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关键词:大学教学 热力学 基本概念 教学方法
热力学是一门具有专业技术的基础课程,但是它又包含了专业课程的特色,是进行后期深入研究学习的理论和基础,它还有很强的技术性和实用性。热力学相关的热力技术和节能环保问题日益凸显,所以需要在教学中深入教学创新,激发学生自主学习的热情。本文就如何在教学中引导学生掌握课本知识和应用作出了分析。
一、热力学的含义与其构架
热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质与其建立能量的关系,以及物质状态发生变化时与外界相互作用(包括能量传递和转换)的一门学科。因为能量转变的普遍性,所以热力研究的成果被运用于各个领域之中。
从宏观角度来看,热力学在其的发展过程中,针对其内容可以分为两个不同的结构体系,首先可以从它的基础理论来进行讲学,其次可以结合所学从实际出发进行应用教学;如果从热力学的教学体系来划分,却可以将其教学划分为三大点,首先是它的概念,然后是它的运动规律,最后是对它的性质和实际操作进行划分。
在教学中教师要保证学生对其意义有一定的认知,引导学生掌握热力学的基本概念,帮助他们重建热力学的知识构架,要做到这一点就必须要从以下几个方面入手,进行知识的梳理。
(一)对热力学的概念进行分析,包括它的公式和运动规律(热力学第零定律、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律等)
(二)对热力学的中的基本热力(包括理想气体;实际气体;水蒸气;湿空气;制冷工质)性质进行研究分析。
(三)从热力学研究的实际操作过程中分析计算工质在设备中的数据变化,分析影响能量转换效率的因素,寻求转换效果更高的有效途径。
二、热力学教学方法
(一)结合实际教学
在教学中对日常生活中的一些热力学现象,用专业化的热力学知识进行分析,对其作出科学合理的解释。通过这样的教学让学生充分体会到课堂知识与平常的生活息息相关,促使他们对老师的教学产生浓厚的兴趣和学习热情,以此来达到提高教学效率的目的。如在教学中向学生提出与生活相关的问题:空调与冰箱的工作原理是否相同?等,在课堂上应该做到适时的穿插一些与生活有关的问题,培养学生自主思考的能力。还能在教学中介绍一些热力学在生活中应用的著名例子,如低温实验室的创始人卡末林・昂内斯利用范德华方程式创造出了液态气体,对人类科学的进步作出了巨大的推动,让学生在切身体会中感受化工热力学对实际生活中的指导作用。
(二)加强对基础理论的教学
热力学是一门非常严谨的课程,又可以说它是完美的学科,因为其理论和公式都是经过认真演算的,因此在教学中要着重对公式和理论进行论述,帮助学生掌握和理解热力学。
教师上课过程中对基本的概念、含义、公式中的相关数据要做出一定的分析和解释,让学生从根本上明白公式所要表达的意义,同时在引用理论和实际例子时,保证它的准确性和代表性,让学生对热力学的概念有一个清楚的认识。
公式的演算和推导也不需要将所有的数据都拿出来分析讲解,为了减少推导量,只需对影响推导结果的关键部分着重讲解就行,其他的推导过程可以简单略过,这样既保证了课堂进度还提高了课堂教学的效率。
学生必须具备合理运用热力学公式的能力,由上文可以看出,公式的运用对热力学的理解是密切联系的,因此教师在教学过程中一定要帮助学生深入理解公式内涵,引导他们在实践中应用。
(三)多样化教学
在教育中教师不仅仅是需要传授知识还需要引导他们自主去学习,“授人以鱼,不如授人以渔”就说明了这个道理,传统的教学多以“填鸭式”教育进行,仅仅依靠老师通过课本单方面的讲学已经无法满足现代教育的需求,学生在学习过程中需要有热情才有不断学习的内驱力,所以在教学中我们要充分的利用多媒体信息技术,做到在课堂外没有老师进行指导的情况下也能进行自主学习,根据自身的接受度选择热力学相关的资料进行学习,对课堂上老师讲授的知识进行一个扩充和完善,教师也能通过网络在线解答学生的问题,拉近师生之间的距离,在不是不觉中营造出了一种良好的教学氛围。
(四)结合实际教学
热力学虽然是一门具有很强理论性的专业性学科,但是在生活中,热力学其实离我们很近,因此教师在教授一些基本概念的时候,可以思考一下是否能举出与生活相结合的例子以此来帮助学生更好更快的理解和记忆,可以在介绍热力第二定律的时候,为了让学生明白热力传导的过程,举出生活中常见的例子,如高压锅,煮各种难以煮熟的食物的时候,通过加压的方法,让锅内温度超过100℃,加速高压锅的工作效率,还有热力过程具有方向性这一特点也能举出相关例子,如启动的汽车在没有外力的作用下,能将车胎转动的动能转换成热能停止下来,但反过来,汽车车轮不可能吸收空气中的热能将其转换成动能再旋转起来,通过这样的教学方式,在教授基本理论知识的同时又激发了学生的学习热情,促进学生的学习,通过实例帮助学生加深对热力学基本概念的掌握和应用。
(五)研讨式教学
确立学生为主体原则进行教学,充分了解学生原有的热力学知识基础水平,贴近生活的教学,在进行基本概念的讲说时,遵循由易到难、由简到繁的教学顺序,能够让学生更好的进入学习状态,充分调动他们的积极性,提高他们的学习兴趣,针对学生个体的差异,进行不同层次的教学。
热力学具有抽象性的特点,导致学生对其主要问题认识不够深刻,对它失去了学习的兴趣。
三、创新教学的具体内容
1、结合热点问题
在教学中教师应该结合当前热工领域的一些备受瞩目的问题进行讲学,如当前的热点,环境资源问题、降低能源消耗和日本核电站事故等问题,就此问题在课堂上开展讨论,充分调动学生的积极性。同时还能在课上给学生实验的机会,通过动手实验更深入的理解问题,分析问题,激励学生进行自我总结。
2、课堂活动与常规教学相结合
信息技术的飞速发展,教师也应该在现有知识的基础上不断完善自我,主动吸收新知识,上网搜集相关信息,在课堂上对书本上的知识进行扩充,对课本材料进行详细的阅读,对其内容进行合理科学的规划,根据最近信息整合调整,将老旧之后的成本知识优化,通过多媒体教学课件为学生提供一个多样化、多视角的教学信息。
同时对课本中的重点难点要构建相应的练习题型,让学生在写作业的时候自主回顾重难点,多布置一些与和生活有关的问题,引导学生自主学习,上课前通过课前提问对旧的知识进行回顾,再导入相关新知识。
3、培养学生解决问题的能力
当代教育要求学生不光要学会学习还要有自主分析、解决、总结问题,在教导热力学课程的时候,让学生把这门课程当成需要解决的问题去对待,形成良好的学习习惯。
四、结束语
综上所述,热力学在教学中作为一个理论性较强的科目,但是由于它又与实际紧密结合,所以老师在讲授知识的时候可以举出实例,让学生更为直观的理解教师所讲授的知识,这就要求教师在教学中不断改进教学方法,培养学生的学习兴趣,运用创新的教学方法,不仅有利于学生形成自主行动、思考、分析问题的能力,还有利于在教学中培养学生的认知能力,所以要在课堂教学中将基础理论结合实际进行教学,让热力学的教学变得更为轻松有效,这样的教学方法不仅仅对热力学教学具有重大的意义,还能帮助学生学习其他课程。
参考文献:
[1]冯国增,聂宇宏,夏莉等.“工程热力学”教学过程中大学生综合素质培养的研究和实践[J].制冷与空调(四川),2012(01)
[2]彭阳峰,施云海.浅谈化工热力学课程中“合理用能”章节的教学体会――以化工单元过程为教学案例的能量分析[J].化工高等教育,2012(06)
[3]尹海英,邓建梅,舒明勇.热力学第一定律在化工热力学教学中的应用[J].中国化工贸易,2012(04)
[4]冯新,陆小华,吉远辉等.化工热力学中从生活中来到生产中去的实例[J].化工高等教育,2009(01).
