冶金傳輸原理課程過(guò)程教學(xué)方法的實(shí)踐

[摘 要] 文章根據(jù)冶金傳輸原理課程特點(diǎn)，分析了教學(xué)過(guò)程中的一些現(xiàn)象，在總結(jié)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，采取多種方式相結(jié)合，加強(qiáng)理論和實(shí)踐以及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的過(guò)程教學(xué)模式，提高學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 冶金傳輸原理 理論和實(shí)踐 過(guò)程教學(xué)

冶金傳輸原理是以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和物理化學(xué)等課程為基礎(chǔ)并與冶金過(guò)程緊密聯(lián)系的冶金類(lèi)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。廣大師生普遍認(rèn)為該課程“難學(xué)難教”[1]，其中冶金傳輸原理的“難學(xué)”，主要體現(xiàn)在課程的相關(guān)概念、定理、定律，特別是相似原理、因次分析以及相似準(zhǔn)數(shù)等的抽象性，對(duì)于第一次接觸這些內(nèi)容的初學(xué)者，難以與實(shí)際的物理過(guò)程相結(jié)合，而表現(xiàn)為“難學(xué)”。對(duì)于冶金傳輸原理的“難教”，是該門(mén)課程數(shù)學(xué)與物理高度結(jié)合的特點(diǎn)，而學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)的不足以及數(shù)學(xué)、物理知識(shí)不扎實(shí)等實(shí)際問(wèn)題，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中如何克服這些問(wèn)題，能夠使學(xué)生理解和掌握教學(xué)大綱所規(guī)定的內(nèi)容，是“難教”的主要表現(xiàn)。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，如何提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有實(shí)用型及創(chuàng)新型素質(zhì)人才的要求，是該門(mén)課程教學(xué)改革始終探索的方向。

冶金傳輸原理的課程特點(diǎn)

冶金傳輸原理課程的特點(diǎn)是數(shù)理解析較重，其理論和研究方法來(lái)源于流體力學(xué)、傳熱學(xué)以及成熟的質(zhì)量傳遞理論而形成一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，解析方法著眼于物理概念和數(shù)學(xué)表達(dá)的統(tǒng)一，并且突出了物理過(guò)程的特點(diǎn)[2]。它是一門(mén)既有較強(qiáng)的理論性，又有很強(qiáng)的實(shí)踐性的課程[3]。傳輸理論應(yīng)用于冶金的實(shí)際過(guò)程，首先要對(duì)實(shí)際過(guò)程進(jìn)行觀察分析，建立簡(jiǎn)化的物理模型，然后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，再用數(shù)學(xué)分析解法、相似原理—模型實(shí)驗(yàn)法和類(lèi)比法等適合的方法求解給實(shí)際過(guò)程提供理論支持。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，由于計(jì)算機(jī)軟、硬件的快速發(fā)展為傳輸過(guò)程的數(shù)值計(jì)算提供了強(qiáng)大支撐，使計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)等也隨之有了長(zhǎng)足的發(fā)展，目前，數(shù)值計(jì)算已成為傳輸原理的重要組成部分，同時(shí)也豐富了課程的內(nèi)容。

冶金傳輸原理過(guò)程教學(xué)的方法

把冶金傳輸原理基本概念以及理論模型和冶金工程應(yīng)用相結(jié)合，關(guān)鍵是介紹這些理論、模型與實(shí)際的冶金問(wèn)題相結(jié)合的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。這樣一方面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，另一方面提高學(xué)生興趣，加深理論知識(shí)的理解以及對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的方法和針對(duì)性的措施。

