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摘要:《冶金傳輸原理》是一門理論性很強、實際工程應用很廣的專業(yè)基礎課程。由于其理論抽象、公式復雜繁多，被廣大師生認為既難教又難學。本文針對本課程特點提出了幾點教學方法的改進意見:優(yōu)化整合教學內(nèi)容，改革教學方法和聯(lián)系生產(chǎn)實際提高解決問題的能力。本課程教學改革，有利于提升教學質(zhì)量、學生學習積極性和解決冶金生產(chǎn)問題的能力。

關鍵詞:冶金傳輸原理;教學改革

《冶金傳輸原理》是為冶金、熱能和材料成型與控制工程等眾多專業(yè)開設的一門既有很強理論性，又有指導生產(chǎn)重要應用價值的專業(yè)基礎課［1-3］。本課程以高等數(shù)學、大學物理和大學化學等為基礎，來解釋實際生產(chǎn)中的現(xiàn)象和問題。課程中有很多抽象的概念、理論和大量復雜的公式推導，要求學生有扎實的基礎知識功底以及較高的綜合學習能力［4］。因此，《冶金傳輸原理》被高校的廣大師生普遍認為是既難教又難學的課程［5］。傳統(tǒng)的授課方式反復強調(diào)概念和理論，更使學生感到枯燥乏味、晦澀難懂，學習的興趣降低，嚴重影響教學質(zhì)量［6］。為了提升學生的學習興趣，使其具備運用《冶金傳輸原理》知識分析解決冶金與金屬加工生產(chǎn)過程中的復雜技術問題的能力，該課程的教學方法需要進行改革，使課本中的抽象理論清晰化、難點簡單化、理論與實際生產(chǎn)結合［7，8］。

一、優(yōu)化教學內(nèi)容

《冶金傳輸原理》課程授課目標是通過本課程教學，使學生掌握動量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?、適用條件及基本解析方法，了解三個實驗定律:牛頓粘性定律、傅立葉定律、菲克第一定律;三個基本守恒準則:質(zhì)量守恒定律、牛頓第二定律、熱力學第一定律;三種分析方法:總體平衡法、微元平衡法、殼體平衡法。授課時還要分清主次，突出重點和理解難點。動量傳輸:首先介紹動量傳輸?shù)幕靖拍詈涂傮w平衡法，了解理想流體和實際流體，掌握層流及湍流的流動形態(tài)及定解問題。重點理解牛頓粘性定律、連續(xù)性微分方程、歐拉方程和納維-斯托克斯方程;其次要掌握管道中流體的流動狀態(tài)，流體的流動阻力、能量損失和管路設計與計算;最后介紹邊界層概念、邊界層的微分和積分方程式，以及相似原理和量綱分析。熱量傳輸:首先介紹三種基本傳熱方式(導熱、對流和輻射)的概念和定律;導熱的傅里葉定律和導熱微分方程掌握比較重要，需要重點掌握;對流傳熱需要掌握對傳熱過程的一般分析和理解管內(nèi)對流傳熱;輻射傳熱需要掌握黑體輻射的基本定律和表面輻射的計算。質(zhì)量傳輸:首先掌握質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍睿|(zhì)量傳輸?shù)膬煞N方式即分子擴散和對流傳質(zhì);其次掌握菲克第一定律、質(zhì)量傳輸微分方程、氣體與液體中的分子擴散和固體中的分子定態(tài)擴散;介紹對流傳質(zhì)的解析、相關準數(shù)，以及如何提高質(zhì)量傳輸速率等;掌握動量、熱量和質(zhì)量傳輸?shù)念惐龋|(zhì)量傳輸基本解析方法，完全可以借用動量傳輸和熱量傳輸?shù)慕馕龇椒ā恿總鬏敽蜔崃總鬏斶^程是一個物理變化過程，而質(zhì)量傳輸是個物理變化和化學變化相結合的過程。質(zhì)量傳輸?shù)膫鬏斔俾首盥?，動量傳輸和熱量傳輸?shù)乃俾时荣|(zhì)量傳輸速率快多個數(shù)量級［9］。動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的基本原理是相同的。因此，在分析三者的原理和特征時，抓住它們之間的共性和聯(lián)系，這樣能夠使學生比較容易地掌握各章的重點和難點內(nèi)容，使學生在學習之后能夠做到舉一反三，提高學生學習的主動性和積極性。

