积极性。从内容上看，若干教材版本基本上由绪论、气体、热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡、相平衡、胶体与表面化学、电化学、动力学基础构成。教材理论色彩浓厚，缺少鲜活的行业实践案例，对其进行增删取舍是非常必要的。笔者的主要做法可概括为单元化、模块化改革，突出实践性教学内容。首先将教学内容划分为五个单元：热力学基础单元、化学平衡单元、物质分离提纯单元、电化学单元、动力学单元。五个单元按照由简单到复杂的逻辑方式递进，既遵循专业知识学习的内在逻辑规律，又考虑到删繁就简，以适应高职学生的偏好。每个学习单元设置数量多少不一的学习模块或任务，这些学习模块之间既有相互之间的内在联系，又各具独立性特点。对高职化工工艺类学生而言，重在如何应用所学到和掌握的专业知识、技能解决现实化工生产问题，而不应过于强调课程知识的系统性。因此，笔者对本课程内容删减最多的要数热力学基本定律。教学实践表明，热力学基本定律能解决两个问题：能量衡算和方向判断，而这一直是一个几乎令所有课程师生伤脑筋的问题。解决的办法是大幅删减具有相当难度、师生都厌烦的理论内容，突出具有实用性、行业实战性的内容。

二、高度重视案例教学和情境教学的巨大作用

物理化学是一门理论性很强的、比较枯燥乏味的专业基础课程，教学过程与方法策划不当，教学双方的主体性均不可能得到充分发挥，效果不言自喻。通过案例的引入，开展研讨式教学，充分调动学习的主动性，学生显然能提高学习兴趣。例如，在化学平衡单元教学中，笔者引入我院生产实训装置――乙苯脱氢反应案例，学生现场学习，迅速理解了温度、压力、催化剂、惰性气体-水等工艺参数的重要性及原则性的操作步骤与方法，活跃了课堂气氛，发展了发散思维能力和综合能力。此外，从教学过程来看，企业鲜活现实再现于课堂，企业生产经营中现实的策划、规划、设计、作业管理决策的再现，能使学生掌握发现问题、诊断问题成因、解决现实问题的思路、方法技能，持之以恒，逐步养成创造性思维和灵活运用理论知识的习惯，提高分析、综合能力和创造性，从根本上内化理论知识，巩固学习效果。

三、注重引导好学生的研究性学习

所谓研究性学习，从广义上理解，泛指学生主动探究的学习活动，是一种学习的理念、策略、方法，适用于学生对所有学科的学习。从狭义看，是指教学以问题为载体，创设类似科学研究的情境和途径，让学生通过自己收集、分析和处理信息实际感受和体验知识的生产过程，进而学会学习，培养分析问题、解决问题的能力和创造能力。毫无疑问，研究性学习给老师留下了很大的创造空间，但也增加了课程实施中的大量的不确定因素：课程的实施模式、价值判断、切入口、推行步骤、资料来源、研究结果及呈现方式，等等，几乎每一个环节都需要因地制宜、因人而异、因现存条件而决定。针对物理化学课程，研究性学习中“问题”的呈现可以是多种多样的。笔者主张这些问题来源于化工生产实际过程比较妥当，也可以与问题情境教学配合进行。在老师的引导下，学生通过课程知识整合，合作研究，逐步明晰了解决这一问题的逻辑思路，最终内化专业知识与技能。

四、充实反映科学前沿的内容，拓宽学生的知识面

例如：光化反应在动力学内容占很小比例，常被忽略，但光化反应与环境科学、生命科学、材料科学反应及信息科学紧密相关，在讲课时结合科研内容介绍光催化在环境净化的应用，开阔学生的视野，引起学生的兴趣，同时鼓励学生参与到部分科研工作中，调动学生学习积极性，争取近年内开设若干高层次应用物理化学基础理论的选修课程，如界面与胶体化学，表面活性剂物理化学、生物物理化学。这些课程不仅可以弥补课内学时的不足，加深学生应用与掌握物理化学的基本理论，而且与前沿科技均有密切关系，可以扩大学生的知识面。

