時間：2022-06-21 22:38:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇熱力學教學，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
熱力學統計物理學、電動力學、理論力學和量子力學是物理學專業四大理論課程，但是對于大部分學生來講，他們除了對理論力學稍感興趣外，對其他三大理論課都是從心理上帶著恐懼的，覺得特別難理解。熱力學和統計物理學是關于熱現象理論的兩個組成部分：熱力學為宏觀理論，而統計物理學則是微觀理論。熱力學和統計物理學與其他三門理論課之間有著緊密的聯系，學好熱力學和統計物理學掌握其學習方法及思維方式對于學習其他相關學科有著非常重要的意義。本文就是以自身教學實踐為出發點，分析了在熱力學統計物理學教學過程中遇到的問題，并且提出了自己的建議及解決問題的方法。
一、教學中遇到的問題
1.學生學習興趣不足
熱力學統計物理學在該校是在物理學本科專業大三的第一個學期開設的，對于這個時間段的大學生來講，他們已經開始對畢業后自己的去向進行思考。在考慮就業壓力及自身條件和家庭因素后，絕大部分學生選擇的是畢業后就業，而只有少數學生選擇繼續考研究生。那些已經決定畢業后就業的大部分學生提不起對熱力學統計物理學的興趣，這門課也不足以引起他們足夠的重視，在他們看來，畢業后他們不會再用到它，再加上這門課程相對于大學物理這種基礎課有一定的難度，他們從心理上不愿意把時間用在與自己認為跟未來就業無關的課程上。其次是現在的“90后”大學生大多數為獨生子女，心理依賴性強，除了少數打算考研的學生會在課前預習和課堂上做筆記外，大部分學生很少動筆。所以，如何激發學生學習熱情，發揮其主動性是教師應該首要解決的問題。
2.數學基礎薄弱
熱力學和統計物理學這門課程中大部分用到高等數學中的知識，例如，某些復雜的積分要用到換元法或者是分步積分法，某些問題中要用到泰勒展開式，但是有些學生數學知識掌握不牢固，不能靈活地運用數學工具來解決熱力學統計物理學中遇到的問題。
3.物理概念不清晰
熱力學研究的是由大量微觀粒子（分子或其他粒子）組成的宏觀物質系統。同時熱力學中某些知識點與高中時期講過的熱學部分知識點重合，所以大部分學生覺得理解起來相對容易些。而統計物理學理論是對物質的微觀結構作出某些假設之后，應用統計物理學理論求得具體物質的特性，并且闡明產生這些特性的微觀機理。大部分學生對物理概念理解不清晰、不透徹，比如，由大量全同近獨立粒子組成的系統，粒子的微觀狀態數對于玻爾茲曼系統、玻色系統和費米系統的不同。
二、對熱力學統計物理學教學方法提出的幾點建議
1.教師應熟悉教材，深入研究
教師應該熟悉自己所教課程的教材，概念清晰，公式推導完整。并且應該在課下多看些關于熱力學統計物理學方面的其他資料及網上的影像講課視頻，檢查自身不足，深入研究，不能如蜻蜓點水般膚淺地理解知識點。
2.改變傳統教學模式，提高學生主動性
現在的大學生已經不喜歡滿堂灌、填鴨式的教學模式，所以教師應該適當調整自身的講課方式，比如，可以將傳統的板書和多媒體結合，一些重要的公式推導用板書細致講解，一些比較容易理解的概念可以用幻燈放映帶過即可，沒必要在學生已經熟悉的簡單的知識點上做冗長的陳述。另外對于師范類學生可以鼓勵他們自己課下準備教案課件，一個學期抽出適當的課時給學生，讓他們走上講臺。這樣既鍛煉了他們的心理素質，為他們日后做教師這一工作積累一定的經驗。同時也激發了他們自身學習的積極性，他們必然會在課下認真看書，遇到困難會查閱相關資料或者與其他同學討論，這也是對他們自主學習能力的一種很好的鍛煉。
3.注重理論的應用及知識間的融會貫通
熱力學統計物理學教師不應該只是為了完成教學任務在規定時間里將一本教材的理論知識原封不動地講給學生，而是清楚知識之間的融會貫通，靈活運用已知的知識來引出未知的知識點。比如，在介紹均勻物質的熱力學性質一節中麥克斯韋關系及四個基本方程時，可以將熵（S）、壓強（P）、溫度（T）及體積（V）分別用英文單詞sun（太陽），peak（山峰），tree（樹）及valley（山谷）表示，然后繪出一個圓（圓的上端為S，下端為T，左端為P，右端為V，箭頭方向為從上到下，從左到右），可以用一個英文句子來記憶箭頭的方向：The Sun is pouring down his rays upon the Tree，and the brook is flowing from the Peak to the Valley，然后利用基本方程及麥氏關系的記憶方法就可以輕松地掌握這兩部分知識，這樣既建立了英語與熱力學統計物理學之間的聯系，又激發了學生的學習興趣。同時教師應該注意熱力學統計物理學理論知識與實踐應用之間的聯系，比如，熱力學熵的概念，完全可以將其拓展，有生物熵、信息熵、農業熵，還可以涉及熵與能量品質及社會的關系。
綜上所述，提高教師自身素質，改變傳統教學模式，激發學生學習主動性，注重理論與實踐和熱力學統計物理學課程與其他學科之間的聯系，相信學生會對該課程更感興趣，并且會提高分析、解決問題的能力。
參考文獻：
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[2]林宗涵.熱力學與統計物理學[M].北京大學出版社，2007.
[3]汪志誠.熱力學與統計物理[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.
工程熱力學課程的特點是理論性強、概念抽象，教學難度大。在缺少專業工程背景的情況下，學生在學習過程中普遍感覺較為困難，甚至茫然不知所云。如何使學生能夠較好地掌握教學內容及熱力學基本內容，是工程熱力學課程教學的根本所在。在多年的教學過程中，我們發現在課堂教學中，除了需要借助優美的PPT多媒體課件來展示熱力學過程，更需要激發學生學習熱力學的興趣，在引入一些工程實例的基礎上，激勵學生去思考，及時地與學生就教學內容進行討論，促進學生對知識點的掌握和領悟。與常規教學方法相比，課堂教學不再是文字、公式的羅列，PPT動畫的簡單演示，而是把教學的核心放在啟迪學生對熱力學概念、原理的思考及把握上，使學生在學習課程內容的同時，熟悉熱力學的系統內容、章節間的邏輯關系、基本原理等，形成對熱力學的一種系統的總體的認識和把握，而不是零散地去背誦記憶一些片段。通過這種激勵啟發式的教學，使學生做到理論和實際工程案例的結合，從而使熱力學知識很好地固化在學生的大腦中，并且達到靈活應用的目的。激勵啟發式教學，需要教師在課堂教學前充分準備，精心設計課堂教學內容的每個環節，圍繞章節內容中的重點知識內容，設計問題及啟發實例，并完成課堂互動討論的教學組織，在此過程中需要教師飽含激情和較好的耐心，使學生在嚴肅活潑的氛圍中掌握熱力學的相關知識。
二、改進課堂教學PPT，增加工程實例
工程熱力學作為一門專業基礎課，與工程實際密切相關。在教學過程中，需要有很多的工程問題作為背景。以教科書為單一內容的PPT演示，并不能滿足課堂學生學習的需要。為了提高學生學習熱力學的興趣及深入掌握熱力學知識，迫切需要在傳統課件中加入工程實例，利用多媒體技術全面展示熱力學的工程應用，使學生在工程案例的演示中發現并體會工程熱力學的重要性及美感。通過工程案例的學習，使課堂教學內容圖文并茂，聲像結合，使學生在多方位、立體化地形成認知并達到對熱力學知識的理解、分析、記憶、掌握和應用。對于熱力學工程案例，我們選取了真空做功、制冷循環，內燃機等工程機械作為實例，進行詳細分析和講授。工程案例的引入，將實際生活中與熱力學相關的問題引入到教學中，用所學知識來解釋工程問題，在講解中讓學生明白熱力學知識可以解決本專業涉及的實際專業問題，從而實現“從理論中來，到實踐中去”，實現對創新型人才的培養。
三、將工程熱力學的學習融入大學生創新項目中
在創新型人才培養中，需要提升學生運用基礎理論進行學術研究的能力和具有工程應用背景的有關開發、設計的能力。大學生創新項目的實施，有利于促進高校培養具有創新意識和能力的新型人才，促進高校探索并建立以科研活動為中心的教學模式，倡導以學生為主體的本科人才培養和研究性學習教學改革，充分調動學生主動學習的積極性、創新思維和創新意識，同時在項目實施中使學生逐漸掌握思考問題、解決問題的能力。結合大學生創新項目，結合建筑環境與能源應用工程的專業特點，在指導學生大創項目時，將熱力學第一定律、熱力學第二定律和卡諾定律應用其中，使學生明白能源利用的守恒性，以及如何提高熱力循環的效率，減少不可逆損失，這些都成為學生應用所學知識來解決實際問題的一種鍛煉。學生在科研項目中，深化了對熱力學知識的認識，同時提高了自己思考問題、解決問題的能力。同時，鼓勵學生積極參加各類挑戰杯、建筑節能比賽、機械創新設計大賽等，通過這些競賽活動進一步提升自己的創新能力。
四、改進課后作業完成形式，增加分析報告
工程熱力學課程是一門實踐性很強的課程，其中很多理論已用于工業過程。因此，在課后作業中，需要對傳統布置練習題來檢驗教學成果的方式進行改進，增加一些實際工業循環的實例，讓學生通過分析其所應用的原理，提交分析報告，并指出該工業過程效率提高的方式和途徑，以這樣的方式來激發學生學習的興趣，提高學生理論聯系實際的能力。同時，精選一些課后習題，通過詳解的方式，激發學生的創新意識和解決問題的能力，進一步促進創新型人才的培養。創新是實現社會持續不斷向前發展的原動力，也是培養和造就一大批素質過硬、勇于創新的新世紀人才，保證國家高速發展的有力保障。創新能力的培養來自于理論和課堂，更在于理論和課堂之外的親身體會和具體的實踐操作。
本文從工程熱力學教學與工程實例結合，與科研活動結合，改進課堂教學組織模式和課后作業完成形式等方面，探討了以培養創新型人才為目標下的工程熱力學教學改革與實踐，希望能夠進一步提高工程熱力學的教學質量和效果。
作者:高蓬輝 張東海 王義江 黃 煒 單位:中國礦業大學力學與建筑工程學院建筑環境與能源應用工程系
參考文獻：
[1]岳丹婷,呂欣榮,李青.深化熱工教學改革加強學生創新能力培養[J].2002,(4):86-88.
[2]譚羽非.突出專業特點改革工程熱力學課程教學的研究與實踐[J].高等建筑教育,2004,(13):39-43.
