時間：2023-03-02 14:57:38
導語：在大學物理化學公式總結的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
物理化學是四大基礎化學之一，又被稱為理論化學，譽為化學中的“哲學”，其重要性不言而喻。正因為它涉及的公式多，以工科教材為例，我們使用的是天津大學物理化學教研室編寫的《物理化學》，不完全統計，涉及的公式大概有150個左右，學生死記硬背比較容易忘記，提倡理解記憶，這對學生的邏輯思維有一定的要求。我們要求學生掌握基本公式的推導和證明，能用基本公式去解決一些實際性的問題，從而起到提高物化思維方式的能力。許多學生學習物理化學，認為比較難，一屆學生傳一屆，從思想就認為物理化學比較難學，從內心深處是比較排斥的。基于此，我們從思想上引導學生正確看待物理化學的學習，再難學，只要掌握好的學習方法和思維方式，學習物化也是很輕松。首先，提高物理化學學習重要性的認識。物理化學比較難學，在思想上就要認真對待，不懼怕，并付出實際行動。其次，提倡學生平時課前多預習，上課時帶著問題聽講，目的性更強，通過此舉，既能提高自學能力，又能掌握一部分知識的難點。記憶公式印象更深刻，要強調的一點是，物化中的每一個公式都有其應用條件，使用的時候尤其要注意。最后，課后復習鞏固學過的知識，適當的做一些習題，鞏固學過的知識要點和公式運用的條件，培養物理化學思維方式。
2教學上要下功夫提高學生學習興趣
教學是由老師的“教”和學生的“學”共同組成一個有機的整體，兩者缺一不可［2］。好的教學能引導學生更好的學習，提高學生的學習興趣和效率。現行的多媒體教學與傳統的黑板板書教學方法相比，前者借助多媒體課件，講課的色彩更加豐富，形象逼真，信息量大，生動直觀，在增強教學效果方面作用明顯。我們在教學中將講課PPT制作成精美的課件，在課件中穿插動畫，Flash和聲音，做到知識點和欣賞性兼顧的原則，從而使學生提高學習物理化學的興趣。比如表面張力的概念，我們引入了動畫，很直觀的將液體表面張力的形成予以展示。為了進一步培養學生的學習興趣，首先，我們努力將物理化學的知識與我們的日常生活緊密聯系。比如發生火災時，逃生用的防毒面具里面含有的活性炭，它可以吸附有害氣體，從而引入物理吸附和化學吸附的概念問題。還有生活中，荷葉上的小水滴為什么是圓球狀的?洗衣服時加入含表面活性劑的洗衣粉，為什么能把衣服上的污物洗掉等問題，都與我們的物理化學知識相關聯。其次，教學內容與我們教師的科研內容相結合。鼓勵學生積極參加老師的科研訓練項目和大學生創新實驗項目，在參與的過程中，將書本理論知識與科研訓練實際相結合，能起到學以致用的效果。最后，也要將教學與生產實際相結合。我們的學生都有實習的階段，教學過程中，有些章節結合生產實際講解，學生更能領會。如相圖這部分，精餾的過程，在化工企業生產上經常用到，由雙液相液氣平衡理論可知，液體經過不斷地部分冷凝和部分汽化，液相中的組成就無限接近于難揮發的物質，而蒸汽中的組成無限接近于易揮發的物質，從而使二組分得到較好地分離［3］。由于與生產實際結合，學生聽課認真，學得有興趣，收到了較好的教學效果。
3引入物理化學科學家故事闡述人生哲理
在學習物理化學課程中，我們會接觸到很多著名的物理化學科學家。上課講到相關內容時，涉及到一些科學家，我們會講解他們的個人簡歷和趣聞逸事，提高學生的學習積極性。給學生講解科學家的一些故事，一方面可以提高學生的注意力，緩解一下課堂的學習氣氛，也給物理化學的學習增加一點調味劑;另一方面，每一位科學家的成功都離不開其自身不斷努力奮斗的過程，通過了解他們的經歷，不僅課堂教學內容豐富了，而且學生對科學的發展產生了濃厚的興趣，對科學家也產生了崇拜。鼓勵學生以這些科學家作為學習的榜樣，比如追溯物理化學這個學科的起源，我們不得不提到物理化學“三劍客”［4］，他們為開創物理化學而作出了重大的貢獻。他們是1901年、1903年和1909年先后獲得諾貝爾化學獎的三位不同國籍的化學家:荷蘭的范特霍夫、瑞典的阿累尼烏斯和德國的奧斯特瓦爾德。他們在“科學無國界”旗幟下，在以捍衛電離學說為中心的共同戰斗中，結成了化學史上一個新型的科學聯盟，正是他們的團結協作促成了一門嶄新的化學分支學科物理化學的誕生。其中范特霍夫是第一位獲得諾貝爾化學獎的科學獎，他50多歲時，還經營著一家鄉村牧場，每天清晨親自送牛奶，被譽為“牧場化學家”。阿累尼烏斯于1859年2月19日生于瑞烏普薩拉附近的維克城堡。他是電離理論的創立者，成功解釋了溶液中的元素是如何被電解分離的現象，研究溫度對化學反應速度的影響，得出著名的阿累尼烏斯公式。此外，他還提出了等氫離子現象理論、分子活化理論和鹽的水解理論。對宇宙化學、天體物理學和生物化學等也有研究。在講到稀釋定律時，介紹了奧斯特瓦爾德的生平事跡，他出身普通家庭，求學時對化學產生濃厚的興趣，1884年在博士論文中提出了電離假設，1888年提出了以他的名字命名的奧斯特瓦爾德稀釋定律，1909年因在催化作用，化學平衡，氨制硝酸等方面的杰出貢獻而獲得諾貝爾化學獎。這些科學家的共同點就是求學的道路上經歷坎坷，有強烈的求知欲，經歷了不同的幾所大學，終身學習，從而使他們在物理化學領域取得了舉世矚目的成就，這種精神值得我們后人學習。
