《冶金傳輸原理》教學(xué)改革與創(chuàng)新

1、冶金傳輸原理授課改革與創(chuàng)新冶金傳輸原理與冶金物理化學(xué)、金屬學(xué)一同組成了冶金工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)。它以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)等課程為基礎(chǔ)，進(jìn)一步向冶金應(yīng)用理論延長，作為深入理解和解說專業(yè)知識的理論與工具，起到了重要的繼往開來作用1-2。冶金傳輸原理授課系統(tǒng)自20世紀(jì)70年月建立，到此刻已有40年左右，冶金傳輸原理課程內(nèi)容凌亂，物理見解抽象，計(jì)算公式眾多，數(shù)學(xué)推導(dǎo)煩雜，素來被公認(rèn)為是“教師難教，學(xué)生犯難”的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程3-6。很多同學(xué)難以深刻理解所學(xué)內(nèi)容，經(jīng)常經(jīng)過照本宣科勉強(qiáng)經(jīng)過考試，在似懂非懂中便結(jié)束了課程的學(xué)習(xí)，對此后連續(xù)進(jìn)修，提高專業(yè)技術(shù)水平形成了必然的阻擋。從行業(yè)發(fā)展角度看，冶金規(guī)

2、模迅速擴(kuò)增階段已然成為歷史，冶金行業(yè)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，為緩解節(jié)余產(chǎn)能提出的供給側(cè)改革對冶金工程技術(shù)人員的綜合設(shè)計(jì)開發(fā)能力提出了更高的要求，也為高校冶金人才的培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。因此，夯實(shí)理論基礎(chǔ)并加強(qiáng)理論實(shí)踐將成為新時期人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。一、冶金傳輸原理課程現(xiàn)狀為更為有針對性地制定有效舉措，提高冶金傳輸原理授課質(zhì)量，對國內(nèi)外17所冶金有關(guān)高校的課程張開情況進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研院校冶金傳輸原理課程平均學(xué)時數(shù)為56。最多80學(xué)時，最1/8少30學(xué)時。各高校授課學(xué)時數(shù)較開課之初均表現(xiàn)減少趨勢，但授課內(nèi)容卻并沒有減少，因此對授課效率提出了更高的要求。從外國來看，授課學(xué)時更少，亞琛工業(yè)大學(xué)為43學(xué)時，其中還包括

3、16學(xué)時的課外指導(dǎo)；東京大學(xué)為30學(xué)時。外國授課偏向于基本方程和基本理論，更重視學(xué)生自學(xué)，經(jīng)過綜合性的作業(yè)來促使學(xué)生對所學(xué)知識的理解與應(yīng)用。教材方面，沈巧珍、杜建明編寫的教材使用率最高（6/17），其次為沈頤身編寫的教材（3/16），其余基本由本校教師編寫，值得一提的是，國內(nèi)東北大學(xué)采用了英文教材。在成績核查方面，82.3%的學(xué)校采用閉卷考試，并輔以不同樣比率的平時成績。亞琛大學(xué)為三道綜共計(jì)算題，東京大學(xué)為50%報(bào)告+50%考試。在其余授課環(huán)節(jié)中，64.7%的學(xué)校設(shè)有不同樣學(xué)時的實(shí)驗(yàn)課，以此增加同學(xué)們對所需知識的理解，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。調(diào)研的外國兩所高校沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程，一是與較少的學(xué)時數(shù)有關(guān)；

4、其余外國學(xué)生人數(shù)少，實(shí)驗(yàn)條件寬泛較好，學(xué)生可依照興趣自由選擇進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)。課程設(shè)置上，好多院校研究生階段不再開設(shè)冶金傳輸原理課程；開設(shè)研究生課程的一般在本科階段著重基本見解、基根源理，研究生階段偏向一些詳細(xì)問題的解決，包括建模和數(shù)值模擬計(jì)算等。其余，查閱近幾年冶金工程專業(yè)碩士招生情況可知，在每年的碩士入學(xué)考試中，選擇冶金傳輸原理作為專業(yè)基礎(chǔ)課考試科目的只有寥寥數(shù)人，可見其在全國冶金工程專業(yè)學(xué)生眼中已成為“不受歡迎”的課程，這對冶金工程專2/8業(yè)人才培養(yǎng)是特別不利的，也極大地?fù)p害了教師的授課積極性。剖析各高校課程建設(shè)基本情況，并聯(lián)合實(shí)質(zhì)授課過程中發(fā)現(xiàn)的問題，總結(jié)以下：1.課程系統(tǒng)建設(shè)有待加強(qiáng)。現(xiàn)