1著重緒論講述、激發學習興趣
經過幾年的實踐教學、不斷探討，重新設計《化工熱力學》課程緒論講述，首先向同學們提問什么是化工熱力學，問題提出之后就介紹化工熱力學實際是包含化工過程和單元操作和熱力學兩方面，其本質就是介紹化工過程的能量利用和節能減排，這樣介紹之后，同學們大致明白了該門課程的研究對象和內容。對于化工過程與單元操作，同學們已經通過化工原理和化工工藝學或精細化工工藝學的學習有了初步了解，并不陌生，拉近了同學們與這門課程的距離，為了進一步激發同學們學習興趣，解答其疑惑，就需要拋出第二個問題化工熱力學與物理化學的區別，這個時候要充分調動同學們討論物理化學學習的內容，同學們通過討論意識到物理化學基本學習的是理想氣體和理想液體的熱力學，對于真實氣體和液體的介紹比較少。通過這樣的討論之后，老師再向同學們介紹化工熱力學實際上就是解決實際氣體和液體的熱力學問題。從課程目標上來看，大多數同學將來都是化工方面的科技工作者，這從另一個方面提高了同學們學習該門課程的使命感和責任感。通過這樣的講解，取得了比較滿意的教學效果，同學們既對該門課程有了初步認識，同學們覺得思路清晰，一環套一環，基本避免了空洞說教。
2注重章節橫向聯系、提煉章節要點
化工熱力學內容較多，而教學時間有限，這就要求教師要打破傳統的授課體系，注重各章節知識的橫向聯系，深入對教學內容加以研究，挖掘教學內容深層次內涵，將書本上的內容提煉出來講給學生聽。比如在講述偏離函數的時候，要把偏離函數和狀態方程以及對比態原理、常用熱力學基礎數據結合起來，推導合適狀態方程下的偏離函數，并求取常數值，指導和鼓勵學生們用臨界溫度和臨界壓力，對比溫度和對比壓力，偏心因子和基礎數據估算熱力學過程。這樣整個課程通過偏離函數就可以形成有機統一。對于課程中的封閉系統和敞開系統，同學們在物理化學中并沒有太多深刻認識，在課堂上我拋出化工工藝學中的氨合成，這樣的問題使同學們感受到課程間的相互銜接。對于氨的合成，同學們都知道N2+3H2→2NH3，在反應平衡之前，組成都在發生變化，在反應之前和反應平衡之后，組成都是不變的，這幾個狀態下系統的研究和學習，有助于同學們對化學反應的整個過程的熱力學性質的計算，包括均相封閉系統和均相敞開系統的聯系與區別。
3多媒體教學和互動教學結合
多媒體教學是現代化教學手段，靈活有效使用多媒體教學可以使抽象的概念具體化，提高教學的有效性，在教學過程中，由于教學內容過多，如果采取大量板書教學，勢必會影響教學進度，同時該門課程要向同學們展示大量化工設備圖片，必須要采用多媒體教學。大學教學必須要師生互動，而師生互動教學的關鍵在于教師的提問，所以要設計多層次多方面適合教學內容的問題，問題設計有難有易，可以促進整個班上不同層次的學生的思考，問題都設計的簡單，學的較好的同學就會無所事事，問題都設計的難，跟不上節奏的學生會一臉茫然失去學習興趣，好的問題可以幫助同學們從多層次多角度思考問題，化工熱力學的精髓實際就是能量利用和節能減排的時候，同學們對于能量利用還有基本的認識，因為在物理化學里面就談到了反應的方向和限度。但是對于節能減排，卻沒有深刻認識。結合國家目前大力致力于關轉停高耗能和高污染企業，并提倡綠色工業和綠色居住，同學們了解到能量利用和節能減排已經上升到國家戰略高度。對于能量利用，要有實例，比如向大家介紹1摩爾水在氣化完之后是水在液態的時候體積的1603倍，而體積增大正好做工，正是因為如此，蒸汽機才能帶動火車，實現第一次工業革命?；诖?，激發同學們想到汽油作為工質做工，讓汽車跑的更快，讓飛機飛的更遠，讓輪船遨游大洋。舉一反三，這些都是同學們在日常生活中時時碰到，原來能量利用是如此重要。正是因為能源的普遍利用，國內自然環境正經歷倫敦霧都在第一次工業革命的陣痛，節能減排和能量合理利用就尤為重要。
談節能減排和能量合理利用很重要，這是同學們必須要慢慢接受的觀點，要深入大腦，案例很重要。比如說煤礦的使用帶來了大量粉塵和大量排放和地質危害，所以國內正在大力開發煤制油的技術以及更清潔的原料天然氣。而石油的地下存量已經在減少，大慶油田已經進入老年，這也告訴同學們石油和煤礦，天然氣這些能源都是不可再生，總有用完的一天，同時這些不可再生的能源都有一個害處，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，同學們普遍感興趣，而且也是科技工作者共同的難題。這個時候我會在適當時候拋出水制氫這樣一個最簡單的課題，作為老師是知道現在很多研究小組都在研究水制氫的課題，也是科技界的熱點和難點。但是對于同學們而言，同學們會認為這是一個多么簡單的問題，只要電解就可以實現。
我的問題是，當全球不可再生能源枯竭，而清潔能源風能和水能不夠用的時候怎么辦？需要解決的難題是怎么樣實現用2度電制備得到的氫氣實現的能量超過2度電，比如說3度電，那么這將就是一個全球能源的革命。同學們歡喜鼓舞，有同學馬上發現問題了，用2度電的能量生成的氫氣能轉化為3度電，這不可能，不符合熱力學第一定律，能量守恒。這個時候，說實話，我滿心鼓舞，因為同學們進入角色了，對這樣的有建設性的問題要在全班討論，怎么辦？然后我告訴大家，可以采用太陽能，如果實現了水在太陽下就可以電解為氫氣，顯然這就實現了能量守恒，而且氫氣燃燒之后是水，全球就有了可大量再生能源，而且能源清潔，燃燒之后沒有對環境產生影響。這樣的問題進行討論之后，同學們對新能源和熱力學第一定律有了深刻印象，也讓同學們真正認識到能量合理利用和節能減排的重要性。
通過案例的介紹和問題的設置，同學們的討論，在筆者的引導下，同學們運用所學的知識得到如下結論：(1)現在地球能源大部分都是不可再生能源，除了風能和水能；(2)要學好知識，找到更好的替代能源，并且要注意節能減排。當然這些問題里面還有些知識點是沒有結論的，這些沒有結論的局部知識點可以讓同學們下去思考，使得課堂教學和課外教學有機結合。
作者：王治國 何培新 單位：湖北大學化學化工學院
關鍵詞：工程熱力學；實驗教學；教學改革
作者簡介：江海斌（1975-），男，浙江溫嶺人，嘉興學院建筑工程學院，實驗師；吳曉艷（1980-），女，山東萊西人，嘉興學院建筑工程學院，講師。（浙江 嘉興 314001）
中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0152-02
當前就業形勢較為嚴峻，就業市場競爭很激烈，用人單位對大學生的素質要求越來越高，導致越來越注重學生的理論與實踐相結合的綜合能力。[1]嘉興學院作為一所應用型本科院校，其教育是以培養高級應用本科人才為目標，這既不同于以側重研究能力培養為目標的重點高校本科生教育，又與以單純的技能培養為目標的高職院校教育有所區別，而是在強調基本理論知識重要性的同時，加強知識的應用和基本技能的培養。
“工程熱力學”課程是工科熱能動力類專業的一門重要的專業基礎課，其實驗教學作為理論聯系實際的主要環節，是實踐教學的重要內容，是學生鞏固和深化理解理論知識的重要途徑，也是學生掌握基本實驗方法，養成實事求是、嚴謹的科學作風的重要途徑。[2，3]因此，為適應人才培養的要求，應重視工程熱力學的實驗教學，積極探索和改革該課程的實驗教學。
一、以往工程熱力學實驗教學中存在的問題
1.對實驗課程重視不夠
在中學階段，很多初、高中學校為了提高學校的升學率，對理論課的重視程度遠遠超過實踐課程，往往將實驗課占用來上理論課，無形中使學生養成了重理論輕實踐的習慣。進入大學后，學生本應該充分發揮自己的想象力和創新力，利用學到的知識，驗證、設計和創新各種實驗。然而受錯誤習慣的影響，很多學生輕視教學實驗，認為實驗課可上可不上，認為實驗教學的作用最多只是幫助了解理論知識。也有一些教師對實驗課程的重要性認識不足，特別是對驗證型實驗，認為在指導書上已經有了實驗結果，只要記住結果就行，做不做以及如何做對學生掌握知識幫助不大。
2.實驗教學內容不合理
“工程熱力學”課程是一門專業基礎課，理論概念復雜，公式繁多，要掌握這些概念與公式，非常需要通過實驗來加深理解和鞏固，但在教學過程中，該課程的實驗課時設置較少，實驗教學內容不合理。以嘉興學院為例，設置了氣體定壓比熱測定、二氧化碳臨界狀態觀測及P-V-T關系測定以及噴管實驗等三個實驗，共六個課時，實驗的課時數較少，涉及的知識點較少，不能涵蓋本課程的重點內容，并且這些實驗大多是驗證性實驗，實驗結論在相關資料中就能查到，不能充分激發學生探索創新的興趣。
3.實驗教學方法不合理
實驗教學方法比較單調，實驗教學時教師通常先講解實驗目的和原理，介紹實驗設備以及實驗步驟和實驗過程中的注意事項，再演示實驗過程，然后再讓學生自己動手實驗。在此過程中，學生被動地學習、模仿教師做實驗，對實驗過程中出現的各種疑問沒有興趣，往往是人在心不在。[4]當他們動手做實驗時，還是不能獨立進行實驗，要么參考實驗指導書做，要么請教教師。對于實驗步驟只知道要如何做，不知道為什么要這樣做，所以實驗效果大打折扣，難以較快地提高學生的動手能力和創新能力。學生的實驗數據經常出現錯誤，卻不知道錯在什么地方，數據處理的方法也不夠科學嚴謹，而實驗報告也常有抄襲現象。
4.實驗考核方式不全面
“工程熱力學”課程的成績包括實驗成績和理論課成績，通常實驗成績只占該課程成績的20%左右。實驗成績通常由出勤紀律（10%）、實驗操作（50%）、實驗報告（40%）三部分組成。實驗成績占總成績的分值較低，使很多學生認為只要學好理論課就能使課程成績及格，甚至還可能拿到高分。由于過于強調實驗操作與實驗報告的重要性，學生在實驗過程中因怕實驗錯誤而被扣分，就會按部就班地按照教師講解的或指導書上的步驟進行，不思考、探索和創新；為獲得較好的實驗報告成績，個別同學抄襲其他學生的數據和問題討論，甚至修改實驗數據，以達到理論分析的預期結果。因此，現有的考核方式不能很好地促進學生的實踐能力和創新能力的培養。
二、工程熱力學實驗教學改革的探索
1.重視實驗教學
教師和學生都要將實驗教學環節作為工程熱力學教學中的重要環節來對待。實驗教學的效果取決于能否激發學生對實驗的強烈興趣，實驗教師和理論課教師需要認真細致地準備實驗的各個環節，正確引導學生動手做實驗。學生也要養成良好的實驗習慣，實驗前要預習實驗目的、實驗原理等，了解實驗裝置，以及查找相關資料，對本次實驗的目的、原理、如何設計和進行實驗以及可能得到的結果要有充分的認識。實驗時要專心致志，邊動手做邊思考問題。實驗結束時先整理和分析實驗數據，再清理實驗臺，發現實驗數據異常時能及時重做。做完實驗后，要認真填寫實驗報告，進行必要的探討和總結。對每個實驗都要總結出實驗成功之處和不足之處，使下次實驗能做到揚長避短，得到滿意的實驗效果。
2.改革實驗教學內容
原有工程熱力學實驗只有氣體定壓比熱測定、二氧化碳臨界狀態觀測及P-V-T關系測定以及噴管實驗三個實驗，實驗數量較少，實驗時間較短，僅有一個綜合型實驗。在實驗教學過程中發現，學生對實驗的積極性不高，對學生加深掌握理論知識的幫助不明顯。因此，需要增加實驗課時數，優化實驗教學內容，使實驗目的、內容能覆蓋重要知識點。實驗教學內容應主要改革以下兩方面：
一是增加一些設計型、綜合型的實驗項目。比如為加深對氣體熱力過程的理解，可以讓學生設計一個閉口系統的實驗，進行氣體的定容、定壓、定溫以及定熵等基本熱力過程，測量有關參數，掌握這些熱力工程的變化規律。還可以增加熱力學第一定律、熱力學第二定律、動力循環和制冷循環等重要知識點的設計型、綜合型實驗。
二是將原來驗證型實驗改成設計型實驗。比如將定壓比熱實驗中的測溫元件由溫度計改成熱電偶或熱電阻元件，將采集到的數據輸入到巡檢儀中，應用VC或VB語言編寫一個應用軟件，將巡檢儀上的測量數據輸入到電腦中并顯示這些數據，同時計算并顯示出空氣的定壓含濕量、質量流量、水蒸氣流量、水蒸氣吸收的熱量、干空氣的定壓比熱等值，且畫出比熱隨溫度變化的曲線。學生在該過程中加深了對實驗原理及方法的掌握，在學習中激發了學習興趣，并且學會了使用VC或VB語言來解決專業知識的有關問題，提高了自己學習和解決問題的能力。
3.改革實驗教學方法
（1）采用“啟發式”實驗教學，激發學生的發散性思維。不采用傳統的教師講解、演示實驗，然后學生進行實驗的方法，而是告訴學生實驗的目的和原理，讓學生自己探索合理的實驗方案和步驟。學生可以以小組為單位開討論會，根據實驗的目的和原理提出幾種實驗方案，比較各種方案的優缺點，然后確定最優方案，根據最優方案討論并確定實驗的步驟。在小組確定最優方案和步驟后，再在班級里進行討論，小組成員對教師和班級其他同學提出的問題進行解答，采納建設性的建議，進一步完善實驗方案和步驟。對于設計型實驗，還要先進行可行性論證，再進行方案設計和步驟設計。實驗過程中，學生是“主角”，自主進行討論和設計，教師是“配角”，只對整個過程進行監控，對學生遇到的困難問題進行啟發性指導。
（2）應用現代科學技術輔助實驗教學，使學生加深對相關理論和實驗知識的了解。主要采用以下兩種方法：
一是制作實驗視頻。將每次的實驗制作成視頻，實驗開始前播放相關視頻內容，指導學生進行實驗。視頻內容可以涉及安全教育和實驗注意事項、實驗內容、問題與解答以及實驗經驗與教訓等方面。安全教育和實驗注意事項主要包括實驗人身安全、設備安全和實驗的相關注意事項等內容，比如在二氧化碳臨界狀態觀測及P-V-T關系測定實驗中，要注意用電安全以防觸電、壓力的間隔為0.2～0.5MPa、加壓過程要緩慢進行，施加的壓力不得超過10MPa等內容。實驗內容可以包括實驗目的、原理、方案設計、步驟設計、實驗結果等，也可以是以往學長們的實驗內容，包括以往實驗過程中出現的問題、討論過程、問題的解答、實驗結果等，以及評價他們的實驗效果。最后將成功的實驗成果和失敗的實驗結果顯示出來，總結出經驗和教訓。
二是運用專業CFD軟件，對部分實驗進行數值模擬。工程熱力學實驗中氣體定壓比熱測定實驗、噴管實驗和定容、定壓、定溫以及定熵等基本熱力過程實驗等可以進行數值模擬。將數值模擬的初始參數設置成與實驗的參數相同后進行數值模擬，得出的模擬結果與實驗結果進行比較，以檢驗數值模擬方法的正確性。改變不同的初始參數，然后使用驗證后的數值模擬方法，可以方便地預測實驗結果，獲得比真實實驗更豐富的結果，比如可以用動畫形象地演示實驗過程，幫助學生理解實驗，還可以得到真實實驗難以得到的數據，比如溫度場、速度場、壓力場、流線等。使用CFD軟件進行數值模擬實驗拓寬了學生的知識面，學生既學會了軟件的使用，學到了研究問題的新方法，又初步掌握了專業理論知識的運用，加深了對專業理論和實驗知識的理解。
4.完善實驗考核方式
重視實驗考核，建立更科學的考核體系。提高實驗成績在“工程熱力學”課程成績中的比重，并實現實驗成績“一票否決”，也就是說如果實驗成績不合格，“工程熱力學”課程成績也不合格。實驗過程既是個人運用專業理論知識的過程，更是小組共同合作與創新的過程，因此以小組為單位進行考核比較合理。實驗考核成績由專業理論知識、實驗過程中的問題回答、實驗操作、實驗設計以及實驗創新、實驗報告等幾部分成績組成。實驗成績要充分體現學生的動手能力和創新能力等，這有利于激發學生的學習興趣、提高自己的能力。
三、結語
工程熱力學實驗是“工程熱力學”課程教學的重要組成部分，也是“工程熱力學”課程教學非常重要的實踐性環節。實驗教學應理論與實踐相結合，引導學生拓展知識面，充分激發學生的學習興趣，努力提高學生的動手能力和創新能力。培養學生養成實事求是、科學嚴謹的作風，提高獨立分析問題、解決問題的能力。實驗指導教師要完善知識結構，提高專業水平，轉變教學觀念，更新實驗教學內容，改革實驗教學方法和考核方式，切實提高實驗教學質量，培養適應社會需求的專業人才。
參考文獻：
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[2]崔磊，潘天泉，劉宏偉.工程熱力學實驗課程改革的探討[J].教育與職業，2011，（23）：169-170.