4實驗教學環節，理論結合實踐
物理化學課程具有理論抽象、推理復雜和計算繁瑣的特點，是一門既難教又難學的理論課程。在課堂上學生只能學到書本上的理論知識，只注重基本概念的講解、簡單數學公式的推導和計算，學生感到枯燥無味，對學習沒有興趣。為了讓學生真正理解和掌握物理化學基本原理知識，實驗教學是必不可少的環節之一。通過實驗教學使得理論知識與實際相結合，激發學生的學習熱情，培養學生發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。實驗教學是物理化學教學過程的一個重要環節，對于培養學生的科研素質具有至關重要的作用。在傳統的物理化學實驗教學模式中，教師按實驗教科書先把實驗所涉及的原理、儀器和具體實驗過程進行詳盡的講解，然后由學生按部就班地去重現實驗內容［5］。實踐證明在這種以老師為主導的實驗教學過程中，學生在實驗動手能力培養上和獨立思考上都收獲不大。基于此，我們對現有的實驗教學模式進行了改革創新嘗試。把實驗教學內容分為基礎驗證性實驗和綜合性實驗兩大部分。在基礎驗證性實驗部分，主要是要求學生熟悉物理化學實驗中常用儀器的用途、使用原理和操作方法。在綜合性實驗部分，指定幾個實驗任務，要求學生自己查閱文獻相關資料，進行實驗設計，將實驗設計報告在規定的時間內，交給指導教師審閱，再完成實驗內容。在實驗進行過程中，老師可以進行必要的輔導。實驗結束后，老師結合整個實驗過程，包括實驗設計的科學性、儀器操作、數據分析和研究報告等綜合給出評分。綜合性實驗具有鮮明的研究型特點，能更好的激發學生學習的熱情，培養學生的探索精神和獨立的科研思考能力，受到學生的一致好評。
5建立課程過程考核評價體系
為了檢驗教師教學質量和教學效果，同時檢查學生對所學知識掌握的程度和存在的問題，必須建立一套完整的考核評價體系。物理化學課程考核辦法一般是由平時成績(20%)和期末考試成績(80%)兩部分構成，存在的主要問題是期末考試成績在總評成績中的比例偏重。這種考核方式的弊端是學生平時學習不認真，期末考試前一周搞突擊，起不到督促學生平時學習的作用。因此，我們重新建立了課程過程考核評價體系，采取的是平時成績占10%，主要評分標準是課后作業的完成情況;出勤率成績占10%，督促學生平時認真上課;增加一次階段考試或者考核占30%，可以采取卷面考試的方式，也可以采取隨堂考試或者課程論文的方式;期末考試比例下降，只占50%，期末考試全學期所學的內容都在考核范圍內。在原有基礎上，降低了期末考試的比重，不同學時的課程中間加上階段性考試或考核的次數也不同，規定小于等于48學時的課程，期間加一次階段性考試或考核;大于48學時小于等于64學時的課程，期間加兩次階段性考試或考核［6］。雖然教師的工作量比改革前增加了，學生的考試或考核次數也增加了，但學生的學習主動積極性得到了提高。學生要想取得優異的成績，階段性成績也不能馬虎。目前我們建立的這套過程考核評價方法，其實質就是將考核貫穿于學習的整個過程，學生要適應這種體系，就要不斷的學習。
6結束語
一、物理化學課程在課程體系中的地位
物理化學在兩階段工科化學(化工類)課程體系中處于樞紐地位。第一階段由化學原理(基礎物理化學)、無機化學、有機化學、分析化學等課程組成。化學原理作為理論教學內容,在對中學化學知識總結提煉上升到理性認識高度的基礎上,對后繼無機化學、有機化學作為應用教學內容提供理論基礎。第二階段由物理化學加后繼專業或專業基礎課程、選修課程組成。物理化學作為理論教學內容,既將先前所學無機化學、有機化學等知識從理性上加以認識提高,又為后繼課程提供理論基礎。[2]在專業教育的范疇內,物理化學是工科,尤其是化工、冶金、輕工等各專業必備的化學理論基礎,它銜接基礎理論和相關的專業課程,是一門專業基礎課程。
二、物理化學課程的教學內容
物理化學提供應用于所有化學以及相關領域的基本概念和原理,嚴格和詳細地闡釋化學中普適的核心概念,以數學模型提供定量的預測。因此,物理化學是分析化學、無機化學、有機化學和生物化學課程,以及其他相關前沿課題的概念的理論基礎。總體而言,物理化學理論課程可能涉及的教學內容如下:[3]
1.熱力學與平衡
標準熱力學函數(焓、熵、吉氏函數等)及其應用。熵的微觀解釋。化學勢在化學和相平衡中的應用。非理想系統、標準狀態、活度、德拜-休克爾極限公式。吉布斯相律、相平衡、相圖。電化學池的熱力學。
2.氣體分子運動學說
麥克斯韋-玻耳茲曼分布。碰撞頻率、隙流速度。能量均分定律、熱容。傳遞過程、擴散系數、黏度。
3.化學動力學
反應速率的微分和積分表達式。弛豫過程。微觀可逆性。反應機理與速率方程。穩定態近似。碰撞理論、絕對速率理論、過渡狀態理論。同位素效應。分子反應動力學含分子束、反應軌跡和激光。
4.量子力學
薛定諤方程的假定和導出。算符和矩陣元素。勢箱中的粒子。簡諧振子。剛性轉子、角動量。氫原子、類氫離子波函數。自旋、保里原理。近似方法。氦原子。氫分子離子、氫分子、雙原子分子。LCAO方法。計算化學。量子化學應用。
5.光譜
