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        冶金傳輸原理課程過程教學(xué)方法的實(shí)踐

        2012-04-12 00:00:00王超袁守謙楊雙平魯路
        陜西教育·高教版 2012年12期

        [摘 要] 文章根據(jù)冶金傳輸原理課程特點(diǎn),分析了教學(xué)過程中的一些現(xiàn)象,在總結(jié)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上,采取多種方式相結(jié)合,加強(qiáng)理論和實(shí)踐以及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的過程教學(xué)模式,提高學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力,提高教學(xué)質(zhì)量。

        [關(guān)鍵詞] 冶金傳輸原理 理論和實(shí)踐 過程教學(xué)

        冶金傳輸原理是以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和物理化學(xué)等課程為基礎(chǔ)并與冶金過程緊密聯(lián)系的冶金類專業(yè)基礎(chǔ)課。廣大師生普遍認(rèn)為該課程“難學(xué)難教”[1],其中冶金傳輸原理的“難學(xué)”,主要體現(xiàn)在課程的相關(guān)概念、定理、定律,特別是相似原理、因次分析以及相似準(zhǔn)數(shù)等的抽象性,對于第一次接觸這些內(nèi)容的初學(xué)者,難以與實(shí)際的物理過程相結(jié)合,而表現(xiàn)為“難學(xué)”。對于冶金傳輸原理的“難教”,是該門課程數(shù)學(xué)與物理高度結(jié)合的特點(diǎn),而學(xué)生專業(yè)知識(shí)的不足以及數(shù)學(xué)、物理知識(shí)不扎實(shí)等實(shí)際問題,在實(shí)際的教學(xué)過程中如何克服這些問題,能夠使學(xué)生理解和掌握教學(xué)大綱所規(guī)定的內(nèi)容,是“難教”的主要表現(xiàn)。因此,針對這些問題,如何提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)具有實(shí)用型及創(chuàng)新型素質(zhì)人才的要求,是該門課程教學(xué)改革始終探索的方向。

        冶金傳輸原理的課程特點(diǎn)

        冶金傳輸原理課程的特點(diǎn)是數(shù)理解析較重,其理論和研究方法來源于流體力學(xué)、傳熱學(xué)以及成熟的質(zhì)量傳遞理論而形成一門獨(dú)立的學(xué)科,解析方法著眼于物理概念和數(shù)學(xué)表達(dá)的統(tǒng)一,并且突出了物理過程的特點(diǎn)[2]。它是一門既有較強(qiáng)的理論性,又有很強(qiáng)的實(shí)踐性的課程[3]。傳輸理論應(yīng)用于冶金的實(shí)際過程,首先要對實(shí)際過程進(jìn)行觀察分析,建立簡化的物理模型,然后建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,再用數(shù)學(xué)分析解法、相似原理—模型實(shí)驗(yàn)法和類比法等適合的方法求解給實(shí)際過程提供理論支持。自上世紀(jì)80年代以來,由于計(jì)算機(jī)軟、硬件的快速發(fā)展為傳輸過程的數(shù)值計(jì)算提供了強(qiáng)大支撐,使計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)等也隨之有了長足的發(fā)展,目前,數(shù)值計(jì)算已成為傳輸原理的重要組成部分,同時(shí)也豐富了課程的內(nèi)容。

        冶金傳輸原理過程教學(xué)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(yīng)用相結(jié)合,關(guān)鍵是介紹這些理論、模型與實(shí)際的冶金問題相結(jié)合的過程,實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際,學(xué)以致用。這樣一方面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力,另一方面提高學(xué)生興趣,加深理論知識(shí)的理解以及對專業(yè)的認(rèn)識(shí),提高教學(xué)質(zhì)量。結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)采取相應(yīng)的方法和針對性的措施。

