傳遞過(guò)程原理研究生課程建設(shè)與實(shí)踐

曹 陽(yáng)，林 倩，劉 榮

(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

傳遞過(guò)程原理研究生課程建設(shè)與實(shí)踐

曹 陽(yáng)，林 倩，劉 榮

(貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

針對(duì)化學(xué)工程及其相關(guān)專業(yè)招收的研究生來(lái)自不同類別高校，層次參差不齊、基礎(chǔ)知識(shí)掌握程度各異、研究領(lǐng)域涵蓋面廣等特點(diǎn)，開(kāi)展化工學(xué)科傳遞過(guò)程原理研究生公共課程的教學(xué)改革，主要包括：課程體系的優(yōu)化；實(shí)踐教學(xué)的改革等方式。通過(guò)本次教學(xué)改革，在對(duì)研究生解決復(fù)雜工程問(wèn)題、自主設(shè)計(jì)意識(shí)、學(xué)術(shù)創(chuàng)新思維、實(shí)踐動(dòng)手能力的引導(dǎo)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)等方面取得了有效的成果。

傳遞過(guò)程，教學(xué)改革，研究生課程

1 概述

化工科學(xué)發(fā)展早期， 化工類課程內(nèi)容呈現(xiàn)非常動(dòng)態(tài)的變化， 而1965 年后“三傳一反”一直構(gòu)成了化工專業(yè)教育的核心內(nèi)容[1]。近年來(lái)，隨著近代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，化學(xué)工程學(xué)科正在經(jīng)歷著翻天覆地的改革。作為研究生核心的學(xué)位課程的教學(xué)也隨之進(jìn)行了重大調(diào)整，課程門類減少了，課堂學(xué)時(shí)數(shù)大量地壓縮了[2]， 化工專業(yè)教育的核心內(nèi)容需要有所革新，但傳遞課程所涉及的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞內(nèi)容不會(huì)被淡化，而將進(jìn)一步調(diào)整充實(shí)，以幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解不同尺度下化工過(guò)程所蘊(yùn)含的流動(dòng)和傳遞現(xiàn)象，通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)可使學(xué)生了解各傳遞過(guò)程的機(jī)理，對(duì)所研究的傳遞過(guò)程能建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而獲得所研究問(wèn)題的數(shù)學(xué)解[3]。

2 課程體系優(yōu)化

傳遞過(guò)程原理屬工科學(xué)科，是繼化工原理、化工熱力學(xué)之后，進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的基礎(chǔ)課程[4]。是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)分析和解決化工過(guò)程中各種單元操作問(wèn)題的工程學(xué)科。本課程目的是使學(xué)生掌握動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞過(guò)程的基本規(guī)律和三類傳遞現(xiàn)象之間的類似性，其地位見(jiàn)圖1。

圖1 “三傳”的學(xué)科地位

在全國(guó)高等教育事業(yè)的不斷發(fā)展的大環(huán)境下，貴州大學(xué)研究生教育在近幾年中也取得了令人矚目的成績(jī)，然而，目前就本學(xué)院研究生教育還沒(méi)有擺脫應(yīng)試教育的模式，導(dǎo)致研究生的科研、創(chuàng)新能力不高，一個(gè)重要原因是研究生學(xué)位課程教學(xué)仍存在一定的問(wèn)題，因此對(duì)研究生課程教學(xué)改革已經(jīng)是迫在眉睫。為使碩士研究生傳遞課程的設(shè)置要在本科教育的基礎(chǔ)上，充分體現(xiàn)碩士研究生層次的特點(diǎn)，綜合考慮與本科及碩士研究生課程的聯(lián)系，使碩士研究生通過(guò)課程學(xué)習(xí)建立起合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)。因此，合理地設(shè)置課程，建構(gòu)科學(xué)化的課程體系，就成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力、塑造創(chuàng)造性人才的首要工作。所以課程設(shè)置要從以下幾個(gè)方面考慮。

2.1 課程大綱

課程大綱詳細(xì)具體地說(shuō)明了教學(xué)的目的、內(nèi)容和計(jì)劃。課程大綱由授課教師自己確定，主要包括課程介紹、詳細(xì)的課程計(jì)劃、項(xiàng)目要求及考核方式等[5]。授課教師在該門課程的教學(xué)大綱中具體到每章中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、熟悉、掌握及了解內(nèi)容，設(shè)計(jì)理論授課、學(xué)生討論、實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)講解學(xué)時(shí)數(shù)，同時(shí)在教學(xué)大綱中體現(xiàn)要求學(xué)生閱讀參考文獻(xiàn)、學(xué)生的討論課題、要求、評(píng)分細(xì)則等。同時(shí)注明考核方式及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等。