[5]罗岚,雷水金,魏秀琴.《材料热力学》双语教学课程中教学制度和教学习俗改进[J].广州化工,2012(24)
教学内容改革是教学改革最核心、最基本的问题。教学内容主要由热力学第一定律、热力学第二定律熵分析法和分析、新的能量系统分析评价方法介绍组成。其中,根据教学目的与任务有效组织教学内容,要与基础课程工程热力学第一定律、第二定律知识点的学习有机结合,既避免教学内容的简单重复,又要使学生通过本课程的学习对第一定律、第二定律有更为深刻的认知,并使学生能够利用两个热力学基本定律熟练进行能量系统分析与评价、以及高效学习和应用新的分析、评价与优化方法。
1.热力学第一定律
热力学第一定律是工程热力学教学内容的重点,主要讲授闭口系统与稳流开口系的热力学第一定律能量方程式的表达式及应用。在本课程中,进一步强调热力学第一定律的一般表达式即:“进入系统的能量-离开系统的能量=系统总储存能的变化”的正确灵活应用,重点介绍如何分析、列出非稳态充、放气热力过程的能量方程式,帮助学生进一步增强利用第一定律进行能量分析的能力。同时,通过对节流、自由膨胀、混合、换热、可逆定温放热压缩等热力过程分析来帮助同学们对第一定律的局限性有更为深入的理解。
2.热力学第二定律熵分析法
热力学第二定律是工程热力学教学内容的重点与难点,主要讲授热力学第二定律的数学表达式,具体包括:卡诺循环+卡诺定理、克劳修斯积分不等式、闭口系及开口系统熵方程、孤立系统熵增原理。在本课程中,考虑到判断一个热力循环是否可行、可逆的数学判据容易理解而且是热力过程的特例,故重点讲述闭口系及开口系熵方程、孤立系统熵增原理。在该部分从以下四个方面进行介绍:对于状态参数熵的辨析:辨析熵是状态参数与过程无关,强调判断一个热力过程能否进行、可逆的参量不是过程熵变而是过程熵产,引出后面由熵方程及孤立系统熵增原理计算过程熵产的知识点;重点讲授熵方程的一般表达式,即:“进入系统的熵-离开系统的熵+过程熵产=系统熵变化”,通过典型例题帮助同学能够利用熵方程列出闭口及开口系熵方程,并求取过程熵产;重点解析孤立系统熵增原理的实质及解题特点,并通过典型例题帮助学生认识到孤立系统熵增原理与熵方程的一致性:孤立系统熵增即熵方程中的熵产;作功能力损失方面除了介绍计算公式、通过计算热力过程熵产及作功能力损失,还着重结合对节流、自由膨胀、混合、换热、可逆定温放热压缩等具体热力过程分析让学生体会第一定律与第二定律之间的联系及第二定律的独有贡献。
3.热力学第二定律分析法
由于学时有限并且概念抽象难以理解,分析法在工程热力学中属于选讲内容,即便讲授,也多是简要介绍。本课程中,分析法是授课重点,从以下四个方面进行讲授:第一,概念及计算公式,包括机械、热量(冷量)、内能、焓和化学。第二,重点讲授方程的一般表达式“进入系统的-离开系统的-过程损=系统变化”,通过典型例题帮助同学能够利用方程列出闭口及开口系方程,并求取过程损。同时,在分析典型例题时,引导学生同时用熵分析法来计算过程的作功能力损失,让学生自觉地认识到分析法中所得到的损失即熵分析法中计算的作功能力损失、体会两种分析法的一致性及分析法的优势。第三,效率、损系数的概念及公式,以及在典型热力设备、过程及热力循环中的计算。第四,针对本学科领域典型的火力发电装置、燃气轮机发电装置和低温制冷装置、LNG液化装置、天然气净化装置、油田联合站等,设置工程背景很强的案例,教师与同学们一起分析循环装置及各组成设备的效率、损失及损系数等,让同学们认识到分析法在进行系统能量分析时的重要性及提高利用该方法解决实际工程问题的能力。
4.新发展起来的能量系统分析与优化方法
介绍能级分析法、经济学、夹点技术、全生命周期分析法、能值理论等新发展起来的能量系统分析与优化方法的基本理论及应用,鼓励学生查阅相关文献获取更多知识。这部分内容与留给学生的学习报告紧密相关,将在下文介绍。目前还没有适合于本专业本科教学的系统节能方面的教材,本课程教学内容主要参考自沈维道等主编《工程热力学》、朱明善等编著《工程热力学》、傅秦生编著《能量系统的热力学分析方法》和冯霄编著《化工节能原理与技术》、何雅玲主编《工程热力学精要分析典型题解》等教材及专著,结合教学团队多年来收集整理的工程案例编写成讲义供教师及学生使用。
二、教学方式改革
教学中的主体是学生,调动学生学习主动性,提高其学习兴趣和学习效果是教学方式改革的目的。学生们对于国际上最新的、与未来工作紧密相关及实用性强的知识以及确实能提高自身素质与能力的教学环节更感兴趣。
1.采用多媒体与板书有机结合的教学模式
充分利用多媒体教学信息量大,图像、视频生动形象的特点,同时结合传统板书讲解复杂推导更容易被学生掌握的优点以提升教学效果。这种授课方式既可以增大授课信息量、有效吸引学生注意力,同时又能使学生通过与老师一起板书推导对所学重点、难点有更为深刻的认知。
2.提高课堂教学吸引力
通过针对每一个重要概念及知识点设计的系列典型例题、思考题吸引学生注意力,激发学生学习兴趣,引导其积极参与到教学中来。而且教学团队经过多年的教学和科研积累,收集并提炼出与石化工程紧密关联的工程案例,通过案例的讨论和分析,增强学生学习理论知识的兴趣,提升课堂教学的互动效果,增强学生运用理论知识分析并解决工程实际问题的能力。
3.布置作业形式灵活多样
对于重要的基本概念,以读书笔记的作业形式激发学生学习兴趣。本课程涉及众多抽象概念和公式,追溯热量、温度、熵、热力学第二定律、等重要基本概念的由来、发展历程,可使学生在搜集资料的过程中对这些概念有一个直接的感性认知,同时也有助于学生认识到这些知识在本学科发展中的重要作用。要求学生组成2~3人的学习小组,除常规课下作业外,课上作业以小组为单位完成。课上作业为教师针对每次课的重点和难点内容设计的多为填空、选择和问答形式的练习题,课前打印好分发给每个学习小组。在讲课过程中,留出适合时间让学生及时完成。教学实践表明课上作业非常利于学生把握住和消化吸收重难点知识,且能提高学生学习的注意力,达到良好的教学效果。
三、课程考核方式的教学改革
关键词 热力学第一定律 热力学第一定律 卡诺定理
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.04.039
Teaching of the First Law of Thermodynamics and
the Second Law of Thermodynamics
WU Hequan, XIE Wenhong
(College of Automative and Mechanical Engineering,
Changsha University of Science & Technology, Changsha, Hu'nan 410114)
Abstract Details of the emergence and development of the first law of thermodynamics, the second law of thermodynamics and the linkages between them. Further understanding of the process of teaching the knowledge of thermodynamics has played a good role in promoting, improving the quality of teaching.
Key words First Law of Thermodynamics; Second Law of Thermodynamics; Carnot theorem
0 引言
“工程热力学及传热学”课程是主要研究热能与机械能互相转换以及热量传递规律的一门学科。“工程热力学及传热学”围绕能量转换与传递这一主线,是对工程热力学及传热学两个研究方向的综合。其特点是涉及内容广,知识点多,主要包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力过程计算、传热学的基本概念、换热器热计算等。它在社会生活中的应用是非常广泛的,在很多领域包括现代工业、农业、交通运输和国防建设等。虽然热机发展一百多年,已经非常完善,很多热力学理论已经在实践中得到了应用。但是在面对如今国际社会能源短缺、环境污染等问题中,推进热力学的研究,提高能源的利用效率是解决这些问题的一个关键。而热力学第一和第二定律是热力学基础,学好并掌握这些基本理论,才能更好地研究热能传递和转换的规律并把它转化成实际成果应用到社会生产生活之中。
1 热力学第一定律概述
热力学第一定律实质是能量守恒定律在热现象上的应用。能量守恒定律可以表示为:自然界的一切物质都具有能量,能量有多种不同的表现形式,可以从一种形式转化为另外一种形式,也可以从一个物体传递给另外的物体,在转化和传递过程能量保持不变。热力学第一定律则可以表述为:热可以变为功,功也可以变为热;当一定量的热消失时,必产生等量的功;消耗一定量的功时,必产生与之相应数量的热。表达式为: = +。热力学第一定律否认了能量的无中生有,正因为如此那种不需要任何动力和燃料就能持续做功的第一类永动机只能是幻想。
能量转换与守恒定律首先是从力学中以“活力守恒”的形式提出来的。系统吸热,内能应增加;外界对系统做功,内能也增加。若系统既吸热,外界又对系统做功,则内能增加等于这两者之和。热力学第一定律就是能量转化和守恒定律。十九世纪中期,在长期生产实践和大量科学实验的基础上,它才以科学定律的形式被确立起来。著名物理学笛卡尔在1644年就提出了“运动守恒”的概念,随后德国数学家莱布尼兹引入了“活力”的概念,意大利物理学家伽利略研究斜面问题和摆的运动,斯蒂芬研究杠杆定理。伯努利的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律,1834年爱尔兰物理学家哈密顿《论动力学的普遍方法》,提出了哈密顿原理。至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容,为能量守恒定律的建立准备了条件。1841~1843年,德国科学家迈克尔和英文物理学家焦耳提出了热能与机械能相互转换的观点,为热力学第一定律的建立奠定了基础。
热力学第一定律的确立,突破了人们关于物质运动的机械观念的范围,从本质上表明了各种物质运动形式之间相互转换的可能性,说明运动形式相互转换的能力也是不灭的,是物质本身固有的。
2 热力学第二定律
热力学第一定律说明了热能是可以转换的,可以由热能转换成机械能,也可以由机械能转换成热能,而且能量不会消失。但是如果仅仅只是这样,那有很多现象是解释不了的。比如一辆小车给它一定动能,让它在路上行驶,走了一段路程后,由于小车和路面有摩擦,小车速度逐渐减小,最后停止。原来的动能全部转化为摩擦产生的热能,然而反过来,这些热能能还给小车,再重新让它动起来吗?再比如一个烧红了的锻件,放在空气中便会慢慢冷却。显然,热能从锻件散发到周围环境中了;周围环境获得的能量等于锻件放出的热量。反过来,这个已经冷却了的锻件能从周围环境中收回那部分散失的热量,重新赤热起来吗?这样的过程都不违反热力学第一定律。然而,经验告诉我们,这是不可能的。
