“冶金传输原理”课程的教学改革与实践

“冶金传输原理”课程的教学改革与实践［摘要］文章针对应用型冶金工程专业人才培养的特点，总结了其主干专业基础课程“冶金传输原理”的教学内容、教学方法、教学手段和考试方法改革的经验，以期对应用型工艺性本科专业的专业基础课程的教学改革提供参考。

［关键词］“冶金传输原理”课程教学改革“冶金传输原理”课程是冶金工程专业主要的专业基础课程，是在学生学完高等数学和大学物理课程后开设的必修课程。

该课程旨在使学生掌握冶金传输理论的基本概念、基本定律和基本解析方法，理解冶金生产过程和改进生产工艺的传输理论基础，同时使学生具备初步分析和解决冶金生产工艺过程中的实际问题的能力，为今后的专业学习奠定基础。

紧扣专业培养目标，针对应用型冶金工程专业人才的特点，重庆科技学院（以下简称“我校”）对该课程进行了全面改革，具体涉及教学内容、教学方法、教学手段和考试方法等方面。

一、应用型冶金工程专业人才培养目标与定位冶金工程专业培养拥护党的基本路线，德、智、体、美全面发展，基础扎实，知识面宽，具有创新精神和实践能力，知识、能力、素质协调统一，能适应冶金行业科技及生产发展需要，能够从事科学研究、技术开发、工艺及设备设计、冶金生产技术管理等工作的高级应用型工程技术专门人才。

在人才培养定位上，重点大学的冶金工程专业，如北京科技大学、东北大学、重庆大学等学校培养的毕业生在技术研究与开发方面的能力较强。

但冶金工业作为一个庞大的基础原材料行业，也需要大量的既有一定的技术研发后劲、又有较强的技术应用能力的应用型高级技术人才。

目前在众多冶金企业的生产组织、经营与管理工作中，还需要大量的冶金工程专业人才去充实。

因此，在冶金工程专业的办学实践中，我们既要强化学生的基础理论知识，又要注重学生的专业技术应用和解决工程实际问题能力的培养，也就是说，我们所要培养的是能在冶金领域从事生产、设计、科研及管理工作的应用型人才。

二、紧扣专业培养目标，合理设计教学内容根据现代冶金工程对一线应用型人才的要求，应用型本科教育应是宽基础的专业教育，既不同于现在的普通本科教育，又有别于专科教育，其内容应包括与其专业相关的自然科学和工程科学的基础知识，以及工程技术实践训练和从事工程师职业所必需的非技术知识和技能。

在制订冶金工程人才培养计划时，应注重加强基础理论教学，包括公共基础课和专业基础课。

公共基础课着眼于提高学生适应社会及自身发展的基本能力和基础人文科技素质的培养。

专业基础课着眼于培养学生在其专业技术领域中通用的基本知识和基本技能。

“冶金传输原理”课程是冶金工程专业的主要基础课，它包括动量传输、热量传输、质量传输三部分内容。

大多数冶金过程都是在高温条件下进行的复杂的物理化学过程，同时伴有动量传输、热量传输、质量传输现象。

动量传输、热量传输、质量传输统称传输原理，亦称“三传”，它们是冶金过程中三个不可分割的物理过程，通常有理论研究、实验研究和数值计算三种方法。

本课程主要介绍理论研究方法、实验研究方法和部分数值计算方法，重点从“三传”角度介绍动量传输、热量传输、质量传输基本概念、基本定律及基本解析方法，即传输原理的“三基”内容。

我校结合培养应用型人才的要求，在重点介绍传输原理“三基”内容的基础上，注重教学内容的针对性，加强计算机应用内容。

一是加强与专业关系密切的内容。

如炼铁过程的气—固两相流动及传热，由此延伸至高炉强化冶炼的各种措施：高压操作、高风温、富氧鼓风、富氧喷煤等；炼钢过程的气—液两相流动，由此延伸至转炉顶吹的供氧强度、枪位及转炉底吹气体的种类、流量等对冶炼过程的影响。