五、提高实验课起点，组织综合型的实验

第一，删减部分和整合陈旧简单的实验，提高实验课的起点。如恒温槽与其性能测定这一实验内容过于单一，应与以后涉及使用恒温槽实验整合，“化学平衡常数及分配系数测定”和“中和热-电离热测定”两个实验所用仪器设备和操作过于简易，显得落后陈旧，应当删减，或与无机分析实验整合，动力学章节涉及速率常数测定的实验有3个，显得重复，应删减或增加新的内容，如增加流体黏度及表面张力的测定等内容。第二，扩充和加深实验内容，组织开发性、综合型的实验。例如电化学实验中“电动势的测定和应用”实验可与绿色化学结合，对含Cr+6废水进行处理，不仅拓宽了基础知识面，还让同学们了解了学科间知识交叉与渗透，又如二元气-液相图实验中可增加高难度非均相气液平衡内容。同时准备开设综合性实验光催化氧化处理高浓度有机废水，这一实验不仅涉及物理化学中的光化反应，速率常数的测定，反应级数的求法，还涉及反应器的设计，催化剂的筛选和工艺改造，以及计算机对实验数据的处理等多方面知识，可以充分发挥学生的创造能力，自行改造与设计。

教学改革是摆在我们面前的新问题，对许多问题的认识还很肤浅，有待进一步认真地研究和探讨。

参考文献：

[1]金若水，吴性良，谢高阳.大学本科化学专业课程体系改革方案[J].大学化学，1998，（6）：12.

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关键词 物理学 分析 前景

中图分类号：G642.0文献标识码：A

Physics Professional Analysis

ZENG Daimin[1], LI Yong[2]

([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;

[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)

AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.

Key wordsPhysics; analyse; prospects

物理学是研究物质运动和相互作用的规律的科学，是除数学外最基本的一门学科。物理运动是自然界最普遍的一种现象，因此物理学研究的对象和内容就是宇宙间各种物质的性质、存在状态、各种物理运动形式及其转化现象、物质的内部结构及这些内部结构的组成部分，物理领域的各种基本相互作用及其规律。由于一切物理现象都在时间、空间中表现出来和发生运动和转化，所以物理学也要研究时间和空间的性质、联系等。 进行物理学研究，首先是观察各种客观物理现象，再从许多表象性的现象中，揭示基本规律，建立较为系统的理论。物理学研究除了要依靠好的科学方法外，还要取决于认知工具。工具越先进，研究效率越高，成果越显著。 物理学在发展过程中形成了一套完整的科学方法，它对其他学科的研究，乃至哲学发展，都有重要意义。①重庆大学物理学专业从2008年开始正式招生，到现在，第一届学生即将进入大四。通过这几年对物理学专业学生的培养，我们有一些体会，与同行共勉。

1 专业方向设置

1.1 理论物理方向

理论物理学从各类物理现象的普遍规律出发，运用数学理论和方法，系统深入的阐述有关概念，现象及其应用。理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。理论物理的研究领域涉及物理学所有分支的基本理论问题。理论物理是在实验现象的基础上，以理论的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物质运动的基本规律，从而解决学科本身和在高科技探索中提出的基本理论问题。重庆大学物理学院理论物理方向目前包括：高能物理、引力波、天体物理、量子信息与量子通信等几个分支。

1.2 凝聚态物理方向

凝聚态物理学是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相，例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。特别是上世纪八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体物理、磁学、低温物理和电介质物理等的研究更深入，各分支之间的联系更趋密切；另一方面许 多新的分支不断涌现，如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理与团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一。由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。