所以在热能转换为机械能这一问题中,除了要遵循热力学第一定律,还要满足其它约束条件。这就是热力学第二定律的研究内容。热力学第二定律的实质就是指出了一切自然过程的不可逆性,也就是说自然界中的过程具有方向性。过程总是自发地朝着一定的方向进行。机械能总是自发地转变为热能;热量总是自发地从高温物体传向低温物体等等。这些自发过程的反向过程(称为非自发过程)是不会自发进行的。这种不可逆的过程可以用熵来描述。自然界的一切自发过程都是朝着熵增大的方向进行的。只有可逆过程,系统的熵保持不变。这就是熵增原理,这是热力学第二定律的其中一种表述方式。
在热力学第二定律告诉我们能量转化具有方向性。即机械能可以百分之百的转化为热能,但热能转化为机械能的效率不可能达到百分之百。那么热机的效率最高能达到多少呢?1824年,法国工程师卡诺提出了一种热效率最高的循环――卡诺循环。它包括两个等温过程和两个绝热过程。如果把高温热源的温度记为,低温热源的温度记为,通过热力学计算可以得到卡诺循环的热效率表达式 = /。当高温热源的温度足够高,而低温热源的温度足够低的时候,卡诺循环的热效率理论上可以无限的接近1,因此可以说卡诺循环的热效率最高。从中可以得出以下结论:(1)卡诺循环的热效率只决定于高温热源和低温热源的温度,也就是工质吸热和放热时的温度;(2)增大,减少,可以提高卡诺循环的热效率;(3)卡诺循环的热效率只能小于1,不能可能等于1。因高温热源的温度不能等于无穷大,低温热源的温度也不可能等于零。这就表明热能不可能全部转变为机械能;(4)当 = 时,卡诺循环的热效率为零。这表明,在没有温差存在的热力系统中,热能不可能转变为机械能。或者说,单热源的热机,即第二类永动机是不可能造成的。
在卡诺定理的基础上,人们总结出了热力学第二定律的两种主要表述方式。克劳修斯说法:热量不可能自发地、不付代价地从低温物体传至高温物体。开尔文说法:不可能从单一热源取热使之完全变成有用功而不产生其它任何他影响。它们都说明了自发过程的不可逆性,可以证明这两种表述方式是等价的。那种设想把海洋或空气当作单一热源,从中吸收热量并完全转化为有用功的第二类永动机是不可能实现的。
热力学第二定律的意义实际已经远远超出了热机热效率的范畴,它指出了自然过程进行的方向性,说明了能量品质的高低。
3 结语
热力学第一定律和热力学第二定律是人们在日常社会生产实践中总结出来的普遍规律,它们被许多实验和具体实践证明是正确的。热力学第一定律和热力学第二定律的建立,奠定了工程热力学与传热学的理论基础,也彻底了永动机的幻想。大学生在学习热力学第一定律和热力学第二定律时应该理解它的内容,实质,掌握它的重点和难点。了解热力学第一定律和热力学第二定律的发展过程,要学会自我归纳总结,做到独立思考。教师应该把精力放在提高热力学第一定律和热力学第二定律的教学深度以及加强实践应用上。热力学第一定律和热力学第二定律是自然界的普遍法则,蕴含了大道理,验证了辩证唯物主义思想,所以教师应该把事物发展的科学道理在这一章充分展现出来。热力学第一定律和热力学第二定律是“工程热力学及传热学”课程的重要内容,也是理工科学生必须掌握的基本知识,因此对它们进行深入研究有利于提高课程的教学质量。相信对热力学第一定律和热力学第二定律的研究一定会推动社会的进一步发展。
基金项目:长沙理工大学教改课题项目
参考文献
[1] 李岳林,刘志强,武和全.工程热力学与传热学[M].北京:人民交通出版社,2013.
[2] 沈维道,童钧耕.工程热力学[M].北京:高等教育出版社,2007.
关键词 卓越计划 化工热力学 教学改革
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.01.059
近年来,我国参照有关《华盛顿协议》成员国的做法,开展了面向我国本科教育专业进行工程教育专业认证工作。“卓越工程师教育培养计划”旨在全面提高我国工程人才培养质量,培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高素质各类型工程技术人才。我校的化学工艺专业于1998年获原化工部高等学校重点学科,同年获得硕士学位授予权。2004获湖北省教育厅“有突出成就创新学科”,2006年为湖北省第四批立项建设的拟增列二级学科博士学位点。化工热力学课程在化工类人才培养中起着承前启后的作用,是基础课和专业课之间不可缺少的“桥梁与纽带”。同时,化工热力学又是应用性很强的课程,它的内容是后续分离工程、化学反应工程等课程的重要基础,其核心任务在于培养学生分析问题和解决问题的能力,提高学生将热力学基本原理应用于化工技术领域能力的目的。为更好地推进“卓越工程师教育培养计划”,仅仅将书本中的知识讲解给学生是远远不够的。化工热力学课程教学改革需要在激发学生兴趣的基础上将理论知识和实际运用结合,公式概念和现代化设计软件结合,根据自己学校本身化工专业的特色和优势,开展相应的化工热力学教学工作。本课题将以我校化工与制药学院化学工程与工艺专业的本科生为研究对象,围绕我校化工专业认证与卓越工程师培养背景下化工热力学课程教学中贯彻工程实践能力培养的教学方法改革与实践,提出一些建议和思考。
1 加强师资队伍建设,提升整体素质
事业要发展,关键在人才,基础在教育。基础教学工作需要强大的师资力量作为后盾,只有完善的教学系统,才能定制出一套帮助学生学习的好方法。化工热力学是化学工程的基础学科,具有很强的理论性和应用性,书中有大量的公式和定律,不乏较多的难点,这些对教师如何很好地提升教学效果,让学生听得懂,用得到,有很大的挑战。目前,学院一些教师对书本上的理论知识熟悉,但工程经验以及理论教学和实际运用之间的相互转换相对薄弱,这让学生在学习的过程中或因理论知识过于枯燥而影响学习积极性,这不仅阻碍了教学效果,也不利于适应经济社会发展需要的高质量人才的培养。针对这些问题,学校应该采取措施,建设一支以“卓越计划”为根本的高水平的师资队伍。(1)注重优秀教师的引进,优先聘请既有化工生产实践经历,又懂得化工热力学基础教学的优秀老师;(2)学院要加大校企合作力度,让老师有更多的机会深入实践,在实践中切实感受理论与实际生产之间的差别和联系,在以后的教学工作中能更好、更全面地将化工热力学中的理论知识与工程实践结合起来。(3)教师之间定期开展教学工作会议,反馈近期教学中遇到的问题,对那些教学过程中学生普遍存在的疑问和教学难点要集中讨论,给出解决方案,动态教学提升教学质量。(4)学校应与其他院校建立学科教学网络,共享教学成果与心得,从中汲取好的教学方法和新的教学思维,提升学科的教学质量。
2 优化课本内容,重视化工热力学课程学习的应用性
“理论与实际结合,原理与应用并重”应该是化工热力学教学内容的优先考虑条件。化工专业认证和卓越工程师培养背景下化工热力学课程的教学应该旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,课程的教学既要有专业性,又要有社会实用性。对于化工热力学书本内容上的教学提出以下几点建议。(1)根据专业认证与卓越工程师培养的要求,根据学校教学计划的调整,课时的缩减,重构符合工程认证与卓越工程师培养计划的化工热力学课程教学内容体系;(2)根据化工热力学基本概念多、公式多、推导多,难点多的特点,重视化工热力学学习内容的联系性,例如从流体的P-V-T关系及热力学性质出发,到流体的相平衡和化学反应平衡,最后与传质、分离,反应工程相联系,将基础内容联系起来,对于复杂问题的解决很有帮助;(3)提出“从生活中来到生产中去”教改思路,启发学生在日常生活中用热力学的原理去分析问题。比如冰箱的工作原理与空调是否相同?打开冰箱门能起到降温的效果吗?通过这些生活例子引入讲解制冷循环与热泵循环的原理,可以使学生的理解和掌握这类循环的应用;(4)收集化工生产中化工热力学的应用实例,在教学中注意与工程实践相结合,以生动的例子来讲解热力学原理的应用。如“液化气成分的选择”、“以压缩天然气为燃料的出租车的里程问题”以及“低温热管降服青藏铁路冻土‘多动症’”、“化工热力学与遏制全球变暖的关系”等科学前沿成果等这些与教材和生活紧密结合的化工生产实例都可以运用到化工热力学的教学中。
3 加强现代化软件的应用
当前,计算机技术已经广泛应用到化工科研,设计和生产等各个领域,大部分工程设计和实验研究都需要借助强大的化工软件。热力学性质计算和化工过程模拟分析都可以借助化工软件来实现。在化工热力学课程教学的过程中,应该加强现代化软件的应用,将专业知识和计算机软件应用相结合,让学生能运用已学的现代化化工软件来解决课本和生活中的实际问题,模拟和分析简单的化工过程。对于流体P-V-T的教学时,可以引入Math-ematica软件求解立方型状态方程的根,也可以采用Newton-Raphson迭代法数值求解。讲解相平衡时,将工程上常用的Aspen Plus软件引入到气液相平衡计算中,模拟精馏分离甲醇-水混合物的过程。对于数据计算类,包括实验数据处理、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计计算和经济评价等,可以运用Matlab,Visual Basic等常用软件。现代化工软件的学习不仅可以培养学生的学习兴趣提升综合实力,也为后续的化工分离工程等学科的学习打下基础,增强了工程意识,适应了化工专业认证与卓越工程师培养的要求。
4 将教学与本校专业特色建设相结合
学校专业特色建设是提高办学质量的关键所在。近十多年来,高校超常发展带来一个负面化问题是同质化严重,学校特色淡化。我校的特色学科化学工程与技术为地区经济提供了巨大的帮助,是中南地区唯一培养化工矿山相关专业人才的本科院校,在磷资源开发利用方面,学术水平居于全国领先地位。湖北省磷化工中心就设在学校。除了在磷资源开发方面,石油炼制,精细化工等都是学校的特色专业。学校在化工方面有自己的特色和发展,化工热力学也是大化工方向的基础课程,可以将本课程的学习与学校化工特色专业相结合,这样既有先进的思想做指导又可以为我校特色专业的发展培育人才,为国家走新型工业化发展道路,建设创新型国家和人才强国战略服务,符合卓业工程师教育培养计划的初衷。学校的超临界流体萃取新技术可以运用化工热力学中的气液平衡和气固平衡来解释,书本上所介绍的直接式热泵精馏、间接式热泵精馏、闪蒸再沸式热泵精馏、蒸汽喷气式热泵精馏和吸收式热泵精馏过程,如果是仅仅依赖教师课堂上的讲授,学生只能简单地了解这些技术,讲到这些技术时可以将学生带到学校的精细化工中试车间,让学生直观地感受这些工程技术,然后辅助热力学上的知识讲解,可以让学生更好地掌握这些知识。利用学校化工特色专业现有的资源,开展更多这样生产实践活动,对化工热力学的教学工作有很大帮助。
5 结语
针对化工热力学课程的教学,国内许多高等学校都进行了一些富有意义的探索,如开展化工热力学精品课程建设、双语教学研究等方面的尝试。但迄今为止,基于化学工艺专业认证背景,结合卓越工程师培养的化工热力学课程工程实践教学的探讨,还亟需更多研究。大化工依然是有前景的有生命力的工程技术和制造行业,化工热力学课程的教学需要更为科学、深度的改革。始终本着以培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务,对促进高等教育面向社会需求培养人才,全面提高工程教育人才培养质量为目的,深化对化工热力学课程教学的改革。
*通讯作者:金士威
武汉工程大学教学研究项目(X2013010)资助
参考文献
[1] 张春桃,王海蓉.基于“卓越工程师”培养目标的化工原理精品课程改革探索与实践[J].化工高等教育,2012(6):15-17.