【關鍵詞】問題鏈；教學模式；工程熱力學；教學功能
工程熱力學是研究熱能和機械能相互轉換規律的一門學科，課程設計的內容面廣、概念抽象、晦澀難懂，相對一部分學生學習起來有一定困難[1]。工程熱力學課堂教學中，大部分教師采用的是“教師講，學生聽”的教學模式，這種傳統的教學模式在高校是普遍存在的。這種教學方法忽略了學生的“問”，從而導致學生缺失應有的存疑、批判、想象和創造的學習過程。長此以往，就存在教師“灌”，學生“收”的單一被動接受的弊端，這樣就是容易造成學生創新能力和解決實際問題的能力不足等問題，這往往與工程熱力學的課堂教學效果背道而馳。英國哲學家波普爾說：“科學知識的增長永遠始于問題，終于問題”[2]。那么，對于要講授的課堂教學內容，如何重新設計，形成若干個未知的教學問題，以問題為中心展開教學，讓問題貫通整個教學過程呢？筆者采用了問題鏈教學模式進行工程熱力學教學研究與實踐，并對各種不同的問題鏈加以運用。
1 問題鏈的教學模式
1.1 問題鏈教學模式的定義[3-4]
何謂問題？問題是一個障礙、一個有待完成的目標，即“問題=障礙+目標”。所謂“問題鏈”是教師根據課程教學目標，通過將教學內容進行提煉，并設計成一連串的問題，引導學生對課程知識點進行對比、分析、綜合和概括，問題鏈就是這些像鎖鏈一樣的問題集合，問題鏈就是圍繞某一個教學目標，開發出來的一連串層層深入的問題集合體。因此，開發出來的問題應該環環相扣、由淺入深，而且應該具有多元性、多角度，分層次等特點，問題的編制應宜粗不宜細，問題要少而精。問題鏈要能達到引導學生對舊知識點的回憶和重構，并對新知識點的探索和思考的目的，起到開發學生創造性思維的作用。
1.2 問題鏈的設計要求
問題鏈的設計不是隨機的，任意的，必須具有一定的邏輯順序，設計的問題鏈能方便教師引導學生。問題鏈的設計要求如下：
1）問題鏈應明確教學目標，突出本節課的重點、難點；
2）設計的問題鏈必須對學生有驅動性和啟發性；
3）問題鏈的設計需要具有層次性、遞變性、情境性、可行性；
4）問題鏈應具有趣味性、新穎性，能集中學生的注意力、激發學生的求知欲。
2 問題鏈教學模式的應用
“問題鏈”在功能和形式上多N多樣，其設計也因“問”而異。工程熱力學課程內容比較多、概念活，研究對象為氣體，根據工程熱力學教學環節，基于教學立意，圍繞教學中心，從而設計不同的問題鏈類型[5]。根據教學環節和教學立意設計，筆者在工程熱力學這門課設計的問題鏈主要有：引入性問題鏈、探索性問題鏈、情境性問題鏈、類推性問題鏈、總結性問題鏈等。
2.1 引入性問題鏈
傳統的引入性方法是直接從前一節內容開門見山引入本節教學內容，方法往往枯燥乏味。引入性問題鏈就是教師將舊知識點直接平滑連接到后續的知識點上，引導學生的注意力，喚醒學生找出問題答案的求知欲而設計的問題鏈。
講授水蒸氣的熱力性質時，教師可以以某一發電廠為出發點，引入教學內容，采用該教學模式實施課堂教學，具體教學設計如下：
問題1：同學們每天都用電，很多電都是由熱能轉變而來，那么你們知道熱能是如何轉變為電的嗎？
問題2：發電廠有哪些主要的熱力設備，各設備功能是什么樣的？這些熱力設備中的循環工作的工質是什么？這些工質是如何把熱能轉換成機械能發電的？
問題3：工質的熱力狀態發生了哪些變化，其變化過程中，工質發生了哪些基本的熱力過程？
在教學中，教師先拿出一個大家都熟悉的發電廠發電的話題，讓學生在開放的氛圍中展開思考；接著通過展示熱力發電廠的相關圖片或播放錄像，邊看邊向學生解釋燃煤發電廠工作過程；然后通過PPT向學生展示蒸汽動力裝置示意圖，如圖1所示。根據蒸汽動力裝置流程簡圖向學生介紹水蒸氣動力循環的系統組成、工作原理及循環在T-s圖和p-v圖上的表示方法。
2.2 探索性問題鏈
探索性問題鏈是設計一些具有探索性和趣味性的知識問題。這種教學方法能引導學生進行探索學習，同時能培養學生的創新能力和探索精神，探索性問題鏈能使學生從現象探索事物的本質。
在講授“濕空氣”時，教師先讓學生思考簡單的生活問題，由此提出探索性問題讓學生展開討論，通過教師對實例啟發性的分析，把枯燥的理論變成具體的實際問題。由此，教師設計如下問題鏈：
問題1：為什么陰雨天曬衣服不容易干，而晴天則容易干呢？
問題2：什么是濕空氣？什么是干空氣？如何理解水蒸氣的含量是變量這一問題？
問題3：未飽和濕空氣和飽和濕空氣有什么區別？水蒸氣的分壓力和溫度有何關系？由此得出什么結論？
教師通過生活實例，向學生解釋：“陰雨天環境空氣濕度大，空氣吸取水蒸氣的能力差，所以陰雨天曬的衣服不容易干。晴天則恰恰相反，所以容易干”。教師讓學生對濕空氣相關概念進行理解、探究，引導學生去分析。留有足夠時間和空間讓學生去思考分析，爭論探討，提煉拓寬，訓練學生思維的深刻性。
2.3 情境性問題鏈
情境性問題鏈就是教師設計或引入特定的生活情境，使學生產生一定的求知欲。精心設計的情境可以使學生從情境中挖掘出新知識點，從而幫助學生更好進入新知識點的學習。
為了讓學生掌握壓縮制冷循環這一知識點時，首先展示一幅錯誤安裝空調室內機和室外機的的圖片，如圖2所示。針對這一生活情境，設計如下問題鏈：
問題1：同學們來看一下這幅圖，圖中，室內機和室外機的安裝是否正確，為什么？那么這樣安裝會產生什么效果，為什么？
問題2，：壓縮機制冷循環的是如何實現房間制冷的？壓縮制冷循環的工作原理？各經歷了哪些循環過程？
問題3：如何利用P-V圖和T-s圖來表示壓縮機制冷循環過程？制冷系數如何確定？
教師利用這種貼近生活、富有吸引力的情境圖片，讓學生思考空調機安裝存在的問題；接著向學生解釋為什么該安裝方式不正確。根據制冷循環的原理，空調內機吸熱，外機放熱，二者理想是相等的，實際算上管線電路損耗什么的是放熱大于吸熱的，因此安裝該空調后產生的效果是房間只會越來越熱；然后通過圖3向學生解釋壓縮機制冷循環是如何實現房間制冷，其工作原理，具體的循環過程及壓縮機制冷循環的P-V圖和T-s圖，制冷系數的計算。教學方法是通過情景圖片演示、問題分析、問題探討，引導學生追蹤過程、發現規律、得出結論；從而到達使學生完全掌握這一知識點的目的。
2.4 類推性問題鏈
類推性問題鏈是指通過一類事物所具有的某種屬性推測出與其類似的事物屬性，由此所產生的一序列問題，此類問題鏈需要滿足條件是兩個問題或者現象具有一定的相似性。
在講述工程熱力學的熵增原理時，為了讓學生掌握熵增原理的概念，列舉了教材上一個實例，如圖4所示，由此設計了如下問題鏈：
問題1：將隔板抽去后，氣體將如何變化？若將A容器里面裝滿跳蚤，同樣將隔板抽去后，跳蚤將如何變化？
問題2：對于問題1和問題2，若達到平衡后，能否自動恢復以前狀態？這種現象說明什么問題？
問題3：熵增原理是什么？
為了讓學生掌握熱力學第二定律的熵增原理的方向性，教師引入貼近生活的跳蚤現象，利用熵增原理和跳蚤現象的類比，從而達到解釋自然過程的方向性，即一切過程的發生都是沿著熵增加的方向進行，自然的過程是不可逆的。上述問題鏈是通過類推等方法使學生掌握課堂知識，從而達到理解科學知識的作用。
2.5 結性問題鏈
總結性問題鏈是教師在課堂快要結束時，采用邏輯方法把知識點串聯起來從而形成知識系統的問題鏈。其目的是幫助學生總結知識和達到鞏固知識的目的。通過問題鏈的設計，能夠系統性歸納、總結那些分散和孤立的知識點，并對學生分散的知識進行了梳理，從而形成相互聯系的整體。
在復習理想氣體的熱力過程時，有的教師會按照教材的順序來復習概念、影響因素及其原因分析。而有經驗教師會通過總結性的問題鏈展現出來。
問題1：工程中存在哪些主要的熱力過程？
問題2：這幾個熱力過程各自有什么樣的特點，過程方程形式是什么？
問題3：熱力過程中的狀態參數p、v、T、？駐u、？駐h、？駐s和過程量Q、W分別是如何計算的，上述過程如何用p-v 、T-s圖表示？試著總結出多變過程原理。
上述的問題是依據總分總的形式策略歸納出理想氣體的熱力過程的內容的。這種問題鏈能激發學生歸納總結知識及發散學生的思維，教師經常設計總結性問題鏈能培養學生梳理知識、理解知識、歸納知識的學習習慣。
3 問題鏈教學模式的實施效果
問題鏈教學模式遵循“產生問題分析提出問題引申擴展提出新的問題分析解決問題”循環規律，以問題為中心，通過問題的層層遞進，將知識變為教學問題。問題鏈教學模式的核心是激發學生思維活動，教師如何設計問題鏈，直接影響到模式的教學的效率和質量。筆者改傳統的教學模式為問題鏈教學模式后，學生學習工程熱力學的主動性和積極性都有所加強，主動參與學習的人數也明顯增加。教學實踐證明，問題鏈教學模式值得在工科院校中應用和推廣。
【參考文獻】
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關鍵詞：化工熱力學 教學 課程質量
中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0213-01
化工熱力學是是化學工程一個重要的基礎學科，是工程與工藝等各類化工專業的必修課程。該課程把熱力學的基本原理應用于化工技術領域，結合表征實際體系特性的狀態方程、活動系數模型進行各種熱力學性質的計算。由于該課程相對于其他課程而言理論性強，概念多、公式多，學生往往覺得抽象不易掌握。大篇幅的公式推導也讓學生望而生畏[1-2]。
如何引導學生掌握本課程的基本原理、應用及實驗技能，了解學科發展動態，培養學習的嚴謹作風，也是本課程教學必須回答的問題。本文試從以下幾個方面進行改進，以期提高化工熱力學的教學質量。
1 理論聯系實際，激發學生學習興趣
對日常生活中一些常見的現象用專業的化工熱力學知識給予科學的解釋。這樣可以使學生感受到該課程對生活實踐的指導意義，從而激發學生的學習熱情和興趣，達到既掌握了化工熱力學的知識又培養了學生分析問題和解決問題能力的目的。
例如：冰箱的工作原理與空調是否相同？夏天打開冰箱門是否能當空調？空調與取暖器哪個更省電？將冰箱和空調的工作原理與第六章的制冷循環相聯系。為何從天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超臨界萃取技術？萃取劑為何常選CO2？在第二章PVT關系的應用當中著重介紹了超臨界萃取技術以及萃取劑的選擇[3-4]。在講到相關的理論知識時，適時的把這些學生感興趣的問題穿來，使理論知識不再那么枯燥。
比如說在講第六章熵增原理的時候，可以做適度的延伸，將熵增原理與宇宙的變化過程聯系起來?；艚餥5]在《時間的方向》這一報告中，提出了熱力學時間箭頭、時間箭頭和宇宙學時間箭頭的一致性。根據熱力學第二定律，事物總是向無序狀態變化，稱為“熵”的不斷增大。因此，我們只能看見杯子打碎成碎片的過程，從來不會看見杯子的碎片復原成為杯子，相對來說，杯子是有序的狀態，碎片是無序的狀態。阿姆斯特丹大學理論物理學院埃里克.弗林德教授（Erik Verlinde）認為引力從本質上是一種熵力，如果一個物體在其它物體周圍發生微小移動會改變周圍的無序度，就會感受到引力。
通過這樣一些理論的提出，讓學生通過討論，首先能培養學生勤于思考、開拓創新的精神；其次將熱力學的理論與哲學、物理學等其他學科相聯系，能讓學生了解自然科學其實沒有學科的邊界，科學是相通的思想；三是介紹一些化工熱力學在實際生活中的應用。例如在講授范德華方程時，講述了萊頓低溫實驗室的創始人著名低溫物理學家卡末林-昂內斯如何利用范德華方程成功地把一種又一種“永久氣體”（氧氣、氫氣、氦氣等）液化，乃至作出對人類社會產生巨大影響的貢獻—— 超導電性的發現。最后如何利用超導電性實現磁懸浮列車，讓學生感受到化工熱力學在實際生活中的重大指導意義。