5、行冶金工程專業(yè)本科培養(yǎng)計(jì)劃中規(guī)定，課程在本科階段學(xué)習(xí)重點(diǎn)為基本見解的理解、基本方程的建立、基本定理的應(yīng)用，深入認(rèn)識冶金過程中各樣傳輸現(xiàn)象，為學(xué)生將來從事冶金技術(shù)開發(fā)、提高控制和設(shè)計(jì)水平打下優(yōu)秀的基礎(chǔ)。但由于缺少對冶金傳輸原理知識系統(tǒng)構(gòu)造的梳理，造成具體授課過程中對授課內(nèi)容以及深度的掌握上缺少整體規(guī)劃，知識之間的繼承與聯(lián)系不強(qiáng)，致使同學(xué)們理解不深入。2.授課手段有待進(jìn)一步提高。眼前的授課活動并沒有充分利用現(xiàn)代化的授課方法和手段，可是將傳統(tǒng)的板書搬到了電腦屏幕上，由于課程內(nèi)容抽象、煩雜，一味單一地解說，機(jī)械地記憶，學(xué)習(xí)起來特別被動，且簡單產(chǎn)生厭惡心理，授課收效不能夠令人滿意。3.知識體驗(yàn)缺少。眼前

6、的授課過程缺少知識體驗(yàn)環(huán)節(jié)，沒有供給學(xué)生主動體驗(yàn)知識的機(jī)會，甚至連演示實(shí)驗(yàn)也沒有。從人類認(rèn)知學(xué)角度來講，知識的主觀體驗(yàn)是知識學(xué)習(xí)過程中不能夠缺少的環(huán)節(jié)。因此，造成學(xué)生對知識的理解不能夠深入，也缺少對傳輸理論實(shí)質(zhì)應(yīng)用的體驗(yàn)。二、授課改良與創(chuàng)新3/81.完滿課程授課系統(tǒng)。每門課程依照其性質(zhì)及應(yīng)用對象都有其自己的特點(diǎn)和合用的授課方法，冶金傳輸原理是一門相對年青的課程，其課程系統(tǒng)的建設(shè)素來在不斷完滿。冶金傳輸原理的內(nèi)容繁瑣、抽象，不易理解。與高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理有關(guān)授課團(tuán)隊(duì)進(jìn)行商討，建立課程的知識系統(tǒng)構(gòu)造，對知識層次進(jìn)行差別，依照基本定理、基本定理的廣義延長、特定條件下的推理以及實(shí)質(zhì)應(yīng)用及結(jié)論的層次建立

7、知識構(gòu)造圖，使同學(xué)們明確新知識與已有知識的聯(lián)系，便于理解、記憶和應(yīng)用。如傳輸原理中最重要也是貫串整個學(xué)習(xí)過程的納維-斯托克斯方程，其實(shí)質(zhì)能夠從中學(xué)物理所學(xué)的牛頓第二定律F=ma獲得，推導(dǎo)過程中用到質(zhì)量守恒定律和動量定理。將特定物體的質(zhì)量變換為流過必然空間坐標(biāo)的流體質(zhì)量，將中學(xué)物理見解中的加快度（實(shí)質(zhì)為時變加快度）拓展為時變加快度和位變加快度之和。流體的受力剖析除了熟知的壓力、重力以及可能存在的各樣外場力外，增加了流體特有的粘性力，據(jù)此就能夠簡單地推導(dǎo)出納維-斯托克斯方程，并與已有知識建立聯(lián)系。對納維-斯托克斯方程在不考慮粘性力（理想流體）、穩(wěn)固流動、不能壓縮以及只有重力條件下，沿流線積分或在有

