冶金傳輸原理課程過程教學方法的實踐

[摘 要] 文章根據冶金傳輸原理課程特點，分析了教學過程中的一些現象，在總結教學方法的基礎上，采取多種方式相結合，加強理論和實踐以及實驗相結合的過程教學模式，提高學習積極性，培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，提高教學質量。

[關鍵詞] 冶金傳輸原理 理論和實踐 過程教學

冶金傳輸原理是以高等數學、大學物理和物理化學等課程為基礎并與冶金過程緊密聯系的冶金類專業基礎課。廣大師生普遍認為該課程“難學難教”[1]，其中冶金傳輸原理的“難學”，主要體現在課程的相關概念、定理、定律，特別是相似原理、因次分析以及相似準數等的抽象性，對于第一次接觸這些內容的初學者，難以與實際的物理過程相結合，而表現為“難學”。對于冶金傳輸原理的“難教”，是該門課程數學與物理高度結合的特點，而學生專業知識的不足以及數學、物理知識不扎實等實際問題，在實際的教學過程中如何克服這些問題，能夠使學生理解和掌握教學大綱所規定的內容，是“難教”的主要表現。因此，針對這些問題，如何提高教學質量，培養具有實用型及創新型素質人才的要求，是該門課程教學改革始終探索的方向。

冶金傳輸原理的課程特點

冶金傳輸原理課程的特點是數理解析較重，其理論和研究方法來源于流體力學、傳熱學以及成熟的質量傳遞理論而形成一門獨立的學科，解析方法著眼于物理概念和數學表達的統一，并且突出了物理過程的特點[2]。它是一門既有較強的理論性，又有很強的實踐性的課程[3]。傳輸理論應用于冶金的實際過程，首先要對實際過程進行觀察分析，建立簡化的物理模型，然后建立相應的數學模型，再用數學分析解法、相似原理—模型實驗法和類比法等適合的方法求解給實際過程提供理論支持。自上世紀80年代以來，由于計算機軟、硬件的快速發展為傳輸過程的數值計算提供了強大支撐，使計算流體力學、計算傳熱學等也隨之有了長足的發展，目前，數值計算已成為傳輸原理的重要組成部分，同時也豐富了課程的內容。

冶金傳輸原理過程教學的方法

把冶金傳輸原理基本概念以及理論模型和冶金工程應用相結合，關鍵是介紹這些理論、模型與實際的冶金問題相結合的過程，實現理論聯系實際，學以致用。這樣一方面培養學生的實際應用能力，另一方面提高學生興趣，加深理論知識的理解以及對專業的認識，提高教學質量。結合教學經驗采取相應的方法和針對性的措施。

1.課內與課外相結合

課程數理解析較重的特點主要體現在涉及的數學、物理知識較多，為了更好地完成教學內容，就需要學生掌握扎實的數理知識，這樣，課前有針對性的預習就顯得很重要。因此課內與課外相結合就表現為課前的預習、課堂的聽講和筆記以及課后的復習和及時完成作業的模式。在課堂上，通過回想式的提問，鞏固上節課的知識點，起到承上啟下的作用，使本節的知識點能夠順暢銜接和充實，并且及時明確下節的內容，學生在預習時能夠有針對性地查漏補缺，從而有效地利用課堂時間進行傳輸原理的教學。通過這些環節的積極實施，提高課堂的教學效果。

2.啟發式與能動性相結合

冶金傳輸過程的相關概念、定理、數學物理模型以及解析方法，對于初學者來說比較抽象，特別傳輸過程簡化物理模型、數學模型的建立，以及數學模型的解析等，是知識的綜合應用，特別是數理解析過程復雜、繁瑣，對于基礎知識薄弱的學生顯得猶為枯燥乏味，影響了教學的效果。針對這種情況，在課堂上采用適當的提問進行啟發式互動，了解學生對基本概念的理解程度，及時引導概念的轉換。對于一些簡單的推導，在介紹基本的推導方法后，讓學生參與其中，共同完成過程的推導，使學生在這樣的方式中，掌握解析方法。另外，結合課堂教學內容，布置適當的課外作業，加深對所學內容的理解，提高了學生學習的能動性。

