“材料加工冶金傳輸原理”課程教學改革與實踐

摘 要 材料加工冶金傳輸原理是應用型本科院校材料成型及控制工程專業的基礎課程，課程內容涉及的公式繁多，內容抽象，學生學習時需具備扎實的物理和數學基礎。然而，當前材料加工冶金傳輸原理課程教學存在理論與實踐結合不夠緊密，教學資源較為欠缺，教學方法較為單一，課時安排較少，考核評價較為普遍等問題，導致教師難教，學生難學。文章基于新工科背景，提出理論與實踐教學緊密結合，充分利用網絡資源，豐富教學方法，更新教學內容，優化考核形式等措施，以期提升應用型本科院校材料加工冶金傳輸原理課程教學質量。

關鍵詞 應用型；材料加工冶金傳輸原理；新工科

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.04.014

Reform and Practice of Teaching in the Course of \"Transport Principles in

Material Processing and Metallurgy\"

CHEN Junqi， CHEN Jinwu， XU Daofen

（School of Mechanical Engineering， Guilin University of Aerospace Technology， Guilin， Guangxi 541004）

Abstract \"Transport Principles in Material Processing and Metallurgy\" is a basic course for the Material Forming and Control Engineering major in applied undergraduate institutions. The course content involves numerous formulas and is abstract. Students need to have a solid foundation in physics and mathematics for learning. However， currently， there are some problems in the teaching of Material Processing Metallurgical Transport Principles. The combination of theory and practice is not close enough， teaching resources are relatively scarce， teaching methods are rather single， class hours are insufficient， and the assessment and evaluation are rather ordinary. These problems make it difficult for both teachers to teach and students to learn. Based on the background of emerging engineering education， this paper proposes measures such as closely integrating theory and practice teaching， making full use of network resources， enriching teaching methods， updating teaching content， and optimizing the assessment form， with a view to improving the teaching quality of \"Transport Principles in Material Processing and Metallurgy\" course in applied undergraduate institutions.

Keywords application oriented; Transport Principles in Material Processing and Metallurgy; new engineering disciplines

為了應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，服務國家戰略和區域發展需要，加快培養卓越工程科技人才，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，提出了“新工科”這一概念，并共同探討了新工科的內涵特征。新工科強調以學生為中心，產出為導向，持續改進，全面落實先進的工程教育理念，優化人才培養全過程，提升學生解決復雜工程問題的能力，強化工程倫理意識與職業道德[1-2]。為了滿足新工科背景下的新型人才培養目標，地方應用型本科院校需主動適應區域經濟發展和產業升級，探索課程教學新模式，構建科學合理的人才培養模式，培養出工程實踐能力強、創新創業意識突出、學科交叉融合和跨界整合能力強的新工科人才。

材料加工冶金傳輸原理是冶金工程、金屬材料、化工、熱能工程、工程熱物理、建筑與環境工程、水利水電等眾多專業的專業基礎課之一[3]。該課程在材料成形及控制工程專業中扮演著至關重要的角色，它涵蓋了流體力學、傳熱學和傳質學等基礎理論，并與材料加工及冶金工程的實踐課程緊密結合[4]，不僅為學生提供了分析和解決材料成型過程中實際問題的理論基礎，還為后續工程材料及熱加工等課程的學習提供了必要的物理理論基礎。

文章基于新工科背景，主要探索應用型本科院校材料成型及控制工程專業“材料加工冶金傳輸原理”課程的改革與實踐。

1" “材料加工冶金傳輸原理”教學中存在的問題

1.1" 理論與實踐結合不夠緊密

“材料加工冶金傳輸原理”仍采用傳統重理論推導的授課模式，在動量、熱量和質量傳輸等理論內容的講授上，教師側重講授大量的基本概念、基本原理、數學公式的推導等，而忽略上述內容與實際工程問題之間的聯系，理論與實踐融合不夠，學生理解這些內容較為困難。例如，在講授連續性方程、納維爾-斯托克斯方程、歐拉方程，以及伯努利方程的推導時，涉及微積分方程、物理學、工程力學等多學科的知識，單純的理論講解內容枯燥，學生易感到無趣，即便學生完成課程學習，仍不知如何將所學知識應用到實際問題中去。同時，實驗設備匱乏，學生缺乏實踐動手的機會，也進一步導致學生對學習內容感到枯燥無趣[5]。若增加相應實踐案例、實驗等，學生將在實踐中加深對理論知識的理解，事半功倍。

