導(dǎo)語(yǔ)：冶金傳輸原理教學(xué)方法改革探索一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:《冶金傳輸原理》是一門理論性很強(qiáng)、實(shí)際工程應(yīng)用很廣的專業(yè)基礎(chǔ)課程。由于其理論抽象、公式復(fù)雜繁多，被廣大師生認(rèn)為既難教又難學(xué)。本文針對(duì)本課程特點(diǎn)提出了幾點(diǎn)教學(xué)方法的改進(jìn)意見:優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法和聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際提高解決問題的能力。本課程教學(xué)改革，有利于提升教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和解決冶金生產(chǎn)問題的能力。

關(guān)鍵詞:冶金傳輸原理;教學(xué)改革

《冶金傳輸原理》是為冶金、熱能和材料成型與控制工程等眾多專業(yè)開設(shè)的一門既有很強(qiáng)理論性，又有指導(dǎo)生產(chǎn)重要應(yīng)用價(jià)值的專業(yè)基礎(chǔ)課［1-3］。本課程以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和大學(xué)化學(xué)等為基礎(chǔ)，來(lái)解釋實(shí)際生產(chǎn)中的現(xiàn)象和問題。課程中有很多抽象的概念、理論和大量復(fù)雜的公式推導(dǎo)，要求學(xué)生有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)功底以及較高的綜合學(xué)習(xí)能力［4］。因此，《冶金傳輸原理》被高校的廣大師生普遍認(rèn)為是既難教又難學(xué)的課程［5］。傳統(tǒng)的授課方式反復(fù)強(qiáng)調(diào)概念和理論，更使學(xué)生感到枯燥乏味、晦澀難懂，學(xué)習(xí)的興趣降低，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量［6］。為了提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其具備運(yùn)用《冶金傳輸原理》知識(shí)分析解決冶金與金屬加工生產(chǎn)過程中的復(fù)雜技術(shù)問題的能力，該課程的教學(xué)方法需要進(jìn)行改革，使課本中的抽象理論清晰化、難點(diǎn)簡(jiǎn)單化、理論與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合［7，8］。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

《冶金傳輸原理》課程授課目標(biāo)是通過本課程教學(xué)，使學(xué)生掌握動(dòng)量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?、適用條件及基本解析方法，了解三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律:牛頓粘性定律、傅立葉定律、菲克第一定律;三個(gè)基本守恒準(zhǔn)則:質(zhì)量守恒定律、牛頓第二定律、熱力學(xué)第一定律;三種分析方法:總體平衡法、微元平衡法、殼體平衡法。授課時(shí)還要分清主次，突出重點(diǎn)和理解難點(diǎn)。動(dòng)量傳輸:首先介紹動(dòng)量傳輸?shù)幕靖拍詈涂傮w平衡法，了解理想流體和實(shí)際流體，掌握層流及湍流的流動(dòng)形態(tài)及定解問題。重點(diǎn)理解牛頓粘性定律、連續(xù)性微分方程、歐拉方程和納維-斯托克斯方程;其次要掌握管道中流體的流動(dòng)狀態(tài)，流體的流動(dòng)阻力、能量損失和管路設(shè)計(jì)與計(jì)算;最后介紹邊界層概念、邊界層的微分和積分方程式，以及相似原理和量綱分析。熱量傳輸:首先介紹三種基本傳熱方式(導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射)的概念和定律;導(dǎo)熱的傅里葉定律和導(dǎo)熱微分方程掌握比較重要，需要重點(diǎn)掌握;對(duì)流傳熱需要掌握對(duì)傳熱過程的一般分析和理解管內(nèi)對(duì)流傳熱;輻射傳熱需要掌握黑體輻射的基本定律和表面輻射的計(jì)算。質(zhì)量傳輸:首先掌握質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?，質(zhì)量傳輸?shù)膬煞N方式即分子擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì);其次掌握菲克第一定律、質(zhì)量傳輸微分方程、氣體與液體中的分子擴(kuò)散和固體中的分子定態(tài)擴(kuò)散;介紹對(duì)流傳質(zhì)的解析、相關(guān)準(zhǔn)數(shù)，以及如何提高質(zhì)量傳輸速率等;掌握動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳輸?shù)念惐?，質(zhì)量傳輸基本解析方法，完全可以借用動(dòng)量傳輸和熱量傳輸?shù)慕馕龇椒?。?dòng)量傳輸和熱量傳輸過程是一個(gè)物理變化過程，而質(zhì)量傳輸是個(gè)物理變化和化學(xué)變化相結(jié)合的過程。質(zhì)量傳輸?shù)膫鬏斔俾首盥?，?dòng)量傳輸和熱量傳輸?shù)乃俾时荣|(zhì)量傳輸速率快多個(gè)數(shù)量級(jí)［9］。動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的基本原理是相同的。因此，在分析三者的原理和特征時(shí)，抓住它們之間的共性和聯(lián)系，這樣能夠使學(xué)生比較容易地掌握各章的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)習(xí)之后能夠做到舉一反三，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

