傳輸原理課程的教學(xué)實(shí)踐與改革

1、  “傳輸原理”課程的教學(xué)實(shí)踐與改革   【摘 要】本文針對“傳輸原理”課程特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)手段、 考試 方法以及教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行了討論，為該課程的實(shí)踐改革提供借鑒意義?！娟P(guān)鍵詞】傳輸原理 教學(xué)實(shí)踐 課程改革傳輸現(xiàn)象（transport phenomena）普遍存在于材料加工及冶金過程中，大多數(shù)冶金和材料加工過程都是在高溫、多相條件下進(jìn)行的復(fù)雜物理化學(xué)過程，傳輸問題涉及到反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量和熱量傳遞速率關(guān)系，而質(zhì)量和熱量的傳輸往往又是在物質(zhì)流動情況下發(fā)生的，因此涉及到與運(yùn)動流體體系相關(guān)的動量傳輸，傳輸原理所涉及到的動量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸，三

2、者具有類似的機(jī)理和關(guān)系，也具有相互的關(guān)聯(lián)和作用。從而出現(xiàn)了新的工程理論，即綜合性的傳輸原理。無論工程技術(shù)人員還是科研工作者都會經(jīng)常碰到動量、熱量和質(zhì)量傳輸問題，它與多種生產(chǎn)技術(shù)和科技領(lǐng)域都有密切的聯(lián)系。因此，自上個(gè)世紀(jì)八十年代以來，傳輸原理已逐步作為一門必修課程列入理工科大學(xué)的教學(xué)計(jì)劃中。通過對該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對傳輸原理有一個(gè)基本的了解，并能逐步加以應(yīng)用，解決實(shí)際問題。一、“傳輸原理”課程遇到的問題我校自上個(gè)世紀(jì)九十年代初開始為材料類專業(yè)開出“傳輸原理”課程后，至今已近20年。在教學(xué)中我們遇到以下一些問題：1.內(nèi)容寬泛。內(nèi)容涵蓋了以往熱加工專業(yè)的“流體力學(xué)”、“傳熱學(xué)”和“傳質(zhì)學(xué)”三門課的

3、內(nèi)容，知識點(diǎn)多而散；2.難度大。該課程主要是利用解析的方法處理材料加工過程的動量、熱量及質(zhì)量傳輸?shù)膯栴}，涉及到大量的數(shù)學(xué)物理方程及其求解，過程繁瑣內(nèi)容抽象，理解掌握有較大的困難；3.課時(shí)緊。以往“流體力學(xué)”、“傳熱學(xué)”和“傳質(zhì)學(xué)”三門課學(xué)時(shí)合計(jì)在100個(gè)學(xué)時(shí)左右。近幾年，隨著課程體系改革的深入，專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)課時(shí)越來越少，目前的“傳輸原理”課的學(xué)時(shí)已壓縮到50學(xué)時(shí)左右，教學(xué)學(xué)時(shí)減少了二分之一。但為了保證課程體系的完整性，教學(xué)內(nèi)容無法做相同幅度的調(diào)整，因此造成課時(shí)偏緊；4.教學(xué)中涉及到大量的數(shù)學(xué)公式和插圖，靠傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法充分表現(xiàn)。二、“傳輸原理”課程的改革針對上述情況，我們結(jié)合教學(xué)實(shí)

4、踐，對“傳輸原理”的課程體系及內(nèi)容、教學(xué)方法及手段等進(jìn)行了一系列改革，取得了較好的效果。1.用 現(xiàn)代 教學(xué)技術(shù)改造傳統(tǒng)教學(xué)方法為了解決內(nèi)容多與學(xué)時(shí)少的矛盾，我們開始嘗試?yán)枚嗝襟w教學(xué)來對傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行改造。具體就是將授課內(nèi)容制作成多媒體課件，將傳統(tǒng)的只是使用粉筆黑板上課改變?yōu)槎嗝襟w課件加黑板的方式上課。實(shí)踐證明：利用多媒體課件上課，操作方便，省去了大量的板書時(shí)間，用于講授的時(shí)間比較寬裕，講授的內(nèi)容多，信息量大，尤其適合內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少的專業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課。在當(dāng)前強(qiáng)調(diào)“厚基礎(chǔ)、寬口徑” 教育 、專業(yè)課學(xué)時(shí)一再壓縮的情況下，采用多媒體課件教學(xué)可以在一定程度上緩解學(xué)時(shí)少與內(nèi)容多的矛盾。利用多媒體課件