8、勢流動中積分可獲得伯努利方程，屬于特定條件下的推理。而畢托管、文丘里管、飛機(jī)跳躍升力以及虹吸管等屬于詳細(xì)應(yīng)用。結(jié)論對應(yīng)于應(yīng)用過程中獲得的一些重要結(jié)果，如管道層流和湍流最大速度與平均速度的關(guān)系，層流和湍流界線層厚度與板長的關(guān)系及4/8阻力系數(shù)等。依照此原則將冶金傳輸原理重點(diǎn)知識進(jìn)行層次差別，并要求同學(xué)們畫出知識層次構(gòu)造圖，對同學(xué)們理解、掌握整個知識系統(tǒng)擁有很大幫助。講堂授課方面，為了幫助同學(xué)們理解所學(xué)知識，將抽象的見解詳細(xì)化，制作了多種教具并設(shè)計(jì)了演示實(shí)驗(yàn)。如在解說動量傳輸?shù)奈⒎址匠虝r，制作了流體受力模型，采用多層平板代表流層，平板間利用橡皮筋連結(jié)代表粘性力。在表達(dá)流體流動狀態(tài)時，設(shè)計(jì)了雷諾演示

9、實(shí)驗(yàn)，并輔以多媒體顯現(xiàn)，豐富了授課手段。關(guān)于重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容設(shè)計(jì)知道說策略，吸納有經(jīng)驗(yàn)教師和同學(xué)們的建議反應(yīng)，精益求精。重點(diǎn)和難點(diǎn)確實(shí)定一方面根源于授課綱領(lǐng)，另一方面經(jīng)過檢盤問卷收集，并參照每年的試卷剖析。其余在授課中，充分利用教師豐富的科研資源，將科研工作中應(yīng)用傳輸知識的實(shí)例簡化為課上解說的例題，一方面使同學(xué)們認(rèn)識到傳輸原理的重要性，提高學(xué)習(xí)興趣，另一方面能夠豐富講堂內(nèi)容，使授課重生動。在解決知識體驗(yàn)問題上，采用授課實(shí)驗(yàn)進(jìn)行填補(bǔ)，利用公共實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室條件，設(shè)計(jì)了十余個授課實(shí)驗(yàn)。激勵學(xué)生自行設(shè)計(jì)綜合性考證試驗(yàn)，提高學(xué)生知識綜合運(yùn)用能力。在升華對知識的認(rèn)知方面，設(shè)計(jì)了聯(lián)合同學(xué)們個人興趣愛好的

10、授課活動冶金傳輸原理詩詞大賽，收到了預(yù)期收效。授課收效反應(yīng)上，針對課程整體情況、教材使用、課程設(shè)置、教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)以及考試情況設(shè)計(jì)了檢盤問卷，在每學(xué)期考試后發(fā)散，宣布考試成績前回收。每學(xué)期末，任課教師對反5/8饋情況進(jìn)行商討，剖析存在問題，提出改良策略，形成良性循環(huán)。最后形成了“課程內(nèi)容設(shè)計(jì)講堂知識解說重要知識體驗(yàn)知識升華演繹學(xué)習(xí)收效反應(yīng)”的齊全授課循環(huán)系統(tǒng)，對每個詳細(xì)授課環(huán)節(jié)給出明確的履行方式，擁有可連續(xù)性和操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。2.深入知識體驗(yàn)。引導(dǎo)同學(xué)們對所學(xué)知識進(jìn)行深入思慮，才能更好地理解掌握；將無聊的問題規(guī)律化才能記憶深刻。創(chuàng)始性地設(shè)計(jì)了冶金傳輸原理詩詞大賽這一授課環(huán)節(jié)，利用今世大學(xué)生