二是加强与计算机的结合与应用内容。

对于计算过程比较复杂的内容，要求学生在课外自编程序上机计算，如不稳定导热的温度场计算、喷嘴的设计计算、烟囱的设计计算等。

三是紧密结合冶金前沿及最新技术补充有关内容，将最新研究成果融入课堂教学，以进一步充实和丰富教学内容，如改善高炉炉料透气性的途径、新型高炉冷却壁的温度场模拟、氧枪喷头设计、新型连铸结晶器的温度场模拟等。

这样的教学内容组织方式，可以让学生感受到“学有所用”的深刻内涵，有利于激发学生的学习兴趣，充分调动他们的学习积极性。

鉴于应用型人才培养的特点，我们对实践性教学环节十分重视。

本课程的实践性教学环节主要是实验课，开设实验课的目的不仅仅是对已学过的理论知识进行验证和训练学生的基本实验技能,更重要的是培养他们解决实际问题的能力。

为了使每个学生能够亲自动手做实验，本课程采取分组循环法的集中实验教学方式。

目前，传输原理实验室能开出流体流动、传热等14个实验，其中包括具有研究性和探索性的综合性实验。

14个实验有必做和选做之分，除必做实验外，学生可自由选做实验，只要达到规定学时即可。

集中实验期间，实验室对学生全开放，其余时间使用可预约。

实验前要求学生根据实验大纲的要求，逐个熟悉实验的目的、原理、装置、步骤、数据记录等内容，写出预习报告；实验时按实验指导书规范化操作并做好记录；全部实验完成后实施操作考试。