2 主干课程设置

重庆大学物理学专业的主干课程有力学：使学生比较系统地掌握力学基础知识，且能比较灵活加以应用。培养学生独立分析问题与解决问题能力，初步培养学生的唯物主义世界观。主要内容有质点运动学、牛顿运动定律、动量守恒定律和动量定理、功和能与碰撞问题、角动量、刚体力学、振动和波。热学：使学生掌握物质热运动形态的规律性和热运动与机械运动，电磁运动等其它基本运动形式之间转化的规律性。掌握统计规律性和统计的方法以及物性方面的知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。主要内容有热力学第零、第一、第二定律和熵、分子运动论、输运过程、固体和液体及相变。电磁学：使学生全面地、系统地了解和掌握电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律，具有一定的分析和解决电磁问题的能力，为后继课程奠定必要的基础。主要内容有静电场、静电场中导体和电介质。稳恒电流、稳恒磁场、电磁感应、磁介质、交流电初步、麦克斯韦电磁理论和电磁波、电磁单位制。光学：使学生比较系统地掌握光学的基本知识，主要讲授几何光学、波动光学、量子光学初步和光学应用。原子物理学：使学生掌握原子结构的性质和一般规律，掌握和了解核的性质与核能利用，了解粒子的基本性质。讲授卢瑟福模型、氢原子的玻尔理论、量子力学初步、原子的精细结构、多电子原子、X射线、原子核物理概论。理论力学：使学生掌握力学的基本理论，培养学生理性思维能力。讲授质点力学、质点组力学、刚体力学、非惯性系动力学与分析力学等基本理论。热力学与统计物理：使学生掌握物质的热运动规律及热运动对物质宏观性质的影响。讲授热力学的基本定律，热力学函数、平衡及稳定条件，相平衡及化学平衡，不可逆过程热力学，最可几统计法――玻尔兹曼分布、费米分布、玻色分布，气体和固体的热容量理论，金属中的电子气体、平衡辐射，系统理论，热力学的统计表达式，非理想气体态式，涨落理论，非平衡态统计物理简介。电动力学：使学生掌握电磁场的基本属性及运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。讲授电磁现象的普遍规律，静电场和稳定电流磁场，电磁波的传播，电磁波的辐射，狭义相对论及带电粒子和电磁场的相互作用。量子力学：了解微观客体运动特点，初步掌握量子力学的基本原理和方法。课程内容包括波函数、薛定鄂方程，量子力学中的力学量，态和表象理论，微扰理论等。固体物理：初步掌握固体物理的基本原理和特点。课程内容包括晶体、晶体的缺陷和扩散、晶体振动、相图、能带论、金属和半导体电子论、固体的磁性和介电性等。数学物理方法：掌握有关复变函数、复变函数的积分、幂级数展开、留数定理、傅里叶级数、积分变换、数学物理方程定解问题、分离变数法、二阶常微分方程的级数解法、本征值问题、球函数、柱函数、格林函数、积分变换法等数学物理方法的基本知识。

3 培养规格及要求

通过四年的物理学专业学习，要求学生掌握数学的基本理论和基本方法，具有较高的数学修养；掌握坚实的、系统的物理学基础理论及较广泛的物理学基本知识和基本实验方法，具有一定的基础科学研究能力和应用开发能力；了解相近专业的一般原理和知识；了解物理学发展的前沿和科学发展的总体趋势；了解国家科学技术、知识产权等有关政策和法规；掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。具有计算机应用的基本技能。较熟练地掌握一门外国语言，具有良好的听、读、写作和会话能力，能够较顺利地阅读本专业的外文资料。

4 学生就业前景分析

重庆大学物理学专业的培养目标是：培养具有宽厚扎实的物理学基础、综合素质优秀，并且具有良好数学基础和实验技能，能在物理学或相关科学技术领域中从事科研、教学、技术和相关管理工作的高素质专门人才；培养良好的创新意识和科学的思维方式，以及分析和解决实际问题的能力以适应学科交叉和社会的各种需要。

物理学专业学生毕业后主要从事以下一些行业：（1）继续物理方向的深造，成为一名物理学家、物理教师。（2）从事与物理相关的一些工作，如技术工程师、发明家、研究助理等。（3）与物理关系不大的一些行业，如公务员、管理人员等。就业领域主要是：科研院所、高等院校、企事业单位、政府机关等。

总之，重庆大学成立物理学专业的主要目的是发现与培养真正热爱物理的好苗子，让他们打好基础，再继续深造，为物理学的发展做出贡献。在学习的过程中，有部分同学发现自己并不是很适合学物理，可以申请转专业，找到适合自己发展的方向。最后留下来的绝大部分同学都会继续读研深造，向着他们心中神圣的物理殿堂继续努力。实践表明，物理学专业的学生物理基础打得非常坚实，为将来的继续深造做好了准备，即将毕业的学生将有部分保送到中国科学院及各大高校，其余的同学也成为了本校硕士生导师争抢的对象。物理学专业的培养是成功的，并且也已经成为重庆大学的一个优势特色专业，它将为全国培养和输送更多、更好的物理方面人才。