[2] 杨文玲,于奕峰.基于卓越工程师培养的化工热力学教学改革探讨[J].化工高等教育,2012(4):26-30.
[3] 刘英杰,杨基和,徐淑玲.基于卓越工程师的化工工程设计课程改革及实践[J].化工高等教育,2014(2):52-55.
[4] 董华青,阮慧敏,刘华彦.地方院校卓越工程师培训方案的构建与实践[J].浙江工业大学学报,2013.12(1):93-98.
关键词:热工系列课程;启发式教学;联想式教学
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)52-0160-02
一、引言
热工系列课程包括工程热力学与传热学。工程热力学是热力学最先发展的一个分支,它主要研究热能与机械能和其他能量之间相互转换的规律及其应用;传热学是研究热量传递规律的一门学科,传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补充热力学分析[1,2]。热工系列课程内涵丰富、概念抽象、公式数量多、联系工程实际范围广,是本校油气储运、石油工程、机械工程等工科专业一门非常重要的专业基础课。因此,针对本课程教学过程,必须定位在要保持学科基本理论的严密性和系统性基础上,考虑高新技术的应用和新型人才培养模式的要求,突出专业特点,使学生熟练掌握专业基础知识,提高他们的理论分析和解决工程问题的应用能力,为后续专业课的学习奠定坚实的理论基础。
然而,在多年从事该课程的教学工作过程中,学生普遍反映该课程是一门非常难于学习掌握的课程。究其原因,一方面是由课程本身特点决定的,工程热力学与传热学具有理论较难,基本概念和基本方程较多,对学生用高等数学知识处理和解决实际问题能力的要求较高等特点,学生认为该课程的学习过程非常困难;另一方面和教师“填鸭式”的教学方法有关,教师往往只是把知识一味灌输给学生,使学生觉得原本就枯燥的物理概念和数学方程更加索然无味,提不起学习兴趣。结合自己的教学经验,笔者认为,要提高热工系列课程的教学质量,关键在于激发学生的学习兴趣,而最有力的途径就是采用启发联想式的教学方法。
二、关于启发联想式教学的思考
启发式教学是中国的传统教育方式,在中华民族的发展过程中发挥着巨大的作用。孔子说:“不愤不启,不悱不发,举一隅,不以三隅反,则不复也”[3]。这是孔子论述启发式教学的重要名言,对后世影响非常深远。学生如果不经过思考并有所体会,想说却说不出来时,就不去开导他;如果不是经过冥思苦想而又想不通时,就不去启发他。“不愤不启,不悱不发”经常用来说明对学生要严格要求,先让学生积极思考,再进行适时启发。所谓“教”是为了“不教”,就是要学生提高创新能力,掌握适合自己的学习方法。只有这样,他们才离得开教师,甚至可以超越教师,最终成为适应经济高速发展现状的人才。这种教育方式对目前的高等教育有着巨大的指导意义。
联想教学法是启发式教学方法的一种有效手段。所谓联想教学法,就是把首次接触的知识,通过连接点,将新颖的、有价值的东西与我们过去的见识、思考、观念,尽可能多地予以联系,被充分吸收后成为自己的思考、认识、判断与熟知的知识[4]。我们在教授一门新课程时,总是从基本的概念说起。要让学生学习、理解这些基本的概念,往往要通过举例来说明。举例,就是一种联想,就是将已知事物和新事物的本质特征,通过某些相同或相似之处的比较、参照,将彼此联系在一起。由此,学生就可以通过对已知事物的认识,去学习、理解未知的新事物。
三、启发联想式教学方法的实施
启发联想式教学并不是一种具体的教学方法,针对热工系列课程而言,参考和学习国内外的教学经验并总结自己的教学体会,笔者认为可以通过下面几个方面的解决措施来实施启发互动式教学方法。
1.要突出新旧知识间的联系与区别。学生在大学物理中的热学部分已经学习过本课程中的部分内容。当这些知识重新出现时,应先和学生一起复习,激发学生的回忆,然后再引出热工理论的定义,紧紧抓住新旧知识之间的联系与区别,引导学生在复习旧知识的基础上引出新知识,同时注意不是简单地重复旧知识,而是从工程应用的角度来论述并加以深化和推广。
在教学活动中,新知识的学习常常受到与其相类似的旧知识的干扰。例如,有些学生总是将工程热力学中压力的概念和单位与中学物理中压力的概念混淆起来。为克服这种干扰,需帮助学生找出二者之间的区别并划清两种类似知识的界限。例如说明工程热力学中的压力是一种应力的概念,是单位面积上的力,是气体分子撞击容器壁产生的效果,其国际单位是帕斯卡,而物理学中的压力是力的概念,其国际单位是牛顿。使学生对立地建立新知识中的概念,对新旧学习内容进行概括,找出其共同的本质。
2.通过有趣的比拟,启发学生对生僻易混概念的理解。热工系列课程的特点是概念多、逻辑性强。列宁说:自然科学的成果是概念。显然,没有力、速度、加速度等概念也就没有力学这个科学[5]。但是,热工课程中的各个概念是怎么引入的,不能只从定义出发给学生讲解。这样的教学效果往往是极差的,学生往往会对概念似是而非,无法正确把握各个概念,在该课程完成之后不久就轻而易举地忘掉了几乎所有的内容。为了避免这种教学现象的出现,对于概念的引入和讲解应符合人类的认知规律,即从具体到抽象的过程,也就是从感性认识到理性认识的过程。我们将热工现象和概念与生活中一些广为熟知的现象进行比拟,以此引入概念,学生往往能受到启发,从而从根本上掌握这些概念,并且做到学以致用。
例如在刚进入传热学的学习时,讲到热量传递规律,可将热量传递比拟为电流流动,学生们对于直流电路的欧姆定律I=■是非常熟悉的。将温差比拟为电压,将热阻比拟为电阻,由此学生们可以自然地将热流量与电流联想到一起,在这种教学方法下,学生们自然就可以很容易地记忆传热学非常重要的两组公式Q=■、Q=■。再如,在讲到对流换热系数的影响因素――流态时,针对层流和紊流,可以将流体的运动状态与学生排队郊游进行比拟。同学们行进的队伍非常整齐,每个队列的同学接踵摩肩,不同队列的同学互不影响即是“层流”的状态;而各个队列的同学打闹嬉戏,相互影响,使得行进的队列非常混乱,杂乱无章即是“紊流”的状态。这样的讲授既生动又形象,学生们容易接受,更能较好地把握这些难以理解、容易混淆的概念。
3.针对不同专业,通过热工课程在本专业的应用,激发学生的创新思维,培养有实践能力的高级专门人才。在讲授热工理论的过程中,对于涉及热工应用的部分,可以采用开放式的教学理念。在遵守课堂纪律的前提下,学生可以在课堂上随时提问题,大胆发表关于热工理论在本专业应用的见解。在教学内容的设计上,教师要注意设计符合学生实际的教学内容,符合学生的心理,以教师为主导,引领、启发和传递信息;以学生为主体,感受、感知和反馈信息;以问题为基础,设问、思考和分析探究;以能力、方法为主线,有计划培养学生的自学能力、分析能力、思维能力、观察和实践能力、应用知识解决实际问题的能力,激发学生的创新创造能力。
例如,在讲授“传热过程”一节,对于石油工程专业的学生,可以介绍热力采油的例子,让学生用热工理论描述注蒸汽采油的过程,描述每个传热环节,进而结合传热学的基本公式,提出提高热力采油效率的基本措施;在讲授“压缩机”及“换热器”一节,对于油气储运专业的学生,可以介绍天然气及石油管道输送工艺,结合管道工艺流程图,介绍泵站、加热站的作用,并对其进行讨论,由此可衍生出“蒸汽伴热”和“油气混输”等输油工艺,从而加深了对热工理论内容的理解。
4.要充分利用多媒体进行课堂教学和辅助教学。利用多媒体计算机具有的丰富的图、文、声等处理功能,使学生能在轻松的环境中达到对知识的理解、分析、记忆,掌握和运用知识,提高了教学效率,也为教学质量的稳定提供了保障。热工系列课程作为专业基础课程,与工程实践密切相连,需要很多工程问题作为背景,而课本中单调的文字叙述和简单的图形说明,往往不能准确形象地描述这些工程问题。在这种情况下,如果我们能借助多媒体手段,让学生能通过多媒体文件,让他们形象地认识知识,教学效果要好很多。例如在讲授压气机的工作过程时,用动画来表达,较之单纯用文字描述更加形象,学生也更容易接受。然而,多媒体教学容量大,画面丰富,多方位剌激学生的各种感官,容易造成学生注意力不集中,因此要根据课堂的实际和学生的接受能力,安排适当的讲解、提问、启发和点评,并留有学生思考问题的时间。对于热工系列课程的教学内容中方程和公式的讲解,其推导过程用板书的形式来讲授更加符合人们的逻辑思维习惯,更易于被学生接受,在写板书的过程中,学生会跟着教师的板书一同思考、琢磨和消化,更加有利于学生对所学理论的理解和掌握。所以教师应采用板书和多媒体相结合的教学手段,要“善用而不是滥用”多媒体教学。
总之,在热工系列课程的教学过程中实施启发联想式教学方法克服了传统教学方式的不足,调动了学生的积极性和主动参与性,通过该教学方法的实施,取得了良好的教学效果,它是大学教学改革的必然要求。
参考文献:
[1]朱明善,等.工程热力学[M].北京:清华大学出版社,1995.