        1.課內(nèi)與課外相結(jié)合

        課程數(shù)理解析較重的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在涉及的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)較多,為了更好地完成教學(xué)內(nèi)容,就需要學(xué)生掌握扎實(shí)的數(shù)理知識(shí),這樣,課前有針對性的預(yù)習(xí)就顯得很重要。因此課內(nèi)與課外相結(jié)合就表現(xiàn)為課前的預(yù)習(xí)、課堂的聽講和筆記以及課后的復(fù)習(xí)和及時(shí)完成作業(yè)的模式。在課堂上,通過回想式的提問,鞏固上節(jié)課的知識(shí)點(diǎn),起到承上啟下的作用,使本節(jié)的知識(shí)點(diǎn)能夠順暢銜接和充實(shí),并且及時(shí)明確下節(jié)的內(nèi)容,學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)能夠有針對性地查漏補(bǔ)缺,從而有效地利用課堂時(shí)間進(jìn)行傳輸原理的教學(xué)。通過這些環(huán)節(jié)的積極實(shí)施,提高課堂的教學(xué)效果。

        2.啟發(fā)式與能動(dòng)性相結(jié)合

        冶金傳輸過程的相關(guān)概念、定理、數(shù)學(xué)物理模型以及解析方法,對于初學(xué)者來說比較抽象,特別傳輸過程簡化物理模型、數(shù)學(xué)模型的建立,以及數(shù)學(xué)模型的解析等,是知識(shí)的綜合應(yīng)用,特別是數(shù)理解析過程復(fù)雜、繁瑣,對于基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的學(xué)生顯得猶為枯燥乏味,影響了教學(xué)的效果。針對這種情況,在課堂上采用適當(dāng)?shù)奶釂栠M(jìn)行啟發(fā)式互動(dòng),了解學(xué)生對基本概念的理解程度,及時(shí)引導(dǎo)概念的轉(zhuǎn)換。對于一些簡單的推導(dǎo),在介紹基本的推導(dǎo)方法后,讓學(xué)生參與其中,共同完成過程的推導(dǎo),使學(xué)生在這樣的方式中,掌握解析方法。另外,結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容,布置適當(dāng)?shù)恼n外作業(yè),加深對所學(xué)內(nèi)容的理解,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。

        3.專業(yè)知識(shí)與自然知識(shí)相結(jié)合

        根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃,冶金傳輸原理課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課,安排在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)之后,學(xué)生雖然完成了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí),但對于專業(yè)的認(rèn)識(shí)、工藝知識(shí)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(shí)際的冶金物理過程更具有抽象性,這些都加大了教學(xué)過程中與實(shí)際結(jié)合的難度,降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,影響教學(xué)效果。因此,把冶金傳輸原理與實(shí)際生活中的應(yīng)用結(jié)合起來,以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如自然對流傳熱在換熱方面的應(yīng)用,即密度是溫度的函數(shù),由于溫度的變化使密度變化而產(chǎn)生了自然流動(dòng),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(shí)際應(yīng)用、流體的黏性與渦流的產(chǎn)生等。這樣的實(shí)際應(yīng)用提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)也加深了對專業(yè)知識(shí)的理解。

        4.教學(xué)與科研相結(jié)合

        本科的教學(xué)與科研有著密切的關(guān)系,把教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的研究成果與實(shí)際的教學(xué)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,擴(kuò)充了學(xué)生的視野,豐富了課堂教學(xué)的內(nèi)容,提高了學(xué)習(xí)的興趣和教學(xué)質(zhì)量。如動(dòng)量傳輸中流體流量的測量,就是伯努利方程的具體應(yīng)用,其中對節(jié)流裝置的標(biāo)定是采用實(shí)流標(biāo)定或者風(fēng)洞試驗(yàn),利用相似原理確定相關(guān)相似準(zhǔn)數(shù),根據(jù)相似充要條件,建立試驗(yàn)?zāi)P拖到y(tǒng)和實(shí)際測量系統(tǒng)的相似準(zhǔn)數(shù)方程,通過確定的相似準(zhǔn)數(shù)將試驗(yàn)?zāi)P拖到y(tǒng)與實(shí)際流體流量的測量連接起來,由于實(shí)際流體流量的測量;為了確定氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉工藝參數(shù)而設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)爐冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn);以連續(xù)鑄鋼過程溫度場的模擬計(jì)算,根據(jù)結(jié)晶器、二冷卻區(qū)和空冷區(qū)的不同邊界條件,進(jìn)行連鑄溫度場數(shù)值計(jì)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(shù)值計(jì)算方法,介紹計(jì)算機(jī)在傳輸中的應(yīng)用,同時(shí)介紹在計(jì)算流體力學(xué)、計(jì)算傳熱學(xué)的方面有成熟應(yīng)用的如FLUENT、PHOENICS等商業(yè)軟件,使學(xué)生了解傳輸原理在數(shù)值計(jì)算方面的進(jìn)展情況以及在冶金生產(chǎn)中的應(yīng)用,如中間包流場的計(jì)算、鋼包桶式精煉爐底吹氬時(shí)流場的分布等。