1.2" 教學資源欠缺，教學方法單一

“材料加工冶金傳輸原理”課程的教學資源主要包括傳統的教材、課件以及基礎的實驗設備，然而，現實中許多應用型本科院校開設本課程所采用的教材以吳樹森主編的《材料加工冶金傳輸原理》為主，其他教材資源和課件較少；缺乏必要的教學設備，實驗條件匱乏，致使很多相關的實驗無法開展，加大了學生的學習難度。在教學方法上，主要采用傳統講授教學模式，授課內容更側重理論基礎，方式單一。同時，主講的教師大多為材料類專業博士，其缺乏企業工程研究的經歷，教學過程缺乏互動和工程實踐環節，學生難以做到學以致用。

1.3" 課時安排較少，考核評價方式單一

大多應用型本科院校“材料加工冶金傳輸原理”課程的理論教學課時為32或48，而課程的學習考核以終結性評價為主。該課程的先修課程有機械設計基礎、工程力學、高等數學、金屬學與熱處理、大學物理等課程，一般大三才會開設本門課程。該課程側重于基本方程和基本理論的推導，要求學生具有較強的自學能力，對于物理、高數等知識較為薄弱的學生，學習效果得不到保證。該課程的主要考核方式是以平時成績加期末考試成績來檢測學生對知識的理解和掌握[6]，這雖然一定程度上可反映學生對知識點的掌握程度，但抹殺了學生的主觀能動性，忽略了學生對知識的實際應用能力和創造力的培養。

2" “材料加工冶金傳輸原理”教學改進措施

2.1" 理論與實踐教學緊密結合

通過增加案例分析來加深學生對理論知識的理解和掌握。例如在講授伯努利方程時，結合機翼設計的案例分析，使學生明白伯努利方程的重要性和普遍性。飛機在飛行過程中，根據伯努利原理，上表面的氣流速度會比下表面的快，因為上表面與下表面相比具有更長的路程，導致上表面的壓力低于下表面，從而產生升力來維持飛機在空中飛行。機翼與空氣之間存在粘性力，若想使飛機在空中穩定飛行，需要通過調控不同翼型的升力系數、阻力系數以及起飛和著陸的性能指標（飛行效率、油耗、穩定性），從而得出最合適的機翼結構和外形，在這個案例分析的過程中，可以使學生更好地理解一些較為復雜的傳輸原理知識。

通過課內實驗加深學生對理論知識的理解。如動量傳輸部分，其核心思想就是流體在運動過程中速度隨環境變化，以及粘性力與牛頓粘性定律之間的關系。為了使學生更好地理解牛頓粘性定律，在牛頓粘性實驗過程中，通過控制平行板的形狀、初始速度、重量以及流體的種類，使學生觀測到流體與物體之間內摩擦力的大小與流層間的接觸面積、流體移動的相對速度和流體的物理性質度密切相關，而與流體所受到的正壓力無關。而粘性系數是流體的一種物理性質，結合石油在運輸過程中需要先加熱來降低粘性以及空氣的粘性系數隨溫度的升高而變大等現象，使學生明白不同流體的粘性系數不同，且粘性系數隨溫度的變化趨勢也不盡相同。

2.2" 充分利用網絡資源，豐富教學方法

結合多媒體和網絡教學資源，拓展學生的知識獲取途徑。根據教學內容，選取適當的網絡資源促進課堂教學效果。合理利用教學視頻、科普視頻、學術講座視頻，拓展學生的知識獲取途徑，幫助學生更加直觀地理解抽象的傳輸理論知識。例如在講解牛頓流體和非牛頓流體時，采用啟發式教學，學生通過觀看牛頓流體、非牛頓流體等網絡視頻，對視頻內容涉及的主要知識點進行課堂討論，從而自主學習牛頓流體、非牛頓流體的相關知識點。

產教融合促教學，提高學生的參與性、互動性和趣味性。依靠特種工程裝備與控制重點實驗室、特種工程裝備設計與智能驅動技術實驗室，以及與知名企業建設的校外實踐教學基地，讓學生在實踐中體驗冶金傳輸原理的概念和相關理論在實際生產中的應用。如在注塑成型實驗中，溫度、注射速度、原料物理特性等都會影響產品的質量，其過程涉及牛頓粘性定律、邊界層理論、熱量傳輸理論，通過改變實驗參數，可以對產品的指標和性能參數進行優化。通過實驗可以加深學生對傳輸原理知識的認識，鍛煉學生靈活運用所學知識分析解決實際工程問題的能力。