1.課內(nèi)與課外相結(jié)合

課程數(shù)理解析較重的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在涉及的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)較多，為了更好地完成教學(xué)內(nèi)容，就需要學(xué)生掌握扎實(shí)的數(shù)理知識(shí)，這樣，課前有針對(duì)性的預(yù)習(xí)就顯得很重要。因此課內(nèi)與課外相結(jié)合就表現(xiàn)為課前的預(yù)習(xí)、課堂的聽(tīng)講和筆記以及課后的復(fù)習(xí)和及時(shí)完成作業(yè)的模式。在課堂上，通過(guò)回想式的提問(wèn)，鞏固上節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，起到承上啟下的作用，使本節(jié)的知識(shí)點(diǎn)能夠順暢銜接和充實(shí)，并且及時(shí)明確下節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)能夠有針對(duì)性地查漏補(bǔ)缺，從而有效地利用課堂時(shí)間進(jìn)行傳輸原理的教學(xué)。通過(guò)這些環(huán)節(jié)的積極實(shí)施，提高課堂的教學(xué)效果。

2.啟發(fā)式與能動(dòng)性相結(jié)合

冶金傳輸過(guò)程的相關(guān)概念、定理、數(shù)學(xué)物理模型以及解析方法，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)比較抽象，特別傳輸過(guò)程簡(jiǎn)化物理模型、數(shù)學(xué)模型的建立，以及數(shù)學(xué)模型的解析等，是知識(shí)的綜合應(yīng)用，特別是數(shù)理解析過(guò)程復(fù)雜、繁瑣，對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的學(xué)生顯得猶為枯燥乏味，影響了教學(xué)的效果。針對(duì)這種情況，在課堂上采用適當(dāng)?shù)奶釂?wèn)進(jìn)行啟發(fā)式互動(dòng)，了解學(xué)生對(duì)基本概念的理解程度，及時(shí)引導(dǎo)概念的轉(zhuǎn)換。對(duì)于一些簡(jiǎn)單的推導(dǎo)，在介紹基本的推導(dǎo)方法后，讓學(xué)生參與其中，共同完成過(guò)程的推導(dǎo)，使學(xué)生在這樣的方式中，掌握解析方法。另外，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，布置適當(dāng)?shù)恼n外作業(yè)，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

3.專(zhuān)業(yè)知識(shí)與自然知識(shí)相結(jié)合

根據(jù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，冶金傳輸原理課程屬于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，安排在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)之后，學(xué)生雖然完成了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，但對(duì)于專(zhuān)業(yè)的認(rèn)識(shí)、工藝知識(shí)的理解還是有很大的局限性，加之冶金過(guò)程的高溫和不可見(jiàn)性，實(shí)際的冶金物理過(guò)程更具有抽象性，這些都加大了教學(xué)過(guò)程中與實(shí)際結(jié)合的難度，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，影響教學(xué)效果。因此，把冶金傳輸原理與實(shí)際生活中的應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如自然對(duì)流傳熱在換熱方面的應(yīng)用，即密度是溫度的函數(shù)，由于溫度的變化使密度變化而產(chǎn)生了自然流動(dòng)，完成熱量的交換，這就是土暖氣的原理，以及煙囪是伯努利方程的實(shí)際應(yīng)用、流體的黏性與渦流的產(chǎn)生等。這樣的實(shí)際應(yīng)用提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)也加深了對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解。

4.教學(xué)與科研相結(jié)合

本科的教學(xué)與科研有著密切的關(guān)系，把教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的研究成果與實(shí)際的教學(xué)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，擴(kuò)充了學(xué)生的視野，豐富了課堂教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)習(xí)的興趣和教學(xué)質(zhì)量。如動(dòng)量傳輸中流體流量的測(cè)量，就是伯努利方程的具體應(yīng)用，其中對(duì)節(jié)流裝置的標(biāo)定是采用實(shí)流標(biāo)定或者風(fēng)洞試驗(yàn)，利用相似原理確定相關(guān)相似準(zhǔn)數(shù)，根據(jù)相似充要條件，建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)和實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)的相似準(zhǔn)數(shù)方程，通過(guò)確定的相似準(zhǔn)數(shù)將試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)與實(shí)際流體流量的測(cè)量連接起來(lái)，由于實(shí)際流體流量的測(cè)量；為了確定氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉工藝參數(shù)而設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)爐冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)；以連續(xù)鑄鋼過(guò)程溫度場(chǎng)的模擬計(jì)算，根據(jù)結(jié)晶器、二冷卻區(qū)和空冷區(qū)的不同邊界條件，進(jìn)行連鑄溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，并介紹典型的有限差分法、有限單元法和有限容積法等數(shù)值計(jì)算方法，介紹計(jì)算機(jī)在傳輸中的應(yīng)用，同時(shí)介紹在計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)的方面有成熟應(yīng)用的如FLUENT、PHOENICS等商業(yè)軟件，使學(xué)生了解傳輸原理在數(shù)值計(jì)算方面的進(jìn)展情況以及在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用，如中間包流場(chǎng)的計(jì)算、鋼包桶式精煉爐底吹氬時(shí)流場(chǎng)的分布等。