        5.理論與實(shí)踐以及實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

        冶金傳輸原理工程技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)決定了其實(shí)踐環(huán)節(jié)非常重要。在課堂教學(xué)的課時(shí)外,安排有6個(gè)-8個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,主要有驗(yàn)證位能、靜能和動(dòng)能之和為常數(shù)的伯努利方程實(shí)驗(yàn);通過流速和差壓來進(jìn)行流體流量測量的實(shí)驗(yàn);轉(zhuǎn)爐冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)等。采用教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,均可使學(xué)生對相應(yīng)的物理過程有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí),強(qiáng)化理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程。

        在傳輸原理的教學(xué)過程中,要結(jié)合冶金工程專業(yè)的工藝特點(diǎn)與相關(guān)的傳輸原理進(jìn)行有機(jī)的關(guān)聯(lián),如埃根公式在高爐煉鐵中的應(yīng)用、動(dòng)量傳輸在連鑄中間包流場分布方面的應(yīng)用以及渣-鋼間反應(yīng)的傳質(zhì)模型等,在這方面給學(xué)生一個(gè)有益的導(dǎo)向。

        6.知識(shí)的持續(xù)更新

        為了更好地實(shí)施冶金傳輸原理的過程教學(xué),在平時(shí)要不斷進(jìn)行教學(xué)方法、專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)以及工程實(shí)踐的積累。對于教學(xué)方法的學(xué)習(xí),一方面要查找教學(xué)過程的不足,另一方面要請教教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師、專家,通過聽課的方式,取長補(bǔ)短,積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。專業(yè)知識(shí)方面的積累,主要是通過平時(shí)的備課以及在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題,及時(shí)查閱相關(guān)資料進(jìn)行求證,如對流體力學(xué)、傳熱學(xué)以及數(shù)值計(jì)算、計(jì)算方法等方面知識(shí)的學(xué)習(xí)、積累,通過自學(xué)或請教于專家,來加強(qiáng)自己對專業(yè)知識(shí)的理解,同時(shí),利用帶隊(duì)實(shí)習(xí)、與企業(yè)橫向課題合作以及去企業(yè)實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì),不斷充實(shí)自己的工程實(shí)踐知識(shí),可以為過程教學(xué)提供更多、更豐富的工程實(shí)例,并且借助自己所在的教學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的平臺(tái),把冶金實(shí)際以及科研的內(nèi)容提煉為簡潔明了的課堂語言傳輸給學(xué)生,提高過程教學(xué)的效果。

        結(jié) 論

        冶金傳輸原理教學(xué)過程貫穿于每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)、每一節(jié)課教與學(xué)的小環(huán)節(jié),以及理論與實(shí)踐相結(jié)合的小環(huán)節(jié)之中,這樣的環(huán)環(huán)相扣,提高學(xué)生掌握知識(shí)的能力和教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)的關(guān)鍵是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)踐問題的能力,授之以“漁”使學(xué)生在以后的工作中,在所掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上,能夠繼續(xù)得到豐富和提高,培養(yǎng)實(shí)用型人才。

        參考文獻(xiàn):

        [1]林萬明,王皓,陳津.《冶金傳輸原理》教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科學(xué)之友,2006,7:75-76.

        [2]王超,楊雙平,袁守謙,魯路.加強(qiáng)冶金傳輸原理課程理論聯(lián)系實(shí)際的過程教學(xué)[J].中國冶金教育,2010,9.

        [3]高家銳.動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳輸原理[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1987:1-2.

        作者單位:西安建筑科技大學(xué) 陜西西安

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