5、上課的另外一個(gè)好處就是可以充分展示圖例。當(dāng)然，多媒體課件上課也存在一些問題，這主要表現(xiàn)在由于信息量大，屏幕內(nèi)容轉(zhuǎn)換快，學(xué)生記課堂筆記吃力。為了解決這個(gè)問題，我們將多媒體課件直接掛在校園網(wǎng)上，學(xué)生隨時(shí)可以下載瀏覽，這樣，學(xué)生上課就可以專心聽講，不用擔(dān)心記不上課堂筆記。此外，在教學(xué)過程中，還應(yīng)該將多媒體課件授課與傳統(tǒng)的黑板授課適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來，在一些環(huán)節(jié)上利用多媒體演示一些傳輸現(xiàn)象的實(shí)現(xiàn)過程和效果，這樣就能夠達(dá)到比較好的教學(xué)效果。為了提高授課效果，充分發(fā)揮多媒體課件的功能，我們對課程內(nèi)容進(jìn)行了仔細(xì)的鉆研，將一些有可能制作成多媒體動畫的教學(xué)內(nèi)容，例如傳輸方程的推導(dǎo)、雷諾實(shí)驗(yàn)、流體邊界層的形成、牛頓粘性

6、定律、傳質(zhì)系數(shù)模型等都制作了動畫畫面，使用后對學(xué)生理解和掌握相關(guān)知識起到了很好的作用。2.改革 考試 方法如前所述，“傳輸原理”是由原來的三門課“流體力學(xué)”、“傳熱學(xué)”和“傳質(zhì)學(xué)”合并而成，該課程涉及的知識面寬，內(nèi)容多，側(cè)重于數(shù)理解析，教材中有公式500多個(gè)，且許多公式相當(dāng)煩瑣，不易記憶。以往該課程考試前教師不得不劃定一部分公式范圍讓學(xué)生去背，劃的范圍小了，達(dá)不到教學(xué)的基本要求，不利于學(xué)生對課程內(nèi)容的全面復(fù)習(xí)和掌握；劃得范圍大了，要求學(xué)生為應(yīng)付考試去死記硬背大量的公式，效果并不好，且考試中夾帶紙條作弊的事時(shí)有發(fā)生。這使得教師往往處于一種兩難的境地。為此，從2001年開始，我們開始嘗試一種有限開

7、卷的考試改革，即教師考前不再劃定復(fù)習(xí)范圍，而是允許學(xué)生在考試時(shí)帶一張抄寫有公式的紙，答題時(shí)可以利用紙上的公式，要求對公式的掌握從死記硬背轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫鈶?yīng)用為主。從改革的實(shí)際效果看，學(xué)生對課程的復(fù)習(xí)較以往全面，絕大部分學(xué)生為摘抄公式將教材及課堂筆記仔細(xì)地閱讀過，所摘抄的內(nèi)容也盡可能的多，這起到了對課程全面復(fù)習(xí)的效果，也把學(xué)生從枯燥無味的死常硬背中解脫出來，受到學(xué)生的普遍歡迎。3.更新優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容（1）注重理論聯(lián)系實(shí)際由于“傳輸原理”涉及到的是材料冶金及成形過程的流動、傳熱和傳質(zhì)現(xiàn)象及 規(guī)律 ，是應(yīng)用于工程實(shí)際的一門工程基礎(chǔ)課，為此，我們注意將工程實(shí)例應(yīng)用到課程教學(xué)中，加深學(xué)生對課程內(nèi)容及工程應(yīng)用的掌

8、握和理解。例如，掛舵臂為大型遠(yuǎn)洋船舶上的重要部件之一，其用途是用來承受舵轉(zhuǎn)動時(shí)所使與的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力。掛舵臂為鑄鋼件，單件重量80-157t，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀特殊，質(zhì)量要求高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，易產(chǎn)生鑄造缺陷。需要通過 計(jì)算 機(jī)模擬技術(shù)（cae）對大型鑄鋼件掛舵臂鑄造成形過程的流場及溫度場進(jìn)行模擬，預(yù)測縮孔、縮松缺陷，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)最終制定出合理的工藝。我們將該科研成果作為一個(gè)典型實(shí)例引入課堂，讓同學(xué)直接觀看到模擬的掛舵臂流動成形及冷卻凝固過程，既使學(xué)生對課程的工程應(yīng)用有了深刻的理解，又使學(xué)生了解了 現(xiàn)代 制造技術(shù)的重要內(nèi)容。（2）處理好重點(diǎn)、難點(diǎn)和一般內(nèi)容的關(guān)系“傳輸原理”內(nèi)容多，篇幅大，難點(diǎn)、重點(diǎn)比較多又不易掌握的課程。為此，我們在每章的課程內(nèi)容講完后，都要給出專門的 總結(jié) 和思考題，將本章的主要內(nèi)容在總結(jié)中串起來，而將難點(diǎn)和重點(diǎn)體現(xiàn)在思考題中。學(xué)生通過復(fù)習(xí)總結(jié)，并結(jié)合思考題和做作業(yè)，就能夠?qū)Ρ菊鹿?jié)的主要內(nèi)容、基本要求、難點(diǎn)和重點(diǎn)比較好地掌握。而對于一般的內(nèi)容，如涉及到的一些數(shù)理方程的推導(dǎo)過程等，考慮到工 科學(xué) 生，更多的是應(yīng)該是掌握方程的物理意義和用來分析解決實(shí)際工程問題，所以不做更多的要求，即學(xué)生可以按照課堂上老師的講授并結(jié)合自學(xué)，作一般的掌握和理解即可。（3）精簡課程內(nèi)容對課程內(nèi)容的精簡不能簡