光-物質相互作用、偶極選律。線型分子的轉動光譜。振動光譜。光譜項。原子和分子的電子光譜。磁共振譜。拉曼光譜、多光子選律。激光。
6.統計熱力學
系綜。配分函數表示的標準熱力學函數。原子、剛性轉子、諧振子的配分函數。愛因斯坦晶體、德拜晶體。
7.跨學科的應用
生物物理化學、材料化學、環境化學、藥學、大氣化學等。物理化學實驗課程培養學生用物理化學原理聯系定量模型與觀察到的化學現象的能力,深化學生對模型定性假設和局限的理解,鍛煉他們采用模型定量預測化學現象的基本技能。
學生應能記錄正確的測量值,估算原始數據的誤差。學生需要理解電子儀器的原理和使用方法,操作現代儀器測量物理性質和化學變化,積累用這些儀器解決實驗問題的經驗。物理化學實驗應含有結合若干實驗方法和理論概念的綜合實驗教學內容。適用于工科化學(化工類)課程體系的物理化學實驗教學內容大體如下:
1.熱化學實驗
計算機聯用測定無機鹽溶解熱。計算機聯用測定有機物燃燒熱。溫度滴定法測定弱酸離解熱。差熱分析。
2.相平衡化學平衡實驗
不同外壓下液體沸點的測定。環己烷-乙醇恒壓氣液平衡相圖繪制。液-固平衡相圖繪制。凝固點下降法測定物質摩爾質量。沸點升高法測定物質摩爾質量。熱重分析。氨基甲酸銨分解平衡常數的測定。
3.表面化學實驗
溶液表面張力測定。沉降法測定粒度分布。BET容量法測定固體比表面積。
4.化學動力學實驗
量氣法測定過氧化氫催化分解反應速率系數。蔗糖轉化反應速率系數測定。酯皂化反應動力學。一氧化碳催化氧化反應動力學。甲酸液相氧化反應動力學方程式的建立。可燃氣-氧氣-氮氣三元系爆炸極限的測定。計算機聯用研究BZ化學振蕩反應。
5.電化學實驗
強電解質溶液無限稀釋摩爾電導的測定。離子遷移數測定。原電池反應電動勢及其溫度系數的測定。金屬鈍化曲線測定。
6.結構化學實驗
磁化率測定。分子介電常數和偶極矩的測定。
三、面向專業的物理化學教學內容建設
當然,一個工科類專業的物理化學教學不可能也不必要包含上列的所有內容。因此,各學科專業教學指導委員會根據專業的培養目標和規格,在已經或即將公布的各學科專業的指導性專業規范中,制訂了包括物理化學在內的化學課程教學基本內容作為最低要求。如化學工程與工藝專業的規范(研究型)中規定:物理化學可分為兩部分,物理化學(I)主要內容為化學熱力學和反應動力學等,作為化工主干課的基礎,應注意與化工熱力學課程和化學反應工程課程的銜接和分界(一些內容可在化工熱力學課程和化學反應工程課程中展開,以加強工程背景);物理化學(II)主要內容為溶液理論、統計力學、量子力學等方面的概要以及近展等。各專業的物理化學教學基本內容充分體現了本專業的學科特點,是在保障人才培養質量的前提下,兼顧國內各相關學校的教學條件提出的基本要求。因此,它體現的是該專業人才的知識體系的共性。由于各校的學科背景和教學條件的優勢不同,要培養具有特色的專業人才,需要在教學中研究如何在滿足各專業的教學基本內容要求的基礎上開展物理化學教學。我們認為在教學內容建設中應堅持貫徹下列原則,才能切實發揮物理化學這一門專業基礎課程的作用。[4]
1.承前啟后,發揮樞紐作用。了解授課對象的先修和后繼課程與物理化學的聯系,深化化學原理課程中的物理化學理論,介紹其在后繼專業課程中的應用,以開闊視野并兼顧系統性和趣味性。
2.少而精和博而通。傳統的基礎內容要突出重點,講深講透,體現學科框架;選擇介紹相關前沿的內容以擴大知識面。
3.提倡內容側重的多樣化。針對不同專業時要不拘一格,倡導內容側重的多樣化;即便面對同一專業,內容側重亦應有寬松的選擇余地。
4.體現工科特色,強調應用性和實踐性。引入研究型實踐項目,使學生加深對理論的理解,提高應用水平。
四、建設物理化學教學內容的措施
華東理工大學物理化學教研室在國家精品課程和國家級教學團隊建設過程中,以提高專業人才的教育質量為目標,采取了一系列措施,提高物理化學課程的教學水平和質量,促進相關專業的課程體系建設。
1.根據授課專業的先修、后繼課程,研讀相關教材,如化學工程與工藝專業的現代基礎化學、化工熱力學、化工原理、化學反應工程、化工過程分析與合成教材,了解其改革動向和內容變革,并且請有關學科的學術帶頭人做物理化學在學科領域應用介紹的報告,提出教學內容改革建議。這樣做的結果一方面可以避免教學內容上不必要的重復,另一方面可以合理地選擇教學內容側重,實現化學基礎課程與專業課程的合理銜接。
2.編寫教材和教學參考書,保障教學基本內容的教學質量,介紹物理化學學科發展、在交叉領域的應用;介紹溶液模型、線性自由能關系等半經驗方法,以銜接后繼課程。近年來編寫或修訂出版了《物理化學參考》、《物理化學》(第五版)、《物理化學導讀》、《物理化學釋疑》、《物理化學教學與學習指南》。開展教學研討,提高教師隊伍的學識水平和在教學中貫徹少而精、博而通教學思想的能力。
3.制作相關前沿課題和理論應用實例,如“正、負離子混合表面活性劑雙水相系統及其微觀結構”、“溫室氣體CO2的捕集和封存(CCS)技術”、“復雜材料的微相平衡和結構演化的數學模擬”、“離子液體的合成、性質和應用”等教學素材,進行教學資源的儲備。