综合性实验的开展，为学生进行小型科研课题的研究，培养其创新能力起到了良好的指导作用。

三、根据课程特点，探索有效教学方法“冶金传输原理”课程的特点是物理概念抽象，计算公式多，数学推导烦琐，计算过程复杂，是历届学生反映比较难学的课程之一。

为了帮助学生更多地掌握和理解课程内容，我们做了以下几方面的尝试，获得了好的教学效果。

1.注重绪论的介绍，使学生全面了解本课程，激发学生的学习兴趣。

绪论是教师送给学生的“见面礼”，也是学生认识课程的开端。

为了能够有一个良好的开端，我们特别注重绪论的介绍。

“冶金传输原理”课程的绪论，主要包括冶金的分类、课程的性质、课程的内容、课程的特点、教学的目的、教材与教参、成绩评定等。

为了拓宽学生的知识面和了解本学科的发展动态，特别介绍了与本课程有关的科技期刊，如《冶金能源》《工业炉》《工业加热》《节能技术》等。

另外，在绪论课上还专门介绍了本门课程的校内网络课程资源和省市级精品课程资源，引导学生利用课程资源进行自主学习。

2.借助具体实例，阐明抽象物理概念，以帮助学生理解并掌握基本概念。

“冶金传输原理”课程中的物理概念比较抽象，为了帮助学生理解这些抽象概念，我们在讲课时尽量变抽象为具体，以生活中的实例来帮助学生理解这些物理概念。

例如，在介绍流体流动的两种状态时，学生对层流流动和湍流流动很难理解，于是我们就用国庆大阅兵和自由市场来形容这两种状态。

而在介绍热量传输中的导热、对流、辐射等诸多概念时，我们则以人的衣、食、住、行为切入点，将抽象的概念具体化、生动化。

3.辅以数学手段，讲清基本方程的建立，以培养学生的逻辑思维能力。

“冶金传输原理”课程中的衡算方程较多，如连续性方程、N-S方程、F-K方程、质量平衡方程等。

对这部分内容，我们总的原则是讲清建立方程的前提条件、依据、方法、方程物理意义及应用。

尽量简化推导过程，指导学生在课后自学。

同时，引入数学模型的概念，为后续课程“计算机在冶金中的应用”的学习奠定基础。

4.以两个“三结合”教学模式，帮助学生理解难点，掌握重点，学会应用。

两个“三结合”的教学模式，即对教学重点内容采取教师讲授、学生习题和习题课方式教学；对教学难点内容采取教师讲授、学生思考和课堂讨论方式教学。

例如，在介绍柏努利方程的应用时，除要求学生完成一定量的习题外，我们还安排了一次习题课，内容涉及能量转换、流体流量测量、流体的流出等问题。

在教学过程中，每当遇到较难理解和掌握的内容时，我们就尽量出些思考题，让学生课后思考，然后再来讨论。

例如，在介绍不可压缩流体的管流摩阻时，其摩擦系数?孜与雷诺准数Re和管壁粗糙度△之间的关系可用莫迪图表示。

就莫迪图的变化规律，我们想请学生自己来解释，因为这里包含一个很难理解的附面层概念，于是提出思考题：“对于粗糙管道，说明?孜-Re、△之间的关系，并解释为什么？”后来的讨论课证实，虽然多数学生对“为什么”的解释不太理想，但有少数学生的解释是非常准确的。

不难发现，解释不太理想的学生通过这样一种方式的学习，收获不小。

采取这种方法，不但调动了学生的积极性，活跃了课堂气氛，而且增强了学生的参与意识，提高了学生的自学能力。

“冶金传输原理”课程中的经验公式较多，对于这部分内容，我们的处理方法也是以讲清公式的来源和应用，以及应用的注意事项为主，选择具有代表性的例题或习题讲明解题的思路。

对于计算公式，我们不要求学生去死记，但是如何应用是要求必须掌握的。

此外，为了加深学生对此公式的理解和应用，我们特别安排了一次习题课，专门讲解对流换热公式的选择和应用，巩固学生对公式的理解，习题课的效果非常好。

5.以学生为中心，从工程实际出发启发学生思维，以培养学生的问题解决能力。

在课堂教学中，我们以学生为中心，从工程实际出发启发学生思维，坚持提问式教学、启发式教学、讨论式教学等方法的交替使用，以充分挖掘学生的自主思考、自发学习的潜能。

事实证明，这种目的明确、灵活多变的教学方式是非常受欢迎的，有效促进了学生的学习自主性，培养了学生的创新意识。

具体做法是，每进行一章新的内容时，我们就针对冶金生产实际问题而提出问题。

为了解决这些实际问题，学生应该具备哪些理论知识，由此引出新的内容。

例如，学习动量传输的目的，就是要解决流体流动的阻力损失问题；学习热量传输的目的，就是要解决提高热效率和降低热损失问题；学习质量传输的目的，就是要解决提高传质速率问题。

在介绍热量传输一章时，我们就针对重钢炼钢厂的钢包目前存在温降大而不能满足浇铸要求这个问题而提出该如何解决。

如果要解决这个问题，就必须进行这一章的学习。

待本章内容学完后，我们又回过头来看先前提出的问题，请学生自己提出解决此问题的方案，作为课堂讨论内容。

事实证明，这种有着明确目的的学习方法是非常有效的，不仅有利于培养学生分析问题和解决问题的能力，巩固了所学的知识，开拓了学生的思路，活跃了课堂学习的气氛，而且可以锻炼学生的逻辑思维和表达能力，提高学生对该课程学习的主动性，也有利于集中注意力，提高学习效率。

四、不断改进教学手段，切实提高课程教学质量依托现代信息技术，我校不断改进教学手段，以提高课程教学质量。

首先，实现多媒体教学。

教学课件的投入使用，增强了教学的直观性，教学内容也更加丰富，这激发了学生的学习热情，大大提高了教学效率，教学效果也得以改善。

但是，多媒体教学也存在一定的局限性，如在“冶金传输原理”的教学过程中，有些学生反映，用屏幕显示某些公式的推导过程显得有些机械、呆板，无法体现教师生动形象的指导思路。

针对此类问题，我们进行了一些探索，即将多媒体课件教学与传统板书教学有机融合，充分利用多媒体教学的生动形象、高效和传统板书教学的讲解启发、表情动作，取长补短，相互补充，使课堂教学形式发生质的变化，也使多媒体教学在课堂教学中发挥更为有效的作用。