二、改革教學(xué)方法

《冶金傳輸原理》課程中概念抽象、計(jì)算公式繁多且推導(dǎo)過程復(fù)雜難懂。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)受空間和時(shí)間上限制，教師講授，學(xué)生是學(xué)知識(shí)、背知識(shí)、考知識(shí)，沒有充分的體現(xiàn)出培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。所以，我們要改革，采用新的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)由“教師教”向“學(xué)生自主學(xué)”的轉(zhuǎn)變，消除學(xué)生認(rèn)為冶金傳輸原理繁瑣、枯燥、乏味的普遍認(rèn)識(shí)。(1)把課程中一些物理和化學(xué)現(xiàn)象制作成有聲音的、圖像和動(dòng)畫形式的教案，給學(xué)生以聽覺和視覺上的沖擊，有利于學(xué)習(xí)興趣的提高，并快速理解抽象的理論知識(shí)。比如:層流和湍流的雷諾實(shí)驗(yàn)和卡門渦街，可以通過制作小動(dòng)畫來(lái)演示。(2)根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容采用引導(dǎo)式、提問式、討論和分析式教學(xué)方法。例如:在描述流體運(yùn)動(dòng)方法教學(xué)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生思考，分析和討論一下洪水的流動(dòng)屬于歐拉法還是拉格朗日法;學(xué)習(xí)導(dǎo)熱時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)原理設(shè)計(jì)加熱爐，提高熱效率減少熱量損失，使加熱爐的外表面溫度不超過安全值確保操作人員安全;高溫加熱金屬，放入水中淬火熱處理過程中熱量傳輸?shù)挠懻?以及生活中常見現(xiàn)象例如小貓曬太陽(yáng)過程中有哪些熱量傳輸現(xiàn)象等等。充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，既可活躍課堂氣氛，又有利于集中學(xué)生注意力，提高學(xué)習(xí)效率。(3)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課輔助教學(xué)。從這幾年的教學(xué)效果來(lái)看，沒有實(shí)驗(yàn)教學(xué)的支撐，理論課就變得枯燥乏味，晦澀難懂，直接影響教學(xué)效果。教材中的流體粘度、流動(dòng)狀態(tài)、導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射、動(dòng)量守恒，能量守恒等都可采用實(shí)驗(yàn)來(lái)演示，將復(fù)雜的概念和公式變得生動(dòng)。例如:利用泄流法，用恩格勒粘度計(jì)測(cè)試流體粘度;通過控制管道中顏色水的流速來(lái)觀察層流和湍流變化;通過測(cè)量平板上下表面的溫度差，計(jì)算平板的導(dǎo)熱系數(shù);采用液體流過不同溫度管道的對(duì)流，來(lái)計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù);利用流體流過帶有三通、閥門和彎頭的管道的壓降，測(cè)試阻力系數(shù)和能量守恒;還可以采用物理模擬實(shí)驗(yàn)，利用水模型實(shí)驗(yàn)?zāi)M冶煉過程中中間包吹氬。這一系列實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，但可以使學(xué)生在生動(dòng)活潑的環(huán)境中認(rèn)識(shí)各類傳輸現(xiàn)象。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、裝置、步驟、數(shù)據(jù)記錄分析處理等學(xué)習(xí)，理解實(shí)驗(yàn)中的基本概念和傳輸機(jī)理，對(duì)學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)其中的理論知識(shí)能起到事半功倍的效果，同時(shí)還提升了學(xué)生的動(dòng)手能力。(4)通過改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，充分發(fā)揮多媒體和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)建在線的教學(xué)課程。教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、授課教案、PPT課件、授課視頻、知識(shí)點(diǎn)題庫(kù)等教學(xué)資源，在互聯(lián)網(wǎng)上完全對(duì)學(xué)生開放，學(xué)生就可以不受老師授課時(shí)間和地點(diǎn)限制，根據(jù)自己的時(shí)間安排，隨時(shí)隨地利用互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過教學(xué)方法的改革，要求學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法，鼓勵(lì)學(xué)生多觀察、多思考、多提問，使《冶金傳輸原理》學(xué)習(xí)由復(fù)雜變簡(jiǎn)單，由晦澀變生動(dòng)，同時(shí)有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性、學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率。