2.3" 更新教學內容，改變考核形式

為保持教學的新穎性和及時性，教師應積極調研國內外冶金傳輸原理的研究現狀，通過web of SCIENCE、中國知網、ScienceDirect、Springer" ACS等中外知名數據庫，篩選最前沿的研究成果作為教學內容，提升教學內容的前瞻性和綜合性，激發學生學習的積極性，拓寬學生的視野，啟發學生對新知識的求知欲望。如在講解熱量傳輸內容的過程中，以中國航天載人飛船為案例，分析航天飛機在運行過程中熱量的產生及傳遞涉及的熱傳導、熱對流和熱輻射等熱量傳輸知識。載人航天飛機在高速運行過程中，與大氣層相互作用，空氣在其表面形成強烈的氣流會導致熱量的快速傳遞，為了保證航天飛機內部的工作人員、電子設備、儀器儀表等正常工作，需要選擇高導熱材料把摩擦產生的熱量及時散發出去，同時需要選擇合適的高熱阻材料保證內部的溫度不能太高。在太空中，太陽輻射是主要的熱源之一，因此航天飛機的表面涂層需要具有高反射率以減少太陽輻射的吸收，降低機身表面的溫度。

目前，大多數專業課的考查方式都是平時成績加期末考試成績來反映學生對知識點的掌握程度，這種考核方式抹殺了學生學以致用的能力，不符合因材施教的教育理念。為了打破傳統的“一考定終身”的模式，課程組采用多元化的評價方式對本課程教學效果與目標進行評價，不但考查學生對專業知識的獲取，還考查課程對學生工程思維方式、個人興趣、實踐動手能力和創新能力的培養。對學生學習成效的考核形式包括課后作業、實驗、專題報告、競賽、作品等內容，學生可以根據自身情況，選擇自己擅長的考核形式來完成考核內容。學生通過課后作業，可以加強對冶金傳輸原理概念和理論的學習，鞏固所學知識點。課程實驗可以提高學生的動手實踐能力，達到學以致用的目的。專題報告可以考查學生的自主學習能力、設計能力以及邏輯思維能力。

3" 結論

材料加工冶金傳輸原理作為材料類專業的專業基礎課程，涉及的公式繁多，內容抽象，面臨學生難學，教師難教這一問題，文章通過強化實踐教學，豐富教學方法，更新教學內容，改變考核形式等方面對材料加工冶金傳輸的教學進行了改革。作為該課程的任課教師，深知在教學方式探索的路上還有很長的道路要走，高校專業課教學內容應與時俱進，以學生為中心，產出為導向，持續改進，全面落實工程教育理念，優化人才培養全過程，提升學生解決復雜工程問題的能力，強化學生的工程倫理意識與職業道德，結合院校自身的人才培養的定位及特色，培養具有獨立思考能力、不畏艱難、勇于攀登的社會主義接班人。

基金項目：2023年度廣西高等教育本科教學改革項目重點項目“應用型本科機械類專業課程思政體系建設探索與實踐”（2023JGZ169）。

參考文獻

[1] 安卓卿，金永麗，羅果萍.新工科背景下“冶金傳輸原理”課程教學改革的主要思路[J].科技視界，2022（29）：2095-2457.

[2] 郄俊懋，石文靜，黃軍.新工科背景下冶金與能源交叉專業“傳輸原理”教學[J].教育教學論壇，2024（17）：157-160.

[3] 施曉芳，常立忠，岳強.冶金傳輸原理實施課程思政的研究與實踐[J].安徽工業大學學報，2022（40）：497-498.

[4] 周小賓，岳強，吳朝陽，等.數值模擬仿真在材料加工冶金傳輸原理教學中的應用[J].安徽工業大學學報，2024（3）：67-70.

[5] 左海濱.《冶金傳輸原理》教學改革與創新[J].教育教學論壇，2016（50）：87-89.

[6] 何飛.關于提高《冶金傳輸原理》課程學習興趣的教學改革探討[J].高教學刊，2016（3）：70-71.