5.理論與實(shí)踐以及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

冶金傳輸原理工程技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)決定了其實(shí)踐環(huán)節(jié)非常重要。在課堂教學(xué)的課時(shí)外，安排有6個(gè)-8個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要有驗(yàn)證位能、靜能和動(dòng)能之和為常數(shù)的伯努利方程實(shí)驗(yàn)；通過(guò)流速和差壓來(lái)進(jìn)行流體流量測(cè)量的實(shí)驗(yàn)；轉(zhuǎn)爐冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)等。采用教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，均可使學(xué)生對(duì)相應(yīng)的物理過(guò)程有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程。

在傳輸原理的教學(xué)過(guò)程中，要結(jié)合冶金工程專(zhuān)業(yè)的工藝特點(diǎn)與相關(guān)的傳輸原理進(jìn)行有機(jī)的關(guān)聯(lián)，如埃根公式在高爐煉鐵中的應(yīng)用、動(dòng)量傳輸在連鑄中間包流場(chǎng)分布方面的應(yīng)用以及渣-鋼間反應(yīng)的傳質(zhì)模型等，在這方面給學(xué)生一個(gè)有益的導(dǎo)向。

6.知識(shí)的持續(xù)更新

為了更好地實(shí)施冶金傳輸原理的過(guò)程教學(xué)，在平時(shí)要不斷進(jìn)行教學(xué)方法、專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)以及工程實(shí)踐的積累。對(duì)于教學(xué)方法的學(xué)習(xí)，一方面要查找教學(xué)過(guò)程的不足，另一方面要請(qǐng)教教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師、專(zhuān)家，通過(guò)聽(tīng)課的方式，取長(zhǎng)補(bǔ)短，積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面的積累，主要是通過(guò)平時(shí)的備課以及在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)查閱相關(guān)資料進(jìn)行求證，如對(duì)流體力學(xué)、傳熱學(xué)以及數(shù)值計(jì)算、計(jì)算方法等方面知識(shí)的學(xué)習(xí)、積累，通過(guò)自學(xué)或請(qǐng)教于專(zhuān)家，來(lái)加強(qiáng)自己對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解，同時(shí)，利用帶隊(duì)實(shí)習(xí)、與企業(yè)橫向課題合作以及去企業(yè)實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)，不斷充實(shí)自己的工程實(shí)踐知識(shí)，可以為過(guò)程教學(xué)提供更多、更豐富的工程實(shí)例，并且借助自己所在的教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的平臺(tái)，把冶金實(shí)際以及科研的內(nèi)容提煉為簡(jiǎn)潔明了的課堂語(yǔ)言傳輸給學(xué)生，提高過(guò)程教學(xué)的效果。

結(jié) 論

冶金傳輸原理教學(xué)過(guò)程貫穿于每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)、每一節(jié)課教與學(xué)的小環(huán)節(jié)，以及理論與實(shí)踐相結(jié)合的小環(huán)節(jié)之中，這樣的環(huán)環(huán)相扣，提高學(xué)生掌握知識(shí)的能力和教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)踐問(wèn)題的能力，授之以“漁”使學(xué)生在以后的工作中，在所掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠繼續(xù)得到豐富和提高，培養(yǎng)實(shí)用型人才。

參考文獻(xiàn)：

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作者單位：西安建筑科技大學(xué) 陜西西安