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《冶金傳輸原理》課程教學(xué)手段的改進(jìn)
《冶金傳輸原理》課程教學(xué)手段的改進(jìn)
劉然，王杏娟，艾立群，李運(yùn)剛，李俊國
�。ê颖甭�(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009）
摘要：《冶金傳輸原理》是冶金工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其特點(diǎn)是概念、公式抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程煩瑣，應(yīng)用計(jì)算過程比較復(fù)雜。針對(duì)《冶金傳輸原理》課程的特點(diǎn)，采用適宜的教學(xué)手段，對(duì)課堂教學(xué)、教學(xué)設(shè)計(jì)和管理進(jìn)行改進(jìn)，可以提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，對(duì)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才非常必要。
關(guān)鍵詞：冶金傳輸原理；教學(xué)手段；啟發(fā)式教學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)
作者簡介：劉然（1979-），男，副教授，主要從事煉鐵相關(guān)教學(xué)與研究。
一、課程的性質(zhì)、內(nèi)容與任務(wù)
本課程是冶金工程專業(yè)本科學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過學(xué)習(xí)《冶金傳輸原理》，可以使學(xué)生掌握動(dòng)量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍罾碚撘约把芯糠治龇椒�，具備分析、研究冶金過程中傳輸問題的能力。理解“三傳”過程的內(nèi)在聯(lián)系及本質(zhì)區(qū)別，能夠應(yīng)用該課程中的知識(shí)研究冶金過程中實(shí)際流體的傳輸問題，具備一定的計(jì)算能力，為冶金工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和從事專業(yè)技術(shù)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
《冶金傳輸原理》課程主要包括動(dòng)量傳輸、熱量傳輸和質(zhì)量傳輸三部分，故稱之為“三傳”。動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳輸過程既有區(qū)別，又有緊密的聯(lián)系。課程內(nèi)容中有大量的理論推導(dǎo)，包括各種守恒方程式的推導(dǎo)，如質(zhì)量守恒定律下的連續(xù)性方程及動(dòng)量守恒定律下的歐拉方程、N-S方程等。這些基本理論是在單獨(dú)的相關(guān)部分中講解的，因此部分公式推導(dǎo)不可避免地會(huì)出現(xiàn)重復(fù)，有時(shí)顯得凌亂，缺乏傳輸原理的系統(tǒng)性。除此之外，學(xué)習(xí)該課程要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度大，學(xué)習(xí)效率低。作為該課程的主講教師，筆者結(jié)合近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，對(duì)該課程的教學(xué)做出以下幾方面的改革嘗試，使學(xué)生在課程所規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)，能夠較好地掌握該課程的基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，取得較好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)方法的改進(jìn)
《冶金傳輸原理》是冶金工程專業(yè)最主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，該課程的最大特點(diǎn)是理論性非常強(qiáng)，涉及冶金過程的流體動(dòng)力學(xué)原理、衡算方程式的推導(dǎo)及各種流體流動(dòng)狀態(tài)下的“三傳”現(xiàn)象。在學(xué)習(xí)該課程的過程中，如果高等數(shù)學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等課程掌握得不扎實(shí)，學(xué)習(xí)《冶金傳輸原理》就會(huì)感到有些吃力。針對(duì)上述情況，應(yīng)對(duì)《冶金傳輸原理》進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)方面的進(jìn)一步改進(jìn)。
1.課堂教學(xué)方面的改進(jìn)。課堂教學(xué)是有計(jì)劃、有步驟地實(shí)行的。課程的每一堂課必須毫無例外地按照教學(xué)大綱和教案完成規(guī)定的教學(xué)進(jìn)度，只有這樣才能按學(xué)時(shí)完成所有的教學(xué)課程任務(wù)。不管學(xué)生是否知道、掌握或提高，“趕”著學(xué)生按照指定的步驟“走”，完成教案內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目的，這種教學(xué)方法實(shí)際上存在一定的封閉性，會(huì)使課堂教學(xué)變得程序、呆板和教條化，缺乏生趣和興趣，最終必然會(huì)導(dǎo)致僵化。因此，作為高校教師，重要的是要培養(yǎng)他們分析問題、解決問題的能力。所以在課堂教學(xué)中，應(yīng)充分開展課堂討論，采用啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生自主思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。在講授新內(nèi)容時(shí)，教師可以針對(duì)生活中的現(xiàn)象、冶金生產(chǎn)提出問題，然后再介紹如何解決這些問題以及解決這些問題需要具備怎樣的理論知識(shí)，由此引出要講解的新內(nèi)容。