[2]杨世铭,陶文铨等.传热学第四版[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]陈晓强,徐秀兵.《论语》“不愤不启,不悱不发”解――兼谈启发式教学思想[J].甘肃联合大学学报(社会科学版),2006,(4):77-79.
[关键词] 专业基础课;创新型人才;教学方法;实验教学;考试改革
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634(2011)06-0074-03
根据“厚基础、重实践、强能力”的人才培养战略,华北电力大学制订了热能动力工程专业2008版本科专业人才培养方案,确定了“培养基础扎实、知识面宽、能力强、素质高,具有一定创新能力、较强实践能力和良好发展潜力的高级专门人才”的培养目标。教学计划中突出了创新型人才的培养,要求明确各课程及其教学环节在人才培养中的地位,进一步发挥其培养创新型人才的作用。
专业基础课程作为提高人才培养质量和培养创新型人才的基础环节,起着举足轻重的地位[1]。其教学目的是要求学生掌握课程的基本理论、基本方法和基本实验技能,培养学生分析和解决实际问题的能力,通过知识的不断积累和融合,为后续课程的学习打下扎实的基础。教学过程涉及教学目的、教学内容、教学方法、实验教学和考试方法等多个环节。目前,各教学环节均存在可深层次挖掘的潜力,尚未充分发挥在人才培养、尤其是创新型人才培养中的作用。这表现在教学方法上仍为“师授生录”的传统模式、学生主体作用不突出;教学内容上为重理论、轻实践的“一手硬、一手软”现象;实验内容多为验证性实验,深层次和边缘性的实验现象未被重视和挖掘;考试方法多为理论内容,忽视实验教学内容等诸多方面。教学实践中,如能对上述各环节进行深入研究和探讨,充分挖掘其深层次内涵,并在实践中加以实施,必能有效提高人才培养质量。
本文以华北电力大学热能动力工程专业的专业基础课工程热力学、流体力学和传热学为研究对象,旨在通过深入研究各教学环节在人才培养,尤其是创新型人才培养中的地位和作用,达到全面提高教学效果的目的,将培养目标真正落到实处。
1 明确教学目的
教学目的是培养创新型人才的指南和方向。热能动力工程专业设置有电厂热能动力工程、电厂集控运行、制冷与空调工程等三个专业方向。三个方向虽有不同,但其专业基础课均为工程热力学、流体力学和传热学,是学习各后续专业课的前提和基础。这三门课程既相互独立,又相互衔接,如流体力学的学习需要工程热力学的知识,传热学的学习又以工程热力学和流体力学的内容为基础,因此开课顺序依次为工程热力学、流体力学和传热学。
三门专业基础课程教学目的又各具特色。工程热力学的教学目的是通过学习工程热力学的基本理论和基本知识,重点掌握热力学基本概念,热力学第一、第二定律,水和水蒸气性质,动力装置循环和制冷循环等。流体力学要求学生掌握流体力学基本概念和基本理论,重点掌握流体的平衡和运动规律、势流理论、边界层理论、相似原理和气体动力学基础等。传热学的目的是使学生掌握有关热量传递的基本理论知识(热传导、对流换热、辐射换热和换热器),具备分析和计算传热学问题的能力。同时,各专业基础课均要求掌握一定的实验技术和实验操作技能。
热能动力工程专业中的诸多实际现象或科学问题,可能需要其中一门或多门课程的知识,或者可以从不同方向进行分析,进而达到全面认识的目的。因此,上述三门课程的学习不可偏废,而且只有明确了各专业基础的教学目的和要求,才能达到人才培养的基本要求。
2 优化教学内容
教学内容是培养创新型人才的核心。教师应根据课程教学大纲的要求,明确教学内容中的基本要求和核心要求。在此基础上,适当拓宽、拓展教学内容,同时密切关注、跟踪本专业不断涌现的新的发展方向,不断将与课程相关的新问题、新现象和新理论补充进来,通过丰富和优化教学内容,从而激发学生的学习兴趣和动力。
如工程热力学中,对于复杂动力装置的分析以往多从热I律(焓)角度进行研究,而目前文献多从热II律(焓和熵)角度出发,以找到节能降耗的薄弱环节和实现能量的梯级利用;又如流体力学和传热学近年来涌现了大量新问题,如微纳尺度内流体的流动与传热,活性剂溶液铺展过程的指进现象,负压状态下液滴的雾化过程等,以及新技术的应用,如高速摄像技术、PIV测速技术等等。在这些方面,教师可结合相关领域的研究和应用现状,或自身的科研进展和兴趣,将新的科学现象、科研成果融入本科教学,在拓宽知识面和提高学生科研兴趣时,逐渐培养和发现创新型人才,并使部分有想法的同学提前进入预研状态。
3 改进教学方法
教学方法是培养创新人才的关键环节,教学方法不同其教学效果也会有所不同。对于专业基础课,教学内容多为经典的理论内容或方程推导,并由此展开实际应用的讨论,目前这类课程多采用以教师为主的讲授式方法。授课中,以教师为主体,学生基本处于被动位置,学生在课堂上很少主动提问或敢于就不同见解与教师商榷[2,3]。实践表明,这种传统的教学模式不仅不能发挥学生的主动性,也不利于创新型人才的培养。因此,转变教学观念、改进教学方法,逐步形成研究型教学的现代教育理念就成为培养创新型人才的迫切需要。当然,不同的教学内容应选择恰当的教学模式,切不可盲目“一刀切”。对于基础性和原理性的内容,仍以教师讲授为主;在此前提下,针对课程有关内容(如持不同观点),通过合理运用启发式教学、讨论式教学、准研讨式教学[4]等形式,鼓励学生广开思路,敢于“于不疑处有疑”,在积极主动的教学活动中促进学生创新意识的培养。
发挥学生主体作用是培养创新人才的催化剂。为此,教师应逐步树立教师主导、学生主体的教学理念[5]。教学中,积极创造良好的课堂氛围,充分调动学生的主观能动性,激发其学习动机和兴趣,使其逐步成为教学活动的主角,从而将知识转化为能力、将兴趣转化为动力、将质疑和问题转化为研究课题。例如流体力学中,机翼理论中关于机翼升力的形成过程,又如关于边界层分离现象中的分离位置,这些内容在不同教材有着不同的观点,同学可自行查阅书籍和文献,进而展开讨论;传热学中,如何正确理解外掠圆管换热局部换热系数在不同雷诺数下的回升现象与边界层发展和分离的关系,以及各种新型高效换热器的型式和机理,而且同学均充分发挥想象力,从理论上提出新型换热器。另外,有些拓展性内容也可让学生讲解,如流体力学讲到超声速流动及其现象时,对于音障现象及其对飞机的影响,可由1名同学来讲,既拓展了知识面,又激发了学习兴趣。
教学之外,针对学生对知识的求知欲、对新问题和未知现象的探索精神,充分发挥其主观能动性和独立思考的能力,鼓励学生敢于想象,大胆提出自己的设想和观点,逐步达到学以致用、能力和水平逐步提高的目的。目前,部分学生在专业教师指导下,利用动力系实验基地,积极参与全国和学校大学生创新计划、数学建模比赛、大学生挑战杯和大学生节能大赛等科技活动,以及教师的一些纵、横向科研项目中。通过主持或参与具体的科研项目,不断发现和解决新问题,逐步提高了自身的创新能力,同时也锻炼了组织能力,培养了团队精神,综合能力得到明显提升。通过上述实践活动,目前已涌现出一些具有一定创新意识和创新能力的学生,或发表了学术论文,或授权了实用新型专利。而且也作为保送研究生的优选条件之一,也进一步促进了学生的参与热情和科研积极性。
4 挖掘实验教学内容
实验教学是培养创新人才的有力手段。实验教学不仅是对理论内容的实际验证,更重要的是培养学生实验技能和分析能力的重要措施[6],也是发挥学生主体作用的最有效的实践环节之一。专业基础课实验分为验证性和综合性实验,验证性实验侧重对基本原理的验证和再现,综合性实验则侧重于较复杂现象的分析,二者侧重点各有不同。实验中,若能充分发挥学生的主体作用和探究精神,通过深挖实验教学内容的内涵,鼓励对有关边缘性现象的观察和深层次问题的探索,势必能在很大程度上提高培养学生的创新意识和能力。因此,实验中,强调学生亲自动手操作实验、主动分析实验现象、独立思考问题和解释问题。
验证性实验也能在很大程度上提高学习效果。如流动演示实验中,在突然扩大的流动通道内,可清晰地观察到突扩前的截面上其流线为接近于平行直线,这也是为何在理论分析中可以把该截面近似作为缓变流截面的原因所在,若不通过实验现象,仅靠想象既不直观又缺乏说服力,而且可通过改变流速,进一步验证这一假设是否始终成立。又如流体力学中的伯努利方程实验,该实验再现了各测点处的总水头和静水头在不同流量下沿流动方向的变化规律,若脱离实验过程,也可以从能量守恒和能量转换的角度得出上述规律,这当然需要扎实的理论基础和分析能力,但理论和实验教学的有机结合,可起到事半功倍的效果。
综合实验更能全面考察学生的学习效果和运用知识的能力。如换热器综合实验中,为何对于相同的换热器结构,逆流情形下的传热系数要小于顺流情形;并联管路特性及流量分配实验中,为何具有相同结构的各并联管道其流量不同,压力损失也不同;离心泵并联及工况调节实验中,在不同负荷下,采用共用阀和非共用阀进行调节其经济性为何不同;边缘性现象,如泵性能实验中的汽蚀特征及噪声特性也值得进一步研究。
另外,对于实验数据的处理,坐标系选用线性坐标还是对数坐标,参数是以有量纲还是无量纲形式进行整理,实验数据坏点的正确剔除和有效数据的保留等,都有充分发挥的余地,也是培养学生科学思考问题和获得正确结果的关键之处。