二、改革教學方法

《冶金傳輸原理》課程中概念抽象、計算公式繁多且推導過程復雜難懂。傳統(tǒng)的課堂教學受空間和時間上限制，教師講授，學生是學知識、背知識、考知識，沒有充分的體現(xiàn)出培養(yǎng)學生自主學習、獨立思考、運用知識解決實際問題的能力。所以，我們要改革，采用新的教學方法，實現(xiàn)由“教師教”向“學生自主學”的轉變，消除學生認為冶金傳輸原理繁瑣、枯燥、乏味的普遍認識。(1)把課程中一些物理和化學現(xiàn)象制作成有聲音的、圖像和動畫形式的教案，給學生以聽覺和視覺上的沖擊，有利于學習興趣的提高，并快速理解抽象的理論知識。比如:層流和湍流的雷諾實驗和卡門渦街，可以通過制作小動畫來演示。(2)根據(jù)不同教學內(nèi)容采用引導式、提問式、討論和分析式教學方法。例如:在描述流體運動方法教學過程中，可以引導學生思考，分析和討論一下洪水的流動屬于歐拉法還是拉格朗日法;學習導熱時，引導學生應用所學原理設計加熱爐，提高熱效率減少熱量損失，使加熱爐的外表面溫度不超過安全值確保操作人員安全;高溫加熱金屬，放入水中淬火熱處理過程中熱量傳輸?shù)挠懻?以及生活中常見現(xiàn)象例如小貓曬太陽過程中有哪些熱量傳輸現(xiàn)象等等。充分挖掘?qū)W生的學習潛能，調(diào)動學生積極性，既可活躍課堂氣氛，又有利于集中學生注意力，提高學習效率。(3)開設實驗課輔助教學。從這幾年的教學效果來看，沒有實驗教學的支撐，理論課就變得枯燥乏味，晦澀難懂，直接影響教學效果。教材中的流體粘度、流動狀態(tài)、導熱、對流、輻射、動量守恒，能量守恒等都可采用實驗來演示，將復雜的概念和公式變得生動。例如:利用泄流法，用恩格勒粘度計測試流體粘度;通過控制管道中顏色水的流速來觀察層流和湍流變化;通過測量平板上下表面的溫度差，計算平板的導熱系數(shù);采用液體流過不同溫度管道的對流，來計算對流換熱系數(shù);利用流體流過帶有三通、閥門和彎頭的管道的壓降，測試阻力系數(shù)和能量守恒;還可以采用物理模擬實驗，利用水模型實驗模擬冶煉過程中中間包吹氬。這一系列實驗的內(nèi)容較為簡單，但可以使學生在生動活潑的環(huán)境中認識各類傳輸現(xiàn)象。通過對實驗目的、原理、裝置、步驟、數(shù)據(jù)記錄分析處理等學習，理解實驗中的基本概念和傳輸機理，對學生深刻領會其中的理論知識能起到事半功倍的效果，同時還提升了學生的動手能力。(4)通過改革傳統(tǒng)的教學模式，充分發(fā)揮多媒體和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，創(chuàng)建在線的教學課程。教學大綱、授課計劃、授課教案、PPT課件、授課視頻、知識點題庫等教學資源，在互聯(lián)網(wǎng)上完全對學生開放，學生就可以不受老師授課時間和地點限制，根據(jù)自己的時間安排，隨時隨地利用互聯(lián)網(wǎng)，進行學習。通過教學方法的改革，要求學生掌握學習方法，鼓勵學生多觀察、多思考、多提問，使《冶金傳輸原理》學習由復雜變簡單，由晦澀變生動，同時有利于提高學生學習的積極性、主動性、學習質(zhì)量與效率。

三、工廠實地實習，提高解決問題能力

在滿足冶金工程、熱能工程和材料成型與控制工程等專業(yè)基礎課的教學基礎上，對《冶金傳輸原理》課程進行教學改革，突出理論知識對實踐應用指導作用。實踐教學是提高學生動手能力、分析問題和解決問題能力、創(chuàng)新意識的有力手段［10］。本課程的實踐教學主要有兩大部分，冶金或金屬加工單位實地實習和計算機虛擬模擬。根據(jù)本課程教學需要，一般選擇到大型鋼鐵企業(yè)的冶煉、鑄造和軋制廠等進行觀摩實習，在加強感性認識的同時，提高對理論知識的理解，再通過計算機模擬來驗證理論對實際生產(chǎn)的指導作用。針對實際生產(chǎn)中的問題，首先要對復雜的實際生產(chǎn)過程進行觀察和分析，建立簡化的物理模型，確立初始條件和邊界條件，通過數(shù)學解析法、相似原理-模型實驗法、數(shù)值計算等合適方法定量研究問題。例如，在鈦合金鑄造凝固過程中，首先觀察了解實際鑄造過程步驟，每個步驟中傳輸現(xiàn)象和院里，通過理論分析，建立主要的熔液與型殼之間的傳熱模型，確定初始條件和邊界條件，就可以得到鑄件各個部位的溫度場和凝固狀態(tài)，再來指導在生產(chǎn)中的實際問題，充分發(fā)揮理論聯(lián)系實際的作用。

四、結語

通過一系列的教學改革，可以讓學生知道為什么要學《冶金傳輸原理》和學了有什么用，充分體會到《冶金傳輸原理》在基礎工程科學發(fā)展中的解決實際問題的價值和重要性，以及學好《冶金傳輸原理》有利于提高實際生產(chǎn)現(xiàn)場分析和解決問題的能力。

作者:李九霄 李方杰 楊冬野 龔紅英 單位:上海工程技術大學材料工程學院