3.專業知識與自然知識相結合

根據專業培養計劃，冶金傳輸原理課程屬于專業基礎課，安排在認識實習實踐環節之后，學生雖然完成了認識實習，但對于專業的認識、工藝知識的理解還是有很大的局限性，加之冶金過程的高溫和不可見性，實際的冶金物理過程更具有抽象性，這些都加大了教學過程中與實際結合的難度，降低了學生學習的興趣，影響教學效果。因此，把冶金傳輸原理與實際生活中的應用結合起來，以提高學生學習興趣。例如自然對流傳熱在換熱方面的應用，即密度是溫度的函數，由于溫度的變化使密度變化而產生了自然流動，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際應用、流體的黏性與渦流的產生等。這樣的實際應用提高學生學習興趣的同時也加深了對專業知識的理解。

4.教學與科研相結合

本科的教學與科研有著密切的關系，把教學科研團隊的研究成果與實際的教學進行有機的結合，擴充了學生的視野，豐富了課堂教學的內容，提高了學習的興趣和教學質量。如動量傳輸中流體流量的測量，就是伯努利方程的具體應用，其中對節流裝置的標定是采用實流標定或者風洞試驗，利用相似原理確定相關相似準數，根據相似充要條件，建立試驗模型系統和實際測量系統的相似準數方程，通過確定的相似準數將試驗模型系統與實際流體流量的測量連接起來，由于實際流體流量的測量；為了確定氧氣轉爐吹煉工藝參數而設計的轉爐冷態模擬實驗；以連續鑄鋼過程溫度場的模擬計算，根據結晶器、二冷卻區和空冷區的不同邊界條件，進行連鑄溫度場數值計算，并介紹典型的有限差分法、有限單元法和有限容積法等數值計算方法，介紹計算機在傳輸中的應用，同時介紹在計算流體力學、計算傳熱學的方面有成熟應用的如FLUENT、PHOENICS等商業軟件，使學生了解傳輸原理在數值計算方面的進展情況以及在冶金生產中的應用，如中間包流場的計算、鋼包桶式精煉爐底吹氬時流場的分布等。

5.理論與實踐以及實驗相結合

冶金傳輸原理工程技術基礎課程的特點決定了其實踐環節非常重要。在課堂教學的課時外，安排有6個-8個課時的實驗內容，主要有驗證位能、靜能和動能之和為常數的伯努利方程實驗；通過流速和差壓來進行流體流量測量的實驗；轉爐冷態模擬實驗等。采用教學與實驗相結合的方法，均可使學生對相應的物理過程有一個深刻的認識，強化理論與實踐相結合的過程。

在傳輸原理的教學過程中，要結合冶金工程專業的工藝特點與相關的傳輸原理進行有機的關聯，如埃根公式在高爐煉鐵中的應用、動量傳輸在連鑄中間包流場分布方面的應用以及渣-鋼間反應的傳質模型等，在這方面給學生一個有益的導向。

6.知識的持續更新

為了更好地實施冶金傳輸原理的過程教學，在平時要不斷進行教學方法、專業知識學習以及工程實踐的積累。對于教學方法的學習，一方面要查找教學過程的不足，另一方面要請教教學經驗豐富的教師、專家，通過聽課的方式，取長補短，積累教學經驗。專業知識方面的積累，主要是通過平時的備課以及在教學過程中發現的問題，及時查閱相關資料進行求證，如對流體力學、傳熱學以及數值計算、計算方法等方面知識的學習、積累，通過自學或請教于專家，來加強自己對專業知識的理解，同時，利用帶隊實習、與企業橫向課題合作以及去企業實踐鍛煉的機會，不斷充實自己的工程實踐知識，可以為過程教學提供更多、更豐富的工程實例，并且借助自己所在的教學科研團隊的平臺，把冶金實際以及科研的內容提煉為簡潔明了的課堂語言傳輸給學生，提高過程教學的效果。

結 論

冶金傳輸原理教學過程貫穿于每一個知識點、每一節課教與學的小環節，以及理論與實踐相結合的小環節之中，這樣的環環相扣，提高學生掌握知識的能力和教學質量。教學的關鍵是培養學生解決實踐問題的能力，授之以“漁”使學生在以后的工作中，在所掌握知識的基礎上，能夠繼續得到豐富和提高，培養實用型人才。

參考文獻：

[1]林萬明，王皓，陳津.《冶金傳輸原理》教學改革與實踐[J].科學之友，2006，7：75-76.

[2]王超，楊雙平，袁守謙，魯路.加強冶金傳輸原理課程理論聯系實際的過程教學[J].中國冶金教育，2010，9.

[3]高家銳.動量、熱量、質量傳輸原理[M].重慶：重慶大學出版社，1987：1-2.

作者單位：西安建筑科技大學 陜西西安