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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(guó)
（河北聯(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(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)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(guò)程煩瑣，應(yīng)用計(jì)算過(guò)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(jiǎn)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(zhuān)業(yè)本科學(xué)生必修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)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(guò)程中傳輸問(wèn)題的能力。理解“三傳”過(guò)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(guò)程中實(shí)際流體的傳輸問(wèn)題，具備一定的計(jì)算能力，為冶金工程專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)和從事專(zhuān)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(chēng)之為“三傳”。動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳輸過(guò)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(zhuān)業(yè)最主要的專(zhuān)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(guò)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(guò)程中，如果高等數(shù)學(xué)、無(wú)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(wú)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(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。所以在課堂教學(xué)中，應(yīng)充分開(kāi)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(wèn)題，然后再介紹如何解決這些問(wèn)題以及解決這些問(wèn)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(wú)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(guò)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(wèn)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(wèn)題就必須了解流體與壁面之間的熱傳遞過(guò)程，從而引出傳熱過(guò)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(kāi)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)題、提出問(wèn)題并逐步層層展開(kāi)、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(wèn)題的自覺(jué)性和學(xué)習(xí)興趣，提高分析和解決問(wèn)題的能力。（3）注重課堂形象教學(xué)�！兑苯饌鬏斣怼匪幕靖拍�、相關(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(lè)的教學(xué)環(huán)境。多媒體授課無(wú)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(lèi)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(guò)多媒體軟件進(jìn)行展示，因此在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)充分利用多媒體展示的同時(shí)，適時(shí)采用板書(shū)教學(xué)能夠得到完美補(bǔ)充。（4）重視實(shí)踐性環(huán)節(jié)�！兑苯饌鬏斣怼氛n程的授課過(guò)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(huà)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(guò)例題和習(xí)題鞏固工程觀點(diǎn)，開(kāi)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(guò)程，使學(xué)生了解鋼水流動(dòng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程的學(xué)習(xí)和專(zhuān)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(wèn)題相結(jié)合的能力，將原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)改為優(yōu)化設(shè)計(jì)，將過(guò)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(guò)去，課程的考核要依據(jù)期末考試來(lái)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，面對(duì)新形勢(shì)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(jī)分為平時(shí)和卷面成績(jī)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(jī)約占總成績(jī)的30%，包括學(xué)生的課堂精神面貌、課堂回答問(wèn)題情況、課下答疑情況、出勤率、作業(yè)完成情況等；卷面成績(jī)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(guò)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(yǔ)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(guò)程中煤氣流局部阻力損失和沿程阻力損失的問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(chē)間熱風(fēng)爐如何提高風(fēng)溫的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行講解。學(xué)習(xí)完本章課程后，回過(guò)頭重新看原來(lái)提出的問(wèn)題，讓學(xué)生自己提出方案來(lái)解決此類(lèi)問(wèn)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(wèn)題和分析、解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力。通過(guò)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(guò)程，使學(xué)生最大限度地掌握冶金過(guò)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(zhuān)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(lái)，不定期聽(tīng)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(tīng)課，經(jīng)常開(kāi)展教學(xué)法討論，使之程序化、經(jīng)�；榱诉M(jìn)一步提高青年教師的專(zhuān)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(guò)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(lái)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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