2 與時俱進，借助計算機軟件來輔助教學
在化工熱力學教學過程中，公式多，計算復雜成為嚴重影響教學效果的主要因素。為了使學生在今后的工作實際當中能更好的運用化工熱力學知識解決實際問題，我們在教學過程中，專門作了一個專題，介紹了目前應用較多的幾種軟件，包括Aspen Plus，Simulis Thermodynamics， HSC chemistry等。其中著重介紹了目前應用最廣的Aspen Plus （Advanced System for P
rocess Engineering）。該軟件美國AspenTech公司研制，由MIT主持、能源部資助、55個高校和公司參與開發。是基于序貫模塊法的穩態過程模擬軟件，并附帶有龐大的數據庫，包含了豐富的狀態方程和活度系數模型。在各章節的計算過程中，分別對這幾種軟件相關的熱力學計算部分進行了演示。
3 尊重傳統，培養學生嚴謹的學習作風
化工熱力學是一門嚴謹的課程，有人稱之為完美的學科，就是因為它的理論和公式都有嚴密的理論基礎，都是通過層層推導得到的。而本課程中最主要的內容就是熱力學性質的計算。盡管有相應的軟件工具可以進行輔助計算，但在教學過程中還是不能忽視學生的計算和推理能力的培養。通過日常的作業和課堂上的習題演練，讓學生在做題過程中領會化工熱力學的精髓，培養其嚴謹的學習態度和作風。
4 把握主線，縱觀全局，理清脈絡
化工熱力學課程主要由原理、模型和應用三部分所組成。原理是基礎，應用是目的，模型是應用中不可缺少的工具[7]。如果把化工熱力學比作一個大樹，那么原理就是它龐大的根系，模型是它的主干和枝丫，而應用這是化工熱力學所開出的花朵和果實。
因此在每一章學習之前，我們都會給學生提供兩副結構圖。一是本門課程所研究體系的框架圖。二是每章之間的關系及聯系圖。使學生能全面把握化工熱力學的整體框架，正確理解熱力學概念，靈活運用熱力學原理。在學習時能做到，“提起是一串，放下是一堆”的學習方式。
參考文獻
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關鍵詞：CDIO；工程熱力學；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）12-0108-02
CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，該理論將構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）相結合，注重學生工程基礎知識的掌握，以及個人能力、團隊協作能力和工程系統能力的培養。它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，注重啟發式學習，重點放在“做中學”，是目前被廣泛應用的一種教育模式。工程熱力學研究熱能與其他形式能量相互轉化，是能源與動力工程專業（以下簡稱“能動專業”）必修的專業基礎課程之一。在長期的教學過程中，師生大都有“難教難學”的感受，本文總結了在CDIO工程教育模式下開展工程熱力學教學的實施方案。
一、工程熱力學的課程特點及教學現狀
1.課程內容抽象、難理解。工程熱力學理論性與應用性并重，其基本理論是從工程實際出發，經過抽象、概括和簡化的方法得出的，并用于指導解決工程實際問題。該課程概念多，且具有抽象性、多義性、模糊性。有些概念比較抽象，如焓與熵的意義，孤立系統熵增原理等，不易理解。
2.授課形式單一、缺乏互動環節。在授課形式上，大部分教師仍采用填鴨式教學法，學生在學習過程中處于被動地位。教師多根據自身對課程的理解及以往的教學經驗設計安排整個教學過程，學生在學習中，缺乏提出意見和建議的機會和主動學習探討的興趣。
3.課程安排密集、任務重。在教學計劃安排上，我校能動專業第1―4學期開設通識教育課程，第5學期開始，開設專業基礎課程。工程熱力學、流體力學和傳熱學三門專業基礎課同時開設在第5學期，而學生剛由通識教育轉為專業學習，在學習方式、思維模式的轉換上還未成熟，如此繁重的學習任務勢必將影響學習效果。
4.考核形式單一、局限性大。在考核方式上，目前采取平時成績與考試成績相結合的成績評定模式，平時成績與期末成績的分值比例是3∶7。平時成績主要包括學生的出勤、作I完成情況及學生的實驗成績，各占總評成績的10%。在這種考核方式下，學生往往將學習精力集中于應對期末考試，對課程內容不求甚解，對于分值較小的實踐操作不加重視，不益于學生綜合能力培養。
二、CDIO教育模式下的工程熱力學教學實施方案
我校依托航空航天領域，致力于建設機械類、能源類、電子信息類以及航空旅游類等專業為一體的綜合性應用型本科院校，將培養應用型人才作為育人目標并貫徹始終，此培養理念與CDIO模式不謀而合。自2014年起，能動專業教學團隊在2014、2015級課程教學中引入CDIO教育模式，實踐證明這種以工程應用與能力培養為核心，以工程項目全周期為主線的教育思想適應應用型本科教育需求。
1.基于構思（Conceive）理念的啟發式、散點式教學方式。CDIO模式的專業目標是把產品、過程或系統的構思、設計、實施和運行作為工程教育的環境?；诖死砟?，教師在課程編排構思上，應根據課程的特點，盡量地將理論系統化、實際化，將理論知識與實際相結合，列舉工程實例以幫助學生理解。將知識化整為零，分解細化，突出重點，讓專業基礎課為專業服務，同時也能適當減輕學生的課業壓力。在教學過程中，多采用提問式和啟發式教學，鼓勵學生自主學習，力求做到課程設計構思皆以學生為主體，以此為指導思想安排整個課程教學。
2.基于設計（Design）理念的多元化、階段化的呈現形式。CDIO模式的核心思想是以產品為導向、受眾為主體指導整個生產學習過程?；诖怂枷?，教師在教學設計之初，應結合本校學生的實際情況，預測學生對課程的理解掌握程度，以此為基礎設計教學進度及授課形式。在課程教學過程中，根據學生學習掌握的實際情況調整教學設計，達到最佳教學效果。在課程呈現方式上，工程熱力學涉及大量的數學公式，且公式間聯系緊密，應多采用多媒體與傳統板書相結合進行。在教課課件的制作上，應多結合生產實習成果開發交互性好的多媒體資源，充分發揮多媒體授課的優勢，在多媒體中多使用圖表、插入音頻、視頻材料，直觀展現相關知識點
3.基于實現（Implement）理念的實驗性、任務性課程結構編排。CDIO模式倡導技術知識和能力的教學實踐上以產品、過程或系統的生產周期作為工程教育的框架或環境。具體到本課程，以實驗服務于理論、理論指導實踐的教學思想為指導，將理論知識與實際熱力學過程的有效鏈接。過去工程熱力學的實踐課比重小，且實踐類型單一，不利于學生綜合實踐能力的培養。在新的教學中，增加了部分探索性及半開放性實驗，由學生提出自行提出實驗方案并進行實驗設計，取得了良好的教學效果。
4.基于運作（Operate）理念的全方位、多指標考核模式。傳統的成績評定模式偏重于理論知識的考核而忽略對學生其他方面能力培養的引導，不益于學生綜合能力的培養。CDIO模式要求基本個人能力、人際能力和對產品、過程和系統的構建能力在多大程度上滿足專業目標并能夠經過專業利益相關者的檢驗。對學生的基本個人能力和人際能力、產品、過程和系統構建能力以及學科知識應融入專業考核之中。為此，我們將考核重點轉變為考查學生綜合能力，將CDIO模式的運作理念融入到成績評定中，采用多角度的復合標準，主要考查學生理論知識、實踐能力、課程設計、作業完成、課程總結等方面，按照40%、20%、20%、10%、10%的成績比例給定。
5.以CDIO模式為指導，注重教師自我能力提升。教師是學生學習的引路人，其個人能力、專業素養在很大程度將都將直接影響學生的學習效果。我校目前能動專業教師大都以中青年為主，專業能力、授課經驗都有待提高，CDIO模式對教師基本個人能力和人際能力以及產品、過程和系統構建能力都有較高要求。在完成課業工作的同時，教師還應努力提升在一體化學習經驗、運用主動和經驗學習方法以及學生考核等方面的能力。為此，每年我校針對每個本科專業選送1名骨干教師去德國進修學習先進工程教育理念。為提升教師的工程能力，每年安排1―2名青年教師去企業參與相關的工程項目。
三、結束語
本文總結近年砦倚TCDIO教育模式下開展工程熱力學教學的具體做法。從實際效果看，基于工程教育理念的課程教學成效明顯，可適應于應用型本科人才培養目標需求。然而，在實際推行CDIO工程教學過程中，仍面臨諸多方面的挑戰，如工程教育強調教學過程的互動與協作，這要求實施小班教學，對于每屆招收120人左右的學生規模，相比傳統的大班授課，這無疑增加了教學成本。對于師資隊伍相對薄弱的地方應用型本科院校，新的教學模式導致教師工作負荷顯著增大，如何保證教師的工作熱情和精力也是當前面臨的主要困難。
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關鍵詞：節能減排；全球氣候變化；工程熱力學；教學
作者簡介：張昊春（1977-），男，河北萬全人，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院，講師；王洪杰（1962-），男，山東掖縣人，哈爾濱工業大學能源科學與工程學院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150001）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）05-0052-02
一、歐美教學體系中的全球氣候變化及節能減排教學
工業革命帶來的現代經濟增長，使人類的物質財富以史無前例的速度擴張。但是，由于這種經濟社會發展模式是以使用化石燃料為基礎，化石能源生產和消費排放的大量溫室氣體導致全球氣候變化，引發了氣候變暖、極端天氣、氣象災難、海平面上升，危及整個人類的生存和發展。為遏制全球氣候變化，人類必須大幅減少化石燃料的使用，減少溫室氣體排放。未來的經濟社會發展模式必須建立在低碳基礎之上，通過低碳發展，研發和推廣低碳能源技術、增加碳匯、發展碳吸收技術，以及節能減排、產業升級、消費模式更新和制度創新，大幅提高單位碳排放的生產效率，推動應對氣候變化取得新的重大進展。這種變化代表著一種新發展模式的出現，必將深刻地改變人類的生產和生活方式。
應對全球氣候變化，加強節能減排事業是國家基本國策，也是當代高等工程教育中必然要深入和強化的教學內容。但是，目前沒有將其全面而系統納入現有的高等教育培養體系中，在教材、課堂教學和素質培養過程中并沒有占有相應的重要地位，如何在現有的教學體系中整合這部分內容成為教育者共同關注的問題。