基金项目：重庆大学人才引进科研启动基金（0903005104675）资助

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一、食品工程原理课程设计学时分配

二、食品工程原理课程设计题目

项目一：食品加工单元操作的计算。根据不同食品生产工艺，进行分组，对不同食品加工单元操作典型设备进行设计计算。

项目二：牛奶列管式换热器的设计。在灭菌后牛奶的冷却过程中，随着温度、压力参数变化以及冷却水温度变化，设计一台列管式换热器，完成相应生产任务。

三、食品工程原理课程设计指导

在课程设计过程，对项目一，指导教师收集食品生产企业工程实例作为课程设计题目，每2～3个学生是单独的题目，由于这些实际问题，涉及到食品生产中关键或者特殊的设备，所以每组学生都有很高的学习兴趣，学生通过查阅资料和相关工程手册，结合食品工程原理每个单元操作的原理每组学生能够独立完成各自的设计任务。通过课程设计，每组学生的查阅资料的能力、计算能力、绘图能力以及综合运用所学知识的能力等都得到了充分的锻炼，这些训练和指导对学生将来毕业后，完成工程师相应技术工作，有很大的帮助。

四、食品工程原理课程设计考核

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关键词：优化内容；改革方法；寓学于乐

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中图分类号：TQ；G6420 文献标志码：A 文章编号：1005-2909(2012)04-0053-03

在当今科技高度发展、学科交叉进一步加强的时代，化学已经渗透到建筑、信息、材料、能源、机电、生命、环保等学科领域。大学化学是高校建筑类专业的公共基础课程，它在化学基本理论与工程具体实践之间搭起了一座桥梁。大学化学课程对优化学生的知识结构，培养学生用化学的观点分析、认识科学技术和社会实际中的化学问题，对把学生培养成为厚基础、宽口径、强能力、高素质的创新人才有着重大的现实意义。

一、围绕专业需求，安排教学内容

大学化学是建筑类专业学生大学期间唯一一门化学类课程，具有相对的独立性和完整性。教师在讲授大学化学时，经常会犯“讲得过多”和“讲得过少”两类错误［1］。所谓“讲得过多”是指教师系统地介绍现代化学的所有内容，力图追求化学理论知识的完善；而“讲得过少”则是指教师只罗列一些与化学有关的热点问题和案例，基本不阐述化学的基础原理和规律。实践证明，“讲得过多”和“讲得过少”都不利于理论与实际的结合，不利于建筑类专业学生创新能力的培养。

因此，要针对建筑类专业的实际需要［2］，合理安排教学内容，需要对教学内容进行适当删减、强化、增加。删减、回避过细的化学计算和复杂的化学公式；强化水化学、胶体化学、材料化学等建筑领域中所必需的化学基础知识的教学，使学生能运用化学理论、观点和方法审视环境、能源、材料等社会热点论题；增加化学学习与专业应用之间的联系以及化学在工程实践应用中新成果。如华中科技大学针对建筑类专业学生的特点，在电化学原理部分的教学中，增加了阳极氧化和电解抛光知识。从电化学的角度出发，介绍了阳极氧化和电解抛光原理以及电解液的选用，分析和讨论这两种工艺的应用及其优缺点，让学生理解化学知识与专业实际息息相关，与工程技术紧密联系，并能学以致用。

二、改革教学方法，贯彻启发式学习理念

培养学生创新思维是教育的关键，而创新源于兴趣、起于自主、发于尝试。传统“教师中心论”的教学模式，教师处于完全的主导地位，在课堂上只向学生灌输知识，而不注意把握学生的心理，这与创新格格不入。因此要改革教学方法，贯彻启发式学习理念，充分调动学生学习的积极性。

（一）理论讲授要精心设计，遵循学生认知思路，突出以学生为中心的教学模式

教学活动是学生在教师的指导下进行的有目的、有计划的学习活动。化学基本原理中大量公式的教学，应当是在教师引导下训练学生有意识地进行抽象逻辑思维活动。教师要设计一系列问题，并留出学生积极思考的时间，通过师生间的讨论和交流，使学生主动得出结论。如在讲授化学热力学中化学反应方向的判断时，教师可以设计下列的教学程序。