（1）根據(jù)教學(xué)大綱，講深講透重點(diǎn)內(nèi)容。例如，“穩(wěn)定導(dǎo)熱”內(nèi)容的教學(xué)中，需要掌握平壁、圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念及薄材、半無限大物體、有限厚物體的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本方程。講解過程中，首先針對(duì)鋼鐵企業(yè)普遍存在的傳熱現(xiàn)象提出問題，包括熱風(fēng)管道的傳熱、煙囪壁和熱煙氣之間的熱交換等，然后介紹要解決這個(gè)問題就必須了解流體與壁面之間的熱傳遞過程，從而引出傳熱過程的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在講解連續(xù)性方程、傳熱微分方程等基本公式時(shí)，應(yīng)注重講解基本公式推導(dǎo)的思路、方法以及公式中每個(gè)物理量的具體的應(yīng)用與意義。在課堂教學(xué)時(shí)，應(yīng)避開復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，把授課重點(diǎn)放在基本概念的理解、公式推導(dǎo)方法的掌握及具體應(yīng)用等方面，化煩瑣為簡單。（2）采用啟發(fā)式教學(xué)，注意培養(yǎng)學(xué)生自主思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。啟發(fā)式教學(xué)是任課教師在授課過程中依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律，使學(xué)生積極主動(dòng)、自發(fā)地掌握基本知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)在教育教學(xué)改革研究和實(shí)際學(xué)習(xí)中取得過許多成果。實(shí)行討論式和啟發(fā)式教學(xué)，可提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的意識(shí)，是發(fā)展素質(zhì)教育對(duì)教育教學(xué)提出的新要求之一。如何落實(shí)討論式和啟發(fā)式教學(xué)的新要求，特別是怎樣行之有效地實(shí)施啟發(fā)式和討論式教學(xué)需要認(rèn)真的研究探討。比如，在介紹質(zhì)量傳輸時(shí)，在講解完學(xué)習(xí)內(nèi)容后，應(yīng)再將提出的問題作為課堂討論的內(nèi)容，要求學(xué)生提出解決方案。大量的實(shí)踐表明，這種發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并逐步層層展開、剖析的啟發(fā)式教學(xué)會(huì)大大地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考問題的自覺性和學(xué)習(xí)興趣，提高分析和解決問題的能力。（3）注重課堂形象教學(xué)�！兑苯饌鬏斣怼匪幕靖拍睢⑾嚓P(guān)公式比較抽象，學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)理解。所以在課堂教學(xué)中，應(yīng)注重形象教學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)的普及，計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)在冶金傳輸原理實(shí)驗(yàn)中得到充分應(yīng)用，同時(shí)提供寓教于樂的教學(xué)環(huán)境。多媒體授課無疑有著許多優(yōu)點(diǎn)，可形象地展示圖形、圖像、生產(chǎn)工藝等教學(xué)內(nèi)容，因此采用PPT、CAI、Matlab仿真工具等軟件制作多種類型的電子課件是豐富教學(xué)形式、完善教學(xué)內(nèi)容從而進(jìn)行形象化教學(xué)的重要途徑。但由于《冶金傳輸原理》課程的特殊性，概念、公式、理論擴(kuò)展分析等內(nèi)容則很難充分而完整地通過多媒體軟件進(jìn)行展示，因此在教學(xué)過程中應(yīng)充分利用多媒體展示的同時(shí)，適時(shí)采用板書教學(xué)能夠得到完美補(bǔ)充。（4）重視實(shí)踐性環(huán)節(jié)。《冶金傳輸原理》課程的授課過程中應(yīng)重視相關(guān)理論要聯(lián)系工程實(shí)際，將具體的冶金生產(chǎn)流程和動(dòng)態(tài)形象的3D動(dòng)畫素材貫穿于理論教學(xué)的各個(gè)章節(jié)，將教師的科研成果和理論教學(xué)相結(jié)合，通過例題和習(xí)題鞏固工程觀點(diǎn)，開展習(xí)題課討論式教學(xué)。如“流體流動(dòng)”一章，首先讓學(xué)生觀看模擬結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)過程，使學(xué)生了解鋼水流動(dòng)過程及其凝固原理。在介紹壓縮氣體流動(dòng)時(shí)，以氣體流速達(dá)到音速為重點(diǎn)，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)氧槍達(dá)到超音速氣流的條件。實(shí)踐環(huán)節(jié)是對(duì)理論教學(xué)的重要補(bǔ)充。通過不同形式的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解，提高動(dòng)手能力，通過金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，充分認(rèn)識(shí)鋼鐵冶金的生產(chǎn)過程，增加感性認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化工程觀點(diǎn)，為學(xué)生由學(xué)校到工廠、由理論到實(shí)踐架起一座“橋梁”。通過冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生理論基礎(chǔ)知識(shí)與工程實(shí)際問題相結(jié)合的能力，將原來的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)改為優(yōu)化設(shè)計(jì)，將過去的工藝和設(shè)備校驗(yàn)擴(kuò)展成工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備校驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和繪制工藝設(shè)備流程圖等“一條龍”設(shè)計(jì)，從而真正使學(xué)生得到工程設(shè)計(jì)的綜合鍛煉。