2007年，受美國自然科學基金會的資助，美國Connecticut大學舉辦了名為“Frontiers in Transport Phenomena Research and Education：Energy Systems，Biological Systems，Security，Information Technology and Nanotechnology（傳輸現象研究和教育前沿：能源系統、生態系統、國家安全、信息技術和納米技術）”的研討會。國際工程熱力學領域著名學者，美國內華達大學機械工程系的Yunus Cengel教授做了題為“Green Practices into Engineering and Non-Engineering Education to Combat Climate Change（工程中引入綠色實踐及挑戰氣候變化的非工程教育）”的特邀報告，加拿大皇后大學的Patrick Osthuizen教授做了題為“Some Factors to Consider in Teaching Renewable Energy in an Undergraduate Engineering Program（在工科本科生教學計劃中講授可再生能源的一些考慮因素）”的報告，旨在改進現有的工程教學體系，從而保證發達國家在可再生能源領域的全球領導力[1]。
實際上，長期以來，與氣候變化、能源高效利用、可再生能源開發與利用相關的教學和素質拓展內容在歐美的《工程熱力學》教材與教學體系中一直得到很好的整合，涉及現實中與能源相關的經濟、設計及國家安全問題，既學以致用，又幫助學生提高對工程實踐及安全的意識，還提高了學生的環境保護意識，代表了當前國際領域內工程熱力學教學的最高水平。如美國內達華大學（里諾校區）Yunus A. Cengel教授和北卡羅來納州立大學教授Michael Boles合著的《Thermodynamics：An Engineering Approach》一書[2]，是全球范圍內最為暢銷的工程熱力學教材，迄今為止已更新至第7版，其中關于能源與環境、氣候變化及能源有效利用的非傳統經典內容在書中所占的比重越來越大，彰顯了在前言中作者談到的著書宗旨：talks directly to tomorrow's engineers in a simple yet precise manner，that encourages creative thinking，and is read by the students with interest and enthusiasm（直接與未來的工程師以一種簡單而精確的方式對話，鼓勵創新性思維，讓學生讀起來感興趣并有熱情）。另一個例子是國際工程熱物理界著名學者Heniz Herwig教授所著的《Technische Thermodynamik（工程熱力學）》教材[3]，包含了溫室效應及核能、太陽能、風能、生物能等可再生能源在德國的實際應用案例。
二、教學內容的重新分配與系統整合
工程熱力學是研究熱能和機械能相互轉換規律及熱能有效利用的科學?！肮こ虩崃W”課程是熱工、市政、航空航天等多個工程類專業的重要技術基礎課之一，課程的教學目的和主要任務是使學生掌握能量轉換的基本規律，并能正確運用這些規律進行熱工過程和熱力循環的分析計算[4]。本課程的學習不僅為學生學習專業課程提供必要的基礎理論知識，而且為學生畢業后解決生產實際問題和參加科學研究工作打下一定的理論基礎。以提高能源轉換效率為核心內容的“工程熱力學”課程與該主題有著天然的緊密聯系，可以在傳統的教學內容中納入現代元素，課程教學內容的重新分配與系統整合如表1所示。
三、實踐性環節
在實踐性環節中，[5]結合工程專業的科技創新活動，通過課程設計和課程論文，讓學生自己查閱資料，自己動手分析和解決問題，從而培養創造性思維能力和獨立研究能力，論文題目有中國可再生能源利用現狀調研、日常生活節能方案、教室照明用電浪費情況調查、航天系統能源設備調研等。
表2給出了一位2006年本科生完成的《個人節能計劃與實踐》的主要內容。
四、總結
應對全球氣候變化，節能減排是當代高等工程教育中必然要深入和強化的教學內容，但是目前尚未在教材、課堂教學和素質培養過程中占據相應的地位，在現有的教學體系中全面而有效整合這部分內容，業已成為國際工程教育界所共同關注的問題。歐美大學《工程熱力學》的教學體系中有效整合了氣候變化、能源高效利用、可再生能源開發與利用的內容，代表了當前國際領域內工程熱力學教學的最高水平。
筆者在寬專業和多學時“工程熱力學”教學實踐中，將與應對全球氣候變化與節能減排密切相關的國家政策、全球能源利用與環境污染現狀、能源的高效利用和新能源技術與工程熱力學各教學章節環節相整合，并指導學生開展實踐活動，取得了良好的教學效果，為“工程熱力學”課程教學與氣候變化與節能減排的整合進行了有效的探索和實踐。
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[3]T.L.Bergman,A.Faghri,R.Viskanta.Frontiers in transport phenomena research and education:Energy systems,biological systems,security,information technology and nanotechnology[J].International J.of Heat and Mass Transfer,51,2008,4599-4613.
關鍵詞：工程熱力學；教學改革；教材；教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0199-02
《工程熱力學》是高等院校機械工程類、能源與動力類等專業的一門必修專業基礎課程。該課程主要研究熱能與機械能相互轉換的規律，以及合理有效利用熱能的基本理論，對培養學員科學素養、創新性思維和實踐能力，以及專業課程學習都將起到奠基的作用。通過《工程熱力學》課程的學習，使學員掌握熱力學的基本概念和基本規律，并能正確運用這些規律進行熱力過程、熱力循環分析和計算；培養學員科學分析和邏輯思維能力。養成實事求是的科學態度和勇于探索、刻苦鉆研的科學作風。經過數十年的持續建設，《工程熱力學》課程在教學內容、教學方法和手段、實驗保障設施、師資隊伍建設等方面進行了大量的建設和改革，取得了顯著的效果。
一、教材和教學內容改革
在教材和教學內容方面，課程組近年來開展了《工程熱力學》“立體教材”體系的建設工作。以課程教學為基本形式，以綜合能力的培養和提高為基本目標，利用多種教育化教育手段，構建新穎教材、網絡課程、多媒體課件、教學輔導書等組成的內容豐富、功能齊全的《工程熱力學》綜合性立體化教學資源。從而使教學質量和教學效率大為提高。在人才培養方面，取得了豐碩的教學成果。多年來不斷更新選取適合本科人才培養和專業需求的高水平教材，以滿足課程標準的要求。《工程熱力學》目前采用華自強等主編的《工程熱力學》第四版，由高等教育出版社2009年11月出版。該教材是國家“普通高等教育十一五國家級規劃教材”，被眾多院校廣泛采用。該教材還有配套習題，方便學員進行課后復習和自測。此外，課程還指定了多部教材和教學輔導書，供學員學習和研究使用，包括清華大學出版社2011年6月出版，朱明善主編的《工程熱力學（第2版）》；高等教育出版社2007年6月出版，童鈞耕主編的《工程熱力學學習輔導與習題解答》；McGraw-Hill2005年出版的由Yunus A.Cengel主編的《Thermodynamics An Engineering Approach the 4th edition》等。針對授課專業增多，內容增加，學時減少及面向裝備擴大和發展的實際，在對后續專業課程需求和部隊需求深入調研的基礎上，著眼當前需要和未來發展，從以下三個方面入手進行了課程內容體系的優化重組。
1.突出重點內容，貼近裝備實際，針對裝備特點突出與動力系統工作原理密切相關的熱力學知識。弱化蒸汽的熱力性質及其動力循環方面的內容。
2.以計算機網絡為平臺，結合《工程熱力學》理論在武器裝備上的具體應用和實驗室發展，引入了計算機編程求解和虛擬實驗等現代教學實踐內容。
3.利用自主研制的和虛擬實驗軟件，以及課程組成員科研項目多的優勢，引入了創新實驗等研究性教學內容。優化重組后的新課程內容體系，以經典《工程熱力學》內容為主體，科學處理了經典與現代的關系，引入了新知識和新技術，強調了知識的綜合運用和實踐訓練，保持了課程教學內容的系統性、科學性和前沿性。
二、教學設施建設
《工程熱力學》課程在教學設施方面取得了明顯的進步。特別是近年來，本校充分利用各種科研項目成果，進一步完善本課程實驗設備，更新了多套空氣定壓比熱測試設備。對噴管流動演示實驗的硬件平臺進行改造，設計編制了具有虛擬實驗和在線分析的分布式噴管流動演示實驗網絡平臺。保障實踐環節均能以實物操作為教學的主要手段，實驗教學水平達到國內先進水平。為使學員在課堂以外能夠及時的復習和總結，補充課堂教學內容的不足，針對課程的特點設計并完成了《工程熱力學》的網絡課程。該網絡課程集教學指導、教學實施、自主學習、測試考試等功能于一體。目前已經完成本課程的網絡課程建設，學員可以在校園網上觀看課程授課的視頻錄像，課程內容的在線學習和測試，該網絡課程的建設豐富了學員的學習途徑，對于促進學員的學習積極性，提高教學效果發揮了積極的作用。通過多年來的建設，課程網絡教學環境建設成效顯著，形成了以教材、多媒體為主和網絡教學環境為輔，集理論教學和實踐教學于一體的課程網絡教學特色。從畢業學員反饋的情況來看，利用網絡教學環境，不僅顯著地增加了課堂的信息量，而且有效改善了教學效果。利用新技術更新了實驗平臺，培養學員實踐、創新能力的新做法。通過自主設計、研制的噴管流動演示虛擬實驗軟件平臺，該虛擬實驗平臺具有良好的開放性、自主性、綜合性，而且突破了實驗受設備、場所、環境、時間的限制，有效提高了學員的實踐創新能力和綜合素質。
三、教學方法改革
教學改革是提高教學水平和教學質量的根本保障，多年來課程組一直十分注重加強和深化教學改革，并取得了一定的成果，具體做法如下。
1.課堂教學采用啟發交流式，實現單向知識傳輸模式向師生交互模式的轉變。利用自主研制的功能完備，界面友好，集授課、自學、測試、管理等功能于一體的《工程熱力學網絡課程》，依托校園網和多媒體教室等，構建了教學互動，適合自主學習、協作學習、相對寬松的雙語多媒體網絡教學環境，實現了教員主導作用和學員主體作用的和諧統一，在提高教學效果的同時，培養了學員主動、有效地獲取知識的意識和能力。
2.在教學方法上，改進課堂講授方式，采用“研究型”的教學模式。針對課程特點，強調培養學員掌握理論、應用和試驗三個方面的知識與能力：《工程熱力學》的理論，《工程熱力學》基本理論和概念的掌握，培養理性思維和分析能力；《工程熱力學》的應用，面向裝備和工程實踐，熟悉了解實際《工程熱力學》問題，培養應用原理解決問題的能力；《工程熱力學》的實驗，通過綜合性試驗培養學員的動手能力和科研工作素質。
3.注重學生創新能力培養。結合課堂教學，開展科技創新活動，使學生綜合素質能力獲得提高。
4.根據學員的反饋不斷完善教學文件。對已有的教學計劃、教學大綱、優秀的教材進行及時的更新和完善，并作為素材之一放在教學網站上，作為學習的參考資料供學員下載學習使用?？偨Y：筆者經過多年的教學實踐，對《工程熱力學》進行綜合的教學改革，收效明顯。教學質量和教學效率得到很大提高，在培養新型專業人才方面，取得了豐碩的教學成果。
參考文獻：
[1]譚羽非，趙金輝.工程熱力學立體化教材建設與實踐[J].吉林建筑工程學院學報，2010，（2）.
