“材料加工冶金傳輸原理”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

摘 要 材料加工冶金傳輸原理是應(yīng)用型本科院校材料成型及控制工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容涉及的公式繁多，內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)需具備扎實(shí)的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前材料加工冶金傳輸原理課程教學(xué)存在理論與實(shí)踐結(jié)合不夠緊密，教學(xué)資源較為欠缺，教學(xué)方法較為單一，課時(shí)安排較少，考核評(píng)價(jià)較為普遍等問題，導(dǎo)致教師難教，學(xué)生難學(xué)。文章基于新工科背景，提出理論與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，豐富教學(xué)方法，更新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化考核形式等措施，以期提升應(yīng)用型本科院校材料加工冶金傳輸原理課程教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型；材料加工冶金傳輸原理；新工科

中圖分類號(hào)：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需要，加快培養(yǎng)卓越工程科技人才，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，提出了“新工科”這一概念，并共同探討了新工科的內(nèi)涵特征。新工科強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)，全面落實(shí)先進(jìn)的工程教育理念，優(yōu)化人才培養(yǎng)全過程，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，強(qiáng)化工程倫理意識(shí)與職業(yè)道德[1-2]。為了滿足新工科背景下的新型人才培養(yǎng)目標(biāo)，地方應(yīng)用型本科院校需主動(dòng)適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，探索課程教學(xué)新模式，構(gòu)建科學(xué)合理的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)出工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)突出、學(xué)科交叉融合和跨界整合能力強(qiáng)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(huán)境工程、水利水電等眾多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一[3]。該課程在材料成形及控制工程專業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色，它涵蓋了流體力學(xué)、傳熱學(xué)和傳質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)理論，并與材料加工及冶金工程的實(shí)踐課程緊密結(jié)合[4]，不僅為學(xué)生提供了分析和解決材料成型過程中實(shí)際問題的理論基礎(chǔ)，還為后續(xù)工程材料及熱加工等課程的學(xué)習(xí)提供了必要的物理理論基礎(chǔ)。

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

1" “材料加工冶金傳輸原理”教學(xué)中存在的問題

1.1" 理論與實(shí)踐結(jié)合不夠緊密

“材料加工冶金傳輸原理”仍采用傳統(tǒng)重理論推導(dǎo)的授課模式，在動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳輸?shù)壤碚搩?nèi)容的講授上，教師側(cè)重講授大量的基本概念、基本原理、數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)等，而忽略上述內(nèi)容與實(shí)際工程問題之間的聯(lián)系，理論與實(shí)踐融合不夠，學(xué)生理解這些內(nèi)容較為困難。例如，在講授連續(xù)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(dǎo)時(shí)，涉及微積分方程、物理學(xué)、工程力學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)，單純的理論講解內(nèi)容枯燥，學(xué)生易感到無趣，即便學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)，仍不知如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中去。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏，學(xué)生缺乏實(shí)踐動(dòng)手的機(jī)會(huì)，也進(jìn)一步導(dǎo)致學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容感到枯燥無趣[5]。若增加相應(yīng)實(shí)踐案例、實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生將在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解，事半功倍。

1.2" 教學(xué)資源欠缺，教學(xué)方法單一

“材料加工冶金傳輸原理”課程的教學(xué)資源主要包括傳統(tǒng)的教材、課件以及基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然而，現(xiàn)實(shí)中許多應(yīng)用型本科院校開設(shè)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(xué)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)條件匱乏，致使很多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)無法開展，加大了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。在教學(xué)方法上，主要采用傳統(tǒng)講授教學(xué)模式，授課內(nèi)容更側(cè)重理論基礎(chǔ)，方式單一。同時(shí)，主講的教師大多為材料類專業(yè)博士，其缺乏企業(yè)工程研究的經(jīng)歷，教學(xué)過程缺乏互動(dòng)和工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生難以做到學(xué)以致用。