2.2 教材選用

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院擁有化學(xué)、化學(xué)工程與技術(shù)2個(gè)一級(jí)學(xué)科碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)和材料學(xué)碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)以及化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位，部分學(xué)生是跨專業(yè)的學(xué)生，一般具有較扎實(shí)的化學(xué)及材料專業(yè)的基礎(chǔ)，但是化工方面的基礎(chǔ)知識(shí)卻比較薄弱，許多研究生連“單元操作”常識(shí)性的基本概念都不具備，甚至對(duì)“傳動(dòng)”、“傳熱”、“傳質(zhì)”更是無(wú)系統(tǒng)概念。因此需對(duì)其強(qiáng)化化工原理、化工熱力學(xué)、反應(yīng)工程等方面進(jìn)行專業(yè)培養(yǎng)。

傳遞過(guò)程原理是本院專業(yè)碩士及學(xué)術(shù)型碩士必修學(xué)位課，因此針對(duì)學(xué)生及本校特點(diǎn)，選擇合適的教材就更為重要。由梁文懂，肖時(shí)鈞編著的《傳遞現(xiàn)象基礎(chǔ)》及由陳卓、梅熾編著的《傳遞過(guò)程原理》教材都是該門課程比較推崇的教材，目前這些教材突出的特點(diǎn)為簡(jiǎn)明扼要、都用了豐富的數(shù)學(xué)推導(dǎo)說(shuō)明"三傳"在工程中的應(yīng)用，這類教材更適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)好，具有化工背景的學(xué)生。由陳濤，張國(guó)亮編著的《化工傳遞過(guò)程基礎(chǔ)》教材涉及了整個(gè)三傳的基本原理，如分子傳遞與對(duì)流(渦流)傳遞，同時(shí)還介紹了穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)兩種過(guò)程，內(nèi)容全面且深淺適宜，全書更側(cè)重于化工過(guò)程的應(yīng)用。

2.3 教學(xué)內(nèi)容

傳遞過(guò)程原理的研究方法是從基本物理定律出發(fā)，通過(guò)傳遞現(xiàn)象的觀察分析，適當(dāng)簡(jiǎn)化建立物理模型和數(shù)學(xué)方程，確定單值條件并進(jìn)行求解，用其答案分析和解釋物理現(xiàn)象，得出結(jié)論，用于指導(dǎo)實(shí)踐。

教學(xué)環(huán)節(jié)安排了講述了化學(xué)工程中動(dòng)量、熱量與質(zhì)量傳遞的基本原理、數(shù)學(xué)模型及求解方法，傳遞速率的理論計(jì)算，"三傳"的類比及傳遞理論的工程應(yīng)用等內(nèi)容，包括如下章節(jié)：第一章為傳遞過(guò)程概論；闡述流體流動(dòng)導(dǎo)論、三傳的類似性和衡算方法；第二～五章為動(dòng)量傳遞，包括動(dòng)量傳遞概論與動(dòng)量傳遞微分方程、動(dòng)量傳遞方程的若干解、邊界層流動(dòng)和湍流；第六～八章為熱量傳遞，包括熱量傳遞概論和能量方程、熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱；第九～十一章為質(zhì)量傳遞，包括質(zhì)量傳遞概論和傳質(zhì)微分方程、分子傳質(zhì)和對(duì)流傳質(zhì)；第十二章為多種傳遞同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程，論述湍流下熱、質(zhì)同時(shí)傳遞和平壁面上層流邊界層中同時(shí)進(jìn)行"三傳"的精確解。

2.4 教學(xué)方法

在傳遞過(guò)程原理教學(xué)方法上不再局限于傳統(tǒng)接受式教學(xué)模式中，課程的“教”和“學(xué)”的內(nèi)容也不再是預(yù)先設(shè)定好的，此次改革中最明顯的區(qū)別表現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，結(jié)合實(shí)際，提煉出基本概念，介紹其內(nèi)涵，引出其外延，再?gòu)幕痉椒ㄈ胧?，推?dǎo)基本理論，為學(xué)生構(gòu)建終身學(xué)習(xí)所需的基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)，這在一定程度上不利于啟發(fā)教學(xué)對(duì)象的創(chuàng)新性思維。