首先，在压力为标准态和温度为298.15 K时，判断标准是ΔrGθm(298.15 K)，它可以由参与反应的各个物质的ΔfGθm(298.15 K)而计算出来，这一点学生都清楚。其次，教师引导学生思考“若压力仍是标准态，但温度不是298.15 K，该怎么办？”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)与温度无关，提醒学生可以用吉—亥公式求解。然后，进一步发问：“若压力不是标准态，温度也不是298.15 K，该怎么办？”此时提示学生利用热力学等温方程式中的ΔrGm与ΔrGθm的关系，将非标准状态化为标准状态，从而求解。

通过学生和教师间的这种互动、提问、设疑、解答，学生在自觉、主动、多层次的参与过程中不但学会了复杂的化学反应原理，而且也掌握了分析问题、解决问题的科学方法。

（二）应用部分要勇于放手，让学生走向讲台

教育的关键是使学生具备将所学知识应用于实际的能力。化学应用部分的目的正是培养学生利用所学的化学原理分析、解决工程实际问题的能力。在学生课后自学和相互讨论的基础上，学生和教师换位，由学生讲解该部分内容，对专业中遇到的实际问题，如金属腐蚀的防护与利用上升到化学原理加以分析，论述自己的观点。学生为了讲解清楚课堂内容必须认真预习，做好充分的准备。因此，他们在主动获取知识的同时，无形中提高了对这门课程的学习积极性。

（三）改革考试方法，以课程论文、实验设计代替闭卷考试

学生学学化学的基本原理和方法的目的不是为了成为化学家，而是具备基本的化学素养的化学思维，能以化学的眼光、角度、世界观分析和解决工程实际中遇到的化学问题。若通过做习题来检测学生的学习效果，不管是开卷或闭卷的考核形式都没有意义。相反，布置课程论文，让学生在查阅资料的基础上，对一些典型案例抽象化，建立理论模型，再用课堂上所用的原理进行分析，提出自己的见解；或者要求学生运用化学基本原理，结合专业特点，对自己感兴趣的内容自行构思、自拟方案，完成一个综合实验设计，并通过实验验证。这两种方式表面上不直接考察学生理论知识，实际上考察他们运用理论知识解决实际问题的能力是更深层次的要求［4］。

实践证明，布置论文或综合实验设计的考核方式行之有效，很多学生写出了较高质量的论文，大学化学实验设计也深受学生欢迎，真正达到了培养学生创新能力的目的。

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关键词：人工冻结；水热力耦合；富水地层；地铁隧道

中图分类号：TU445

文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2016）04-0027-06

近年来，随着我国经济的迅猛发展，城市规模不断扩大，人工冻结法施工技术在一些困难地层、复杂地下结构施工中得到了广泛的应用，与其他工法相比，具有很多独特优点和可靠性。

1940年，前苏联学者B.H.Bey hopr首先研究了土中的冰对冻土力学性质的影响；H.A.UBITOBHч揭示了冻土中存在未冻水的事实，并说明了未冻水含量直接与负温条件有关。H.A.TюTюHOB（1947）在他的博士论文中肯定了不只是正冻土中有水分迁移。H.A.ЦbITOBич和C.c.BядOB于1955年解释了冻土流变为随时间变化的一个物理过程。HarLan R.L（1973），Taylor C.S.等提出了饱和正冻土水热耦合模型；Hopke s.w.（1980）第一个考虑外载作用的冻胀模型；2001年李洪升等提出了土体在冻结过程中水热力三场耦合一般数学模型；文献[6]等通过冻结模型试验获得了冻结温度场、水分场和冻结应力场的特征。

广州地铁六号线大坦沙站至如意坊站区间暗挖段隧道冻结加固工程位于大坦沙站侧，为与车站对接段隧道，为双线矩形断面。对接段隧道长度约为13米、高7.45米、宽12米；埋深距地面仅4.43米。原设计采用明挖法施工，因施工段中部地面上有广茂铁路客运线穿过，同时，隧道与车站对接段有近10米的长度在5号线地铁车站的正下方，地下污水、雨水等管线交叉穿梭。受此影响，现阶段不方便组织明挖法施工。现采用水平冻结孔冻结加固土体，矿山暗挖法施工。为此，本论文对水平冻结法施工广州地铁超大断面隧道进行了技术研究。