1.3" 課時(shí)安排較少，考核評(píng)價(jià)方式單一

大多應(yīng)用型本科院校“材料加工冶金傳輸原理”課程的理論教學(xué)課時(shí)為32或48，而課程的學(xué)習(xí)考核以終結(jié)性評(píng)價(jià)為主。該課程的先修課程有機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、工程力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、金屬學(xué)與熱處理、大學(xué)物理等課程，一般大三才會(huì)開設(shè)本門課程。該課程側(cè)重于基本方程和基本理論的推導(dǎo)，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的自學(xué)能力，對(duì)于物理、高數(shù)等知識(shí)較為薄弱的學(xué)生，學(xué)習(xí)效果得不到保證。該課程的主要考核方式是以平時(shí)成績(jī)加期末考試成績(jī)來檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握[6]，這雖然一定程度上可反映學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，但抹殺了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，忽略了學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

2" “材料加工冶金傳輸原理”教學(xué)改進(jìn)措施

2.1" 理論與實(shí)踐教學(xué)緊密結(jié)合

通過增加案例分析來加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。例如在講授伯努利方程時(shí)，結(jié)合機(jī)翼設(shè)計(jì)的案例分析，使學(xué)生明白伯努利方程的重要性和普遍性。飛機(jī)在飛行過程中，根據(jù)伯努利原理，上表面的氣流速度會(huì)比下表面的快，因?yàn)樯媳砻媾c下表面相比具有更長(zhǎng)的路程，導(dǎo)致上表面的壓力低于下表面，從而產(chǎn)生升力來維持飛機(jī)在空中飛行。機(jī)翼與空氣之間存在粘性力，若想使飛機(jī)在空中穩(wěn)定飛行，需要通過調(diào)控不同翼型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)以及起飛和著陸的性能指標(biāo)（飛行效率、油耗、穩(wěn)定性），從而得出最合適的機(jī)翼結(jié)構(gòu)和外形，在這個(gè)案例分析的過程中，可以使學(xué)生更好地理解一些較為復(fù)雜的傳輸原理知識(shí)。

通過課內(nèi)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。如動(dòng)量傳輸部分，其核心思想就是流體在運(yùn)動(dòng)過程中速度隨環(huán)境變化，以及粘性力與牛頓粘性定律之間的關(guān)系。為了使學(xué)生更好地理解牛頓粘性定律，在牛頓粘性實(shí)驗(yàn)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(xué)生觀測(cè)到流體與物體之間內(nèi)摩擦力的大小與流層間的接觸面積、流體移動(dòng)的相對(duì)速度和流體的物理性質(zhì)度密切相關(guān)，而與流體所受到的正壓力無關(guān)。而粘性系數(shù)是流體的一種物理性質(zhì)，結(jié)合石油在運(yùn)輸過程中需要先加熱來降低粘性以及空氣的粘性系數(shù)隨溫度的升高而變大等現(xiàn)象，使學(xué)生明白不同流體的粘性系數(shù)不同，且粘性系數(shù)隨溫度的變化趨勢(shì)也不盡相同。

2.2" 充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，豐富教學(xué)方法

結(jié)合多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，拓展學(xué)生的知識(shí)獲取途徑。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，選取適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)資源促進(jìn)課堂教學(xué)效果。合理利用教學(xué)視頻、科普視頻、學(xué)術(shù)講座視頻，拓展學(xué)生的知識(shí)獲取途徑，幫助學(xué)生更加直觀地理解抽象的傳輸理論知識(shí)。例如在講解牛頓流體和非牛頓流體時(shí)，采用啟發(fā)式教學(xué)，學(xué)生通過觀看牛頓流體、非牛頓流體等網(wǎng)絡(luò)視頻，對(duì)視頻內(nèi)容涉及的主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課堂討論，從而自主學(xué)習(xí)牛頓流體、非牛頓流體的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

產(chǎn)教融合促教學(xué)，提高學(xué)生的參與性、互動(dòng)性和趣味性。依靠特種工程裝備與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、特種工程裝備設(shè)計(jì)與智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，以及與知名企業(yè)建設(shè)的校外實(shí)踐教學(xué)基地，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)冶金傳輸原理的概念和相關(guān)理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。如在注塑成型實(shí)驗(yàn)中，溫度、注射速度、原料物理特性等都會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)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(shí)驗(yàn)參數(shù)，可以對(duì)產(chǎn)品的指標(biāo)和性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)傳輸原理知識(shí)的認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際工程問題的能力。