4.由科學研究項目提煉研究型教學實驗,如“界面上聚乳酸PLA膜的結構特性研究”、“生物柴油中脂肪酸甲酯的GC-MS測定”、“MCM-41介孔氧化硅材料的合成和表征”等;形成各類研究性課題,如“生物柴油的制備及性能檢測”、“Gem-ini表面活性劑連接基團對合成硅基介孔材料結構的影響”等。
摘要：在分析國內外傳統冶金高校冶金傳輸原理課程教學現狀的基礎上，總結了目前冶金傳輸原理教學存在的問題，構建了以知識結構為主旨的冶金傳輸原理教學體系。建立了“課程內容設計課堂知識講授重要知識體驗知識升華演繹學習效果反饋”的完備教學循環體系；創造性地開展了冶金傳輸原理詩詞大賽，深化知識體驗；建立了開放教學實驗平臺，強化了知識運用。通過以上措施，提高學生學習興趣，提升了教學質量。
關鍵詞：傳輸原理；知識體系；教學質量
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）50-0087-03
冶金傳輸原理與冶金物理化學、金屬學一起構成了冶金工程專業的專業基礎。它以高等數學、大學物理、物理化學等課程為基礎，進一步向冶金應用理論延伸，作為深入理解和解釋專業知識的理論與工具，起到了重要的承上啟下作用[1-2]。冶金傳輸原理教學體系自20世紀70年代建立，至今已有40年左右，冶金傳輸原理課程內容龐雜，物理概念抽象，計算公式繁多，數學推導煩瑣，一直被公認為是“教師難教，學生犯難”的一門專業基礎課程[3-6]。許多同學難以深刻理解所學內容，往往通過死記硬背勉強通過考試，在似懂非懂中便結束了課程的學習，對今后繼續深造，提高專業技術水平形成了一定的障礙。從行業發展角度看，冶金規模快速擴張階段已然成為歷史，冶金行業發展進入新常態，為緩解過剩產能提出的供給側改革對冶金工程技術人員的綜合設計開發能力提出了更高的要求，也為高校冶金人才的培養提出了新的挑戰[7]。因此，夯實理論基礎并加強理論實踐將成為新時期人才培養的重點。
一、冶金傳輸原理課程現狀
為更加有針對性地制定有效措施，提高冶金傳輸原理教學質量，對國內外17所冶金相關高校的課程開展情況進行了調研。調研院校冶金傳輸原理課程平均學時數為56。最多80學時，最少30學時。各高校教學學時數較開課之初均呈現減少趨勢，但教學內容卻并沒有減少，因此對教學效率提出了更高的要求。從國外來看，教學學時更少，亞琛工業大學為43學時，其中還包括16學時的課外輔導；東京大學為30學時。國外授課偏向于基本方程和基本理論，更注重學生自學，通過綜合性的作業來促進學生對所學知識的理解與應用。教材方面，沈巧珍、杜建明編寫的教材使用率最高（6/17），其次為沈頤身編寫的教材（3/16），其余基本由本校教師編寫，值得一提的是，國內東北大學采用了英文教材。在成績考核方面，82.3%的學校采用閉卷考，并輔以不同比例的平時成績。亞琛大學為三道綜合計算題，東京大學為50%報告+50%考試。在其他教學環節中，64.7%的學校設有不同學時的實驗課，以此增加同學們對所需知識的理解，激發學習興趣。調研的國外兩所高校沒有相應的實驗課程，一是與較少的學時數有關；另外國外學生人數少，實驗條件普遍較好，學生可根據興趣自由選擇進行相關實驗。課程設置上，很多院校研究生階段不再開設冶金傳輸原理課程；開設研究生課程的一般在本科階段著重基本概念、基本原理，研究生階段偏向一些具體問題的解決，包括建模和數值模擬計算等。此外，查閱近幾年冶金工程專業碩士招生情況可知，在每年的碩士入學考試中，選擇《冶金傳輸原理》作為專業基礎課考試科目的只有寥寥數人，可見其在全國冶金工程專業學生眼中已成為“不受歡迎”的課程，這對冶金工程專業人才培養是非常不利的，也極大地挫傷了教師的教學積極性。分析各高校課程建設基本情況，并結合實際教學過程中發現的問題，總結如下：
1.課程體系建設有待加強。現行冶金工程專業本科培養計劃中規定，課程在本科階段學習重點為基本概念的理解、基本方程的建立、基本定理的應用，深入了解冶金過程中各種傳輸現象，為學生將來從事冶金技術開發、提高控制和設計水平打下良好的基礎。但由于缺乏對冶金傳輸原理知識體系結構的梳理，造成具體教學過程中對教學內容以及深度的把握上缺乏整體規劃，知識之間的繼承與聯系不強，導致同學們理解不深入。
2.教學手段有待進一步提高。目前的教學活動并沒有充分利用現代化的教學方法和手段，只是將傳統的板書搬到了電腦屏幕上，由于課程內容抽象、煩瑣，一味單調地講授，機械地記憶，學習起來非常被動，且容易產生厭煩心理，教學效果不能令人滿意。
3.知識體驗缺乏。目前的教學過程缺乏知識體驗環節，沒有提供學生主動體驗知識的機會，甚至連演示實驗也沒有。從人類認知學角度來講，知識的主觀體驗是知識學習過程中不能缺少的環節。因此，造成學生對知識的理解不能深入，也缺乏對傳輸理論實際應用的體驗。
二、教學改進與創新