關鍵詞：熱力學第二定律；詰難；佯謬；辨析
熱力學第二定律是大學物理化學課程的重要教學內容，是整個課程知識體系的理論基礎之一。在教學實踐中，這一部分的學習被本科學生認為是本課程中最困難的任務。除了公式多、數學推導繁雜等原因外，對熱力學第二定律的科學本質的理解和把握難度較大是主要另一個原因，造成了教學效果難以提高。正確認識這個問題并采取必要措施，對提高物理化學教學質量是有重要意義的。熱力學第二定律是19世紀自然科學發展所取得的偉大成果之一，它揭示了自然界宏觀過程的方向和限度問題。熱力學第二定律有多種不同但等效的表述方式。克勞修斯表述和開爾文表述是最常見的兩種?？藙谛匏贡硎鰹椋翰豢赡馨褵釓牡蜏匚矬w傳到高溫物體而不引起其他任何變化。開爾文表述為：不可能從單一熱源取出熱使之完全變為功而不發生任何其他變化。熵增加原理表述為：孤立系統的熵永不自動減少，熵在可逆過程中不變，在不可逆過程中增加。熱力學第二定律自從產生就不斷地受到詰難和質疑，目前這些詰難和質疑都已經得到解答。但是回顧并且理解這些詰難和質疑仍然能促進我們科學認識熱力學第二定律，特別是在物理化學的教學中更能促進學生從正反兩方面加深對熱力學第二定律的認識和理解，提高其獨立思維能力和科學思辨水平。下面對這幾種詰難逐一進行簡單分析和討論。
一、“熱寂說”
熱力學第二定律的奠基人克勞修斯最早提出了“熱寂說”。認為整個宇宙是朝著單一的方向變化的，一切運動形式終將轉化為熱運動，熱總是自發地由高溫部分流向低溫部分，最終達到溫度處處相等的平衡狀態。這種觀點認為宇宙最終將進入一個死寂的永恒狀態，如果真是這樣的話，就對熱力學第二定律提出了嚴峻的挑戰。
在19世紀，能夠認識到“熱寂說”謬誤的科學家寥寥無幾，當然更不可能科學揭示其實質了。玻耳茲曼曾經注意到生物的生長過程與熵增加相違背的事實，還曾進一步提出“微觀起伏”說來反駁“熱寂說”，但是“微觀起伏”遠遠不足以與宇宙中極其巨大的熵增加過程（例如恒星的衰老死亡和宇宙本身的膨脹）相抗衡。麥克斯韋也模糊意識到，自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機制，但他無法清晰地說明這種機制?！盁峒耪f”成為19世紀的自然科學留給20世紀的一大疑難問題，曾經困擾了物理學界和哲學界100多年，而沒有解決。
宇宙是無限的，不是一個孤立系統，這不符合熱力學第二定律的條件?，F代觀測表明，所有的天體都正在離開我們，離開速度與距離成正比，大約每增加106 l?y，離開的速度約增加15 km/s（哈勃常數），宇宙處在不斷地膨脹之中。宇宙處于動態、非穩定狀態或遠離平衡的非平衡態，與克勞修斯所說的熱寂狀態沒有任何共同之處。這是克勞修斯和他的批判者都沒有想到的。
引力這個物理因素對宇宙有重要的影響。在考慮了引力之后，物質的均勻程度和等溫分布不再是依據最概然分布，及不再與熵最大相對應，萬有引力使宇宙根本沒有平衡態。“熱寂說”的要害就在于忽略了引力場在宇宙演化中的作用。宇宙的膨脹和引力出乎前人意料地攻破了“熱寂說”。現在，人們清楚地知道，宇宙不但不會死亡，反而可以從早期的“熱寂”充滿生機地復生?！盁峒耪f”作為困擾科學界的疑難問題，已經作為歷史過去了。
二、麥克斯韋妖
假定一個體積不變的絕熱容器，其中充滿溫度和壓強處處恒定的氣體。將容器分割為A、B兩部分的隔板上有一個小孔，裝配了一個極端靈巧的閥門。將一個敏于觀察、動作靈巧的精靈安置在小孔旁。精靈具有高超的本領，能夠及時開閉小孔的閥門，讓速度較快的分子從A進入B，而讓速度較慢的分子從B進入A。這樣不是無需作功就產生溫度差了嗎？該精靈是麥克斯韋將它送進物理學的，因此被稱之為麥克斯韋妖。如果真是這樣的話，麥克斯韋妖就對熱力學第二定律提出了嚴峻的挑戰。令人驚奇的是，非常嚴謹的麥克斯韋本人竟然也沒有發現自己理論的瑕疵。
精靈擁有分析氣體分子位置的能力，擁有記憶、存儲和運行信息的能力，可以獲得分子位置的信息，并運行信息對閥門作及時操作，確實能使系統變得有序，得到負熵。實際上，精靈具有的特殊能力都與熵不可分割地聯系在一起。妖為了看到分子，必須擁有一盞能照亮分子的燈，從而獲得有關分子位置的信息，得到負熵。同時，燈絲的點亮，將導致整個系統的熵增加；妖吸收被分子散射的光波將導致整個系統的熵增加；妖打開閥門做功將導致整個系統的熵增加。把所有這些因素計算在內，系統總熵一定是增加的，這是符合熱力學第二定律的?？梢?，麥克斯韋妖之所以在表面上與熱力學第二定律相矛盾，是由于它的條件并不符合要求。熵增定理要求體系是孤立的，而麥克斯韋妖只有在體系是開放的情況下，才能工作。
三、“吉布斯佯謬”
對等量的兩種不同理想氣體A、B，在體積、溫度、壓力都相等的條件下，混合前總熵
S=SA+SB
根據吉布斯定理，混合后總熵等于兩種氣體的分熵之和，即
S′=S′A+S′B
混合熵ΔS=S′-S=nRln2 （1）
混合熵與氣體的性質無關。即使兩種氣體性質無限接近，只要存在差別混合熵就由（1）式給定。但是，當兩種氣體的性質完全相同時，（1）式不再成立，這時ΔS=0。依據我們的經驗，這里的ΔS突變似乎不應出現，這好像是一個理論上的謬誤。這就是“吉布斯佯謬”。
兩種氣體的分子，只要存在差別，總可以把它們分辨開來。因而在混合前后，我們可以探測到兩種分子的數密度都發生了變化，各減小為原來的二分之一。但是，一旦過渡到同種氣體，“混合”前后分子數密度不變。因此，ΔS的突變來源于不同于相同的突變，或者說來源于分子數密度的改變的突變，這是客觀存在，“吉布斯佯謬”并非謬誤，所以稱為“佯謬”。
四、洛施密特詰難
洛施密特于1876年對熵增定理提出詰難。設想一個容器中有N個分子，在不停地做熱運動。由于分子服從的運動規律是可逆的，如在某一個時刻所有分子一齊就地向后轉，則他們表現出來的宏觀歷程必然也逆轉了。如果原來熵在增加，運動逆轉后就必然在減少，這就違反了熵增定律?，F在使用計算機模擬分子運動，證實了嚴格的時間反演確實會使系統向初始態回歸。
但是，在現實世界中世界總是有隨機性的，會引入或多或少的誤差。因此在反演過程中，熵總是有一點回降，隨之就會上升。而且隨著誤差的加大和碰撞次數的增多，系統對初始態的“記憶”更加模糊，熵的降低過程會更加微弱。在系統分子足夠多時，任何微不足道的誤差都足以使熵減少過程不會實現。可見，只有從隨機的初始條件出發，熵增定理才是正確的。
事實上，熵不是單調增加的。對于宏觀系統，增加的概率遠大于減少的概率。即使熱平衡態，熵也會有一定的漲落。漲落的幅度是非常小的，幅度越大，出現概率越小。
五、策爾梅洛詰難
1892年龐加萊提出始態復現定理：孤立的、有限的保守動力學系統在有限的時間內回復到任意接近初始組態的組態。
1896年策爾梅洛引用龐加萊的始態復現定理對熱力學第二定律提出詰難。認為熱力學和動力學不兼容。玻爾茲曼認為始態是靠漲落來復現的，具有1018個粒子的系統，龐加萊復現時間要用1018位數來表示。而宇宙的年齡是1010年，用來表示，只有18～19位數。對于宏觀系統，龐加萊始態復現理論沒有現實意義。
綜上所述，經過精細的分析、論證，所有的詰難都沒有駁倒熱力學第二定律，反而使它逐漸完善起來，人們對它的理解也逐漸全面、客觀了。熱力學第二定律有嚴格的涵義，有嚴格的應用范圍。這個范圍就是有限的時間和空間，不能用于微觀世界，也不能用于時間或空間無限的系統特別是宇宙。在課堂教學中，適度引入上述內容有利于學生深入正確理解和把握熱力學第二定律的科學本質，建立更加牢固的科學世界觀，從而提升物理化學的教學質量，為我國科技事業發展培育更多更優秀的人才。
參考文獻：
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Doubts and paradoxes involving the second law of thermodynamics
Baojun Li， Yanyan Liu， Huijuan Wei and Linchao Zhu
College of Chemistry and Molecular Engineering， Zhengzhou University， 100 Science Road， Zhengzhou 450001， P R China
Abstract： It is of importance for the improvement of teaching quality to understand the second law of thermodynamics from the two aspects of the positive and negative aspects. In the history， there are five doubts and paradoxes of the second law of thermodynamics. They are the "heat death"， Maxwell’s demon， Gibbs paradox， Loschmidt Doubts and E. Zermelo interrogation. The "Heat death" confuses the differences between finite and infinite and ignores the role of gravitation. Maxwell’s demon ignores the property and function of information. Gibbs paradox can be set up only formally. Loschmidt Doubts and E. Zermelo interrogation ignore the random property of the actual system. The result of discussion about these doubts and paradoxes is that the second law of thermodynamics is right only in very strict conditions which are the macro systems in finite time and space. It will helpful for students to understand the nature of the second law of thermodynamics to introduce the above content， and it will promote the ability of the correct application of thermodynamics knowledge to identify the wrong views.