2.3" 更新教學(xué)內(nèi)容，改變考核形式

為保持教學(xué)的新穎性和及時(shí)性，教師應(yīng)積極調(diào)研國(guó)內(nèi)外冶金傳輸原理的研究現(xiàn)狀，通過web of SCIENCE、中國(guó)知網(wǎng)、ScienceDirect、Springer" ACS等中外知名數(shù)據(jù)庫(kù)，篩選最前沿的研究成果作為教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)內(nèi)容的前瞻性和綜合性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，拓寬學(xué)生的視野，啟發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的求知欲望。如在講解熱量傳輸內(nèi)容的過程中，以中國(guó)航天載人飛船為案例，分析航天飛機(jī)在運(yùn)行過程中熱量的產(chǎn)生及傳遞涉及的熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等熱量傳輸知識(shí)。載人航天飛機(jī)在高速運(yùn)行過程中，與大氣層相互作用，空氣在其表面形成強(qiáng)烈的氣流會(huì)導(dǎo)致熱量的快速傳遞，為了保證航天飛機(jī)內(nèi)部的工作人員、電子設(shè)備、儀器儀表等正常工作，需要選擇高導(dǎo)熱材料把摩擦產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去，同時(shí)需要選擇合適的高熱阻材料保證內(nèi)部的溫度不能太高。在太空中，太陽(yáng)輻射是主要的熱源之一，因此航天飛機(jī)的表面涂層需要具有高反射率以減少太陽(yáng)輻射的吸收，降低機(jī)身表面的溫度。

目前，大多數(shù)專業(yè)課的考查方式都是平時(shí)成績(jī)加期末考試成績(jī)來反映學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，這種考核方式抹殺了學(xué)生學(xué)以致用的能力，不符合因材施教的教育理念。為了打破傳統(tǒng)的“一考定終身”的模式，課程組采用多元化的評(píng)價(jià)方式對(duì)本課程教學(xué)效果與目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不但考查學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的獲取，還考查課程對(duì)學(xué)生工程思維方式、個(gè)人興趣、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的考核形式包括課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、專題報(bào)告、競(jìng)賽、作品等內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自身情況，選擇自己擅長(zhǎng)的考核形式來完成考核內(nèi)容。學(xué)生通過課后作業(yè)，可以加強(qiáng)對(duì)冶金傳輸原理概念和理論的學(xué)習(xí)，鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。課程實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的。專題報(bào)告可以考查學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、設(shè)計(jì)能力以及邏輯思維能力。

3" 結(jié)論

材料加工冶金傳輸原理作為材料類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及的公式繁多，內(nèi)容抽象，面臨學(xué)生難學(xué)，教師難教這一問題，文章通過強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，豐富教學(xué)方法，更新教學(xué)內(nèi)容，改變考核形式等方面對(duì)材料加工冶金傳輸?shù)慕虒W(xué)進(jìn)行了改革。作為該課程的任課教師，深知在教學(xué)方式探索的路上還有很長(zhǎng)的道路要走，高校專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)，全面落實(shí)工程教育理念，優(yōu)化人才培養(yǎng)全過程，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，強(qiáng)化學(xué)生的工程倫理意識(shí)與職業(yè)道德，結(jié)合院校自身的人才培養(yǎng)的定位及特色，培養(yǎng)具有獨(dú)立思考能力、不畏艱難、勇于攀登的社會(huì)主義接班人。

基金項(xiàng)目：2023年度廣西高等教育本科教學(xué)改革項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目“應(yīng)用型本科機(jī)械類專業(yè)課程思政體系建設(shè)探索與實(shí)踐”（2023JGZ169）。

參考文獻(xiàn)

[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(xué)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(yè)“傳輸原理”教學(xué)[J].教育教學(xué)論壇，2024（17）：157-160.

[3] 施曉芳，常立忠，岳強(qiáng).冶金傳輸原理實(shí)施課程思政的研究與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022（40）：497-498.

[4] 周小賓，岳強(qiáng)，吳朝陽(yáng)，等.數(shù)值模擬仿真在材料加工冶金傳輸原理教學(xué)中的應(yīng)用[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2024（3）：67-70.

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

[6] 何飛.關(guān)于提高《冶金傳輸原理》課程學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)改革探討[J].高教學(xué)刊，2016（3）：70-71.