5 改革考试方法和内容
考试作为教学活动的最后一环,是教学成效和学习效果的综合反映,教学过程的各个环节,尤其是薄弱环节都可以从成绩分布上反映出来。因此,考试方法和内容是否能够有效地反映了教和学的全过程,将在一定程度上影响创新型人才的培养。为此,笔者一改过去单纯采用闭卷考试的方法,从内容到形式上进行了多方面尝试,探讨了多种教学环节有机结合的考试方法,力求实现对教学效果的全过程评价。
目前,在考试内容方面,一是在符合教学大纲要求的前提下,将实验教学内容纳入考核范围,分值为150%,内容包括实验现象和参数变化的分析、仪器的测量原理和用途等。实践表明,此项措施的实施在很大程度促进了对实验教学全过程的重视,取得了预期的效果。二是增加了理论联系实际较强的题目,或综合性题目或拓展性题目,分值为10%,进一步提高提炼科学问题或全面综合运用知识的能力,也有助于发现创新型的学生。在考试方法方面,采取了包括开卷考试、期中+期末考试、实验成绩+期末考试、平时测评+期末考试等在内的多种方式。无论是开卷还是闭卷,均将复杂必要的公式附在试卷上或给出相关提示,将考核重点放在知识的应用能力和分析能力上面。期中+期末和平时+期末这两种方式通过强调平时的知识积累和复习,做到及时发现问题、及时解决问题。
总之,以专业基础课为载体,通过深挖和细化教学活动各环节的深层次潜力,将创新型人才的培养贯穿于教学的全过程,可促进教学效果和人才质量的全面提高。
参考文献
[1]张文慧,龚毅.加强专业基础课教学改革,培养学生实践创新能力[J].中国电力教育,2009,(15):70-71.
[2]赵艳林.培养创新人才:大学教学模式的传统与变革[J].中国高等教育,2003,(15):31-32.
[3]王志英,宁洪,戴葵,等.综合性人才创新能力与素质培养[J].高等教育研究学报,2005,28(1):80-82.
[4]李建文,刘伍权,薛云.工科专业基础课“准研讨式”教学法的探索与实践[J].理工高教研究,2010,29(1):117-119.
1核心课程体系的构建
1.1核心课程体系构建的原则
钦州学院开设化学工程与工艺专业有良好的机遇,同时也有多方面的挑战。要办好钦州学院化学工程与工艺专业,贯彻学院打造五大品牌专业的精神,需要从紧密联系北部湾区域经济建设方面着眼,努力办出具有石化特色的化学工程与工艺专业,重点建立一套紧密结合石化下游产业链、注重过程开发和工程实践能力培养的核心课程体系。在核心课程设置方面,确立夯实专业基础、强化工程意识、注重实验技能、拓宽专业口径,注重石化特色的原则。 所谓化工过程,主要包含分离过程和反应过程两种过程。与这两种过程紧密相关的一系列化工类课程共同构成了化工类课程的核心。按照“门数适宜,重点突出,相互支撑,形成一体”的要求,选择化工热力学、分离工程、传递原理、反应工程和化工工艺学等五门理论课以及与这五门理论课相关的化工专业实验课作为核心课程,建设具有石化特色化学工程与工艺专业的核心课程体系,全力打造化学工程与工艺这一品牌专业。在这五门理论课程中,分离工程和反应工程分别研究各类分离过程和反应过程,它们构成了化工过程课程最核心的部分。化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础,是化学工程的重要分支之一,与化学反应工程、分离工程关系密切。化工热力学的核心价值在于研究过程进行的方向和限度,为分离过程和反应过程提供相平衡、反应平衡数据,并对化工过程进行热力学分析[1]。反应工程是与工程实际紧密联系的课程之一,它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等反面的理论知识和经验综合于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化中[2]。
分离工程是化工专业基础课程,讲述的是如何将混合物进行分离与提纯的学科。作为专门研究分离方法的分离工程课程对学生工程素养的培养有很重要的作用。该课程阐明了化工分离过程的本质规律,重点研究分离方法的工业化途径,设备设计放大效应,最优分离路线的工业化,及最优操作条件。在选择具体分离方法时,不仅要考虑技术上的可行性、经济上的合理性,而且要考虑能耗、环保、设备放大和开发成本等诸多问题[3]。传递原理旨在研究化工动量、热量及质量(俗称三传)的传递现象,用一种统一的观点来处理三种传递现象,并研究动量、热量和质量传递之间的类似性,是研究分离机理、分离效率和宏观反应动力学的基础理论,同时也是反应器放大研究的基础理论之一。与化工热力学不同,传递原理是一门探讨传递速率的课程,它对过程开发、过程设计、生产操作、优化控制及过程机理研究都有重要的使用意义[4]。化工工艺学重在工艺过程的分析,即在特定条件下,进行分离过程、反应过程的比较选择、整合优化。化工工艺学是大学基础化学、化工热力学、化工动力学、反应工程、分离工程等专业基础可和专业课的综合运用。化工热力学和传递原理旨在加强专业基础,化工专业实验、反应工程和分离工程重在强化工程意识,化工工艺学拓展了专业适应面,可以突出石化特色。
2核心课程体系的优化
为了保障以上核心课程体系的顺利实施,建议结合钦州学院化学工程与工艺现有的教学计划,从下面几个方面作出适当的调整。
2.1加强数理基础教学力度,适度拓展
新世纪的工程人才必须有熟练应用数学、科学与工程等知识的能力,有进行设计、实验分析与数据处理的能力。在两年的教学实践中,学生普遍反映数理基础不够扎实,一些数学问题不知所云,比如热力学计算中要应用迭代法求解状态方程、精馏过程计算、反映工程中的偏微分方程求解等等,问题大都源于数学基础较薄弱。因此建议加开线性代数、运筹学、概率论与数理统计、数值计算、C程序语言、数学物理方法,流体力学等数理和计算机基础课程。多所兄弟院校也早就开设了这些基础课程。线性代数和运筹学的开设可以解决反应器设计过程的优化问题;概率论与数理统计是实验数据处理和理解反应工程中一些基本概念的基础;数值计算和C程序语言两门课程是工科学生重要的基础课程,加开这两门课程也是落实我校化学工程与工艺专业培养计划中对学生计算机水平的要求,对学生的就业能力的提高有好处;数学物理方法和流体力学是传递工程等课程的基础,加开这两门课程可以大大的提高学生工程数学能力,为就业和进一步深造打下更坚实的数理基础。考虑到Matlab在科学和工程计算领域的突出作用,建议开设Matlab在化工中的应用的相关课程[5]。化工热力学和化工原理是反应工程的基础,故将化工热力学和从第四、五学期调整至第三、四学期;化工原理和反应工程两门课程共同构成了化学工程最核心的部分课程,将化工原理从第四、五学期调整至第二、三学期,反应工程从第三学期调整至第五学期,也是考虑到化工原理是反应工程的基础。同时,将计算机模拟与仿真删去,将其中的知识分散到加开的MATLAB在化工中的应用和数值计算这两门课程中。从上表2中还可以看出,加开的课程中,突出了数理课程的基础,同时,适度的拓展经济和计算机相关的课程,也增加化工制图和电工学等实践性较强的课程,这对培养学生的工程实践能力是必不可少的。
2.2整合化工专业实验
为了整合学院教学资源,最大限度地利用现有的一切教学设备,建议从各门化学工程与工艺核心课程的专业实验中选出一些经典的、与石化行业紧密相关的进行重新编排,单独设置一门大学化工基础实验课程,分成三个学期展开教学。另外,考虑到传统的化工专业实验教材以单一验证实验为主,无法满足新世纪综合素质人才培养的要求,可将化工实验按由浅入深的原则划分成验证型实验、设计型实验和综合型实验三个层次。尽量精简验证型实验,增加设计型实验和综合型实验。可以从教师的一些科研项目中选出一部分让学生参与,将这些项目设计成设计型或综合型实验,这样,通过学生的亲身体验科研过程,培养了正确的科研习惯,为学生的就业和进一步的深造打下好的基础。
关键词 物理学 分析 前景
中图分类号:G642.0文献标识码:A
Physics Professional Analysis
ZENG Daimin[1], LI Yong[2]
([1]Physics Department, Physics College, Chongqing University, Chongqing 400040;
[2]State Intellectual Property Bureau Patent Examination Coordination Center, Beijing 100190)
AbstractThis paper combine with the cultivation of students in Physics professional, takes a professional analysis on Physics major, including Physics professional direction settings, course setting, and cultivating specification as well as employment prospects of the students.