作為研究生專業(yè)課教師，不僅要成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引路人，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的啟發(fā)人，解決“創(chuàng)業(yè)”問(wèn)題的參與人，而且用自己的教學(xué)創(chuàng)新去激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)[4]。因此，在教學(xué)過(guò)程中除了講授課程外，還應(yīng)讓每一位學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的積極參與者而不是旁觀者。比如每學(xué)完一章或一節(jié)內(nèi)容，要讓學(xué)生結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容查閱資料并將其應(yīng)用于自己的研究方向，最后大家在一起進(jìn)行分享討論。同時(shí)對(duì)教師也相應(yīng)提出了更高的要求，教師不僅要對(duì)教學(xué)行為進(jìn)行反思與創(chuàng)造，研究教材、研究學(xué)生，而且還要活潑課堂氣氛，培養(yǎng)了學(xué)生敢想、敢疑、敢問(wèn)、敢說(shuō)，積極進(jìn)取、相互學(xué)習(xí)、審美情趣和創(chuàng)新意識(shí)[6]。在教學(xué)時(shí)，根據(jù)化學(xué)工程及其相關(guān)專業(yè)的研究生的培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，該課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)多：既包括常見(jiàn)的質(zhì)量守恒、能量衡算、熱量衡算等基本理論，同時(shí)，又包括三傳的物理模型的建立，邊界條件的設(shè)定及其線性有限元問(wèn)題的分析。講解時(shí)既要把控大綱要求涵蓋的知識(shí)點(diǎn)，又要兼顧不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解中都以工程問(wèn)題為主線。下面以生活中火車候車道的安全線、下雨天雨傘上翻為例，探討流體靜力學(xué)平衡定律在實(shí)際問(wèn)題中的運(yùn)用。同時(shí)針對(duì)本校研究生生源特點(diǎn)安排學(xué)生3～4學(xué)時(shí)在工程實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)行現(xiàn)場(chǎng)授課，使學(xué)生對(duì)一個(gè)實(shí)際單元操作通過(guò)所學(xué)知識(shí)，有效合理簡(jiǎn)化， 建立物理模型， 確定控制面。運(yùn)用流體靜力學(xué)，平衡定律建立數(shù)學(xué)模型。求解數(shù)學(xué)方程，單元操作的物理現(xiàn)象及數(shù)學(xué)方程的正確性。

2.5 課件的使用

課件的使用目前已經(jīng)非常普遍，本課程使用課件的好處主要有：一是信息量較大，可以在一定程度上緩和課時(shí)少的矛盾；二借助現(xiàn)代教育技術(shù)，使化工設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、各部件的運(yùn)動(dòng)、物料的走向和操作工況等均可形象、生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)，在課堂上給學(xué)生一個(gè)生動(dòng)的實(shí)感，能夠容易地讓學(xué)生接受和掌握，使得原來(lái)很難講明白的設(shè)備的操作與結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一目了然，學(xué)生既容易聽(tīng)懂、看懂，而且理解和印象也大為加深，強(qiáng)化了教學(xué)效果。

3 實(shí)踐教學(xué)的改革

針對(duì)本課程實(shí)踐教學(xué)，主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)+仿真模塊為主的實(shí)踐教學(xué)方式，讓學(xué)生不僅對(duì)化工生產(chǎn)單元操作有初步認(rèn)知，而且還能通過(guò)對(duì)工藝、設(shè)備、自動(dòng)化控制手段等方面的了解，對(duì)完整的化工生產(chǎn)過(guò)程有一個(gè)較為全面的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為后續(xù)科學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化及設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)，讓學(xué)生能更快更好的接受和理解相關(guān)理論知識(shí)，建立工程觀念，培養(yǎng)工程計(jì)算能力；通過(guò)從理論課到實(shí)踐課的不斷強(qiáng)化學(xué)習(xí)，學(xué)生從初步認(rèn)識(shí)、理論學(xué)習(xí)到綜合運(yùn)用，完成"實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)"的學(xué)習(xí)過(guò)程，較為系統(tǒng)的掌握所學(xué)知識(shí)，綜合能力和工程觀念都得到了極大的加強(qiáng)[7]。