11、的多才多藝，將其自己專長、才藝、愛好轉(zhuǎn)嫁應(yīng)用到無聊的專業(yè)知識學(xué)習(xí)中。以所學(xué)傳輸原理知識為題材，經(jīng)過總結(jié)、剖析以各樣文學(xué)形式進(jìn)行表達(dá)。作品能夠是對一類詳細(xì)問題如管道流動、界線層理論、對流傳熱等問題的系統(tǒng)總結(jié)，也能夠是對某個詳細(xì)知識點(diǎn)的深入剖析。作品由兩部分組成，第一部分為作品的正文，第二部分為作品內(nèi)容的剖析、解說，篇幅不高出3000字。將抽象的理論以不同樣的文學(xué)形式進(jìn)行表達(dá)，無疑將極大改換同學(xué)們的積極性，發(fā)揮各自想象力和創(chuàng)辦能力。由于詩詞作品講究工整、押韻、流利，易讀易記。因此傳輸原理知識的文學(xué)化表達(dá)必定在對所學(xué)知識充分理解、消化的基礎(chǔ)上才能達(dá)成，經(jīng)過作品創(chuàng)辦，提高同學(xué)們的認(rèn)知。作品以爭論的形式

12、表現(xiàn)，現(xiàn)場打分，教師點(diǎn)評和同學(xué)們的陳述給大家供給了二次學(xué)習(xí)的機(jī)會，每一個人都受益匪淺。作品的創(chuàng)作以團(tuán)隊(duì)形式達(dá)成，23人一組，創(chuàng)作過程中，組內(nèi)同學(xué)之間的相互溝通、學(xué)習(xí)是進(jìn)一步穩(wěn)固所學(xué)知識、達(dá)成從6/8簡單認(rèn)知到靈便掌握的助推劑。每個小組針對特定傳輸原理知識進(jìn)行總結(jié)、升華，深刻解說知識的內(nèi)涵及應(yīng)用，為其余同學(xué)學(xué)習(xí)、意會該部分知識供給便利和幫助。經(jīng)過不斷地積累，將不斷提高同學(xué)們的認(rèn)知水平，事半功倍。與此同時，教師可經(jīng)過作品，了解學(xué)生知識掌握情況。將好的作品匯編成冊，七律、絕句、詩歌、歌曲等創(chuàng)作形式讓一些無聊的專業(yè)知識更接地氣，給了專業(yè)知識嶄新的解說。這種從學(xué)生理解角度出發(fā)的知識解說，由于大家知識背景

13、近似，學(xué)習(xí)程度相鄰，因此最易于理解，成為新同學(xué)學(xué)習(xí)的有益補(bǔ)充，也增加了學(xué)習(xí)興趣。3.建立開放授課實(shí)驗(yàn)平臺。知識體驗(yàn)是學(xué)習(xí)過程中不能或缺的環(huán)節(jié)，依照授課內(nèi)容要求及現(xiàn)有條件，設(shè)計(jì)了管道流動中的質(zhì)量平衡；不能壓縮流體定常流能量方程；平板法測定保溫資料導(dǎo)熱系數(shù)；卡門渦街；氣隙對資料導(dǎo)熱性能影響；流動過程中的流線和跡線；畢托管測量流體流速；雷諾實(shí)驗(yàn)；多種傳熱形式綜合傳熱；液液間傳質(zhì)；氣體蒸發(fā)過程的擴(kuò)散傳質(zhì)等11個基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。利用學(xué)院開放授課實(shí)驗(yàn)平臺，漸漸為同學(xué)們供給服務(wù)。每個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括五個部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果與討論。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理主要描繪對應(yīng)的傳輸原理知識；實(shí)驗(yàn)設(shè)施的介紹使同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)平臺有直觀認(rèn)識；實(shí)驗(yàn)步驟供給了實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)；結(jié)果與討論引導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)一步思考實(shí)驗(yàn)背后的基本理論以及對所學(xué)知識的靈便運(yùn)用。其余，充分7/8發(fā)揮教師的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室資源，在張開相應(yīng)科研工作時，在開放實(shí)驗(yàn)平臺上趁早宣布，激勵同學(xué)們觀摩、學(xué)習(xí)和參加討論。三、結(jié)束語本文在充分調(diào)研國內(nèi)外授課基本情況基礎(chǔ)上，提出經(jīng)過授課系統(tǒng)完滿、