Key wordsPhysics; analyse; prospects
物理学是研究物质运动和相互作用的规律的科学,是除数学外最基本的一门学科。物理运动是自然界最普遍的一种现象,因此物理学研究的对象和内容就是宇宙间各种物质的性质、存在状态、各种物理运动形式及其转化现象、物质的内部结构及这些内部结构的组成部分,物理领域的各种基本相互作用及其规律。由于一切物理现象都在时间、空间中表现出来和发生运动和转化,所以物理学也要研究时间和空间的性质、联系等。 进行物理学研究,首先是观察各种客观物理现象,再从许多表象性的现象中,揭示基本规律,建立较为系统的理论。物理学研究除了要依靠好的科学方法外,还要取决于认知工具。工具越先进,研究效率越高,成果越显著。 物理学在发展过程中形成了一套完整的科学方法,它对其他学科的研究,乃至哲学发展,都有重要意义。①重庆大学物理学专业从2008年开始正式招生,到现在,第一届学生即将进入大四。通过这几年对物理学专业学生的培养,我们有一些体会,与同行共勉。
1 专业方向设置
1.1 理论物理方向
理论物理学从各类物理现象的普遍规律出发,运用数学理论和方法,系统深入的阐述有关概念,现象及其应用。理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。理论物理的研究领域涉及物理学所有分支的基本理论问题。理论物理是在实验现象的基础上,以理论的方法和模型研究基本粒子、原子核、原子、分子等物质运动的基本规律,从而解决学科本身和在高科技探索中提出的基本理论问题。重庆大学物理学院理论物理方向目前包括:高能物理、引力波、天体物理、量子信息与量子通信等几个分支。
1.2 凝聚态物理方向
凝聚态物理学是从微观角度出发,研究由大量粒子(原子、分子、离子、电子)组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。凝聚态物理的研究对象除晶体、非晶体与准晶体等固相物质外还包括从稠密气体、液体以及介于液态和固态之间的各类居间凝聚相,例如液氦、液晶、熔盐、液态金属、电解液、玻璃、凝胶等。经过半个世纪的发展,目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。特别是上世纪八十年代以来,凝聚态物理学取得了巨大进展,研究对象日益扩展,更为复杂。一方面传统的固体物理各个分支如金属物理、半导体物理、磁学、低温物理和电介质物理等的研究更深入,各分支之间的联系更趋密切;另一方面许 多新的分支不断涌现,如强关联电子体系物理学、无序体系物理学、准晶物理学、介观物理与团簇物理等。从而使凝聚态物理学成为当前物理学中最重要的分支学科之一。由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系,凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件,在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。
2 主干课程设置
重庆大学物理学专业的主干课程有力学:使学生比较系统地掌握力学基础知识,且能比较灵活加以应用。培养学生独立分析问题与解决问题能力,初步培养学生的唯物主义世界观。主要内容有质点运动学、牛顿运动定律、动量守恒定律和动量定理、功和能与碰撞问题、角动量、刚体力学、振动和波。热学:使学生掌握物质热运动形态的规律性和热运动与机械运动,电磁运动等其它基本运动形式之间转化的规律性。掌握统计规律性和统计的方法以及物性方面的知识,培养学生分析问题和解决问题的能力。主要内容有热力学第零、第一、第二定律和熵、分子运动论、输运过程、固体和液体及相变。电磁学:使学生全面地、系统地了解和掌握电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律,具有一定的分析和解决电磁问题的能力,为后继课程奠定必要的基础。主要内容有静电场、静电场中导体和电介质。稳恒电流、稳恒磁场、电磁感应、磁介质、交流电初步、麦克斯韦电磁理论和电磁波、电磁单位制。光学:使学生比较系统地掌握光学的基本知识,主要讲授几何光学、波动光学、量子光学初步和光学应用。原子物理学:使学生掌握原子结构的性质和一般规律,掌握和了解核的性质与核能利用,了解粒子的基本性质。讲授卢瑟福模型、氢原子的玻尔理论、量子力学初步、原子的精细结构、多电子原子、X射线、原子核物理概论。理论力学:使学生掌握力学的基本理论,培养学生理性思维能力。讲授质点力学、质点组力学、刚体力学、非惯性系动力学与分析力学等基本理论。热力学与统计物理:使学生掌握物质的热运动规律及热运动对物质宏观性质的影响。讲授热力学的基本定律,热力学函数、平衡及稳定条件,相平衡及化学平衡,不可逆过程热力学,最可几统计法――玻尔兹曼分布、费米分布、玻色分布,气体和固体的热容量理论,金属中的电子气体、平衡辐射,系统理论,热力学的统计表达式,非理想气体态式,涨落理论,非平衡态统计物理简介。电动力学:使学生掌握电磁场的基本属性及运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。讲授电磁现象的普遍规律,静电场和稳定电流磁场,电磁波的传播,电磁波的辐射,狭义相对论及带电粒子和电磁场的相互作用。量子力学:了解微观客体运动特点,初步掌握量子力学的基本原理和方法。课程内容包括波函数、薛定鄂方程,量子力学中的力学量,态和表象理论,微扰理论等。固体物理:初步掌握固体物理的基本原理和特点。课程内容包括晶体、晶体的缺陷和扩散、晶体振动、相图、能带论、金属和半导体电子论、固体的磁性和介电性等。数学物理方法:掌握有关复变函数、复变函数的积分、幂级数展开、留数定理、傅里叶级数、积分变换、数学物理方程定解问题、分离变数法、二阶常微分方程的级数解法、本征值问题、球函数、柱函数、格林函数、积分变换法等数学物理方法的基本知识。
3 培养规格及要求
通过四年的物理学专业学习,要求学生掌握数学的基本理论和基本方法,具有较高的数学修养;掌握坚实的、系统的物理学基础理论及较广泛的物理学基本知识和基本实验方法,具有一定的基础科学研究能力和应用开发能力;了解相近专业的一般原理和知识;了解物理学发展的前沿和科学发展的总体趋势;了解国家科学技术、知识产权等有关政策和法规;掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法;具有一定的实验设计,创造实验条件,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力。具有计算机应用的基本技能。较熟练地掌握一门外国语言,具有良好的听、读、写作和会话能力,能够较顺利地阅读本专业的外文资料。
4 学生就业前景分析
重庆大学物理学专业的培养目标是:培养具有宽厚扎实的物理学基础、综合素质优秀,并且具有良好数学基础和实验技能,能在物理学或相关科学技术领域中从事科研、教学、技术和相关管理工作的高素质专门人才;培养良好的创新意识和科学的思维方式,以及分析和解决实际问题的能力以适应学科交叉和社会的各种需要。
物理学专业学生毕业后主要从事以下一些行业:(1)继续物理方向的深造,成为一名物理学家、物理教师。(2)从事与物理相关的一些工作,如技术工程师、发明家、研究助理等。(3)与物理关系不大的一些行业,如公务员、管理人员等。就业领域主要是:科研院所、高等院校、企事业单位、政府机关等。
总之,重庆大学成立物理学专业的主要目的是发现与培养真正热爱物理的好苗子,让他们打好基础,再继续深造,为物理学的发展做出贡献。在学习的过程中,有部分同学发现自己并不是很适合学物理,可以申请转专业,找到适合自己发展的方向。最后留下来的绝大部分同学都会继续读研深造,向着他们心中神圣的物理殿堂继续努力。实践表明,物理学专业的学生物理基础打得非常坚实,为将来的继续深造做好了准备,即将毕业的学生将有部分保送到中国科学院及各大高校,其余的同学也成为了本校硕士生导师争抢的对象。物理学专业的培养是成功的,并且也已经成为重庆大学的一个优势特色专业,它将为全国培养和输送更多、更好的物理方面人才。