關鍵詞：化學反應速率；化學平衡；調查研究
文章編號：1005C6629（2017）3C0021C05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
化學反應原理是中學化學中邏輯性最為縝密的一個部分，而最令學生頭痛的則是其中的化學平衡部分。化學平衡還包括下位的弱電解質的電離平衡、鹽類的水解平衡、沉淀溶解平衡等內容?；瘜W平衡的基本原理是上述所有理論的基礎，學生只有真正掌握了化學平衡，才能認知其他特殊條件下的各類平衡問題。
1 “速率”和“平衡”的教學誤區
1.1 盡管課標“隔離”了“速率”和“平衡”，但教學中往往混為一談
化學反應動力學和熱力學的基礎內容是高中化學反應原理模塊的重要組成部分。課程標準要求學生對動力學的認識主要有：（1）知道化學反應速率的定量表示方法，通過實驗測定某些化學反應的速率；（2）知道活化能的涵義及其對化學反應速率的影響；（3）通過實驗探究溫度、濃度、壓強和催化劑對化學反應速率的影響，認識其一般規律。而對熱力學的要求包括以下兩個方面：（1）能用焓變和熵變說明化學反應的方向；（2）描述化學平衡建立的過程，知道化學平衡常數的涵義，能利用化學平衡常數計算反應物的轉化率[1]。
很明顯，課標對動力學和熱力學這兩個理論作了明確的“隔離”，即內容上分開來闡述，強調了速率相關內容的過程性以及平衡相關內容的狀態性。例如課標要求用焓變和熵變兩個狀態函數去判斷反應進行的方向，要求利用化學平衡常數去計算反應物的轉化率等等。動力學和熱力學有著不同的研究對象，前者關注的是反應的過程，后者只關涉體系的狀態。兩者有著本質的差異，而教材往往通過速率來建立平衡，且通過速率的改變來討論平衡的移動，從而教師往往將兩個理論混為一談，時而“速率”，時而“平衡”，導致學生誤以為速率的改變是平衡移動的原因，事實上焓和熵才是影響平衡的關鍵因素。
在教學實踐中，教師往往這樣總結：“在一定的條件下，當一個可逆反應的正逆反應速率相等且不等于零時，該反應就達到了動態的化學平衡狀態。這種狀態的建立需要一定的條件，當條件改變時，導致正逆反應速率改變，從而平衡狀態被打破。如果正反應速率大于逆反應速率，那么反應向正方向移動，最終達到一個新的平衡?！边@樣的表述乍看起來很正確，有條理。但仔細分析其邏輯關系時會發現存在很多問題。比如這樣的表述認為速率不變導致了平衡建立，速率的改變引起了平衡的移動，即化學反應速率是化學平衡的原因。這種將熱力學和動力學歸結為簡單的因果關系的錯誤做法，勢必導致學生思維紊亂，因此從源頭上區分動力學和熱力學才能消除這種認識誤區。
1.2 相P研究“隔靴搔癢”，沒有涉及教學中如何有效“分離”動力學和熱力學
很遺憾的是，相關教學研究并沒有關注到教學實踐中如何從源頭上消除這種混淆，而主要集中在以下三個方面：一是學科本體知識的推導。主要是從學科本體知識層面出發去辨析和論證化學反應速率、化學平衡狀態、化學平衡移動等核心概念的內涵和實質，探討各概念間的聯系和區別。該討論建立在大學物理化學的純理論知識之上，沒有涉及到具體的教和學，缺乏操作性。
二是教學策略與方法的探討。這類研究一般都起源于教師在實際授課過程中遇到的困惑或者問題，針對某一節課或者某一單元的內容，通過嘗試新的教學理念或者改進教學設計和方法來提高教學的實效性，然后分析比較改進后的成果和不足，為其他教師提供參考。但以上研究極少觸及學生在本部分產生認知障礙的本質原因：即將混淆了的熱力學和動力學作為建構知識的基礎。
三是學生學習障礙點的分析。這部分研究主要從教學重難點出發，調查分析學生存在的認知障礙和迷思概念以及形成原因，旨在探討如何避免學生在認知建構中出現矛盾。但這類研究的關注點集中在教學過程中的策略和方法是否恰當，很少觸及到學科本體知識框架的科學性。
1.3 教學誤區的實踐表征：“以其昏昏，使人昭昭”
在真實的教學情境中主要存在兩個方面的問題：一是教師本身理論知識紊亂、邏輯不清，不清楚化學反應速率和化學平衡之間的聯系和區別。因此在教學實踐中也就無法將這個問題有層次、結構化地呈現給學生。導致學生在認知建構的起始階段就存在誤區，失之毫厘謬以千里，最后無法認清動力學和熱力學的本質。
二是學生在學習這一塊內容時只考慮速率和平衡的關系，錯誤地使用速率去推斷一切平衡問題，混淆了兩個理論不同的適用范圍，不能區分過程性問題和狀態性問題，導致問題解決時思維混亂，甚至出現分別從“速率”和“平衡”的角度去分析同一個問題，居然得到截然相反答案的情形。如有學生學完速率和平衡之后提出一個問題，“有固體做反應物的可逆反應達到平衡狀態后，將固體由塊狀粉碎成粉末狀后，正反應速率增大，逆反應速率沒有變化，為何平衡沒有移動呢？”學生這種問題出現的根本原因在于學生沒有理解化學平衡移動的能量本質。
2 “速率”和“平衡”教學的實證研究
本研究對北京市一所普通學校的高二學生進行調查研究，發放問卷240份，回收有效問卷194份，有效回收率為80.8%。
研究工具分為問卷和訪談兩部分。（1）問卷測試。問卷包括對速率及其影響因素的理解、對平衡及其影響因素的理解、對平衡和速率關系的理解三個維度。每個維度均包括兩個判斷題，每個問題后均要求學生寫出判斷的原因。（2）半結構性訪談。對6位教師進行深度的半結構性訪談，主要從教師的角度關注教學實踐中速率和平衡問題的處理。測試總體結果如圖1所示。
學生對于化學平衡的表征、速率表征及速率與平衡的關系掌握較好，正確率在80%以上。但在平衡與狀態的關系、速率與平衡的移動等方面表現一般，正確率50%左右。由于相應的理論知識掌握不扎實，導致絕大多數學生在實際問題解決時束手無策，得分率非常低，僅有26%的學生能夠很好地解釋工業合成氨中的相關問題。圖1充分說明了以下幾個問題：一是大部分學生能從較低層次理解速率和平衡及二者關系，但未能上升到速率微觀變化機理的高度，孤立地考慮速率的各影響因素，沒有形成系統；二是接近一半的學生對于化學平衡狀態的實質認識有欠缺，不能理解平衡狀態只與系統的各狀態函數（焓、熵、溫度等）有關而與達到平衡的途徑無關；三是絕大多數學生對平衡和速率的關系極少能從本質上區分，幾乎都停留在各種規律的機械記憶上，化學平衡常數僅僅被作為計算的工具，沒有意識到平衡的熱力學實質（K與Q的關系）。
2.1 對平衡及其影響因素的理解：半數學生不清楚“平衡只與體系的狀態有關，與建立的途徑無關”
數據分析結果表明，87%的學生能夠正確判斷“化學平衡發生移動，但化學平衡常數不一定改變”，其中62%的學生能夠指出化學平衡常數僅與溫度有關，僅16%的學生能夠同時指出化學平衡受多種因素（濃度、溫度、壓強等）的影響。學生總體的25.7% 在解釋這一判斷時出現了錯誤。主要的錯誤解釋有三類，每類約占1/3，具體數據見表1。
有54%的學生能夠正確判斷“平衡只與體系的狀態有關，與建立的途徑無關”，其中39.5%的學生能夠答出“在等溫等壓下，固定容積時，1mol N2和3mol H2達到的平衡狀態與2mol NH3達到的平衡狀態是等同的”或者“以上兩種情況是等效平衡”。學生總體中有51.4%在解釋原因時出現了錯誤，沒有從熱力學的研究角度去看待平衡狀態，仍然試圖從變化過程推斷平衡結果，將動力學套用到熱力學問題的解決中，從而導致科學性錯誤。主要也是三類，具體情況見表1。
2.2 對速率及其影響因素的理解：大部分學生忽視速率的定量特征
數據分析結果表明，82.9%的學生能夠正確判斷“速率大，現象并不一定越明顯”，其中58.6%的學生認為“無明顯現象的化學反應即使速率大現象也不顯著”。學生總體的24.3%在解釋判斷原因時出現了錯誤，主要錯誤有兩種，一是認為速率是物質的量的變化，沒有考慮單位時間。數據表明大部分學生對于化學反應速率的意義認識比較清晰，但絕大多數學生僅基于化學反應的某種現象來考慮化學反應速率的大小，忽視速率的定量特征。有研究者指出，“化學反應速率”的廣義定義可以表_為“參與反應的物質的‘量’（如質量、物質的量、物質的量濃度等）隨時間的變化量”，這一定義是“化學反應速率”普遍的表達方式[3]；二是學生錯誤地認為只有觀測到宏觀實驗現象才能討論速率，如果沒有氣泡或者顏色變化等則無法測量速率。事實上，眼見不一定為實，有時現象明顯可能速率并一定大。
2.3 對速率和平衡關系的理解：幾乎沒有學生理解“速率所屬的動力學及平衡所屬的熱力學雖然兩者相關，但并不互為因果關系”
有81.4%的學生正確判斷“反應速率變化，平衡并不一定移動”，其中68.4%的學生能夠舉出反例如“催化劑可以改變化學反應速率，但并不能使平衡移動”來證偽該命題，3.5%的學生想到了“對于反應前后氣體的物質的量相等的反應壓強的改變同等程度地改變反應速率，平衡不移動”；學生總體的38.6%不能正確清楚地表述原因。判斷錯誤的學生原因主要有兩點：其一是化學反應速率決定平衡；其二是認為加熱等會使速率增大，但平衡有可能不移動。50%的學生能正確判斷“平衡正向移動，正反應速率可能變大、變小或者不變”，其中34.3%的學生表示“正反應速率和逆反應速率有可能同時增大或減小，但只要正反應速率大于逆反應速率，平衡即向正反應方向移動”。判斷錯誤的學生主要認為“只有正反應速率增大，且逆反應速率減小，平衡才能正向移動”。
速率是動力學概念，平衡是熱力學的概念，屬于不同的范疇，兩者相關，但并不互為因果關系。因此，應基于能量的視角來理解化學平衡的本質，熱力學中的平衡狀態是一種體系中所包含的能做功的熱量（焓）和分子功（熵）之間的特殊穩定狀態。這種狀態的存在用平衡常數K和Q的相對大小來衡量，而正逆反應速率相等是化學平衡建立后的一種外在表現形式，使用正逆反應速率的大小變化去推論平衡的相關問題存在科學性錯誤。
化學熱力學認為對任意的封閉系統，當系統有微小變化時，
總之，通過上述討論，無論是平衡的建立過程還是平衡的移動過程，熱力學基礎上建立的關于化學反應問題的結論，與反應速率之間沒有任何的聯系。
3 澄清“速率”和“平衡”教學誤區的建議3.1 教師要深刻把握熱力學、動力學的聯系與差異
化學反應動力學與化學反應熱力學是綜合研究化學反應規律的兩個不可缺少的重要組成部分。由于二者各自的研究任務不同、研究的側重點不同，因而化學反應動力學與化學反應熱力學既有顯著的區別又互有聯系。因此，教師要從源頭上對它們作本質的區分。
化學反應熱力學，特別是平衡態熱力學，是從靜態的角度出發研究過程的始態和終態，利用狀態函數探討化學反應從始態到終態的可能性及變化過程的方向和限度，而不涉及變化過程所經歷的途徑和中間步驟。所以化學反應熱力學只回答反應的可能性問題，不考慮時間因素，不能回答反應的速率和歷程。熱力學方法不依賴于物質的結構和過程的細節，旨在預示和指出途徑而不是解釋，因此它只能處理平衡問題而不能說明這種平衡狀態是怎么達到的，只需要知道體系的最初和最終狀態就能得到可靠的結果[7]。
一般來說化學反應動力學的研究對象包括以下三個方面：化學反應進行的條件（溫度、壓強、濃度及介質等）對化學反應速率的影響；化學反應的歷程（又稱機理）；物質的結構與化學反應能力之間的關系?；瘜W動力學最重要的是研究化學反應的內因（反應物的結構和狀態等）與外因（催化劑、輻射及反應器等存在與否）是如何影響化學反應的速率及過程；揭示化學反應機理；建立總包反應與基元反應的定量理論等[8]。
在對化學反應進行動力學研究時總是從動態的觀點出發，由宏觀的研究進而到微觀的分子水平的研究，因而將化學反應動力學區分為宏觀動力學和微觀動力學兩個領域，但二者并非互不相關，而是相輔相成的。平衡是對過程結果的描述，速率變化則是對反應過程的描述。它們的解機制是兩個不同學科的不同問題，既非化學平衡移動決定反應速率的變化，也非反應速率的變化導致了化學平衡的移動，它們屬于各自獨立的學科體系問題。
3.2 教學順序可以嘗試調整，按照大學順序先平衡后速率，有利于中學與大學銜接
我們發現，傳統教學基本按照人教版教材順序安排，先講“化學反應速率”部分，然后通過速率的討論來研究平衡的建立問題。筆者通過教師訪談發現，他們認為“速率”較為貼近學生的生活經驗，且已有認知中的物理概念“速度”易于遷移，所以沒有覺得這種教學順序存在問題。但由于速率的影響因素和平衡的影響因素非常相似，這種教學安排導致前者對后者的學習產生了干擾，學生在后期平衡移動的判斷過程中把正逆速率的改變看成平衡移動的本質原因。
教師應當對學生的認知障礙有一定的判斷，認識到速率部分的學習對學生認知同化造成矛盾，因此合理調整教學順序，選擇比較合適的教學素材，可以克服這一困境。例如可以采取魯科版《化學反應原理》中的編排順序，將化學反應方向和限度放在化學反應速率之前教學。筆者對魯科版教材編寫專家進行訪談，發現該版本教材之所以將“平衡”置于“速率”之前，就是為了避免以往教學中先講速率的弊端，讓學生分清熱力學和動力學這兩個不同的問題。這樣的教學順序也符合大學化學中的授課順序，有利于中學到大學的教學銜接。
3.3 引導學生厘清平衡和速率，從熱力學的角度解決平衡問題
為了使學生能從本質上理解反應速率的影響因素，教師要使學生將速率的宏觀影響因素（濃度、溫度、催化劑）和微觀機理（碰撞理論和活化能理論）結合起來，只有讓學生能從能量角度（活化分子數和活化分子百分數的改變）推理出濃度、溫度、催化劑對速率的影響，學生才能不浮于表面的死記硬背。針對化學平衡移動這一學生認知困難的部分，教師應當深刻把握平衡的本質，即將平衡的影響因素歸于化學平衡常數K與濃度商Q的不相等，溫度改變了平衡常數K的數值，而壓強或濃度改變的則是濃度商Q的數值，平衡會向使濃度商Q趨近于平衡常數K的方向移動。
參考文獻：
[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.