1.完善課程教學體系。每門課程根據其性質及應用對象都有其自身的特點和適用的教學方法，冶金傳輸原理是一門相對年輕的課程，其課程體系的建設一直在不斷完善。冶金傳輸原理的內容繁雜、抽象，不易理解。與高等數學和大學物理相關教學團隊進行研討，建立課程的知識體系結構，對知識層次進行劃分，按照基本定理、基本定理的廣義延伸、特定條件下的推理以及實際應用及結論的層次構建知識結構圖，使同學們明確新知識與已有知識的聯系，便于理解、記憶和應用。如傳輸原理中最重要也是貫穿整個學習過程的納維-斯托克斯方程，其本質可以從中學物理所學的牛頓第二定律F=ma得到，推導過程中用到質量守恒定律和動量定理。將特定物體的質量轉換為流過一定空間坐標的流體質量，將中學物理概念中的加速度（實際為時變加速度）拓展為時變加速度和位變加速度之和。流體的受力分析除了熟知的壓力、重力以及可能存在的各種外場力外，增加了流體特有的粘性力，據此就可以容易地推導出納維-斯托克斯方程，并與已有知識建立聯系。對納維-斯托克斯方程在不考慮粘性力（理想流體）、穩定流動、不可壓縮以及只有重力條件下，沿流線積分或在有勢流動中積分可得到伯努利方程，屬于特定條件下的推理。而畢托管、文丘里管、飛機起飛升力以及虹吸管等屬于具體應用。結論對應于應用過程中得到的一些重要結果，如管道層流和湍流最大速度與平均速度的關系，層流和湍流邊界層厚度與板長的關系及阻力系數等。依據此原則將冶金傳輸原理重點知識進行層次劃分，并要求同學們畫出知識層次結構圖，對同學們理解、掌握整個知識體系具有很大幫助。課堂教學方面，為了幫助同學們理解所學知識，將抽象的概念具體化，制作了多種教具并設計了演示實驗。如在講授動量傳輸的微分方程時，制作了流體受力模型，采用多層平板代表流層，平板間利用橡皮筋連接代表粘性力。在講述流體流動狀態時，設計了雷諾演示實驗，并輔以多媒體展示，豐富了教學手段。對于重點、難點內容設計了講解策略，吸納有經驗教師和同學們的意見反饋，不斷改進。重點和難點的確定一方面來源于教學大綱，另一方面通過調查問卷收集，并參考每年的試卷分析。此外在教學中，充分利用教師豐富的科研資源，將科研工作中應用傳輸知識的實例簡化為課上講解的例題，一方面使同學們認識到傳輸原理的重要性，提高學習興趣，另一方面可以豐富課堂內容，使教學更生動。在解決知識體驗問題上，采用教學實驗進行彌補，利用公共實驗室和專業實驗室條件，設計了十余個教學實驗。鼓勵學生自行設計綜合性驗證試驗，提高學生知識綜合運用能力。在升華對知識的認知方面，設計了結合同學們個人興趣愛好的教學活動――冶金傳輸原理詩詞大賽，收到了預期效果。教學效果反饋上，針對課程整體狀況、教材使用、課程設置、教師授課、學生學習以及考試情況設計了調查問卷，在每學期考試后分發，公布考試成績前收回。每學期末，任課教師對反饋情況進行研討，分析存在問題，提出改進策略，形成良性循環。最終形成了“課程內容設計課堂知識講授重要知識體驗知識升華演繹學習效果反饋”的完備教學循環體系，對每個具體教學環節給出明確的執行方式，具有可持續性和操作性強的特點。
2.深化知識體驗。引導同學們對所學知識進行深入思考，才能更好地理解掌握；將枯燥的問題規律化才能記憶深刻。開創性地設計了冶金傳輸原理詩詞大賽這一教學環節，利用當代大學生的多才多藝，將其自身特長、才藝、愛好轉嫁應用到枯燥的專業知識學習中。以所學傳輸原理知識為題材，通過總結、分析以各種文學形式進行表達。作品可以是對一類具體問題如管道流動、邊界層理論、對流傳熱等問題的系統總結，也可以是對某個具體知識點的深入剖析。作品由兩部分組成，第一部分為作品的正文，第二部分為作品內容的分析、解釋，篇幅不超過3000字。將抽象的理論以不同的文學形式進行表達，無疑將極大調動同學們的積極性，發揮各自想象力和創造能力。由于詩詞作品講究工整、押韻、流暢，易讀易記。因此傳輸原理知識的文學化表達必須在對所學知識充分理解、消化的基礎上才能完成，通過作品創造，提高同學們的認知。作品以答辯的形式呈現，現場打分，教師點評和同學們的陳述給大家提供了二次學習的機會，每個人都受益匪淺。作品的創作以團隊形式完成，2―3人一組，創作過程中，組內同學之間的相互交流、學習是進一步鞏固所學知識、完成從簡單認知到靈活掌握的助推劑。每個小組針對特定傳輸原理知識進行總結、升華，深刻詮釋知識的內涵及應用，為其他同學學習、體會該部分知識提供便利和幫助。通過不斷地積累，將不斷提高同學們的認知水平，事半功倍。與此同時，教師可通過作品，了解學生知識掌握狀況。將好的作品匯編成冊，七律、絕句、詩歌、歌曲等創作形式一些枯燥的專業知識更接地氣，給了專業知識全新的詮釋。這種從學生理解角度出發的知識詮釋，由于大家知識背景類似，學習程度相近，因此最易于理解，成為新同學學習的有益補充，也增加了學習興趣。
3.建立開放教學實驗平臺。知識體驗是學習過程中不可或缺的環節，根據教學內容要求及現有條件，設計了管道流動中的質量平衡；不可壓縮流體定常流能量方程；平板法測定保溫材料導熱系數；卡門渦街；氣隙對材料導熱性能影響；流動過程中的流線和跡線；畢托管測量流體流速；雷諾實驗；多種傳熱形式綜合傳熱；液―液間傳質；氣體蒸發過程的擴散傳質等11個基礎教學實驗。利用學院開放教學實驗平臺，逐漸為同學們提供服務。每個實驗設計包括五個部分：實驗目的、實驗原理、實驗設備、實驗步驟、結果與討論。實驗目的和實驗原理主要描述對應的傳輸原理知識；實驗設備的介紹使同學們對實驗平臺有直觀認識；實驗步驟提供了實驗操作指導；結果與討論引導同學們進一步思考實驗背后的基本理論以及對所學知識的靈活運用。此外，充分發揮教師的專業實驗室資源，在開展相應科研工作時，在開放實驗平臺上提前公布，鼓勵同學們觀摩、學習和參與討論。