基金项目:重庆大学人才引进科研启动基金(0903005104675)资助
冶金工程是一门研究从矿石(或其他金属资源)中提取钢铁或有色金属材料并进行加工的应用学科,可以分为化学冶金学(Chemicalmetallurgy)和物理冶金学(Physicalmetallurgy),如图1所示。从矿石提取金属的生产过程称为化学冶金学;通过成型加工,制备有一定性能的金属或合金材料的学科称为物理冶金学。目前,冶金工程专业的课程设置以化学冶金学为主,包括钢铁冶金、冶金物理化学、冶金传输原理、有色金属冶金等课程。尽管也开设金属学,材料加工技术等课程,但内容较为宽泛,针对性不强。2007年,本文开始承担江苏大学冶金工程专业材料加工技术课程的教学任务,结合多年从事钢铁生产、科研的经历,根据自己对物理冶金和化学冶金的理解,以拓宽毕业生专业口径、提高学生的综合素质为目的,将教学重点调整为“塑性加工及物理冶金理论”,取得了良好的效果。
一、增加物理冶金教学内容的思路
为适应社会发展和需求,拓宽专业、宽口径专业教育已成为冶金领域培养人才的重要模式。目前,冶金工程专业设置涵盖了钢铁冶金专业、有色冶金专业和冶金物理化学专业,改变了过去专业划分过细的弊端,增强了学生的适应性,提高了学生独立工作的能力。这体现了教育思想观念由“对口”向“适应”转变的进程。但是,也应认识到,随着冶金技术的进步,物理过程在冶金中的重要性日显突出,物理冶金和化学冶金(传统冶金)同等重要。冶金工程专业的教学重点以化学冶金学为主是毋庸置疑的,但适当增加、补充和生产密切相关的物理冶金学的教学内容也是大有裨益的。首先,物理冶金学和化学冶金学是冶金工程学科不可分割的组成部分。例如钢铁生产是从铁矿石中提取钢铁并加工成钢材的过程,包括炼铁(焦化、烧结)、炼钢、精炼、连铸、轧钢、热处理等工艺环节。钢铁生产的集成技术已经打破了冶金、轧钢和热处理的明确分工,尤其是薄板坯连铸连轧技术的兴起,更是将炼钢、连铸、轧钢等工艺环节有效地联系在一起。为了得到性能合格的钢材,需要控制钢材的化学成分和组织结构,化学冶金学可以解决化学成分控制的问题,在钢铁生产中由连铸之前的工艺环节完成,最终的组织状态则通过后续的成型加工和热处理实现。可见,钢铁生产需要化学冶金学和物理冶金学的综合知识,只有把两者结合才能解释并解决钢铁生产中出现的问题。目前,冶金工程专业的主要教学内容为化学冶金,尽管也开设了金属学等课程,但内容宽泛,针对性不强,学生对钢材加工和热处理过程中组织、结构和性能的变化不甚了了,无法对钢铁生产建立起系统、全面的认识。其次,物理冶金学和化学冶金学的内容是互相联系的,通过物理冶金学的学习,能够促进对化学冶金学的深入理解。例如:冶金过程热力学中自由能的计算,是判别、变更或控制化学反应发生的趋势、方向和达到平衡态的手段,运用热力学计算可以分析钢中元素的氧化还原问题。由于Cu氧化的标准自由能和铁相比更高,在炼钢吹氧过程中,将被铁保护而不被氧化。而铜是钢材热加工产生热脆的有害元素,这是由于加热过程中铁被氧化,铜在轧件表面富集,成为液相后沿奥氏体晶界渗透,弱化晶界而造成热塑性降低。所以,只有通过配料降低钢中的Cu含量。这样,就会对Cu在钢中的危害、控制及氧化还原的热力学条件有了系统的认识。可见,通过物理冶金的学习,冶金工程专业的学生可以更加深刻地理解冶金过程热力学中元素氧化还原的规律性,认识到合理控制化学成分的必要性。另外,物理冶金课程在冶金工程专业的引入能够拓宽学生的知识面,增加毕业生的适应性,促进将来工作和事业的发展。钢铁生产中需要专才,更需要通才。钢铁生产的集成技术已经打破了冶金、轧钢和热处理的明确分工,化学冶金学和物理冶金学的知识相互联系、相互融合。只有具备了化学冶金学和物理冶金学的综合知识,才能使毕业生对操作岗位的工艺特点和目的要求有更深刻的认识;在产品出现质量问题时,才能对复杂工艺环节的影响因素做出准确判断,并制定出切实可行的解决方案。市场疲软和原材料涨价的双重影响,压缩了钢铁行业的利润率空间,而且产品的同质化竞争日趋激烈,产品开发日益受到重视,新产品开发更需要具备化学冶金学和物理冶金学的综合知识,对冶金工程专业的毕业生在知识面和综合能力上提出了更高的要求。例如,Ti微合金化高强钢的开发主要是利用了纳米尺寸TiC的沉淀强化作用,需要通过控制轧制和控制冷却来实现,但由于钛容易氧化的特点,必须在精炼后期用铝充分脱氧后加入钛才能提高其收得率。通过类似产品开发的实例,将枯燥的书本知识和生产实际结合,使学生加深对物理冶金学和化学冶金学的理解,提高综合运用知识的能力。
二、增加物理冶金教学内容的实践
依据冶金工程的专业特点,结合多年现场生产和科学研究的经历,本文自2007年起在冶金工程专业开设了“塑性加工及物理冶金理论“课程。由于江苏大学冶金工程专业毕业生的分配去向主要是武钢、沙钢、兴澄等钢铁企业,课程重点针对钢材塑性加工过程中的物理冶金问题,讲解塑性加工的原理、工艺以及物理冶金学理论,包括化学冶金的产品再加工和热处理产生的金属及合金组织、结构的变化,以及由此造成的金属材料的机械、物理、化学、工艺性能的变化。课程设置在大四上学期,此时钢铁冶金、冶金物化和金属学等相关教学已经结束,学生具备了化学冶金的基础知识,通过认识实习和生产实习,对钢铁生产流程和工艺环节有了一定的了解。课程设置为30学时,教学内容包括以下5个部分:(A)介绍大型钢铁企业的生产流程,及物理冶金在其中的地位和作用;(B)介绍钢材的分类,重点使学生认识钢材的用途,以及由此带来的对成分、组织和性能的要求;(C)轧制工艺学,包括轧钢生产基本工序、轧机分类、组成和布置形式、厚度和板型控制等;(D)轧制原理介绍,包括塑形加工基本概念、轧制过程基本概念、实现轧制过程的条件、延伸和宽展等;(E)物理冶金概论,强韧化机制,热变形和冷却过程中的组织变化,控制轧制和控制冷却,微合金化元素的作用,等。采用计算机多媒体教学方式授课,大大提高了教学的效率。由于教学内容是本文多年学习和科研工作的总结,并加入许多最新成果和图片,知识贴近实际而新鲜;注意收集国内外文献、会议资料和各大钢厂的生产实例,内容生动直观,激发起学生强烈的学习兴趣。例如,关于钢材按用途分类,结合西气东输的工程建设讲述管线钢的强度级别和性能要求;建筑用钢的讲解则展示了鸟巢、水立方美仑美奂的图片及其中钢材的使用情况。授课过程中摈弃了按部就班、照本宣科的填鸭式教学,采用融会贯通、举一反三的教学方法。以不锈钢为例,先介绍不锈钢的相关知识,由不锈钢的金属学问题、耐蚀原理讲述配料熔炼法、返回吹氧法和高碳真空吹炼法3个阶段的发展历史。最后,重点讲述碳的选择性氧化———奥氏体不锈钢冶炼的去碳保铬问题。这样就会使学生对不锈钢的生产工艺以及化学冶金学和物理冶金学在生产中的应用有了深入的理解。在课堂教学外,注重生产实习和实践环节中物理冶金的教学。在钢铁企业的认识实习和生产实习期间,结合对中厚板、热轧带钢和棒线材生产线的参观,在介绍生产工艺和生产设备的基础上,为学生重点讲解轧制和冷却过程中的组织、性能变化及微合金化元素的固溶和析出规律。使学生认识到轧制和冷却中组织复杂的演变过程,其中加工硬化、回复、再结晶、相变和第二相粒子的析出过程交织在一起。在为大三学生开设的专业讲座中,也注意把物理冶金学的知识贯穿其中:以瑞典SSAB公司为例,用英文幻灯片讲述钢铁的生产流程;结合最新资料介绍国际和国内钢铁生产的历史、现状和发展趋势;运用物理冶金和化学冶金的综合知识介绍管线钢、汽车板等专用钢种的产品开发实践。在指导本科生的毕业设计时,依据自己的科研方向,确定产品开发、组织性能分析、强韧化机理等紧密联系生产实际的题目,加深毕业生对物理冶金学的认识并掌握物理冶金的研究方法,注重培养他们综合运用知识分析问题和解决问题的能力,为踏入工作岗位或继续深造做好准备。