（5）嚴(yán)格考核制度。嚴(yán)格考核制度能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和腳踏實(shí)地的作風(fēng)，同時(shí)也能夠提高理論知識(shí)的學(xué)習(xí)水平。在過去，課程的考核要依據(jù)期末考試來反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，面對(duì)新形勢下高素質(zhì)實(shí)踐型、創(chuàng)新型人才的社會(huì)需求，必須改革現(xiàn)階段應(yīng)試教育的考核模式，可將期末總成績分為平時(shí)和卷面成績兩項(xiàng)。各部分的比例由任課教師靈活掌握。平時(shí)考核成績約占總成績的30%，包括學(xué)生的課堂精神面貌、課堂回答問題情況、課下答疑情況、出勤率、作業(yè)完成情況等；卷面成績占70%左右，試卷命題可選擇多種題型，全面覆蓋知識(shí)點(diǎn)。經(jīng)過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，這種新形式的考核辦法對(duì)“教”和“學(xué)”都具有良好的促進(jìn)作用，有利于教學(xué)水平和效果的全面提高。
2.教學(xué)設(shè)計(jì)和管理的改進(jìn)。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，始終堅(jiān)持“以學(xué)生為主體”、與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)理念。從課程和學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，精心準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容，豐富課堂知識(shí)，采用多種教學(xué)方法和手段，采用通俗易懂的語言，聯(lián)系生產(chǎn)和科研實(shí)例，運(yùn)用例題和習(xí)題分析等新穎活潑的形式，活躍教學(xué)氣氛，啟發(fā)學(xué)生思考，增強(qiáng)教學(xué)效果，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。例如，學(xué)習(xí)“三傳”中的動(dòng)量傳輸?shù)哪康氖且鉀Q冶金過程中煤氣流局部阻力損失和沿程阻力損失的問題，學(xué)習(xí)熱量傳輸?shù)哪康氖且岣咭苯鸺訜釥t、保溫設(shè)備的熱效率和降低熱損失問題，學(xué)習(xí)質(zhì)量傳輸?shù)哪康氖且伎既绾问挂苯鸱磻?yīng)速率最大化的問題，從而提高傳質(zhì)速率。在介紹熱量傳輸中的輻射傳熱部分時(shí)，對(duì)煉鐵車間熱風(fēng)爐如何提高風(fēng)溫的實(shí)際問題進(jìn)行講解。學(xué)習(xí)完本章課程后，回過頭重新看原來提出的問題，讓學(xué)生自己提出方案來解決此類問題，并將其作為課堂討論內(nèi)容。明確學(xué)習(xí)目的的學(xué)習(xí)方法是非常切實(shí)有效的。在實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，注重加大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和分析、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。通過6周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)冶金生產(chǎn)的過程，使學(xué)生最大限度地掌握冶金過程動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)點(diǎn)和重難點(diǎn)，為下學(xué)期冶金工程的專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
在教學(xué)管理方面，進(jìn)一步加強(qiáng)和完善課程組的建設(shè)。聘請(qǐng)退休老教師加入課程組中來，不定期聽課，傳授教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)方法，研究教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革。以相關(guān)課程為單位成立課程組，課程組之間可相互組織教師聽課，經(jīng)常開展教學(xué)法討論，使之程序化、經(jīng)�；�。為了進(jìn)一步提高青年教師的專業(yè)素質(zhì)，定期舉行青年教師基本功大賽。實(shí)踐證明，通過一系列的措施，不但提高了整體教學(xué)水平，還增強(qiáng)了授課教師課堂教學(xué)的實(shí)效性，進(jìn)而達(dá)到推進(jìn)新課程改革的目的。
近幾年來的教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果。將先進(jìn)的教學(xué)理論與方法密切結(jié)合，以現(xiàn)代的教學(xué)手段為保障，可以提高課堂教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，有效地改善《冶金傳輸原理》課程普遍存在的“教師難教、學(xué)生難學(xué)”的現(xiàn)象。從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)出發(fā)，結(jié)合課程教學(xué)的特點(diǎn)和要求，采用適宜的教學(xué)手段、教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)提高本課程的教學(xué)質(zhì)量和水平、培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才非常必要。
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