[2][5][6][7]傅獻彩等.物理化學（第五版）（上冊）[M].北京：高等教育出版社，2006：343～347，348～349，362～365，64
文章編號：1671-489X（2015）08-0069-03
Introduction of Scientists in Class of Medical Chemistry//LIU Yongdong， ZHANG Shufen， ZHONG Rugang
Abstract The introduction of scientist’s achievements and hard studying process is an important material to expand and enrich the teaching content. In this paper， combined with the whole content of medical chemistry course， the fruitful research work from Arrhenius S.A. and Nernst W. was duly introduced to the students in the class. The introduction of scientists not only riches the teaching content and stimulates the students’ interest in learning， but also gives students more spiritual guide.
Key words medical chemistry； Svante August Arrhenius； Walther Nernst
醫用化學是面向醫學、藥學和生物學等專業的學生講授現代化學基本概念、基本原理及其應用知識的一門重要基礎課程[1]，它將為學生日后相關領域的深入學習打下較堅實的基礎。尤其現代生物醫學進入了分子生物學時代，而化學在這一時代中體現出與現代醫學之間越來越密切的聯系。因此，醫用化學的學習對于生命醫學等相關專業學生的發展起到至關重要的作用。然而，由于醫用化學課程內容本身較龐雜和枯燥，所以如何擴充課堂教學內容，調整教學方式，進而激發學生興趣，一直是個具有挑戰性的課題。
科學家的光輝成就及其艱辛研究歷程的介紹是擴充和豐富教學內容的重要素材[1-2]。阿倫尼烏斯[2-3]和能斯
特[2，4-5]分別是1903年和1920年的諾貝爾化學獎得主，他們兩人的工作都涉及多個領域，在醫用化學課程的電解質溶液、化學反應熱及反應方向和限度、化學反應速率、氧化還原反應與電極電位等章節中都有其相關工作。因此，筆者從教學內容體系安排和教學方式兩方面考慮，將兩位化學家的研究工作歷程及成果編排到課堂的教學中，以期實現對教學內容的擴充、對學生學習興趣的激發及對學生自信心的培養。
1 科學家阿倫尼烏斯
阿倫尼烏斯（Svante August Arrhenius）是瑞典著名的物理化學家，創立電離學說，提出酸、堿的定義，為化學特別是物理化學的開創作出極大的貢獻；提出阿倫尼烏斯公式，為現代化學動力學奠定基礎，構成物理化學學科的重要組成部分。由于阿倫尼烏斯在化學領域的卓越成就，因而被授予1903年諾貝爾化學獎。
醫用化學教材中的電解質溶液和化學反應速率章節中都涉及阿倫尼烏斯的工作。結合幾年來的教學經驗，筆者認為可以在電解質溶液章節中重點介紹阿倫尼烏斯的電離理論發現和提出的科研歷程及其被普遍公認所經歷的曲折和波瀾，從中讓學生體會到科學問題的提出、解決和被認可不是想象中的一帆風順，而有著艱辛的歷程。從阿倫尼烏斯的電離理論還可以讓學生感受到科學問題并不那么神秘莫測，科學家也不是那么遙不可及，所以大家要相信自己，每個人都是可以有所作為的。這部分內容可以主要以故事論述的形式開展。而對于阿倫尼烏斯在化學動力學方面的介紹，可以更側重于介紹他的博學和興趣廣泛，可以在課堂上引入一些視頻，或是通過布置課外興趣閱讀的形式，讓學生更多地了解科學家阿倫尼烏斯的科學貢獻和成就。
電解質溶液中酸堿電離理論的介紹 電解質在溶液中以何種形式存在，這種存在形式又是如何產生的，這是19世紀科學工作者關注的課題之一。盡管已經有人提出電解質在溶液中可能是以離子形式存在，但就其產生過程，科學界一直普遍認同法拉第（M.Faraday）的觀點，即溶液中的離子是在電流的作用下產生的。
阿倫尼烏斯在研究電解質溶液的導電性時發現，氣態的氨是根本不導電的，但氨的水溶液卻能導電，而且溶液越稀導電性越好；氫鹵酸溶液也是有此特點。對于其他的電解質體系，他也做了大量的實驗，都發現濃度影響著許多稀溶液的導電性。那么如何揭開這些實驗現象和數據背后的秘密呢？阿倫尼烏斯開始了實驗之后的思考，他首先想到的是濃溶液和稀溶液本身的差別在哪呢？應該是可以通過加水將濃溶液稀釋為稀溶液，可水起到什么作用呢？阿倫尼烏斯順著這個思路深入思考：純凈的水不導電，純凈的固體食鹽也不導電，把食鹽溶解到水里，鹽水就導電了，這是為什么呢？水到底起了什么作用？他覺得這是決定問題的關鍵。
基于法拉第的觀點，阿倫尼烏斯想是不是食鹽溶解在水里就電離成為氯離子和鈉離子了呢？這個想法在當時是相當超前和相當大膽的，畢竟當時的學術界一致認同法拉第的觀點。阿倫尼烏斯隨后提出假定電解質在溶液中具有分子形態和離子形態兩種存在形式，當溶液被稀釋時，電解質的部分分子就分解為活性的離子，而另一部分仍是以非活性的分子形態存在。因此，溶液稀釋時，活性的離子數量增加，導電性也就增強了。就此，阿倫尼烏斯提出全新的電解質中離子的產生原因，即電解質自動電離的新觀點。
然而，當阿倫尼烏斯帶著全新的觀點向他的博士導師克萊夫（P.T.Cleve）教授詳細地解釋電離理論時，這位作為化學元素鈥和銩的發現者的著名實驗化學家對此理論并不感興趣，只說了一句：“這個理論純粹是空想，我無法相信。”這無疑給滿懷信心的阿倫尼烏斯巨大打擊，而且他也意識到博士論文能否通過出現問題，雖然他認為自己的觀點和實驗數據并沒有錯，但要得到當時觀念保守的教授們的認可談何容易？答辯過程相當艱難，盡管阿倫尼烏斯精心準備，材料和數據都無可挑剔，但經過四個小時的答辯，答辯委員會的教授們仍然認為論文不是很好。但考慮到阿倫尼烏斯大學讀書時所有的成績都很好，尤其是生物學、物理學和數學的考試成績非常優異，答辯委員會最終以及格的成績，讓阿倫尼烏斯勉強獲得博士學位。
著名的化學反應速率的指數定律――阿倫尼烏斯公式 阿倫尼烏斯不但提出了在化學發展史上占據重要地位的電離學說，他還深入研究了溫度對化學反應速率的影響。他發現對于大多數反應而言，溫度對反應速率的影響要比濃度更為顯著。阿倫尼烏斯注意到化學反應體系的溫度每升高1度，反應速率約增加12%～13%。若從傳統的觀點來看，對反應速率的影響無外乎是對反應物分子的運動速率、碰撞頻率、濃度及反應體系的黏度等物理性質產生影響，然而溫度的這種巨大的影響不能從這些傳統的認識中得到圓滿的解釋。因此，阿倫尼烏斯設想，在反應體系中是一些高能量的活化分子直接參與到化學反應中，非活性分子吸收一定能量后可轉化為活化分子，而反應進行的速率取決于活化分子的數量及活化分子之間相互碰撞的次數；當反應體系的溫度升高時，活化分子的數量會隨溫度升高而上升，而且活化分子間的碰撞次數也隨溫度升高而增加，因此導致化學反應的速率也隨溫度的上升而增大。
1889年，阿倫尼烏斯在上述觀念的基礎上提出著名的阿倫尼烏斯公式，也就是著名的化學反應速率的指數定律：
其中，k為速率常數，A為指前因子（也稱頻率因子），Ea稱為化學反應的活化能，也就是非活化分子轉化為活化分子所需要的能量，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度。阿倫尼烏斯公式的提出為現代化學動力學奠定了基礎，是物理化學學科的重要組成部分。
此外，阿倫尼烏斯還從事天體物理學、氣象學和生物學等方面的研究，曾較早提出大氣中的二氧化碳對地球溫度影響的論點，還著有《天體物理學教科書》《免疫化學》《生物化學中的定量定律》等著作。
2 科學家能斯特
能斯特（Walther Hermann Nernst）是德國卓越的物理學家、物理化學家和化學史家，在化學熱力學和電化學方面作出了開創性的工作，特別是因為其在熱力學第三定律方面的杰出貢獻而被授予1920年的諾貝爾化學獎。
熱力學第三定律的介紹 19世紀末，化學熱力學的研究也已取得相當進展，其中的熱力學第一定律和熱力學第二定律已趨于完善，但不足的是化學平衡常數仍未有任何熱力學參數進行推算，還只能借助實驗進行測定。19世紀末至20世紀初，研究發現已推斷出，體系在低溫狀態時，反應自由能改變值（?G）與焓的改變值（?H）趨于相等。
能斯特對低溫下的化學反應體系進行了研究，通過測定比熱和反應熱來預測化學反應過程，研究發現當反應是吸熱的，那么所吸熱量將隨溫度下降而下降，而達到絕對零度時吸熱量將變為零。隨后，他在論文中指出，當體系溫度趨近于零時，不僅反應自由能改變值（?G）與焓的改變值（?H）趨于相等，反應熵的改變值（?S）也趨近于零。這就是化學史上所稱的“能斯特熱定理”。他推斷，所有固體的熵值在接近絕對零度時都是相等的。
能斯特熱定理是一個大膽的實驗假說。此后，德國物理學家普朗克（M.Planck）依據統計力學原理指出，能斯特熱定理只有對于純物質的完美晶體才成立。后來的實驗事實和統計熱力學對熵的討論表明，有些純物質（如過冷液體和有些固態化合物）在趨近絕對零度時能存在一個正的熵值。因此，1923年，美國物理化學家路易斯等人對普朗克的表述進行了修改，提出具有完美晶體的各種物質在絕對零度時，體系的熵等于零。至此，完善的熱力學第三定律最終被提出。
電化學中的電極電位的計算――能斯特方程 除了在化學熱力學方面的開創性工作外，能斯特還提出了描述電池可逆電動勢的能斯特公式。他將化學熱力學中的自由能變化與電池電動勢聯系起來，從而將化學熱力學規律成功地應用于電化學體系。
1889年，能斯特根據范特霍夫的滲透壓理論和阿倫尼烏斯的電離理論提出，在溶解壓力的作用下，原電池中的金屬進入了溶液，并以離子形式存在；與此同時，溶液中的金屬離子又在滲透壓的作用下，使金屬離子回到金屬表面。這是兩種方向相反的力，當其達到平衡時，便產生了原電池中的電極電位。在此基礎上，能斯特導出電極電位與溶液濃度的關系式，即電化學中著名的能斯特方程：
其中，E為電池的電動勢，ε為標準電極電位，R為摩爾氣體常量，T為熱力學溫度，c1和c2分別為溶液中氧化態和還原態的濃度。能斯特方程表明，電極電位的大小不僅取決于電極本身的性質，還與電池的反應溫度、物質氧化態與還原態的濃度、壓力等因素有關。能斯特方程為熱力學函數值測定提供了一種全新的方法，而且此電化學方法不但為熱化學數據提供了最精確的測量方法，還是化學熱力學規律的最精確的驗證手段。電化學方法將化學反應轉變成可控的可逆電池反應，進而獲得可控調節下極為精確的測定結果。