三、結束語
本文在充分調研國內外教學基本狀況基礎上，提出通過教學體系完善、深化知識體驗以及教學實驗平臺建設來提高學生學習興趣，改善教學效果的一系列改革措施。研究結果對改善本課程教學質量具有較強的實踐意義和較高的借鑒價值。此外冶金人才培養全國應為一盤棋，建議整合國內冶金傳輸原理教學優質資源，充分利用現代化網絡工具，建立冶金傳輸原理課程網站。實現教學資源共享，建立教學課件庫、習題庫、學生自我測試平臺，重點難點解析專欄，并定期安排優秀教師網絡答疑，通過不斷努力，使冶金傳輸原理課程建設更上一層樓。
參考文獻：
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關鍵詞：工程熱力學與傳熱學；安全工程專業；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0041-03
“工程熱力學與傳熱學”是一門與工程實際聯系緊密、應用性很強的熱科學基礎課，它源于礦業、石油、冶金、化工、機械、環境、航空航天等工程領域中的實際工程問題，也發展、應用于解決實際工程問題，在理工科本科生教育中占有重要地位，為理工科專業技術課的學習提供重要的理論基礎。近年來，隨著人類社會的進步和科學技術水平的提高，實際工程領域所面臨的熱科學問題更加復雜，這使得“工程熱力學與傳熱學”課程傳統的教學模式及授課內容已面臨社會發展和學科發展的嚴峻挑戰，存在較多問題和不足。[1]作為中國礦業大學（北京）（以下簡稱“我校”）“工程熱力學與傳熱學”課程的主講團隊，筆者結合近年來科研工作中關于熱力學與傳熱學的問題和多年對該課程的教學經驗，對該課程在安全工程專業本科教育中的課程改革和教學實踐進行了一些探索，并得到了一些粗淺的體會和認識。
一、安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革的必要性
1.該課程對安全工程專業本科教育的重要性
安全工程專業是一個涉及理、工、文、法、管等學科的綜合交叉工科專業，目前國內開辦安全工程專業的高等院校的類型很多，有礦業、石油、化工、軍工、土木、交通、環境、經濟等。“工程熱力學與傳熱學”是安全工程專業必修的一門專業基礎課程，在安全工程專業的培養計劃中有非常重要的地位。根據安全科學基本理論，事故是能量失去控制而意外釋放所造成的，而“工程熱力學與傳熱學”正是研究能量轉化與傳遞過程的基本規律，由此可見該課程對安全工程專業本科生培養的重要性，其教學水平直接影響安全工程專業本科生的培養質量。
2.目前該課程教學中存在的問題和難點
（1）教學學時少，但教學內容多，造成教與學矛盾。隨著21世紀國家人才培養戰略逐漸向拓寬專業口徑、培養復合型人才方向發展，安全工程專業本科教育的培養計劃和培養目標也不斷調整，更加重視大安全“通才”教育。為滿足安全工程專業培養計劃改革和課程體系設置需要，我國多數高校對“工程熱力學與傳熱學”課程學時都進行了縮減。比如我校，由起初64學時調整為48學時，雖然學時減少，但主體教學內容并未刪減，這導致教學進度不得不加快。然而熱力學和傳熱學理論性、專業性強，因為教學進程加快，使得學生不能深入透徹理解重要知識點，造成教學效果較差，引起教與學的矛盾。
（2）課程概念多、公式多、理論性強，降低了學生學習興趣。“工程熱力學與傳熱學”課程概念多、公式多、圖表多，盡管有些概念和公式在“大學物理”和“物理化學”課程中學習接觸過，但運用這些抽象概念和基本公式解釋、推導熱物理規律時，多數學生都會感覺到比較吃力，因為這要求學生具有扎實的數理基礎和較強的抽象思維能力。另外，該課程中一些概念比較抽象且比較相近，容易發生混淆，比如可逆過程與準靜態過程的聯系與區別，技術功、軸功、容積功區別，導熱系數、傳熱系數、導溫系數的聯系與區別等。同時，“工程熱力學與傳熱學”中繁多的公式的關聯性極強，推導過程復雜。上述理論性和專業性很強的概念、公式及其之間的復雜關系，大大地降低了學生學習的興趣和動力。
（3）教學內容及參考教材安全專業應用案例較少，學生專業實踐應用能力培養不足。隨著科學技術的快速發展，熱力學與傳熱學領域一些新的概念和理論不斷涌現，目前多數新出版的“工程熱力學與傳熱學”教材內容豐富，知識面力求新穎和廣博，只配有少量簡單應用案例。這對目前壓縮學時的安全工程專業本科教學來說不合適，不利于學生在有限學時內深入學習和掌握重要熱力學和傳熱學理論，而且不能使學生深入了解熱力學和傳熱學理論在安全專業的應用，從而造成專業實踐應用能力培養不足。因此，針對安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學，應有所側重，補充該專業應用案例，強化學生學習興趣和動力。
3.該課程教學內容和教學方法優化的必要性
