傳遞過程原理教學(xué)改革研究

劉　慶,徐冬梅,高　軍,楊洪遠

(山東科技大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島　266590)

1　概述

傳遞過程原理旨在研究化工過程中質(zhì)量傳遞、動量傳遞和熱量傳遞的機理并且揭示這三者之間的類似性,是繼化工原理、化工熱力學(xué)之后，化學(xué)工程與工藝專業(yè)的另一門專業(yè)課程[1-2]，也是研究生教育的一門必修課程。近幾年來山東科技大學(xué)在研究生教育方面也取得了豐碩的成果。然而，化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院在研究生教育方面仍然沿襲傳統(tǒng)的應(yīng)試教育模式，這就使得研究生的創(chuàng)新能力和科研能力稍顯不足。因此，研究生傳遞過程原理課程教學(xué)的改革已成為重中之重。但是，如何在有限的學(xué)時內(nèi)高效地完成教學(xué)目標(biāo),改革教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，是一個值得認真探索的課題。本文將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核制度三個方面的優(yōu)化對該課程的教學(xué)改革進行探索研究。

2　教學(xué)內(nèi)容的改革

傳遞過程原理的研究方法是從基本物理定律出發(fā)，通過傳遞現(xiàn)象的觀察分析，適當(dāng)簡化建立物理模型和數(shù)學(xué)方程，確定單值條件并進行求解，用其答案分析和解釋物理現(xiàn)象然后得出結(jié)論最后用于指導(dǎo)實踐。課程內(nèi)容包括傳遞現(xiàn)象概論、傳遞微分方程的建立、傳遞微分方程及其在動量、熱量和質(zhì)量傳遞中的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容較多，但是我校傳遞過程原理只安排32學(xué)時，授課學(xué)時明顯偏少。根據(jù)課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，傳遞過程原理課程精選和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容如下：

2.1　傳遞過程概論

本部分內(nèi)容主要包括傳遞現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、傳遞機理和傳遞過程的基本規(guī)律等。對于這部分應(yīng)該著重講授微分衡算方程的推導(dǎo)過程和總質(zhì)量衡算的計算。

2.2　三大傳遞微分方程的建立

針對三傳過程的類比性，應(yīng)集中講授建立傳遞微分方程的歐拉與拉格朗日兩種基本觀點、常用的時間導(dǎo)數(shù)、描述流體流動的幾何方法、傳遞微分方程建立的方法、傳遞微分方程建立過程和微分方程定解條件、傳遞微分方程在直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)及球坐標(biāo)中的具體形式，以及傳遞微分方程的類比等。

2.3　傳遞微分方程在動量傳遞中的應(yīng)用

本部分內(nèi)容包括傳遞微分方程在層流流動、邊界層流動和湍流流動中的應(yīng)用，是本課程的重點。

2.4　傳遞微分方程在熱量傳遞中的應(yīng)用

本部分內(nèi)容包括熱傳導(dǎo)和對流傳熱。其中在熱傳導(dǎo)方面重點講授一維穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)。

2.5　傳遞微分方程在質(zhì)量傳遞中的應(yīng)用

本部分內(nèi)容包括分子傳質(zhì)和對流傳質(zhì)。其中在分子傳質(zhì)方面主要講授反應(yīng)和擴散聯(lián)合傳質(zhì)過程，而對于多維穩(wěn)態(tài)擴散只做簡要介紹即可；對于對流傳質(zhì)包括方面則重點講授邊界層傳質(zhì)機理及傳質(zhì)系數(shù)的定義以及平板壁面上和圓管內(nèi)層流及湍流條件下的對流傳質(zhì)系數(shù)求取。總之，通過合理調(diào)整教材章節(jié)次序和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出重點，同時清晰課程的主線，有利于學(xué)生把握這門課程的結(jié)構(gòu)和內(nèi)在聯(lián)系[3]。

3　教學(xué)方法的改革

傳遞過程原理是利用數(shù)學(xué)方法研究物理過程中的傳遞現(xiàn)象，并探討其變化規(guī)律的，具有理論性強、實踐性強、系統(tǒng)性強、類似性強的特點。根據(jù)課程的特點和教學(xué)要求，我們對本課程的教學(xué)方法進行了優(yōu)化，詳細如下：

3.1　教師精講與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合

教學(xué)方法上，本課程不再局限于傳統(tǒng)的接受式教學(xué)模式[4]，而是教師精講與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合的開放式課堂。首先課

前由教師布置自學(xué)內(nèi)容與要求，然后上課時由少數(shù)學(xué)生重點發(fā)言，接著全班集體討論存在的問題，最后由教師進行重點講解和總結(jié)[5]。

3.2　強調(diào)共性，采用類比法教學(xué)

鑒于“三傳”現(xiàn)象存在諸多相似的傳遞機理以及相似的數(shù)學(xué)模型表達式和模型結(jié)果，因此類比法在本課程中顯得尤為重要。一方面可以加深對化工傳遞過程共性的理解，另一方面也簡化了理論授課中大量的講解，即把一個傳遞現(xiàn)象講深講透，相似的其它傳遞過程就可以迎刃而解[6]。

3.3　注重內(nèi)容關(guān)聯(lián)，采用對比法教學(xué)

傳遞過程原理是在化工原理和化學(xué)反應(yīng)工程等課程基礎(chǔ)上，進一步深入地研究“三傳”過程變化規(guī)律，是在對化工單元操作深入了解的基礎(chǔ)上，進一步對化工生產(chǎn)過程作的一次歸納與飛躍，因此它與這些課程關(guān)聯(lián)密切。在授課過程中有意識地進行對比，可以起到觸類旁通的效果，也可以更加鮮明區(qū)別化工傳遞過程課程的特點[7]。

4　考核制度的改革

考核是教學(xué)效果的客觀反映,課程考核制度的優(yōu)化也是本課程教學(xué)改革的一項重要內(nèi)容。為了摒棄靠一張試卷去評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，在本課程的教學(xué)改革中，新型考核制度采用與教學(xué)過程緊密結(jié)合的形式，考核貫穿于整個教學(xué)活動中。

4.1　基礎(chǔ)知識部分

對于課程所涉及的基礎(chǔ)知識(比如一些基本概念、基本計算等)，在期末采取筆試的形式考核，題型包括選擇題、判斷題、填空題三種；該部分成績占總成績的30%。

4.2　課堂互動部分

課堂互動部分由三個部分組成，占總成績的40%，即①傳統(tǒng)的出勤和作業(yè)占15%；②課堂回答問題成績占10%；③學(xué)生課堂案例分析，占15%。其中師生互動主講和學(xué)生課堂案例分析均以小組為單位進行，個人成績與小組成績以及個人表現(xiàn)關(guān)聯(lián)。這能夠加強師生間的交流和溝通，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，實現(xiàn)課堂內(nèi)外的知識補充與拓展。

4.3　重點難點

對于課程的重點和難點，在期末采用筆試的形式進行，以問答題和計算題為主，占總成績的30%。

總之，這種新型考核模式在保證學(xué)生掌握課本知識的前提下，加大了對學(xué)生綜合能力和平時成績的考核力度[8]。

5　總結(jié)

根據(jù)傳遞過程原理課程的特點，我們對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核制度這幾方面的優(yōu)化改革進行了一些探索研究。在較少的課時內(nèi)，很好地完成教學(xué)目標(biāo)、提高學(xué)生對本課程的主動性和積極性進而提升學(xué)生的認知能力。