1.人冻结水热力多场耦合力学模型

1.1基本假定

假设土体为均质连续、各向同性的粘弹塑性材料。研究的土于地下水位以下，认为土体是饱和的多孔介质材料，并忽略气相迁移；水分迁移主要是由温度梯度引起的，无溶质迁移；在饱和土中除冻结管提供的热源外，没有其它热源或热汇。假设水和土的热动态平衡是瞬时发生的，即土粒骨架和周围流动的水具有相同的温度。

1.3人工冻土屈服面本构模型

西源模型能反映材料的粘弹塑性质，本文以西源模型为基础，对其中的粘塑性项进行改进，以适用于冻土的复杂变形性质。根据人工冻土室内试验分析提出了一个新的适合冻土的粘弹塑性本构模型，如图1所示。

2.水平冻结方案

2.1工程地质及水文地质概况

根据勘察资料，本区段场地较平坦，起伏不大，砂层分布广泛，厚度较大，地下水丰富，暗挖隧道埋深较浅，隧道结构范围内主要为淤泥质粉细砂层，结构下部为粉质粘土层，结构上部为人工填土。地下水水位埋藏较浅，稳定水位埋深为0.00～4.80m。冻结加固范围内土层主要为淤泥质粉细砂。

2.2水平冻结设计方案

考虑本工程的特殊性和安全要求，冻结帷幕设计厚度为2.0m，平均温度不高于-10°C，采用水平冻结，侧墙和顶部单排冻结孔，底板双排冻结孔，暗挖段端头用双排垂直孔封堵，冻结管规格为ω108×8的20#低碳钢无缝钢管。冻结孔成孔间距控制在1.3m以内（底部双排孔控制间距不大于1.6m），总冻结孔个数为120个，测温孔10个，卸压孔8个。设计最低盐水-温度为-28～-30～C，冻结7天盐水温度达一20%以下，单孔盐水流量5～7m3/h。根据本工程超大断面的特性，采取分区开挖，中间部位水平冻结孔先开机冻结，垂直冻结孔及两侧冻结孔延后10-15天开机冻结。冻结施工过程中为减小对上部既有结构的影响，冻结施工前应通过上部卸压（注浆）孔XTl～XTl3对5号线车站下方、暗挖通道上方土体进行卸压，压力不易卸除时可通过泥浆循环将泥土带出，以减少冻结期间冻胀对上部站台结构的破坏作用。开挖期间根据地面沉降情况对上部卸压（注浆）孔XTl～XTl3进行适当注浆，开挖结束后根据地层沉降情况对上部卸压（注浆）孔XTl～XTl3和通道内预埋注浆管进行注浆。冻结孔和测温孔平面布置和立面布置如图2所示。

3.冻结过程水热力耦合分析

3.1计算参数

由于工程影响范围不大，假设工程所在位置计算范围内各地层均水平分布。冻结加固范围内土层主要为淤泥质粉细砂，根据冻土实验报告，取土层对应的物理参数。计算时，冻结前初始地温和空气温度取25°C，空气对流系数为5.0W/m2・℃，结冰温度取-0.6℃，-10%时冻土强度指标取抗压6.4MPa，抗折3.0MPa，抗剪5.5MPa，冻土的弹性模量和泊松比分别取210MPa和0.23。模型材料的计算参数如表1所示，盐水温度降温计划如表2所示。

3.2计算结果及分析

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论文摘要：介绍了超声降解水体中有机污染物的降解机理。从超声的系统因素包括频率和声强；化学因素包括溶解气体、pH值、反应温度等的多个方面介绍了影响降解效率的因素。  

超声波是一种高频机械波，具有波长较短，能量集中的特点，它的应用主要是按照能量大，沿直线传播这两个特点展开的。20世纪90年代初，国外等一些学者开始研究超声降解水中有机污染物。超声波技术具有简便、高效、无污染或少污染的特点，是近年来发展的一项新型水处理技术。它集高级氧化、热解、超临界氧化等技术于一体，且降解速度快、能将水体中有害有机物转变成CO2 、H2O、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物，因而在处理难生物降解有机污染物方面具有显着的优越性。  