隨著經濟的快速發展和社會的不斷進步，人們對安全的要求越來越高，近幾年來安全學科發展迅猛，“安全科學與工程”已成為工學門類下第37個一級學科，安全學科涉及面越來越廣，已深入到礦業、石油、冶金、化工、環境、土木、交通等多個工程領域。“工程熱力學與傳熱學”作為安全工程專業重要專業基礎課，面臨社會科技發展和安全科學發展的新形勢，特別是教學學時壓縮情況下，其傳統的教學模式、授課內容、教學效果已充滿挑戰，存在較多問題和不足，其教學情況，在一定程度上影響安全專業人才在實際工程中解決相應問題的能力。因此，在有限學時內，對該課程教學內容和教學方法進行改進和優化是非常必要的。通過教學改革，提高該課程教學水平，才能使其充分發揮對安全專業技術課學習應起到的橋梁和鋪墊作用，從而在一定程度上提高安全工程專業本科生的培養質量。[2]
二、安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革思路及實施
1.該課程教學內容調整和優化
（1）根據安全專業方向和學時分配，強化和弱化部分教學內容。為滿足安全工程專業培養計劃改革和課程體系設置需要，我校對“工程熱力學與傳熱學”課程學時由起初64學時縮減為48學時。為在有限學時內完成教學計劃和提高教學質量，筆者選用的參考教材為張學學教授主編的《熱工基礎》，該書基本內容由工程熱力學和傳熱學兩部分組成。[3]該書側重于熱力學和傳熱學基礎，有助于學生對基本理論知識和方法的理解和掌握，但對于安全工程專業基礎教育來說，其部分章節教學內容不重要，比如工程熱力學篇的第六章內燃機和燃氣輪機動力循環裝置和第七章制冷裝置循環等內容，因此在教學過程中對上述內容可以弱化。該書第五章中作為了解內容的濕空氣性質及其熱力學過程，是通風安全理論的基礎，對安全工程專業來說就特別重要，因此在教學中對該部分內容應強化。總的來說，對該課程的教學應因材施教，根據安全工程專業方向和教學計劃分配，靈活調整和優化教學內容和重點，使得學生能深入透徹理解重要知識點，避免引起教與學的矛盾。
（2）擴充傳熱學數值計算知識及應用算例，增強學生對基本公式及理論知識應用方面的理解，激發學生學習興趣和動力。“工程熱力學與傳熱學”課程概念多、公式多、圖表多，通過實驗教學可以加深學生對熱力學與傳熱學理論知識的理解和掌握，但受于學時和實驗條件限制，目前該課程實驗教學課時還比較少。近年來隨著計算機技術和數值計算方法的快速發展，數值計算（或稱數值實驗）為熱力學和傳熱學研究開辟了一個新途徑。目前“工程熱力學與傳熱學”課程教學中，只在導熱部分對數值計算基礎進行了簡要介紹，為了使學生能較系統地了解和掌握數值計算在傳熱學的應用，也需要對流換熱部分的數值解算進行補充。考慮到本科生對數值計算涉及的數學推導和偏微分方程求解等知識的理解和掌握比較吃力，在課程教學中對MATLAB軟件在傳熱學數值計算中應用進行介紹，并引入相關傳熱問題解算案例進行講解。MATLAB是一套綜合性的高性能數值計算和可視化軟件，借助MATLAB軟件不僅能使學生較快掌握傳熱學數值計算的應用，同時借助其強大的計算和繪圖功能，也可以使學生對熱力學和傳熱學中的許多公式和熱物理規律推導進行圖像化展示，這有助于學生對熱力學和傳熱學基本理論知識的理解和掌握。[4]
（3）建立安全專業應用案例庫，細化到具體章節教學內容中。“工程熱力學與傳熱學”與工程實際聯系緊密，應用性很強，它源于工程實際，并應用于解決實際工程問題。因此，若要提高“工程熱力學與傳熱學”課程教學質量，在課程教學過程中應將實際工程案例作為教學素材，引導學生對特定的教學案例問題進行分析，并借助熱力學和傳熱基本理論提出解決方案。針對安全工程專業說，工作中會遇到各種各樣的危險情景，引入專業案例教學非常重要，比如應該補充講授熱力學能量傳遞、煙氣對流和輻射復合傳熱方面的案例、熱力學與傳熱學在事故演變分析中的應用案例。通過案例教學不僅可以使學生對熱力學和傳熱學知識有深刻的理解和掌握，也有利于拓展學生的思維模式，激發學生的創新意識，更重要的是培養學生的專業應用和實踐能力，對工作中危險情景問題應該怎樣借助熱力學和傳熱學理論來分析和解決會有較好的把握。因此，筆者近幾年來特別重視對安全專業應用案例庫的建設，對各個案例根據教學內容進行分類，基本貫穿于各個章節的教學中。
2.該課程教學方法改進和優化
近幾年來隨著國家對人才培養戰略的調整以及工科類專業培養目標的改革，為了保證和進一步提升“工程熱力學和傳熱學”課程教學質量，筆者對該課程教學方法進行了一些探索和改進。
（1）以科研與工作實踐促進教學。大學教學不同于中學教學，大學是培養人才和創造知識的重要平臺，在大學教學過程中要講授傳播高深前沿的專業技術知識。只有通過科研歷練和工作實踐，大學教師才可以逐步提高專業素養和綜合素質，才能緊跟進而較好地把握本專業科技前沿。“工程熱力學和傳熱學”課程作為工科類重要專業基礎課，該課程任課教師更應立足于科技前沿，通過科研工作不斷提高自身業務素質，并將科研成果轉變為專業理論知識滲透到教學過程中，這樣才能克服教材內容滯后于最新專業科技知識的不足，保證教學質量，同時通過“工程熱力學和傳熱學”課程教學也能拓寬學生的科研視野和提升學生專業知識水平。為此，筆者在教學過程中穿插介紹了課題組在采空區自然發火、礦井降溫等領域與熱力學和傳熱學有關的研究成果。