4 本課程教師團(tuán)隊(duì)的自身建設(shè)

本課程的授課教師長(zhǎng)期堅(jiān)持集體備課、互助聽(tīng)課和教學(xué)評(píng)價(jià)。通過(guò)觀摩教學(xué)、教學(xué)交流和集體備課，使教師間取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互借鑒，很好地發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)的互助作用，整體教學(xué)水平不斷提高。同時(shí)注重授課教師的工程實(shí)踐能力，特別是青年教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)、知識(shí)體系、工程素質(zhì)得到不斷更新和完善，有力促進(jìn)了教師教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量的提高。教師在課堂教學(xué)過(guò)程中，將科研成果和科技動(dòng)態(tài)及時(shí)介紹給學(xué)生，課程對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，基本都與老師的科研工作結(jié)合，從而對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)際，分析和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)起到了很好的促進(jìn)作用，激發(fā)了學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，拓寬了學(xué)生的眼界，促進(jìn)了教學(xué)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，“傳遞過(guò)程原理”是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，如果仍沿用本科階段講授方式，只會(huì)形成重復(fù)教學(xué)。若要上好該門課程，必須根據(jù)研究生教育和專業(yè)課程教學(xué)的特點(diǎn)，采用多元化教學(xué)方法和手段講授有限單元法，才能夠使學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的理論和方法，挖掘?qū)W生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，引導(dǎo)學(xué)生了解面臨的困難和挑戰(zhàn)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中緊密結(jié)合學(xué)科前沿，充分應(yīng)用到自已后期學(xué)習(xí)及工作中的實(shí)驗(yàn)方法及方案的設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，從而達(dá)到本課程教學(xué)、學(xué)習(xí)的目的。

[1] 閻建民.傳遞課程教學(xué)芻議[J].化工高等教育, 2008 (4)：40-42.

[2] 劉獻(xiàn)飛,丁 昌，張業(yè)強(qiáng)，等. 《過(guò)程流體機(jī)械》課程模塊化教學(xué)改革的探索[J].山東化工, 2016, 45(23)：133-134.

[3] 張俊芳，楊 偉，吳軍基,等. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)碩士研究生課程教學(xué)改革與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2002,24 (4)：12-15.

[4] 姚 莉，劉 偉. 研究生課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[J].化工高等教育, 2010, 33(4)：36-39.

[5] 范寶安，梁文懂， 顏家保，等. 研究生精品課程“傳遞過(guò)程原理”的改革與實(shí)踐[J].高等理科教育, 2012 (2)：92-96.

[6] 隋修武，牛雪娟，杜玉紅，等．"機(jī)械電子工程"研究生課程教學(xué)的模塊化設(shè)計(jì)[J]．科教導(dǎo)刊, 2014(25):30-30.

[7] 劉志雄．《化工傳遞過(guò)程》課程建設(shè)與實(shí)踐初探[J].廣東化工, 2014, 41(1)：170-171.

(本文文獻(xiàn)格式：曹 陽(yáng).傳遞過(guò)程原理研究生課程建設(shè)與實(shí)踐[J].山東化工，2017，46(04)：141-142，149.)

Postgraduate Course Construction and Practice of Transfer Process Principle

CaoYang，LinQian,LiuRong

(College of Chemistry & Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

According to the research of chemical engineering and related professional students from different universities, uneven levels of basic knowledge, mastery of different research fields, a wide range of characteristics, to carry out the process of teaching reform of chemical engineering transfer principle graduate courses, mainly includes: the optimization of curriculum system; practice teaching reform etc.. Through the teaching reform, the graduate students to solve complex engineering problems, independent design consciousness, academic innovation thinking, practical ability to guide and improve the overall quality of training, and achieved effective results.

transport phenomena;teaching reform;graduate student course

2017-01-07

貴州大學(xué)研究生院項(xiàng)目貴大研ZDKC[2015]024號(hào)；貴州大學(xué)“本科教學(xué)工程”建設(shè)項(xiàng)目JG[2016]20；

曹 陽(yáng)(1977—)，女，貴州六盤水人，副教授，博士研究生，從事化工材料及環(huán)境影響與評(píng)價(jià)方向研究，現(xiàn)在貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院任教。

G642.0

A

1008-021X(2017)04-0141-02