1. 基本理论和机理  

在空化效应作用下，有机物的降解过程可以通过高温分解或自由基反应两种历程进行。  

1.1 空化理论  

超声波在介质中的传播过程中存在着一个正负压强的交变周期。在正压相位时,超声波对介质分子挤压，增大了液体介质原来的密度；而在负压相位时，介质的密度则减小。当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，在负压区内介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离,液体介质就会发生断裂，形成微泡，微泡进一步长大成为空化气泡。在紧接着的压缩过程中，这些空化气泡被压缩，其体积缩小，有的甚至完全消失。当脱出共振相位时，空化气泡就不再稳定了，这时空化气泡内的压强已不能支撑其自身的大小，即开始溃陷或消失，这一过程称为空化作用，或孔蚀作用。  

由于空化作用所引起的反应条件的变化，导致了化学反应的热力学变化，使化学反应的速度和产率得以提高。  

1.2 自由基理论  

在超声空化产生的局部高温、高压环境下，水被分解产生H和OH自由基：  

H2O →HO•+ H•  

H•+ H•→H2  

HO• + HO•→H2O2  

H•+HO•→H2O  

另外溶解在溶液中的空气(N2和O2)也可以发生自由基裂解反应产生N和O自由基：  

N2→2N•  

N•+HO•→NO+ H•  

NO + HO•→HNO3  

   影响超声降解的主要因素  

影响超声降解的主要因素包括溶解气体、pH值、反应温度、超声功率强度和超声波频率等。  1 溶解气体  

溶解气体的存在可提供空化核、稳定空化效果、降低空化阈，对超声降解速率和降解程度的影响主要有两个方面的原因：(1)溶解气体对空化气泡的性质和空化强度有重要的影响；(2) 溶解气体如N2O2产生的自由基也参与降解反应过程，因此，影响反应机理和降解反应的热力学和动力学行为。  2 pH值  

对于有机酸碱性物质的超声降解，溶液pH值具有较大影响。当溶液pH值较小时，有机物质在水溶液中以分子形式存在为主，容易接近空化泡的气液界面，并可以蒸发进入空化泡内，在空化泡内直接热解；同时又可以在空化泡的气液界面上和本体溶液中同空化产生的自由基发生氧化反应，降解效率高。当溶液pH值较大时,有机物质发生电离以离子形式存在于溶液中，不能蒸发进入空化泡内，只能在空化泡的气液界面上和本体溶液中同自由基发生氧化反应，降解效率较低超声降解发生在空化核内或空化气泡的气-液界面处，离子不易接近气-液界面，很难进入空化泡内，因此，溶液的pH值调节应尽量有利于有机物以中性分子的形态存在并易于挥发进入气泡核内部。 3 温度  

温度对超声空化的强度和动力学过程具有非常重要的影响，从而造成超声降解的速率和程度的变化。不同温度下，实验表明温度提高有利于加快反应速度，但超声诱导降解主要是由于空化效应而引起的反应，温度过高时，在声波负压半周期内会使水沸腾而减小空化产生的高压，同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高温，因而降低降解效率。一般声化学效率随温度的升高呈指数下降，因此，低温(小于20℃)较为有利于超声降解实验,一般都在室温下进行。多数研究也表明，溶液温度低对超声降解有利。  4 超声波频率  

研究表明，并非频率越高降解效果越好。超声频率与有机污染物的降解机理有关，以自由基为主的降解反应存在一个最佳频率；以热解为主的降解反应，当超声声强大于空化阈值时，随着频率的增大，声解效率增大。

2.5 超声功率强度  

超声功率强度是指单位声发射端面积在单位时间内辐射至反应系统中的总声能，一般以单位辐照面积上的功率来衡量。一般来说，超声功率强度越大越有利于降解反应，但过大时又会使空化气泡产生屏蔽，可利用超声功率强度能量减少，降解速度下降。  

   结语  

超声处理是一个极其复杂的过程。不同物化性质的有机污染物，因降解机理不同，超声降解的效果也存在差异。利用超声空化技术，只有针对具体的有机污染物，优化反应操作条件才能获得最佳的超声降解效果。今后有关超声空化技术的研究方向是，针对实际多组分难降解物系在降解机理、物质平衡、反应动力学、反应器设计放大等方面进行深入的研究，使其最终成为一种适用、高效和低成本的水处理技术。  

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