跨學科橫向聯想法在水工藝設備基礎教學中的實踐

周莉菊

摘要：針對水工藝設備基礎課程理論教學特點，利用質量和能量守恒定律，通過跨學科橫向聯想，比較能流密度q如熱流密度、電流密度的概念，推導出其對應的水力學中的質流密度的概念為密度與水流流速的乘積，水力學中的密度與流速勢函數的乘積相應于熱力學中導熱系數與溫度的乘積。

關鍵詞：水工藝設備基礎；教學；橫向聯想；能流密度；質流密度

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0198-02

“水工藝設備基礎”課程是給水排水工程專業的專業基礎課程[1]，在給水排水工程中設備化程度越來越高[2]，水工藝設備水平成為水工業發展水平的重要標志[3]，要求水專業技術人員掌握水工藝設備的基礎知識。

一、教學內容研究

“水工藝設備基礎”課程的基礎知識包括水工藝設備常用材料，材料設備的腐蝕、防護與保溫，水工藝設備理論基礎[1]。這些內容涉及到工程力學、無機化學、有機化學、電工與電子基礎、材料學、傳熱學等多個學科[2][3]，要求教師在收集相關資料的基礎上汲取精華加以提煉和總結[2]，積極引導學生進行跨學科橫向聯想思維，將所學的知識融會貫通，激發學生學習該課程的積極性。

二、熱流密度、電流密度與能流密度

在導熱基本概念中，熱流密度定義為：單位時間單位面積上所傳遞的熱量，單位為“J/（s·m2）”或“W/m2”。此時，引導學生跨學科聯想到電學中的電流密度定義為：單位時間單位面積上所傳遞的電量，單位為“J/（s·m2）”或“W/m2”[4]。以及聯想到能流密度的概念：單位時間單位面積上所傳遞的能量，單位為“J/（s·m2）”或“W/m2”[5]。

導熱微分方程式[1]：假定所研究的物體是連續均勻和各向同性的介質，其導熱系數λ、比熱c和密度ρ均為已知，并假定物體內具有內熱源，當內熱源發熱時為正值，吸熱時為負值。內熱源強度：單位時間單位體積所發出的熱量，單位為“W/m3”。從進行導熱過程的物體中分割出一個微元體dV=dxdydz，設，在dt時間內，導入與導出微元體的凈熱量為dQ1，內熱源的發熱量為dQ2，微元體內能的增加為dQ3，根據能量守恒與轉化定律：

比較二階導數也會發現：水力學中的密度與流速勢函數的乘積ρφ相應于熱力學中導熱系數與溫度的乘積λT。通過比較熱流密度和質流密度，運用啟發式教學[7]，學生在問題的引導和教師的指導下完成了發現問題—分析問題—解決問題的過程。

利用質量和能量守恒定律，通過學習熱流密度q的概念，引導學生推導出其對應的水力學中的質流密度的概念為密度與水流流速的乘積ρu，水力學中的密度與流速勢函數的乘積ρφ相應于熱力學中導熱系數與溫度的乘積λT。跨學科橫向聯想思維，不僅拓寬了課程的知識面，提高了學生分析和解決問題的能力，同時也鍛煉了學生跨學科橫向聯想將知識點融會貫通的能力。

參考文獻：

[1]黃廷林.水工藝設備基礎[M].第二版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

[2]趙星明.“水工藝設備基礎”課程教學研究與實踐[J].科技信息，2010，（08）：512，515.

[3]張翔凌，姜應和，金建華.高等院校工科專業基礎課教學方法與改革研究——以《水工藝設備基礎》為例[J].大學教育，2013，（09）：100-102.

[4]百度百科.http：//baike.baidu.com/view/474007.htm[OL].2013-12-01.

[5]百度百科.http：//baike.baidu.com/view/1388375.htm[OL].2013-12-01.

[6]趙振興.水力學[M].北京：清華大學出版社，2005.

[7]俞冠伊.“啟發式教學”教育體系在環境藝術設計中的建設研究[J].教育教學論壇，2014，（26）：160-162.