（2）設立課程助教和網絡討論課堂，增強課程教學答疑和交流。為了及時解答學生學習過程中遇到的問題，在“工程熱力學和傳熱學”課程教學過程中筆者安排了助教，助教一般由青年教師或高年級研究生擔任，主要負責課程作業批改和答疑，并不定時開展相關專題討論班，加強學生對重要章節的學習和理解。另外，在課外，筆者還充分利用網絡資源，建立了網絡討論課堂（QQ群）。針對課程學習疑難問題、課程建設及改進建議等問題學生都可以在課程討論群中提出，助教或任課教師基本每天都會登陸討論群回答學生提出的問題。通過設立助教和建立網絡討論渠道，較大程度上增進了課堂教學以外老師和學生的交流，提升了該課程的學習質量。
（3）借助現代多媒體教育技術豐富教學手段。近年來，隨著計算機科技和互聯網技術的快速發展，多媒體技術成為教育教學過程中一個非常重要和便利的工具。“工程熱力學和傳熱學”課程涉及的公式和圖表非常多，采用多媒體技術可以顯著節省教師對一些公式和圖表的板書時間，不僅能提高教學效率，并且采用圖文并茂的PPT可以形象具體地展示教學內容，利于學生理解。然而，對于比較重要的教學內容，比如導熱微分方程、對流換熱方程等數學描述的推導，筆者仍采用傳統板書方式，詳細分析和講解重要定律和公式的提出和推導過程。另外，要充分利用多媒體技術的多種媒介形式，包括多種形態的文字、圖片、動畫、錄像等。[5]目前筆者已經制作和收集了一些圖片和視屏（熱電偶等測溫器件、肋片、換熱器傳熱過程Flash、煤自燃實驗錄像等），在課堂教學實踐中取得了較好的效果，大大激發了學生的學習興趣和熱情，也加深了學生對傳熱學在科技生產領域中應用的認識。
（4）改革和優化考核方式。“工程熱力學和傳熱學”課程涉及的公式和準則特別多，有些公式較難記憶和推導，因此任課教師在閉卷考試命題時不得不壓縮范圍，這導致一些同學在考試復習時會忽略一些教學內容。為了使學生能對熱力學和傳熱學基本理論知識有一個整體的把握和思考，特別是對該課程基本理論的應用有較深刻的認識和理解，筆者采用多元化考核方式。多元化成績評定包括三部分：第一，課后習題作業、出勤、課堂表現、課下網絡討論表現情況；第二，專題大作業完成情況，專題大作業主要是基于熱力學和傳熱學基本理論開展相關產品設計或數值模擬等；第三，閉卷考試成績。采取這種多元化考核方式，不僅能促進學生對熱力學和傳熱學理論知識的深入學習和掌握，也能提高學生的學習能動性，提升實踐應用能力，有助于培養高素質人才。
3.學生實踐應用能力培養引導
為了進一步提高學生的實踐應用能力和培養學生的創新意識，筆者在“工程熱力學和傳熱學”課程教學過程中通過多種形式對學生進行引導或提供多種實踐渠道進行學習。
（1）設置熱力學和傳熱學專題大作業。在教學過程中，筆者精心選取了多個與熱力學和傳熱學密切相關的專業問題，讓學生分組協作，首先對這些問題進行調研，然后開展實驗設計和數值模擬分析，并寫出相應的總結報告。最后，利用討論課時間，組織各組以PPT形式進行匯報，通過提問和討論意見進一步完善作業成果。專題大作業的成果作為期末考試總成績評定的一部分。在課堂教學過程中增加學生參與的比重，使學生成為課程學習的主體，能為培養學生的實踐創新能力創造有利條件。[6]
（2）利用大學生創新計劃項目。目前，我校積極響應國家、北京市有關開展大學生創新訓練的政策和工作安排，每年都組織設立大學生創新訓練計劃項目近300項，這為我校大學生參與科研工作、開展創新活動提供了重要的平臺和良好的條件。我校“工程熱力學和傳熱學”課程剛好在大學生創新訓練項目立項這學期開課，在教學過程中，筆者鼓勵學生應用熱力學和傳熱學基本理論進行選題，并在開展研究工作過程中給予方法和技術指導。
（3）利用校外實踐基地現場實習交流。為了提高學生的實際工作能力和教學質量，培養高素質復合型人才，以盡快適應社會發展的人才需求，和加強本科實踐環節的教學，我校資源與安全工程學院積極開展校企合作實踐教學，目前已建立了39個校外實習和實踐教學基地。在“工程熱力學和傳熱學”課程教學過程中，筆者穿插介紹了安全工程專業相關應用案例，同時，也經常給學生灌輸實踐學習的思想，鼓勵學生好好利用實踐基地這個很好的學習平臺，到實踐基地去實習或社會實踐時現場觀察、學習熱力學和傳熱學的應用實例。通過現場學習能較大程度上拓展學生實踐應用思維和激發學生創新意識。
三、結語
“工程熱力學與傳熱學”課程在理工科本科生教育中占有重要地位，它源于工程實際問題，也發展、應用于解決實際工程問題。為能使熱力學和傳熱學知識適應社會發展需要和滿足現代社會對信息型、復合型人才的需求，“工程熱力學與傳熱學”教學內容和教學方法需不斷改進和優化。
本文以安全工程專業“工程熱力學與傳熱學”教學為例，針對該課程教學內容、教學特點和目前教學中存在的典型問題和不足，提出了該課程教學改革和優化的思路和具體改進實施方案。該課程教學改革在安全工程專業教學中實踐結果表明，新的人才培養目標和培養模式下“工程熱力學與傳熱學”課程教學質量有較大改觀，學生理論知識學習情況、分析解決問題能力、實踐應用能力都得到較大提升。筆者對該課程在安全工程專業本科教育中的課程改革和教學實踐，希望能為國內其他高校理工科“工程熱力學與傳熱學”課程教學改革提供思路借鑒。
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