三、工廠實(shí)地實(shí)習(xí)，提高解決問題能力

在滿足冶金工程、熱能工程和材料成型與控制工程等專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)基礎(chǔ)上，對(duì)《冶金傳輸原理》課程進(jìn)行教學(xué)改革，突出理論知識(shí)對(duì)實(shí)踐應(yīng)用指導(dǎo)作用。實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生動(dòng)手能力、分析問題和解決問題能力、創(chuàng)新意識(shí)的有力手段［10］。本課程的實(shí)踐教學(xué)主要有兩大部分，冶金或金屬加工單位實(shí)地實(shí)習(xí)和計(jì)算機(jī)虛擬模擬。根據(jù)本課程教學(xué)需要，一般選擇到大型鋼鐵企業(yè)的冶煉、鑄造和軋制廠等進(jìn)行觀摩實(shí)習(xí)，在加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，提高對(duì)理論知識(shí)的理解，再通過計(jì)算機(jī)模擬來(lái)驗(yàn)證理論對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的問題，首先要對(duì)復(fù)雜的實(shí)際生產(chǎn)過程進(jìn)行觀察和分析，建立簡(jiǎn)化的物理模型，確立初始條件和邊界條件，通過數(shù)學(xué)解析法、相似原理-模型實(shí)驗(yàn)法、數(shù)值計(jì)算等合適方法定量研究問題。例如，在鈦合金鑄造凝固過程中，首先觀察了解實(shí)際鑄造過程步驟，每個(gè)步驟中傳輸現(xiàn)象和院里，通過理論分析，建立主要的熔液與型殼之間的傳熱模型，確定初始條件和邊界條件，就可以得到鑄件各個(gè)部位的溫度場(chǎng)和凝固狀態(tài)，再來(lái)指導(dǎo)在生產(chǎn)中的實(shí)際問題，充分發(fā)揮理論聯(lián)系實(shí)際的作用。

四、結(jié)語(yǔ)

通過一系列的教學(xué)改革，可以讓學(xué)生知道為什么要學(xué)《冶金傳輸原理》和學(xué)了有什么用，充分體會(huì)到《冶金傳輸原理》在基礎(chǔ)工程科學(xué)發(fā)展中的解決實(shí)際問題的價(jià)值和重要性，以及學(xué)好《冶金傳輸原理》有利于提高實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分析和解決問題的能力。

作者:李九霄 李方杰 楊冬野 龔紅英 單位:上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院